EP1275448A2 - Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts eines rohrförmigen Werkstücks in einem Werkzeug zum Innenhochdruckumformen - Google Patents

Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts eines rohrförmigen Werkstücks in einem Werkzeug zum Innenhochdruckumformen Download PDF

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EP1275448A2
EP1275448A2 EP02013671A EP02013671A EP1275448A2 EP 1275448 A2 EP1275448 A2 EP 1275448A2 EP 02013671 A EP02013671 A EP 02013671A EP 02013671 A EP02013671 A EP 02013671A EP 1275448 A2 EP1275448 A2 EP 1275448A2
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pressure
workpiece
sealing
piston
pressure chamber
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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    • 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
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/045—Closing or sealing means

Definitions

  • hydraulic high pressure medium usually over at least one end section introduced into the interior of the workpiece.
  • sealing mandrels take place by means of hydraulic cylinders axially in the end sections of the workpiece or in the form of a bell over the end sections and seal the interior, especially with the help of sealing rings.
  • the hydraulic cylinders and closed valves act here for the subsequent shaping of the workpiece Counter pressure.
  • the sealing pins can also be used on the front of the workpiece e.g. a serrated ring seal, a stepped seal or a cone seal be pressed.
  • sealing mandrels form a sealing cone (Wedge member seal).
  • the object of the invention is based on the prior art based on an arrangement for sealing an end portion of a tubular Workpiece in a tool for hydroforming create that is simpler, has fewer parts and at which significantly reduces the cycle times for a forming process can.
  • the essence of the invention is the difference in the effective piston area of the Pressure piston in the pressure chamber to the inner cross-sectional area in the end section of the workpiece.
  • the pressure chamber is removed from the pressure source from a hydraulic high pressure medium. Since the pressure channel connecting the pressure chamber to the interior of the workpiece in the pressure piston due to the locking in the direction of the pressure chamber Check valve is closed, the pressure in the pressure chamber increases. This causes the plunger to move toward the end portion of the workpiece moves until the sealing mandrel contacts the workpiece and its Seals interior. By increasing pressure in the pressure chamber the closing force of the check valve is then overcome. The Check valve opens so that the internal pressure builds up in the workpiece and the workpiece is formed.
  • the arrangement can be on only one end of a tool or on both Ends are provided.
  • the seals the components of the pressure plunger forming sealing mandrels and the No additional material tracking when forming the workpiece Hydraulic units or complex controls are necessary are.
  • the traversing movements of the sealing mandrels are determined by the same Pressure source causes the internal pressure for the actual one Internal high pressure forming process originates.
  • the sealing or the application of a counterforce only from this pressure source. Reduce the processing times of a hydroforming operation noticeable because the sealing mandrels immediately when the internal pressure rises be relocated and create a seal.
  • the arrangement according to the invention is therefore particularly suitable for hydroforming using mechanical presses.
  • the hydroforming process takes place in the Pressure build-up in a very short time.
  • a flat design for a seal to the end face of the workpiece is sufficient to the necessary internal pressure for the expansion of the workpiece.
  • Due to the flat design can also be achieved that an expansion directly in the area of Contact area between the end face of the sealing mandrel and the end face of the workpiece becomes possible. This allows the workpiece to be placed directly in the sealing area are brought to the final contour, a subsequent end trimming is avoided.
  • the tool 4 has two configurations that are relatively movable relative to one another of the workpiece 3 determining dies 5 and 6.
  • the lower die is with 5 and the upper die is designated with 6.
  • the face of the workpiece 3 to be formed is in a stationary housing 7, a pressure chamber 8 is formed, which is connected via a feed line 9 a pressure source 10 for a hydraulic high pressure medium is connected.
  • a pressure piston 11 is sealingly guided in the pressure chamber 8.
  • the pressure piston 11 has a stepped axial pressure channel 12, which the Pressure chamber 8 connects to the interior 13 of the workpiece 3.
  • Pressure channel 12 is a check valve blocking in the direction of the pressure chamber 8 14 arranged.
  • the check valve 14 is composed of a conical valve seat 15, a spherical sealing body 16, one Helical compression spring 17 and a longitudinally channeled screw 18 together, which is screwed into a threaded section 19 of the pressure channel 12.
  • a sealing mandrel 20 is connected, which at Embodiment with the annular end face 21 of the workpiece 3 seals a flat end face 22.
  • the housing 7 and the pressure piston 11 is connected via restoring elements 23 in the form of helical tension springs.
  • restoring elements 23 endeavor to push the pressure piston 11 into the Withdraw starting position.
  • the tool 4 is opened and the workpiece 3 to be formed in the lower die 5 placed. Then by lowering the upper die 6 the tool 4 closed. Following this, the Pressure chamber 8 from the pressure source 10 with hydraulic high pressure medium applied. Since the check valve 14 the pressure channel 12 in Locks pressure piston 11, the pressure in the pressure chamber 8. This increases Pressure now moves the pressure piston 11 in the direction of the Workpiece 3 until the end face 22 of the sealing piston 20 on the end face 21 of the workpiece 3 strikes and brings about a seal.
  • the pressure chamber 8 of the Pressure source 10 separately.
  • the pressure drops to zero, causing the reset elements 23 Guide the pressure piston 11 back to the starting position.
  • the check valve 14 closes the pressure channel 12 in the pressure piston 11.
  • the tool 4 with respect to the lower die 5 and upper die 6 opened and the formed workpiece 3 can be removed.

