EP0350671B1 - Einrichtung zum Biegeumformen oder Richten von Werkstücken durch plastische Formänderung - Google Patents

Einrichtung zum Biegeumformen oder Richten von Werkstücken durch plastische Formänderung Download PDF

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EP0350671B1
EP0350671B1 EP89111254A EP89111254A EP0350671B1 EP 0350671 B1 EP0350671 B1 EP 0350671B1 EP 89111254 A EP89111254 A EP 89111254A EP 89111254 A EP89111254 A EP 89111254A EP 0350671 B1 EP0350671 B1 EP 0350671B1
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EP
European Patent Office
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elements
force
pressing
distributing
workpiece
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EP89111254A
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English (en)
French (fr)
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EP0350671A3 (en
EP0350671A2 (de
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Helmut Ing. Grad. Reccius
Rolf Dr.Rer.Nat. Meyer
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Dornier GmbH
Original Assignee
Dornier GmbH
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Publication of EP0350671A3 publication Critical patent/EP0350671A3/de
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/04—Movable or exchangeable mountings for tools
    • B21D37/06—Pivotally-arranged tools, e.g. disengageable
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    • Y10T29/47—Burnishing
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/47—Burnishing
    • Y10T29/471—Burnishing of water laid fibrous article [e.g., paper]
    • Y10T29/473—Heated burnishing member
    • Y10T29/474—Burnishing tool reciprocates across work surface

Definitions

  • the invention relates to a device for bending, straightening or the like of workpieces, according to the features of the preamble of claim 1.
  • a device for bending, straightening or the like of workpieces according to the features of the preamble of claim 1.
  • Such a device is e.g. known from EP-A-0 260 361.
  • shot peen forming is used in addition to other known forming processes.
  • This reshaping method is preferably used in the reshaping of planking parts as components of aircraft fuselages and aircraft wings or in the cell construction of spacecraft.
  • impact bodies in the form of steel balls or impact bodies made of other materials or of another shape are used.
  • the shaping of, for example, plate-shaped workpieces, in particular panels designed as integral components with stiffening ribs arranged on one side the impact bodies are moved against the workpiece surface so that the impact bodies penetrate into the surface of the workpiece.
  • the impact on the workpiece to be reshaped can occur in free fall of the impact body from a predetermined height depending on the impact body dimension, in a flat impact distribution or in a distribution of the body in the form of an impact front.
  • the impact bodies are acted upon by suitable media and thereby accelerated. Air or liquid is used as the application medium or the impact bodies are accelerated with centrifugal wheels.
  • devices are known by means of which the impact bodies are individually accelerated in guides in order to be able to maintain a predetermined, defined impact area.
  • a device for shaping sheet metal parts which rigidly accommodates a number of indenters on a holder and is aligned in an impression plane.
  • rod members acting on one another and on the workpiece with an orientation transverse to the strips are provided under pressure.
  • the rod members are fixed vertically adjustable by roller sets transversely to their longitudinal direction and are rotatably supported at their ends on frame parts. Furthermore, a number of rods are connected to a drive system. A free, automatic adjustment of the rod members to the workpiece shape and even pressure distribution for loading the workpiece is not provided.
  • the object of the present invention is for the shaping or straightening of workpieces, for example panels, stiffening ribs or the like, an even distribution of the shaping force simultaneously over several press-in elements or a press-in unit in conjunction with an adaptation to the given contour of the workpiece or in the To cause a changing contour in the course of a forming cycle.
  • the predetermined lateral spacing of the indenting elements allows indentable indentation patterns on the workpiece in a predetermined indentation depth and in predetermined areas and Achieve locations of the workpiece. This enables a precisely predeterminable forming and the degree of forming can be reproduced in series production. Due to the automatic adaptation of the indentation elements to the contour of the workpiece, for example also to the changing contour of the workpiece during the forming process due to the progressive penetration of the indentation elements into the workpiece, the introduced indentation force is evenly distributed to all indentation elements. The adaptation of the press-in elements to predetermined or changing contour profiles is achieved by the lateral support of the press-in elements and / or force distribution elements in connection with the play between the press-in elements and the distributor elements, and the support element.
  • the guiding of the indentation elements on a support means that the indentation force is effective perpendicularly or approximately perpendicularly to the workpiece surface and thus uncontrollable indentation movements with the resulting irregular and uneven material displacement on the workpiece due to an unpredictable application of force at an angle to the vertical to the workpiece surface, as with State of the art to be avoided.
  • a significant advantage of the design according to the invention over the known also lies in the fact that the indentation speed with which the indentation elements penetrate into the material can be controlled over the period of the indentation process. Advantages according to the invention also result from the fact that commercially available steel balls, steel cylinder bodies or those with barrel-shaped, convex design, such as used in roller bearings, can be used as indentation elements. It is only the one that receives the indentation elements and to produce the push-in force on the support element transmitting the elements.
  • a press-in unit consisting of the support and the press-in and force distribution elements accommodated by it allows the press-in elements to be adapted to a flat initial shape of the workpiece prior to the forming process, and also to be adapted to a concave, convex or spherical-shaped contour of the workpiece.
  • the adjustment also takes place in accordance with the contour profile that changes during the forming process.
