EP1311358A1 - Vorrichtung zum umformen eines werkstück-endbereichs - Google Patents

Vorrichtung zum umformen eines werkstück-endbereichs

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EP1311358A1
EP1311358A1 EP01971612A EP01971612A EP1311358A1 EP 1311358 A1 EP1311358 A1 EP 1311358A1 EP 01971612 A EP01971612 A EP 01971612A EP 01971612 A EP01971612 A EP 01971612A EP 1311358 A1 EP1311358 A1 EP 1311358A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transmission element
workpiece
force transmission
pressure chamber
pressure
Prior art date
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EP01971612A
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English (en)
French (fr)
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EP1311358B1 (de
Inventor
Dieter Ehrke
Udo Hunkenschroeder
Frank-Stefan Runte
Martin Ziehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Parker Hannifin GmbH and Co KG
Original Assignee
Parker Hannifin GmbH and Co KG
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Publication date
Priority claimed from DE2000140596 external-priority patent/DE10040596C1/de
Priority claimed from DE2000140595 external-priority patent/DE10040595C2/de
Application filed by Parker Hannifin GmbH and Co KG filed Critical Parker Hannifin GmbH and Co KG
Publication of EP1311358A1 publication Critical patent/EP1311358A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1311358B1 publication Critical patent/EP1311358B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00—Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/12—Shaping end portions of hollow articles
    • 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
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • 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
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02—Enlarging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/02—Special design or construction
    • B21J9/06—Swaging presses; Upsetting presses

Definitions

  • the invention relates to a device for forming an end region of a workpiece, in particular for cold press forming a pipe end region. It is known to clamp the workpiece using a first hydrodynamically actuatable force transmission element and to reshape the end region by the direct or indirect action of a second hydrodynamically actuated force transmission element.
  • a hydrodynamically actuated force transmission element is understood to mean a body which can be actuated hydraulically and / or pneumatically. With the mostly high forces that are required for forming a workpiece, hydraulic actuation is expediently selected.
  • DE 195 11 447 AI discloses a device suitable for forming a pipe end region.
  • This device has a receptacle for interchangeable jaws for clamping the tube.
  • the clamping jaws are pressurized by a first hydraulically actuated piston in order to clamp the pipe.
  • the first piston has a central one Through opening in which a piston rod of a second hydraulically actuated piston is guided.
  • the two pistons are thus arranged one behind the other in the same housing and are guided coaxially to one another.
  • the piston rod of the second piston which is provided with a shaping tool, can act on the pipe end region through the central, continuous opening in the first piston by compressing the pipe end region in the axial direction.
  • the end area deforms in accordance with the shape of the U-shaped tool and the clamping jaws.
  • the known device has a three-part housing.
  • a first housing part has a first bore in which the first annular piston is guided with its jacket and has a second bore in which the second piston is guided with its piston rod.
  • the second hole has a smaller diameter than the first hole.
  • a stop is formed for the jacket of the first, annular piston, which defines the maximum retracted position of the first piston.
  • a hydraulic fluid for actuating the first piston can be introduced between the stop and the piston skirt.
  • Another part of the three-part housing is a housing end piece that can be screwed to the first part and has a cylindrical bore for guiding the end piece of the second piston. The first housing part forms a stop in the direction of actuation of the second piston.
  • a hydraulic medium can in turn be introduced between the stop and the second piston in order to retrieve the second piston after the tube has been formed.
  • the corresponding hydraulic chamber for receiving the hydraulic fluid is against the first Sealed hydraulic space between the jacket of the first piston and its rear stop.
  • the third part of the three-part housing forms the receptacle for the clamping jaws and for the front parts of the first and second pistons or for the U-shaped tool.
  • the forming tool is designed and connected to the front end region of the piston rod of the second piston so that when the second piston is retrieved, the first piston is carried along and the clamping jaws are relieved of pressure.
  • the central through opening of the first piston has a rear stop.
  • the forming process to be carried out with the device known from DE 195 11 447 AI is disadvantageous insofar as both controlling the process sequence at the beginning and end of the forming process and checking the tool and the pipe to be formed before starting the forming process are neither provided nor due to the Coupling of the two pistons are possible during their return movement.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device for shaping a workpiece end region which enables better control of the shaping process.