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Abstract

Die Anordnung (1) zum Abdichten eines Endabschnitts (2) eines rohrförmigen Werkstücks (3) in einem Werkzeug (4) zum Innenhochdruckumformen umfasst einen mit dem Endabschnitt (2) zusammenwirkenden Abdichtdorn (20) als zumindest mittelbaren Bestandteil eines Druckkolbens (11). Dieser ist in einer an eine Druckquelle (10) für ein hydraulisches Hochdruckmedium anschließbaren Druckkammer (8) zwangsgeführt. Ferner weist der Druckkolben (11) in einem die Druckkammer (8) mit dem Innenraum (13) des Werkstücks (3) verbindenden axialen Druckkanal (12) ein in Richtung zur Druckkammer (8) sperrendes Rückschlagventil (14) auf. Die wirksame Kolbenfläche (KF) des Druckkolbens (11) in der Druckkammer (8) ist größer als die Querschnittsfläche (QF) im Innenraum (13) des Werkstücks (3) bemessen. Der Druckkolben (11) ist bei von der Druckquelle (10) getrennter Druckkammer (8) durch eine mechanische, elektrische, pneumatische oder hydraulische Rückstellkraft (23) in die Ausgangsposition zurückstellbar. <IMAGE>

Description

Beim Innenhochdruckumformen von rohrförmigen Werkstücken in einem entsprechend gestalteten Werkzeug wird das zur Verformung eingesetzte hydraulische Hochdruckmedium in aller Regel über zumindest einen Endabschnitt in den Innenraum des Werkstücks eingeleitet. Dies kann über Abdichtdorne erfolgen, die mittels Hydraulikzylinder axial in die Endabschnitte des Werkstücks oder in Form einer Glocke über die Endabschnitte verfahren werden und den Innenraum, insbesondere mit Hilfe von Dichtringen, abdichten. Hierbei wirken die Hydraulikzylinder und verschlossene Ventile dem für die auf das Abdichten folgende Ausformung des Werkstücks aufgebrachten Innendruck entgegen.
Die Abdichtdorne können aber auch stirnseitig des Werkstücks mit Hilfe von z.B. einer Ringzackendichtung, einer gestuften Dichtung oder einer Konusdichtung angepresst werden.
Ferner ist es denkbar, dass die Abdichtdorne einen Dichtkegel umformen (Keilelementdichtung).
Schließlich ist es noch bekannt, dass die Abdichtdorne durch jeweils einen zusätzlichen Hydraulikzylinder unterstützt werden. Mit diesem Hydraulikzylinder wird derselbe Innendruck aufgebaut, der für die Ausformung des Werkstücks benötigt wird, so dass direkt eine Gegenkraft erzeugt wird. Das Hydraulikaggregat muss nur noch den notwenigen Differenzdruck aufbringen, der für die Abdichtung und/oder ein Nachführen von Material notwendig ist (DE 40 17 072 C2).
Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts eines rohrförmigen Werkstücks in einem Werkzeug zum Innenhochdruckumformen zu schaffen, die einfacher aufgebaut ist, weniger Einzelteile aufweist und bei welcher die Taktzeiten für einen Umformvorgang deutlich reduziert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Kern der Erfindung ist der Unterschied der wirksamen Kolbenfläche des Druckkolbens in der Druckkammer zu der Innenquerschnittsfläche im Endabschnitt des Werkstücks. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Abdichtdorn bei steigendem Innendruck im Werkstück immer eine Kraft gegen die Werkstückstirnseite ausübt, so dass unabhängig vom jeweiligen Innendruck die notwendige Abdichtkraft gewährleistet ist. Diese Abdichtkraft kann dann zusätzlich dazu benutzt werden, um Material in das Werkzeug bzw. in die Umformzone des Werkstücks nachzuführen.