  • the device designed according to the invention allows component length to be extended by means of indenting elements penetrating into the workpiece with the same dimensioning of the indenting elements and the same indentation depth without the formation of a curve.
  • component curvature can be achieved with simultaneous component lengthening.
  • an indentation unit can have one or more layers of force distribution elements.
  • the push-in elements and force distribution elements can be fixed to the support on the support of cages in the manner of ball bearings or roller bearings while leaving all-round play.
  • the press-in elements can be given an active component which differs from the direction of action applied to the forming unit via the force distribution elements, so that the direction of penetration of the press-in elements into the workpiece surface is perpendicular or inclined to the longitudinal extension of the workpiece.
  • the device as a unit is denoted overall by 1.
  • the device can be received and acted upon by a force generator, not shown here, e.g. B. similar to a pneumatic hammer or the like.
  • the unit 1 consists of a receiving element 6, the press-in elements 3 and the force distribution elements 4 which are in contact with these and the support element 4.
  • the workpiece to be formed is also designated by 2.
  • the force distribution elements 4 are supported in the effective direction of the indentation force F, that is, the force directed perpendicularly or approximately perpendicularly to the acting surface 2 'of the material on support wall surface sections 8 of the support element 6, which here is a plane surface extending transversely to the direction of the indentation force F.
  • the support element 6 also has a support wall surface section 7, on which the indentation element 3 adjacent to the wall surface or the force distribution elements 4 are supported transversely to the direction of action of the indentation force F.
  • the support element 6, delimited by the support wall surface section 7 and the support wall surface section 8, has an open space for receiving the elements 3 and 4 against the workpiece 2 or its application surface 2 ', the space being dimensioned such that between the balls 3 adjacent to one another and the balls 4 are left with a play s.
  • the force distribution elements 4 are not supported laterally on the support wall surface sections 8.
  • the balls of each layer L are prevented from falling out of the supporting element 6 by suitable means, for example guide cages 12 while leaving the play s.
  • the pressing elements 3 penetrate into the acting surface 2 'of the workpiece 2 and displace material in a known manner depending on the contour and dimension of the pressing elements 3, and depending on the depth of penetration in accordance with the height of the applied Impression force F.
  • the indentation elements 3 and the distributor elements 4 automatically adjust themselves to the contour of the workpiece surface 2 '.
  • FIGS. 2 and 3 show the automatic adaptation of the position of the elements 3 and 4 to a convex or concave curvature of the action surface 2 'of the workpiece 2. This is made possible by the movement s between the elements 3 and the elements 4, one element layer L E or L K each, and also by the free mobility of the push-in elements 3 (L E ) and 4 (L K ) relative to the support element 6 in the effective direction of the Impression force F and across this direction of action.
  • the lateral support of the indentation elements 3 on the lateral support wall surface section 7 enables the elements 3 to be fixed laterally.
  • Lubrication can be provided to reduce the friction between the elements 3 and 4 which are adjacent and in contact with one another and the support wall surfaces 8 and 7.
  • the workpiece contour shown in FIGS. 1, 2 and 3 can represent the initial shape of the workpiece before the forming or the contour of the workpiece in a forming state during a forming process. In both cases, even with a bowl-shaped curvature of the workpiece, the indentation elements 3 and force distribution elements 4 can automatically adapt to the given contour.
  • the support wall surface section 8 for the distributor elements 4 is designed to be inclined or curved in order to act upon the indentation elements 3 via the force distributor elements 4 with an active direction component which is inclined by an angle ⁇ relative to the perpendicular to the workpiece surface 2 ', so that a direction of the impression force (F ') perpendicular to or approximately perpendicular to the surface 2' is achieved even with a curved contour of the workpiece.
  • the indentation elements 3 and the force distribution elements 4 can have different dimensions and shape from one another, as indicated by way of example in FIG. 14. So the elements of a layer L E / L K of elements 3 respectively. 4 different dimensions. This allows a specific indentation pattern with different material displacement to be generated when a specific indentation force is applied and thus a specific degree of deformation of the workpiece.
  • the formation according to FIGS. 11 and 12 result in indentation patterns on the workpiece with an elongated character and corresponding material displacement.
  • the material displacement on the workpiece 2 resulting from such a pressing-in shape of the pressing-in elements 3 leads to a bending deformation about a bending axis.
  • variations in the bending deformation around several bending axes with a preferred bending axis can be achieved.
  • a holding element 12 with openings 22 for fixing the elements 3 and 4 to the support element 6 is attached.
  • the openings have dimensions that allow the free mobility of the elements 3 and 4 at least in the order of magnitude of the play s.
  • the elements 3 and 4 on the support element 6 for fixing are surrounded by an elastically deformable mass 14 which fills the interior of the element 6.
  • the mass 14 can have different flexibility in predetermined areas.
  • the counter bracket 20 can be formed from an elastically deformable material. With corresponding elasticity, a reversal of the curvature profile on the workpiece 2 occurs when the workpiece is acted upon by the pressing-in elements 8 on the workpiece side opposite the counter-holder.
  • FIG. 9 shows the possibility of adapting the elements 3 and 4 also on the application surfaces 2 'of a complicated course.
  • FIG. 10 provides that the force distribution elements on the support surfaces 7 of the support element 6 or transversely to the effective direction of the indentation force F. Support F '.