  • the invention provides in a first embodiment that between the first power transmission element and the second
  • Power transmission element is arranged a first pressure chamber connected to a first pressure connection, and that the second power transmission element is connected to a second Pressure connection connected second pressure space is assigned such that the introduction of a pressure medium acts on the second force transmission element in the clamping and forming direction.
  • the pressure of the pressure medium enclosed in the first pressure chamber is maintained by blocking the first pressure connection, the pressure medium being released from the first pressure chamber when a preset excess pressure is reached, so that when the first force transmission element is in the clamping position the second force transmission element for reshaping the workpiece is displaceable relative to the first force transmission element and, after reshaping the end region of the workpiece by re-introducing pressure medium into the first pressure space, the second force transmission element and then the first force transmission element are moved back to their starting positions by means of a separate drive.
  • the clamping pressure is maintained at the required level.
  • the required pressure therefore only has to be present for as long as it is needed.
  • the second force transmission element can also be actively returned to its starting position.
  • a third pressure chamber with a connection to a third pressure connection is provided as the drive for the return movement of the first force transmission element.
  • the drive for the return movement of the first force transmission element can also be designed as a return spring.
  • the starting position of the first force transmission element is defined by a stop formed between the housing and the first force transmission element.
  • sensors are provided in order to recognize the inserted tool and to check the respective position of the first force transmission element as to whether it has returned to its basic position.
  • sensors before starting the clamping and / or forming process, it can be automatically determined whether a suitable clamping and / or forming tool is present and / or correctly positioned, the presence and / or the correct position of the tool being indicated by a non-contact distance measurement can be determined by means of a sensor.
  • the basic position of the forming tool and the can be detected by this path taken during the forming process.
  • the relative displacement path required for the forming process between the first force transmission element and the second force transmission element i.e. the so-called compression length L
  • the first force transmission element by introducing pressure medium into the first pressure chamber can be moved away from the stationary second force transmission element, after which the tensioning and forming process follows as described, by introducing pressure medium into the second pressure chamber.
  • a pressure medium can be introduced into the first pressure chamber both for actuating the first force transmission element and for releasing the second force transmission element, which is associated with the advantage of an even better control option for the forming process.
  • the length of the first pressure space between the first actuating surface and the second actuating surface can be adjusted before the workpiece is deformed in order to specify the desired defined working path.
  • the two force transmission elements can then be moved at a constant relative position to one another until the workpiece is clamped. Then again is the second
  • Power transmission element can be moved exactly by the preset length of the pressure chamber against the first power transmission element, so that the clamped workpiece is compressed by a distance corresponding to this length.
  • the first actuating surface and the second actuating surface of the first pressure chamber ends the forming process.
  • the length of the pressure chamber can be measured directly or indirectly in order to set the length.
  • the length can be measured indirectly by means of a distance sensor which is directed onto a surface whose distance from the distance sensor changes depending on the length of the pressure space.
  • a surface is, for example, a conically widening outer surface of the first force transmission element. It is advantageous if a non-contact measuring distance sensor is used.
  • a contactless measuring sensor which outputs a signal depending on whether the workpiece to be formed is in a starting position in which the clamping and / or forming can be started.
  • the sensor is in particular a distance sensor that eats the distance to the closest object in one measuring direction.
  • Such sensors for example using laser radiation, are known from the prior art.
  • the workpiece only needs to be brought into the start position to generate the signal.
  • a control is provided for controlling the clamping and / or forming process, which is connected to the sensor via a signal connection. In response to the signal, clamping and / or forming can then, in particular automatically, begin.
  • a dimension of the workpiece to be formed is measured, or a Measured value measured, which is a clear measure of the dimension of the workpiece to be formed. If, for example, a pipe is formed, it makes sense to measure the pipe diameter. Before starting the clamping and / or the shaping, this allows a check to be made as to whether a workpiece with the desired dimensions is ready for shaping. If the correct workpiece is not brought into a starting position or if no workpiece is brought into the starting position at all, the start signal is not generated either. An unintentional actuation of the forming device or the machining of a workpiece with incorrect dimensions can thus be avoided.