Zu Beginn eines Umformvorgangs wird die Druckkammer von der Druckquelle aus mit einem hydraulischen Hochdruckmedium beaufschlagt. Da der die Druckkammer mit dem Innenraum des Werkstücks verbindende Druckkanal im Druckkolben durch das in Richtung zur Druckkammer sperrende Rückschlagventil verschlossen ist, steigt der Druck in der Druckkammer. Hierdurch wird der Druckkolben in Richtung auf den Endabschnitt des Werkstücks bewegt, bis dass der Abdichtdorn das Werkstück kontaktiert und dessen Innenraum abdichtet. Durch weiter steigenden Druck in der Druckkammer wird danach die Schließkraft des Rückschlagventils überwunden. Das Rückschlagventil öffnet, so dass nun der Innendruck im Werkstück aufgebaut und das Werkstück umgeformt wird.
Ist der Innenhochdruckumformprozess beendet, sinkt der Druck in der Druckkammer wieder auf Null. Der Druckkolben bewegt sich in die Ausgangsposition zurück und gibt das umgeformte Werkstück zur Weiterbehandlung frei.
Die Anordnung kann an nur einem Ende eines Werkzeugs oder auch an beiden Enden vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundgedankens ist nach Patentanspruch 2 der Druckkolben bei von der Druckquelle getrennter Druckkammer durch eine mechanische, elektrische, pneumatische oder hydraulische Rückstellkraft in die Ausgangsposition zurückstellbar. Hierfür können Druck- oder Zugfedern sowie pneumatisch bzw. hydraulisch beaufschlagbare Zylinder zum Einsatz gelangen.
Insgesamt ist festzustellen, dass für die Verfahrbewegungen, die Abdichtungen der Bestandteile der Druckkolben bildenden Abdichtdorne sowie das Nachführen von Material bei der Umformung des Werkstücks keine zusätzlichen Hydraulikaggregate oder auch aufwendige Steuerungen notwendig sind. Die Verfahrbewegungen der Abdichtdorne werden durch dieselbe Druckquelle bewirkt, aus der auch der Innendruck für den eigentlichen Innenhochdruckumformprozess stammt. Weiter erfolgt die Abdichtung bzw. das Aufbringen einer Gegenkraft ausschließlich von dieser Druckquelle aus. Die Bearbeitungszeiten einer Innenhochdruckumformoperation verringern sich merklich, da bei einem Anstieg des Innendrucks die Abdichtdorne sofort verlagert werden und eine Abdichtung herbeiführen.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich demzufolge insbesondere für das Hydroformen unter Verwendung mechanischer Pressen. Hierbei ergibt sich ein weiterer Vorteil. Prinzipbedingt erfolgt beim Hydroformverfahren der Druckaufbau in sehr kurzer Zeit. Das bedeutet für die Stirnseite des Abdichtdorns, dass hier eine planflächige Ausführung für eine Abdichtung zur Stirnfläche des Werkstücks genügt, um den notwendigen Innendruck für die Aufweitung des Werkstücks aufzubauen. Durch die planflächige Ausführung kann zusätzlich erreicht werden, dass eine Aufweitung direkt im Bereich der Kontaktfläche zwischen der Stirnseite des Abdichtdorns und der Stirnfläche des Werkstücks möglich wird. Damit kann das Werkstück direkt im Abdichtbereich auf die Endkontur gebracht werden, ein nachfolgender Endenbeschnitt wird vermieden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Mit 1 ist in der Zeichnung ganz allgemein im Schema eine Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts 2 eines rohrförmigen Werkstücks 3 in einem Werkzeug 4 zum Innenhochdruckumformen bezeichnet.
Das Werkzeug 4 weist zwei zueinander relativ bewegliche, die Konfiguration des Werkstücks 3 bestimmende Gesenke 5 und 6 auf. Das Untergesenk ist mit 5 und das Obergesenk ist mit 6 bezeichnet.