  • FIGS. 11 and 12 respectively show cylindrically shaped indenting elements 3 which are in contact with one another. Force distribution elements 4, cast into an elastically deformable mass 14, respectively.
  • FIG. 12 the combination of indentation elements 3 or Kraftverteielrieri 4 different shape. With this combination of shapes, certain indentation patterns can be set with the corresponding workpiece displacement.
  • forming device directed against each other from both sides of a web 23 to be formed, enables an elongation or Spread of the web in a predetermined manner, for example for straightening this workpiece section 23, or when using indenting elements 3 of different dimensions on the opposite sides of the workpiece 2.
  • Devices with differently dimensioned push-in elements 3 can also be worked on the different sides.
  • the support element is divided into separate and mutually movable partial support elements.
  • the force distribution elements 4 have a smaller diameter than the indentation elements 3.
  • the mobility of the sub-elements 6 ' is limited to a limited relative movement by means not shown here.
  • FIGS. 15 and 16 the course of the support wall sections 7 can be seen.
  • a force distribution element 4 is in contact with four indentation elements 3 and the force is distributed over all four elements 3 in the same size. The same also applies to the embodiment according to FIG. 16.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Biegeumformen, Richten oder dergleichen von Werkstücken, entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1. Eine solche Einrichtung ist z.B. aus EP-A-0 260 361 bekannt.
  • Zur Umformung von Werkstücken aus Materialen, die elastisches und plastisches Umformverhalten aufweisen, wird neben anderen bekannten Umformverfahren das Kugelstrahl-Umformen (shotpeen forming) angewandt.
    Dieses Umformverfahren findet bevorzugt bei der Umformung von Beplankungsteilen als Bauelemente von Flugzeugrümpfen und Flugzeugtragflügeln oder beim Zellenbau von Raumfahrzeugen Anwendung.
  • Bei der bekannten Umformung wird mit Schlagkörpern in der Form von Stahlkugeln oder auch Schlagkörpern aus anderen Werkstoffen oder auch anderer Form gearbeitet.
    Die Umformung z.B. plattenförmiger Werkstücke, insbesondere als Integralbauteile ausgebildete Paneele mit einseitig angeordneten Versteifungsrippen, werden die Schlagkörper gegen die Werkstückoberfläche bewegt, so, dass die Schlagkörper in die Oberfläche des Werkstückes eindringen.
    Dabei findet sowohl eine Materialverdichtung als auch eine Materialverdrängung statt, die zur Umformung des Werkstückes bei einseitiger Beaufschlagung führt.
    Der Aufprall auf das umzuformende Werkstück kann im freien Fall der Schlagkörper aus vorbestimmter Höhe in Abhängigkeit von der Schlagkörperabmessung, in flächiger Aufschlagverteilung oder einer Verteilung der Körper in Form einer Aufschlagfront erfolgen.
    Bei einer bekannten Ausführungsart werden die Schlagkörper mittels geeigneter Medien beaufschlagt und dadurch beschleunigt. Als Beaufschlagungsmedium wird Luft- oder Flüssigkeit eingesetzt oder die Beschleunigung der Schlagkörper wird mit Schleuderrädern bewirkt.
  • Ferner sind Einrichtungen bekannt, mittels denen die Schlagkörper einzeln in Führungen beschleunigt werden, um einen vorbestimmten, abgegrenzten Aufschlagbereich einhalten zu können.
  • Es ist auch eine Einrichtung zum Formrichten von Blechteilen bekannt, die an einer Halterung eine Anzahl von Eindringkörpern starr und in einer Eindrückebene ausgerichtet aufnimmt.
  • Bei Schlagkörperstrahlen oder -fronten, sowohl bei Beschleunigung der Schlagkörper in freiem Fall oder durch Beaufschlagung, treffen die Schlagkörper mit erheblicher Streuung auf die Werkstückoberfläche auf. Die Streuung wird dabei durch gegenseitige Berührung und folgendem Abprall der Schlagkörper während der Beschleunigung vor dem Auftreffen auf die Werkstückoberfläche und auch durch unterschiedliche Beaufschlagung der Eindrückkörper mittels des verwendeten Mediums, z.B. durch gegenseitige Überdeckung der Körper, hervorgerufen.
  • Daraus resultiert, daß eine genaue Abgrenzung eines vorgeschriebenen Umformbereichs am Werkstück nicht einzuhalten ist.
  • Auch lassen sich willkürliche Anhäufungen von Einschlägen von Eindringkörpern auf die Werkstückoberfläche und eine daraus resultierende ungleichmässige Materialverdrängung bei der Umformung eines Werkstückes und damit eine ungleichmässige Spannungsverteilung am Werkstück nicht vermeiden.
    Zu einer ungleichmässigen Materialverdrängung trägt bei den bekannten Verfahren auch bei, dass die Schlagkörper durch gegenseitige Berührung nicht senkrecht, sondern mit einer seitlichen Bewegungskomponente auf die Werkstückoberfläche auftreffen.
  • Bei der aus EP-A-0 260 361 bekannten Einrichtung zum Richten von Metallbändern, sind unter Druckbeaufschlagung aufeinander und auf das Werkstück einwirkende Stangenglieder mit einer Ausrichtung quer zu den Bändern vorgesehen.