  • a major advantage of this is that safety regulations for the protection of operating personnel can be adhered to in a simple manner and at the same time damage to the device, for example due to workpieces that are too large, can be prevented.
  • a contactless measuring sensor is provided which, depending on whether a suitable clamping and / or forming tool is present and / or correctly positioned, outputs a signal.
  • a contactless measuring sensor is provided which, depending on whether a suitable clamping and / or forming tool is present and / or correctly positioned, outputs a signal.
  • the same sensor can be used to measure the starting position and to measure the presence and / or the positioning of the tool.
  • the presence and / or the correct position of the tool is preferably first measured or determined.
  • a controller can also be provided which receives a signal from the sensor and, after the forming has progressed sufficiently far, ends the forming process.
  • Fig.l A longitudinal section through a
  • FIG. 2 shows the forming device according to FIG. 1 with the workpiece inserted in the starting position
  • FIG. 10 shows the shaping device according to FIG. 9 after completion of the shaping process.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through a forming device 1.
  • the forming device 1 has a base housing 3 with a central cylindrical bore, so that a cylindrical surface 4 is formed.
  • a receiving housing 5 for receiving clamping jaws 31 is arranged as a clamping tool.
  • the cylinder surface 4 is designed as a guide surface for guiding the movement of a first force transmission element designed as an outer annular piston 7 and for guiding the movement of a second force transmission element designed as an inner piston 9.
  • the inner piston 9 almost completely fills the cross section of the cylinder bore at the closed end of the cylinder bore.
  • a piston rod 11 of the inner piston 9 extends in the direction of the open end of the cylinder bore.
  • the piston rod 11 is received in a central, cylindrical bore of the outer piston 7 and is fixedly coupled to an extension piece 11a connected to a compression tool 13.
  • the outer piston 7 thus forms a guide for the movement of the piston rod 11 and a compression tool 13 which acts as a forming tool and which is connected to the piston rod 11 or its extension piece 11a via a rotary lock 15.
  • the rotary lock 15 can be actuated like a bayonet lock.
  • a locking projection 16 of the upsetting tool 13 is inserted by a linear movement in the axial direction of the extension piece 11a of the piston rod 11 into the corresponding recess in the extension piece 11a and then rotated about the longitudinal axis of the piston rod 11 in order to lock the connection.
  • the base housing 3 has a first pressure connection 25, through which a hydraulic medium can be introduced into the interior of the base housing 3 or can be derived therefrom.
  • the first pressure connection 25 opens into a first pressure chamber 26 which, in addition to the cylinder surface 4, is also delimited by a first actuating surface 10 of the outer piston 7 and by a second actuating surface 12 of the inner piston 9.
  • the first pressure chamber 26 is larger or smaller and can be in different positions relative to the first pressure connection 25 (see FIGS. 1 to 5). In every operating state, however, the first pressure connection 25 opens into the first pressure chamber 26.
  • the first pressure chamber 26 widens outward in the radial direction, since the first actuating surface 10 and the second actuating surface 12 are partially designed as conical section surfaces. It can be seen from FIG. 3 and FIG. 4 that the first actuating surface 10 and the second actuating surface 12 each have a further region which is designed in the form of a ring and represents a stop for the other pistons 7, 9.
  • a second pressure chamber 28 is also provided in the base housing 3, which is connected via a second pressure connection 27.
  • the second pressure chamber 28 has a volume that can be changed to almost zero.
  • a third pressure chamber 51 which is connected to a third pressure connection 50, is formed in the clamping and forming device in front of the outer piston 7 between the latter and a housing insert 52.
  • This third pressure chamber 51 serves as a drive for the return movement of the outer piston 7 in its starting position.
  • the receiving housing 5 forms a receiving space for clamping jaws 31, which can be actuated by actuating the pistons 7, 9, that is to say by moving them in the axial direction, for clamping a workpiece.
  • the jaws 31 are designed and actuated, for example, like the jaws described in DE 195 11 447 AI.