Stirnseitig des umzuformenden Werkstücks 3 ist in einem ortsfesten Gehäuse 7 eine Druckkammer 8 ausgebildet, die über eine Zuleitung 9 mit einer Druckquelle 10 für ein hydraulisches Hochdruckmedium verbunden ist. In der Druckkammer 8 ist ein Druckkolben 11 dichtend geführt. Der Druckkolben 11 weist einen gestuften axialen Druckkanal 12 auf, welcher die Druckkammer 8 mit dem Innenraum 13 des Werkstücks 3 verbindet. In dem Druckkanal 12 ist ein in Richtung zur Druckkammer 8 sperrendes Rückschlagventil 14 angeordnet. Das Rückschlagventil 14 setzt sich aus einem kegelförmigen Ventilsitz 15, einem kugelförmigen Dichtkörper 16, einer Schraubendruckfeder 17 und einer längskanalisierten Schraube 18 zusammen, die in einen Gewindeabschnitt 19 des Druckkanals 12 eingedreht ist.
Mit dem Druckkolben 11 ist ein Abdichtdorn 20 verbunden, welcher beim Ausführungsbeispiel die kreisringförmige Stirnseite 21 des Werkstücks 3 mit einer planen Stirnfläche 22 abdichtet.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass das Gehäuse 7 und der Druckkolben 11 über Rückstellelemente 23 in Form von Schraubenzugfedern verbunden ist. Die mit seitlichen Auslegern 24, 25 am Gehäuse 7 und am Druckkolben 11 verbundenen Rückstellelemente 23 sind bestrebt, den Druckkolben 11 in die Ausgangsposition zurückzuziehen.
Ferner ist es von Bedeutung, dass die wirksame Kolbenfläche KF des Druckkolbens 11 in der Druckkammer 8 größer als die Querschnittsfläche QF des Innenraums 13 im Endabschnitt 2 des Werkstücks 3 bemessen ist. Dadurch wird erreicht, dass über den Druckkolben 11 bei steigendem Innendruck im Werkstück 3 immer eine Kraft gegen die Stirnseite 21 des Werkstücks 3 ausgeübt wird, so dass unabhängig vom Innendruck stets die notwendige Dichtkraft gewährleistet ist.
Zum Umformen des rohrförmigen Werkstücks 3 mittels Innenhochdruck wird zunächst das Werkzeug 4 geöffnet und das umzuformende Werkstück 3 in das Untergesenk 5 gelegt. Anschließend wird durch Herabfahren des Obergesenks 6 das Werkzeug 4 geschlossen. Im Anschluss daran wird die Druckkammer 8 von der Druckquelle 10 aus mit hydraulischem Hochdruckmedium beaufschlagt. Da das Rückschlagventil 14 den Druckkanal 12 im Druckkolben 11 sperrt, steigt der Druck in der Druckkammer 8. Dieser ansteigende Druck verlagert nun den Druckkolben 11 in Richtung auf das Werkstück 3, bis dass die Stirnseite 22 des Abdichtkolbens 20 an der Stirnseite 21 des Werkstücks 3 anschlägt und eine Abdichtung herbeiführt.
Bei weiterhin mit der Druckquelle 10 verbundener Druckkammer 8 steigt der Druck in der Druckkammer 8 noch weiter, bis die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 17 des Rückschlagventils 14 überwunden wird, das Hochdruckmedium aus der Druckkammer 8 über den Druckkanal 12 in den Innenraum 13 des Werkstücks 3 gelangt und dieses entsprechend der Kontur von Untergesenk 5 und Obergesenk 6 umformt.
Nach dem Innenhochdruckumformvorgang wird die Druckkammer 8 von der Druckquelle 10 getrennt. Der Druck sinkt auf Null, so dass die Rückstellelemente 23 den Druckkolben 11 wieder in die Ausgangsposition zurück führen. Das Rückschlagventil 14 schließt den Druckkanal 12 im Druckkolben 11.
Anschließend kann das Werkzeug 4 hinsichtlich Untergesenk 5 und Obergesenk 6 geöffnet und das umgeformte Werkstück 3 entnommen werden.
Die zur Durchführung der Abdichtung und Umformung notwendigen Steuerungen sind in der Zeichnung nicht veranschaulicht.
Bezugszeichenaufstellung
1 -
Anordnung
2 -
Endabschnitte v. 3
3 -
Werkstück
4 -
Werkzeug
5 -
Untergesenk v. 4
6 -
Obergesenk v. 4
7 -
Gehäuse
8 -
Druckkammer in 7
9 -
Zuleitung
10 -
Druckquelle
11 -
Druckkolben
12 -
Druckkanal in 11
13 -
Innenraum v. 3
14 -
Rückschlagventil
15 -
Ventilsitz
16 -
Dichtkörper
17 -
Schraubendruckfeder
18 -
Schraube
19 -
Gewindeabschnitt v. 12
20 -
Abdichtdorn
21 -
Stirnseite v. 3
22 -
Stirnfläche v. 20
23 -
Rückstellelemente
24 -
Ausleger an 7
25 -
Ausleger an 11
KF -
Kolbenfläche v. 11
QF -
Querschnittsfläche v. 13