    Die Stangenglieder sind quer zu ihrer Längsrichtung durch Rollensätze vertikal einstellbar fixiert und an ihren Enden drehbar an Rahmenteilen gelagert. Ferner sind eine Anzahl von Stangen an eine Antriebsanlage angeschlossen. Eine freie, selbsttätige Einstellung der Stangenglieder auf die Werkstückform und auch eine gleichmässige Druckverteilung zur Beaufschlagung des Werkstückes ist dabei nicht vorgesehen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für die Umformung oder das Richten von Werkstücken, z.B. Paneelen, Versteifungsrippen oder dergleichen, eine gleichmässige Verteilung der Umformkraft gleichzeitig auf mehrere Eindrückelemente oder eine Eindrückeinheit in Verbindung mit einer Anpassung an die gegebene Kontur des Werkstückes oder der sich im Verlaufe eines Umformzyklus ändernde Kontur zu bewirken.
  • Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zu schaffen, mittels der eine exakte Bestimmung des Umformgrössenbereichs und des Umformortes am Werkstück erzielen lässt und die eine Beeinflussung der Eindringgeschwindigkeit der Eindrückelemente in die Werkstückoberfläche ermöglich.
  • Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmalskombination gemäss Anspruch 1 und in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Haupterfindungsgedankens nach den Merkmalen der weiteren Ansprüche.
  • Mittels der erfindungsgemäss ausgebildeten Einrichtung lassen sich durch die vorgegebenen seitlichen Abstände der Eindrückelemente vorbestimmbare Eindrückmuster am Werkstück in vorbestimmbarer Eindringtiefe und in vorbestimmbaren Bereichen und Orten des Werkstückes erzielen.
    Damit ist eine genau vorausbestimmbare Umformung ermöglicht und der Umformgrad bei Serienherstellung reproduzierbar.
    Durch die selbsttätige Anpassung der Eindrückelemente an den Konturverlauf des Werkstückes, z.B. auch an die sich ändernde Kontur des Werkstückes während der Umformung infolge fortschreitendem Eindringens der Eindrückelemente in das Werkstück wird die eingeleitete Eindrückkraft auf sämtliche Eindrückelemente gleichmässig verteilt übertragen. Die Anpassung der Eindrückelemente an vorgegebene oder sich ändernde Konturverläufe wird erreicht durch die seitliche Abstützung der Eindrückelemente und/oder Kraftverteilerelemente in Verbindung mit dem Bewegungsspiel zwischen den Eindrückelementen und den Verteilerelementen, sowie dem Abstützelement.
  • Die Führung der Eindrückelemente an einer Abstützung bewirkt, dass die Eindrückkraft senkrecht oder annährend senkrecht zur Werkstückoberfläche wirksam ist und damit unkontrollierbare Eindrückbewegungen mit der sich daraus ergebenden unregelmässigen und ungleichen Materialverdrängung am Werkstück durch nicht vorherbestimmbare Krafteinleitung unter einem Winkel gegenüber der Vertikalen zur Werkstückoberfläche, wie beim Stand der Technik, vermieden werden.
    Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung gegenüber dem Bekannten besteht ferner auch darin, dass die Eindrückgeschwindigkeit mit der die Eindrückelemente in das Material eindringen, über den Zeitraum des Eindrückvorganges steuerbar ist.
    Vorteile ergeben sich erfindungsgemäss weiterhin dadurch, dass als Eindrückelemente handelsübliche Stahlkugeln, Stahlzylinderkörper oder solche mit tonnenförmiger, konvexer Ausbildung, wie bei Wälzlagern verwendet, eingesetzt werden können. Dabei ist lediglich das die Eindrückelemente aufnehmende und die Eindrückkraft auf die Elemente übertragende Abstützelement herzustellen.
  • Infolge des zur Wirkrichtung der Eindrückelemente belassenen seitlichen Spiels zwischen einander benachbarten Eindrücklementen und den Kraftverteilerelementen beziehungsweise zwischen den Eindrückelementen oder Kraftübertragungselementen und dem Abstützelement wird eine selbsttätige Anpassung der Lage der Eindrückelemente an der Verlauf der Kontur des umzuformenden Werkstückes, Versteifungsstegen oder dergleichen ermöglicht.
  • Die Ausbildung einer aus der Abstützung und der durch diese aufgenommenen Eindrück- und Kraftverteilerelemente bestehende Eindrückeinheit erlaubt die Anpassung der Eindrückelemente an eine ebene Ausgangsform des Werkstückes vor dem Umformprozess ebenso wie eine Anpassung an eine konkave, konvexe oder kugelschalenförmige Kontur des Werkstückes.
    Die Anpassung erfolgt auch entsprechend dem sich während des Umformvorganges ändernden Konturverlauf.
    Ferner erlaubt die erfindungsgemäss ausgebildete Einrichtung ausser der einseitigen Bearbeitung eines Werkstückes zur Erzeugung einer Krümmungsänderung bei gleichzeitigem Angriff von mehreren Einheiten der Einrichtung auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Paneels oder Steges mittels gegeneinander in das Werkstück eindringenden Eindrückelementen bei entsprechend gleicher Bemessung der Eindringelemente und gleicher Eindringtiefe eine Bauteillängung ohne die Ausbildung einer Krümmung. Desgleichen ist bei gleichzeitig beidseitiger Eindrückung von Eindrückelementen in die gegenüberliegenden Seiten eines Werkstückes mit unterschiedlich bemessenen Eindrückelementen der einen Seite der Eindrückeinrichtung gegenüber der entgegengesetzt arbeitenden Einrichtung der anderen Seite eine Bauteilkrümmung bei gleichzeitiger Bauteillängung erzielbar.