  • the clamping jaws 31 have a forming recess 33 at their front end on the right in FIG. 1 to FIG. 5, which forms a closed, groove-like recess when a workpiece with the corresponding dimensions is clamped.
  • the Forming recess 33 is used for forming the workpiece, as will be explained in more detail.
  • the shaping can also be determined by the shape of an alternative upsetting tool which is provided instead of the upsetting tool 13 shown and which can be connected to the piston rod 11.
  • the upsetting tool 13 has a measuring collar 8 at its free end, on which the upsetting tool 13 has a smaller outside diameter than in the axial direction behind it.
  • the inner piston 9 has a cone-like section in the region of its free end of its piston rod 11 facing the clamping jaws 31 or of its extension piece 11a, with a cone surface 6 which forms the outer circumference of the extension piece 11a.
  • two bores running in the radial direction and directed towards the central longitudinal axis of the shaping device 1 are provided in the overall housing formed by the base housing 3 and the receiving housing 5, two bores running in the radial direction and directed towards the central longitudinal axis of the shaping device 1 are provided.
  • a sensor S1 or S2 is arranged in each of these bores.
  • the sensor S1 is used to identify the upsetting tool 13, in that the sensor S1 is directed at the measuring collar 8 of the upsetting tool 13 and can identify the used upsetting tool 13 via the distance between the sensor S1 and the measuring collar 8.
  • the sensor S2 serves to determine the basic position of the inner piston 9 in that the sensor S2 is directed towards the conical surface 6 of the part 11a connected to the inner piston 9, so that the position of the conical surface 6 or the process of the extension 11a can be determined With the cylindrical circumferential surface relative to the sensor S2 detects the progress of the movement of the inner piston 8.
  • a workpiece in particular the end of a tube 2 is first introduced into the forming device until the tube end abuts the upsetting tool 13 on the inside, this starting position of the forming device being shown in FIG. 2.
  • the pressure chamber 28 is acted upon by a pressure medium, which leads to a displacement of the inner piston 9 in the illustration of Figure 3 to the left.
  • the second pressure connection 27 of the second pressure chamber 28 is relieved, and pressure medium is introduced into the first pressure chamber 26 via the first pressure connection 25; as a result, the inner piston 9 is moved to the right into its starting position, as can be seen in FIG. 5. Subsequently, pressure medium is introduced into the third pressure chamber 51 via the third pressure connection 50 and the outer piston 7 is thus also moved to the right into its starting position, as is shown in FIG. 1 or FIG. 2.
  • the end position of the outer piston 7 is predetermined by a stop (not shown) between the outer piston 7 and the housing.
  • the function is realized that the working path required for the forming work, the compression length L, can be variably adjusted in a first functional step. Otherwise, the same parts are denoted by the same reference numerals, even if there are slight design differences between the exemplary embodiments in individual positions.
  • the compression spring presses the compression tool 13 into a position in which there is a gap between the cutting tool 13 and an end face 14 of the piston rod 11. Accordingly, there is also a gap between the upsetting tool 13 and the piston rod 11 in the area of the rotary lock 15, which allows the upsetting tool 13 to be moved against the piston rod 11 by the gap width.
  • Guide rings 19 are provided for guiding the movements of the pistons 7, 9.
  • the sensor arrangement is designed differently.
  • the clamping jaws 31 thus have a measuring groove 35 which extends radially inwards from the outer surface of the clamping jaws 31.
  • a measuring recess can also be provided, which does not extend in the direction of the U around the clamping jaws 31 as shown in FIGS. 6 to 9, but only represents a recess at one or more points of the clamping jaws. In this case, however, it is important to ensure correct positioning relative to a distance sensor, the function of which is described in more detail below.
  • clamping jaws 31 have a measuring opening 29 which extends in the radial direction and which allows electromagnetic radiation, in particular one
  • P C ⁇ P rt s P 4 N ao ⁇ a P ⁇ - ⁇ - ⁇ ⁇ C ⁇ ⁇ > iQ N cn poi ⁇ rt ⁇ - rt rt i ⁇ - rt ⁇ ⁇ P li a ⁇ - ⁇ rt o TJ o J3 PJ rt s ⁇ - PJ ii cn PHP s: P ⁇ P ⁇ li N ⁇ SH * »H ⁇ PJ a
  • the first distance sensor 37 can now measure the distance to the outer surface of the tube 2.