Claims (2)

  1. Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts (2) eines rohrförmigen Werkstücks (3) in einem Werkzeug (4) zum Innenhochdruckumformen, welche einen mit dem Endabschnitt (2) zusammenwirkenden Abdichtdorn (20) als zumindest mittelbaren Bestandteil eines Druckkolbens (11) umfasst, der in einer an eine Druckquelle (10) für ein hydraulisches Hochdruckmedium anschließbaren Druckkammer (8) zwangsgeführt ist und in einem die Druckkammer (8) mit dem Innenraum (13) des Werkstücks (3) verbindenden axialen Druckkanal (12) ein in Richtung zur Druckkammer (8) sperrendes Rückschlagventil (14) aufweist, wobei die wirksame Kolbenfläche (KF) des Druckkolbens (11) in der Druckkammer (8) größer als die Querschnittsfläche (QF) im Innenraum (13) des Endabschnitts (2) des Werkstücks (3) bemessen ist.
  2. Anordnung nach Patentanspruch 1, bei welcher der Druckkolben (11) bei von der Druckquelle (10) getrennter Druckkammer (8) durch eine mechanische, elektrische, pneumatische oder hydraulische Rückstellkraft (23) in die Ausgangsposition zurückführbar ist.
EP02013671A 2001-07-14 2002-07-01 Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts eines rohrförmigen Werkstücks in einem Werkzeug zum Innenhochdruckumformen Withdrawn EP1275448A3 (de)

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