  • Zur gleichförmigen Kraftverteilung kann eine Eindrückeinheit eine oder mehr Schichten von Kraftverteilerelementen aufweisen. Die Eindrückelemente und Kraftverteilerelemente können zur Halterung an der Abstützung von Käfigen in der Art wie bei Kugellagern oder Wälzlagern unter Belassung eines allseitigen Bewegungsspiels fixiert sein.
  • Durch entsprechende Neigung oder Krümmung der Abstützwandflächen des Abstützelementes kann den Eindrückelementen über die Kraftverteilerelemente eine von der eingeleiteten Beaufschlagungsrichtung der Umformeinheit abweichende Wirkkompnente erteilt werden, so dass die Eindringrichtung der Eindrückelemente in die Werkstückoberfläche senkrecht oder geneigt zur Werkstücklängserstreckung ausgerichtet verläuft.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäss der Erfindung dargestellt.
    Nachfolgend sind die Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    eine Ausführungsform der Einrichtung in Seitenansicht, schematisiert dargestellt, wobei die Eindrückelemente auf der ebenen Oberfläche eines Paneels aufliegen,
    Figur 2
    die Einrichtung in einer Arbeitsstellung mit Anpassung der Eindrückelemente und der Kraftverteilerelemente einseitig an einem Paneel mit konvex gewölbter Beaufschlagungsfläche, in der Darstellungsweise gemäss Figur 1,
    Figur 3
    die Einrichtung mit Anpassung der Eindrückelemente und der Kraftverteilerelemente an ein Paneel mit konkav gewölbter Beaufschlagungsfläche,
    Figur 4
    eine Ausführungsform der Einrichtung in Seitenansicht, schematisiert dargestellt, mit unterschiedlich geformten Elementen,
    Figur 5
    eine Ausführungsform der Einrichtung in Seitenansicht, schematisiert dargestellt, mit unterschiedlich geneigt ausgebildeten Abstützwandflächenabschnitten des Abstützelementes zur Kraftübertragung,
    Figur 6 und 7
    Ausführungsformen der Einrichtung in Seitenansicht schematisch dargestellt, mit Haltemitteln für die Fixierung der Eindrückelemente und der Kraftverteilerelemente am Abstützelement,
    Figur 8
    eine Ausführungsform der Einrichtung in Seitenansicht, schematisch dargestellt mit einem Niederhalterteil für das Werkstück mit einer Gegenhalterung,
    Figur 9
    die Anwendung der Einrichtung bei Werkstücken mit absetzt ausgebildeter Beaufschlagungsfläche und Anpassung der Elemente an diese Fläche,
    Figur 10
    eine Ausführungsform der Einrichtung in Seitenansicht, schematisch dargestellt, wobei sich die Kraftverteilerelemente quer zur Wirkrichtung der Eindrückkraft am Abstützelement abstützen,
    Figur 11
    eine Ausführungsform der Einrichtung in perspektivischer, schematischer Darstellung, mit Kraftverteilerelementen und Eindrückelementen in zylindrischer Form,
    Figur 12
    eine Ausführungsform der Einrichtung, in perspektivischer und schematischer Darstellung, mit Eindrückelementen und Kraftverteilerelementen unterschiedlicher Form,
    Figur 13
    Anwendung der Einrichtung nach einer der vorangehenden Ausführungsbeispiele mit beidseitigem Angriff der Elemente am Versteifungssteg eines Paneels,
    Figur 14
    Ausführungsform der Einrichtung in Seitenansicht und schematischer Darstellung mit voneinander getrennten und gegeneinander beweglichen Abstützelementen,
    Figur 15
    eine Ausführungsform der Einrichtung in einem Querschnitt durch das Abstützelement in Vierecks-Anordnung von Eindrückelementen und
    Figur 16
    eine weitere Ausführungsform der Einrichtung in einem Querschnitt durch die Abstützung mit Dreiecks-Anordnung der Eindrückelemente.
  • Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung als Einheit insgesamt mit 1 bezeichnet. Die Einrichtung kann aufgenommen und beaufschlagt werden mittels eines einer hier nicht dargestellten Krafterzeugers, z. B. ähnlich einem pneumatisch arbeitenden Hammer oder dergleichen.
    Die Einheit 1 besteht aus einem Aufnahmeelement 6, den Eindrückelementen 3 sowie den mit diesen und dem Abstützelement in Kontakt befindlichen Kraftverteilerelmenten 4. Mit 2 ist ferner das umzuformende Werkstück bezeichnet.
    Die Kraftverteilerelemente 4 stützen sich in Wirkrichtung der Eindrückkraft F, das heißt der senkrecht oder annähernd senkrecht zur beaufschlagenden Fläche 2′ des Werkstoffes gerichteten Kraft an Abstützwandflächenabschnitten 8 des Abstützelementes 6 ab, das hier eine sich quer zur Richtung der Eindrückkraft F erstreckende ebene Fläche ist.