  • the first distance sensor 37 outputs a corresponding measurement signal to the controller 41 via the first signal line 43.
  • the controller 41 now checks whether the tube 2 has the correct outside diameter or whether the correct measurement signal has been received. If this is the case, the controller 41 starts the clamping and forming process.
  • the outer piston 7 is first moved by a compression length L in the axial direction (to the left in the illustration of FIG. 8).
  • a hydraulic medium is passed through the first pressure connection 25 into the first pressure chamber 26.
  • the first distance sensor 37 measures the distance to the conical surface 6 of the outer piston 7 and continuously outputs a measurement signal to the controller 41. If the distance between the annular surfaces of the first actuating surface 10 and the second actuating surface 12 is equal to the compression length L, and if the first distance sensor 37 has sent a corresponding measurement signal to the controller 41, the controller 41 stops the supply of hydraulic medium into the first pressure chamber 26 , so that the movement of the outer piston 7 is stopped.
  • FIGS. 9 and 10 the actual clamping and shaping of the tube 2 begins, as is described in principle for the exemplary embodiment already shown in FIGS. 1 to 5, the controller 41 supplying the hydraulic medium starts through the second pressure connection 27 in the second pressure chamber 28. From this operating state shown in Figure 9, the clamping and Forming work as already described for the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 5.
  • the compression length L does not exactly correspond to the actual path by which the end of the tube 2 is compressed in the axial direction. A precise presetting of the desired compression path is still possible.
  • Another factor that can lead to an inequality of the compression length L and the actual compression path is the resilience or elasticity of the material connection between the outer piston 7 and the clamping jaws 31. In particular, elastic materials can be used there, for example to reduce noise effect or to prevent wear.
  • the second distance sensor 39 measures through the measurement opening 29 the distance to the bead 36 formed on the outer circumference of the tube 2 due to the deformation. There is a corresponding measurement signal from the second distance sensor to the controller 41 via the second signal line 45.
  • the current measured value is compared with a target value and it is determined whether the bead 36 has reached the desired outer diameter.
  • the forming can be ended by the control 41 determining that the bead 36 has reached the desired outer diameter and stopping the upsetting process.
  • the compression length L serves to ensure that a sufficiently long compression path is available.
  • the second pressure chamber 28 is relieved of pressure, that is to say the hydraulic medium located therein is allowed to flow out of the second pressure chamber 28. Furthermore, pressure medium is introduced into the first pressure chamber 26 via the first pressure connection 25. As a result, the inner piston 9 is retracted to the right in the axial direction while displacing the pressure medium in the second pressure chamber 28. The hydraulic medium in the first pressure chamber 26 is then relieved of pressure by opening the shut-off valve, so that it can flow out of the pressure chamber 26.
  • the outer piston 7 is moved back into its starting position shown in FIG. 6 by the spring force of one or more springs, not shown in detail. The jaws 31 release the formed tube 2 so that this can be removed.
  • 3rd light-emitting diode advance of the outer bulb, adjustment of compression length L completed,
  • an error occurs, it can be read on the display device 47 in which operating phase or in which operating state the error occurred.
  • a further light-emitting diode (not shown) can be provided, which indicates the termination when the forming process is terminated.
  • an error in the corresponding operating phase can be indicated by intermittent lighting up of a light-emitting diode.
  • An error can also be indicated, for example, by virtue of the fact that one of the light-emitting diodes does not light up, but a light-emitting diode arranged downstream in the sequence lights up.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Umformen eines Endbereiches eines Werkstücks (2), insbesondere zum Kalt-Preßumformen eines Rohrendbereichs, mit zwei in einem gemeinsamen Gehäuse (3) geführten Kraftübertragungselementen (7, 9) ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kraftübertragungselementen (7, 9) ein erster Druckraum (26) angeordnet ist und dem zweiten Kraftübertragungselement (9) ein zweiter Druckraum (28) zugeordnet ist, wobei bei in der Spannposition stehenden ersten Kraftübertragungselement (7) das zweite Kraftübertragungselement (9) zum Umformen des Werkstücks relativ zum ersten Kraftübertragungselement (7) verschiebbar ist.