    Das Abstützelement 6 weist ferner einen Abstützwandflächenabschnitt 7 auf, an dem sich die der Wandfläche benachbarten Eindrückelement 3 oder die Kraftverteilerelemente 4 quer zur Wirkrichtung der Eindrückkraft F abstützen.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 bis 3 sind als Eindrückelemente handelsübliche z.B. für Kugellager bestimmte Stahlkugeln verwendet, wobei hier als Beispiel eine Lage LE aus neun Eindrückelementen 3 in Viereckanordnung mit entsprechend ausgebildeter Abstützwandflächenabschnitt 7 und eine Lage LK aus vier Kraftverteilerelementen 4 in entsprechender Anordnung vorgesehen ist.
  • Das Abstützelement 6 weist, begrenzt durch den Abstützwandflächenabschnitt 7 und die Abstützwandflächenabschnitt 8, einen gegen das Werkstück 2 beziehungsweise dessen Beaufschlagungsfläche 2' offenen Raum zur Aufnahme der Elemente 3 beziehungsweise 4 auf, wobei der Raum so bemessen ist, dass zwischen den einander benachbarten Kugeln 3 und den Kugeln 4 ein Bewegungsspiel s belassen ist.
    Die Kraftverteilerelemente 4 stützen sich bei dieser Ausführung seitlich nicht an den Abstützwandflächenabschnitten 8 ab. Die Kugeln jeder Schicht L sind durch geeignete Mittel z.B. Führungskäfige 12 unter Belassung des Bewegungsspiels s am Herausfallen aus dem Abstützelement 6 gehindert.
  • Durch Beaufschlagung mit der Eindrückkraft F des Abstützelementes 6 dringen die Eindrückelemente 3 in die Beaufschlagungsfläche 2' des Werkstückes 2 ein und verdrängen in bekannter Weise Werkstoff in Abhängigkeit von der Kontur und Abmessung der Eindrückelemente 3, sowie in Abhängigkeit von der Eindringtiefe entsprechend der Höhe der aufgebrachten Eindrückkraft F.
    Die über das Abstützelement 6 eingeleitete und durch die Kraftverteilerelemente 4 auf die jeweils mit den benachbarten Verteilerelementen 4 in Kontakt befindlichen Eindrückelemente 3 und ferner durch das freie Bewegungsspiel s zwischen den Verteilerelementen 4 und den Eindrückelementen 3 sowie den Elementen 3 und 4 und dem Abstützelement 6 stellen sich die Eindrückelemente 3 und die Verteilerelemente 4 auf den Konturverlauf der Werkstückoberfläche 2' selbsttätig ein. Infolge der Anpassungsmöglichkeit wird, unabhängig vom Konturverlauf der Beaufschlagungsfläche 2' des Werkstückes 2 eine gleichmässige Kraftverteilung auf die Eindrückelemente 3 erzielt und über den gesamten Umformgang erhalten.
    Aus Figur 2 und 3 ist die selbsttätige Anpassung der Lage der Elemente 3 und 4 an einen konvexen beziehungsweise konkaven Krümmungsverlauf der Beaufschlagungsfläche 2' des Werkstückes 2 erkennbar. Dies ist ermöglicht durch das Bewegungsspiel s zwischen den Elementen 3 und den Elementen 4 je einer Elementenschicht LE bzw. LK und ferner durch die freie Beweglichkeit der Eindrückelemente 3 (LE) und 4 (LK) gegenüber dem Abstützelement 6 in Wirkrichtung der Eindrückkraft F und quer zu dieser Wirkrichtung. Die seitliche Abstützung der Eindrückelemente 3 am seitlichen Abstützwandflächenabschnitt 7 ermöglicht die seitliche Fixierung der Elemente 3.
    Hierbei kann zur Verminderung der Reibung zwischen den einander benachbarten und in Kontakt befindlichen Elementen 3 bzw. 4 und den Abstützwandflächen 8 bzw. 7 eine Schmierung vorgesehen werden.
    Die in Figur 1, 2 und 3 gezeigte Werkstückkontur kann die Ausgangsform des Werkstückes vor dem Umformen darstellen oder auch die Kontur des Werkstückes in einem Umformzustand während eines Umformvorganges. In beiden Fällen, auch bei schalenförmiger Krümmung des Werkstückes, können sich die Eindrückelemente 3 und Kraftverteilerelemente 4 der gegebenen Kontur selbsttätig anpassen.
  • Bei den Ausführungsformen der Einrichtung gemäss Figur 4 und 5 ist der Abstützwandflächenabschnitt 8 für die Verteilerelemente 4 geneigt beziehungsweise gekrümmt ausgeführt, um über die Kraftverteilerelemente 4 mit einer gegenüber der Senkrechten zur Werkstückoberfläche 2' um einen Winkel α geneigten Wirkrichtungskomponente die Eindrückelemente 3 zu beaufschlagen, sodass eine zur Beaufschlagungsfläche 2' senkrechte oder annähernd senkrechte Richtung der Eindrückkraft (F') auch bei gekrümmter Kontur des Werkstückes erzielt wird. Für sämtliche denkbaren Ausführungsbeispiele gilt, dass die Eindrückelemente 3 und die Kraftverteilerelemente 4 untereinander unterschiedliche Abmessungen und Form aufweisen können, wie in Figur 14 beispielhaft angegeben.