Description

Vorrichtung zum Umformen eines Werkstück-Endbereichs
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen eines Endbereichs eines Werkstücks, insbesondere zum Kalt- Pressumformen eines Rohrendbereichs. Es ist bekannt, das Werkstück unter Verwendung eines ersten hydrodynamisch betätigbaren Kraftübertragungselements einzuspannen und den Endbereich durch direkte oder indirekte Krafteinwirkung eines zweiten hydrodynamisch betätigbaren Kraftübertragungselements umzuformen. Unter einem hydrodynamisch betätigbaren Kraft-übertragungselement wird ein Körper verstanden, der auf hydraulische und/oder pneumatische Weise betätigbar ist. Bei den meist hohen Kräften, die zur Umformung eines Werkstücks erforderlich sind, wird zweckmäßigerweise eine hydraulische Betätigung gewählt.
Aus der DE 195 11 447 AI ist eine zum Umformen eines Rohrendbereiches geeignete Vorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Aufnahme für austauschbare Spannbacken zum Einspannen des Rohres auf. Durch einen ersten hydraulisch betätigbaren Kolben werden die Spannbacken mit Druck beaufschlagt, um das Rohr einzuspannen. Der erste Kolben weist eine zentrale Durchgangsöffnung auf, in der eine Kolbenstange eines zweiten hydraulisch betätigbaren Kolbens geführt ist. Die beiden Kolben sind somit in ein und demselben Gehäuse hintereinander angeordnet und koaxial zueinander geführt.
Durch die zentrale, durchgehende Öffnung in dem ersten Kolben hindurch kann die mit einem Umformwerkzeug versehene Kolbenstange des zweiten Kolbens auf den Rohrendbereich einwirken, indem der Rohrendbereich in axialer Richtung gestaucht wird. Dabei verformt sich der Endbereich entsprechend der Formgebung des U formwerkzeuges und der Spannbacken.
In spezieller Ausgestaltung weist die bekannte Vorrichtung ein dreiteiliges Gehäuse auf. Ein erster Gehäuseteil hat eine erste Bohrung, in der der erste, ringförmige Kolben mit seinem Mantel geführt ist, und hat eine zweite Bohrung, in der der zweite Kolben mit seiner Kolbenstange geführt ist. Die zweite Bohrung hat einen geringeren Durchmesser als die erste Bohrung. Auf diese Weise ist für den Mantel des ersten, ringförmigen Kolbens ein Anschlag gebildet, der die maximal zurückgefahrene Position des ersten Kolbens definiert. Zwischen den Anschlag und den Kolbenmantel kann eine Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des ersten Kolbens eingeleitet werden. Einen weiteren Teil des dreiteiligen Gehäuses bildet ein mit dem ersten Teil verschraubbares Gehäuseendstück, das eine zylindrische Bohrung zur Führung des Endstücks des zweiten Kolbens aufweist. In Betätigungsrichtung des zweiten Kolbens bildet der erste Gehäuseteil einen Anschlag. Zwischen den Anschlag und den zweiten Kolben kann wiederum ein Hydraulikmedium eingeleitet werden, um den zweiten Kolben nach dem Umformen des Rohres zurückzuholen. Der entsprechende Hydraulikraum zur Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit ist gegen den ersten Hydraulikraum zwischen dem Mantel des ersten Kolbens und dessen rückwärtigen Anschlag abgedichtet. Der dritte Teil des dreiteiligen Gehäuses bildet die Aufnahme für die Spannbacken und für die vorderen Teile des ersten und des zweiten Kolbens bzw. für das U formwerkzeug. Das Umformwerkzeug ist derart gestaltet und mit dem vorderen Endbereich der Kolbenstange des zweiten Kolbens verbunden, daß beim Rückholen des zweiten Kolbens der erste Kolben mitgenommen wird und so die Spannbacken druckentlastet werden. Hierzu weist die zentrale Durchgangsöffnung des ersten Kolbens einen rückwärtigen Anschlag auf. Das