    Sokönnen auch die Elemente je einer Lage LE/LK von Elementen 3 bezw. 4 unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Damit lässt sich ein bestimmtes Eindrückmuster mit unterschiedlicher Materialverdrängung bei Aufbringung einer bestimmten Eindrückkraft und damit ein bestimmter Umformgrad des Werkstückes erzeugen.
  • Abweichend von der Kugelform für die Eindrückelemente 3 und die Kraftverteilerelemente 4 sind für bestimmte Umformvorgaben auch Elemente mit zylindrischer Form oder in Tonnenform wie bei den Ausführungen nach Figur 4, 11 und 12 gezeigt, vorgesehen. Die Ausbildung gemäss den Figuren 11 und 12 ergeben Eindrückmuster am Werkstück mit länglichem Charakter und entsprechender Materialverdrängung.
  • Die sich aus einer solchen Eindrückform der Eindrückelemente 3 ergebende Materialverdrängung am Werkstück 2 führt zu einer Biegeumformung um eine Biegeachse.
    Mittels dem Einsatz von unterschiedlich geformten Eindrückelementen 3 lassen sich Variationen der Biegeumformung um mehrere Biegeachsen mit bevorzugter Biegeachse erzielen.
  • Gemäss der Ausbildung nach Figur 6 ist ein Halteelement 12 mit Duchbrechungen 22 für die Fixierung der Elemente 3 und 4 am Abstützelement 6 angebracht.
    Die Durchbrechungen weisen dabei Abmessungen auf, die die freie Beweglichkeit der Elemente 3 und 4 mindestens in der Grössenordnung des Bewegungsspiels s.
    Bei der Ausführungsform der Einrichtung nach Figur 7 sind die Elemente 3 und 4 am Abstützelement 6 zur Fixierung von einer den Innenraum des Elementes 6 ausfüllenden, elastisch verformbaren Masse 14 umgeben. Die Masse 14 kann in vorbestimmten Bereichen unterschiedliche Flexibilität aufweisen.
  • Die Gegenhalterung 20 kann aus elastisch verformbarem Material gebildet sein. Bei entsprechender Elastizität tritt bei der Beaufschlagung des Werkstückes durch die Eindrückelemente 8 auf der der Gegenhalterung gegenüberliegenden Werkstückseite eine Umkehrung des Wölbungsverlaufes am Werkstück 2 auf.
  • Figur 9 lässt die Anpassungsmöglichkeit der Elemente 3 und 4 auch an Beaufschlagungsflächen 2' komplizierten Verlaufes erkennen.
  • In Figur 10 sind im Gegensatz zu den Ausführungen der Einrichtung nach Figur 1 bis 8 vorgesehen, dass sich die Kraftverteilerelemente an den Abstützflächen 7 des Abstützelementes 6 quer zur Wirkrichtung der Eindrückkraft F bezw. F' abstützen.
  • Die Ausführungsbeispiele nach Figur 11 und 12 zeigen zylindrisch ausgebildete und miteinander in Kontakt befindliche Eindrückelemente 3 bezw. Kraftverteilerelemente 4, eingegossen in eine elastisch verformbare Masse 14, bezw. nach Figur 12 die Kombination von Eindrückelementen 3 bezw. Kraftverteielrelementen 4 unterschiedlicher Form. Mit dieser Formkombination lassen sich bestimmte Eindrückmuster mit entsprechender Werkstückverdrängung einstellen.
  • Mittels der Anwendung der Umformeinrichtung von beiden Seiten eines umzuformenden Steges 23 gegeneinander gerichtet, ermöglicht eine Längung bezw. Ausbreitung des Steges in vorbestimmter Weise zum Beispiel zum Richten dieses Werkstückabschnittes 23, oder bei Einsatz von Eindrückelementen 3 unterschiedlicher Abmessung auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes 2.
    Es können auf den verschiedenen Seiten auch Einrichtungen mit untersschiedlich bemessenen Eindrückelementen 3 gearbeitet werden.
  • In Figur 14 ist das Abstützelement in voneinander getrennte und zueinander bewegliche Teilabstützelemente unterteilt. Ausserdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Kraftverteilerelemente 4 einen geringeren Durchmesser als die Eindrückelemente 3 aufweisen. Die Beweglichkeit der Teilelemente 6' ist durch hier nicht dargestellte Mittel auf eine begrenzte Relativbewegung eingeschränkt.
  • Gemäss den Figuren 15 und 16 ist der Verlauf der Abstützwandabschnitte 7 zu erkennen. Hierbei steht ein Kraftverteilerelement 4 mit vier Eindrückelementen 3 in Kontakt und die Kraftverteilung erfolgt auf alle vier Elemente 3 in gleicher Grösse. Das gleiche trifft auch auf Ausführungsform gemäss Figur 16 zu.

Claims (21)

  1. Einrichtung (1) zum Biegeumformen oder Richten von Werkstücken (2), insbesondere für den Einsatz bei Werkstücken aus Materialien mit elastischem und plastischem Umformverhalten, unter Verwendung von in die Werkstückoberfläche zum Zwecke der Materialverdrängung eindringenden Körpern und die Eindrückelemente (3) aufnehmendes, druckbeaufschlagbares Abstützelement (6), wobei den Eindrückelementen (3) Kraftverteilerelemente (4) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Abstützelement (6) Abstützwandflächenabschnitte (7, 8) aufweist, wobei die einzelnen Abstützwandflachenabschnitte (7) zur seitlichen Abstützung der Eindrückelemente (3) oder Kraftverteilerelemente (4) vorgesehen sind,
    - daß jedes der Kraftverteilerelemente (4) gleichzeitig auf mindestens zwei einander benachbarte Eindrückelemente (3) bzw. auf mindestens ein Eindrückelement (3) und mindestens einen Abstützwandflächenabschnitt (7) des Abstützelements (6) einwirkt unter Abstützung der Eindrückelemente (3) oder Kraftverteilerelemente (4) an den Abstützwandflächenabschnitten (7, 8) des Abstützelementes (6) quer bzw. parallel zur Eindrückkraft (F, F') und dass
    - sowohl zwischen den einander benachbarten Eindrückelementen (3) als auch zwischen den einauder benachbarten Kraftverteilerelementen (4), sowie zwischen den Elementen (3) bzw. (4) und den Abstützwandflächenabschnitten (7) des Abstützelementes (6) ein seitliches Bewegungsspiel (s) eingehalten ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus starrem Material bestehenden Eindrückelemente (3) oder Kraftverteilerelemente (4) eine konvexe Eindringformfläche (Kugelform, Walzenform, Zylinderform, Tonnenform) aufweisen.
  3. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftverteilerelemente (4) und die Eindrückelemente (3) die gleiche Form aufweisen.
  4. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungselemente (3) und die Kraftverteilerelemente (4) die gleichen Abmessungen aufweisen.
  5. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung der Eindrückkraft (F) auf die Eindrückelemente (3) mehrere übereinanderliegend angeordnete Lagen (LK) von Kraftverteilerelementen (4) vorgesehen sind und jedes der Kraftverteilerelemente (4) jeder Schicht beziehungsweise Lage (LK) gleichzeitig mit mehreren Elementen der benachbarten Kraftverteilerelemente (4) und den Eindrückelementen (3) in Kraftübertragungskontakt steht.
  6. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrück elemente (3) einer Schicht (LE) und/oder die Kraft verteilerelemente (4) untereinander unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
  7. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftverteilerelemente (4) einer Lage (LK) zur Beaufschlagung mehrerer Elemente (3; 4) der benachbarten Lage (LK,LE) allseitig freibeweglich am Abstützelement (6) angeordnet sind.
  8. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (6) für die Kraftverteilerelemente (4) Abstützwandflächenabschnitte (8) aufweist, die gegenüber der Richtung der Eindrückkraft bzw. gegenüber der Wirkrichtung der Eindrückkraft (F;F′) einen geneigten (α) Verlauf aufweisen.
  9. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Elemente in der Kammer des Abstützelementes (6) die Kammer mit einer elastisch verformbaren Masse (14) ausgefüllt ist.
  10. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützwandflächenabschnitt (8) des Abstützelementes (6) einen konvex gekrümmten Verlauf aufweist.
  11. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützwandflächenabschnitt (8) der Abstützelementes (6) einen konkav gekrümmten Verlauf aufweist.
  12. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützwandflächenabschnitt (8) des Abstützelementes (6) sich aus mehreren in einem Winkel zur Horizontalebene des Abelementes (6) geneigten Flächenabschnitten zusammengesetzt.
  13. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Abstützelement (6) für die Eindrückelemente (3) quer zur Richtung der Eindrückkraft (F) und für das Abstützelement (6) für die Kraftverteilerelemente (4) in Richtung der Eindrückkraft (F) voneinander getrennt angeordnete und relativ gegeneinander bewegliche Abstützteile (6, 6') vorgesehen sind.
  14. Einrichtung nach mindestens einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrückelemente (3) und die Kraftverteilerelemente (4) durch ein Halteelement (12) am Abstützelement (6) mit Durchbrüchen (22) fixiert sind, die eine freie Beweglichkeit der Elemente um das Spiel s zulassen.
  15. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrückelemente (3) und die Kraftverteilerelemente (4) untereinander unterschiedliche Außenkonturen aufweisen.
  16. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrückelemente (3) und die Kraftverteilerelemente (4) geringe Formtoleranzen und eine reibungsmindernde glatte Oberfläche aufweisen.
  17. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die seitliche Abstützung der Eindrückelemente (3) beziehungsweise der Kraftverteilerelemente (4) die Abstützwandflächenabschnitte (7) einen kreisförmigen, dreieckförmigen oder vieleckförmigen Verlauf aufweisen.
  18. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der Beaufschlagungsfläche (2') der Werkstücke (2) entgegengesetzten Werkstückseite einer Gegenhalterung (20) zugeordnet ist.
  19. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) ein auf das Werkstück im Sinne einer Vorspannung einwirkenden Niederhalterteil (21) iun Verbindung mit einer Gegenhalterung (20) aufweist.
  20. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Umformeinrichtung gebildet ist aus zwei Einheiten (1) die auf entgegengesetzten Seiten des Werkstückes (2) an einander gegenüberliegenden Orten des Werkstückes (2) mit gegeneinander gerichteter Eindrückkraft F angreifen.
  21. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet daß die Anzahl der Eindrückelemente (3) beziehungsweise der Kraftverteilerelemente (4) ungleich ist.
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