mit der aus der DE 195 11 447 AI bekannten Vorrichtung durchzuführende Umformverfahren ist insoweit mit Nachteilen behaftet, als sowohl eine Steuerung des Verfahrensablaufes mit Beginn und Ende des Umformvorganges wie auch eine Überprüfung von Werkzeug und umzuformenden Rohr vor Beginn der Umformung weder vorgesehen noch aufgrund der Kopplung der beiden Kolben bei ihrer Rückbewegung möglich sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Umformen eines Werkstück-Endbereiches zur Verfügung zu stellen, welche eine bessere Steuerung des Umformvorganges ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht hierzu in einer ersten Ausführungsform zunächst vor, daß zwischen dem ersten Kraftübertragungselement und dem zweiten
Kraftübertragungselement ein an einem ersten Druckanschluß angeschlossener erster Druckraum angeordnet ist, und daß dem zweiten Kraftübertragungselement ein an einem zweiten Druckanschluß angeschlossener zweiter Druckraum derart zugeordnet ist, daß die Einleitung eines Druckmediums das zweite Kraftübertragungselement in der Spann- und Umformrichtung beaufschlagt. Während des Vorschiebens des zweiten Kraftübertragungselementes zum Spannen des Werkstücks wird der Druck des im ersten Druckraum eingeschlossenen Druckmediums durch Sperrung des ersten Druckanschlusses aufrechterhalten, wobei bei Erreichen eines voreingestellten Überdrucks das Druckmedium aus dem ersten Druckraum abgelassen wird, so daß bei in der Spannposition stehendem ersten Kraftübertragungselement das zweite Kraftübertragungselement zum Umformen des Werkstücks relativ zum ersten Kraftübertragungselement verschiebbar ist und nach dem Umformen des Endbereiches des Werkstücks durch erneutes Einleiten von Druckmedium in den ersten Druckraum das zweite Kraftübertragungselement und anschließend mittels eines gesonderten Antriebs das erste Kraftübertragungselement in ihre Ausgangspositionen zurückbewegt werden.
Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß aufgrund des im ersten Druckraum nach Erreichen des dem Spanndruck entsprechend eingestellten Überdrucks durch das druckgesteuerte Ablassen des Druckmediums während des Vorschubes des zweiten Kraftübertragungselementes der Spanndruck in der erforderlichen Höhe gleichbleibend aufrechterhalten ist. Der erforderliche Druck braucht daher nur so lange anstehen, wie er gebraucht wird. Damit sind ein unnötig hoher Druck und ein unnötig hoher Zeitraum für den anstehenden Druck und damit unnötige Leistungsverluste und hohe Temperaturentwicklung in vorteilhafter Weise vermieden. Nach Beendigung des Umformvorganges ist zudem das zweite Kraftübertragungselement aktiv in seine Ausgangsposition rückführbar. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß als Antrieb für die Rückbewegung des ersten Kraftübertragungselements ein dritter Druckraum mit einer Verbindung zu einem dritten Druckanschluß vorgesehen ist. Alternativ kann aber der Antrieb für die Rückbewegung des ersten Kraftübertragungselementes auch als Rückstellfeder ausgebildet sein.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausgangsposition des ersten Kraftübertragungselements durch einen zwischen Gehäuse und erstem Kraftübertragungselement ausgebildeten Anschlag definiert ist. Durch die Festlegung des ersten Kraftübertragungselementes in seiner Ausgangsposition wie auch durch die Wahl der Ausgangsposition des zweiten Kraftübertragungselementes ist der für die Ausführung des Umformvorganges benötigte Relativverschiebungsweg zwischen dem zweiten und dem ersten Kraftübertragungselement konstruktiv festgelegt.
Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung sind Sensoren vorgesehen, um das eingelegte Werkzeug zu erkennen sowie zur Überprüfung der jeweiligen Stellung des ersten Kraftübertragungselementes, ob dieses wieder in seine Grundstellung zurückgefahren ist. Hierzu ist im einzelnen vorgesehen, daß vor dem Starten des Einspann- und/oder Umformvorganges automatisch feststellbar ist, ob ein geeignetes Einspann- und/oder Umformwerkzeug vorhanden und/oder richtig positioniert ist, wobei das Vorhandensein und/oder die richtige Position des Werkzeugs durch eine berührungslose Abstandsmessung mittels eines Sensors feststellbar ist. Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß über einen Sensor die Grundstellung des Umformwerkzeuges und der von diesem während des Umformvorganges durchschrittene Weg erfaßbar sind.
Bei einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, daß der für den Umformvorgang benötigte Relativverschiebungsweg zwischen erstem Kraftübertragungselement und zweitem Kraftübertragungselement, also die sogenannte Stauchlänge L, in einem ersten Arbeitsschritt dadurch einstellbar ist, daß das erste Kraftübertragungselement durch Einleitung von Druckmedium in den ersten Druckraum von dem feststehenden zweiten Kraftübertragungselement wegbewegbar ist, wonach durch Einleitung von Druckmedium in den zweiten Druckraum sich der Spann- und Umformvorgang wie beschrieben anschließt. In den ersten Druckraum ist demnach ein Druckmedium sowohl zur Betätigung des ersten Kraftübertragungselements als auch zum Lösen des zweiten Kraftübertragungselement einleitbar, womit der Vorteil einer noch verbesserten Steuermöglichkeit für den Umformvorgang verbunden ist.
Hierzu kann vorgesehen sein, daß die Länge des ersten Druckraums zwischen der ersten Betätigungsfläche und der zweiten Betätigungsfläche vor dem Umformen des Werkstücks einstellbar ist, um den gewünschten definierten Arbeitsweg vorzugeben. Anschließend können die beiden Kraftübertragungselemente bei konstanter Relativposition zueinander bewegt werden, bis das Werkstück eingespannt ist. Wiederum danach ist dann das zweite
Kraftübertragungselement genau um die voreingestellte Länge des Druckraums gegen das erste Kraftübertragungselement bewegbar, so daß das eingespannte Werkstück um einen dieser Länge entsprechenden Weg gestaucht wird. Insbesondere durch das Aneinanderstoßen von erster Betätigungsfläche und zweiter Betätigungsfläche des ersten Druckraumes wird der Umformvorgang beendet.
Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung ist die Länge des Druckraums direkt oder indirekt messbar, um die Länge einzustellen. Insbesondere ist die Länge indirekt durch einen Abstandssensor messbar, der auf eine Fläche gerichtet ist, deren Abstand von dem Abstandssensor sich abhängig von der Länge des Druckraums ändert. Eine derartige Fläche ist beispielsweise eine sich konusartig erweiternde Außenfläche des ersten Kraftübertragungselements. Es ist vorteilhaft, wenn ein berührungslos messender Abstandssensor eingesetzt wird.
Es wird ein berührungslos messender Sensor vorgesehen, der abhängig davon, ob das umzuformende Werkstück in einer Startposition ist, in der das Einspannen und/oder Umformen gestartet werden kann, ein Signal ausgibt. Der Sensor ist insbesondere ein Abstandssensor, der in einer Messrichtung den Abstand zu dem nächstliegenden Gegenstand isst. Derartige, beispielsweise unter Verwendung von Laserstrahlung arbeitende, Sensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
In diesem Fall braucht das Werkstück lediglich in die Startposition gebracht werden, um das Signal zu erzeugen. Insbesondere ist zum Steuern des Einspann- und/oder Umformvorganges eine Steuerung vorgesehen, die über eine Signalverbindung mit dem Sensor verbunden ist. Auf das Signal hin kann dann, insbesondere automatisch, mit dem Einspannen und/oder Umformen begonnen werden.
Insbesondere wird bei der berührungslosen Messung eine Abmessung des umzuformenden Werkstücks gemessen, bzw. ein Meßwert gemessen, der ein eindeutiges Maß für die Abmessung des umzuformenden Werkstücks ist. Wird beispielsweise ein Rohr umgeformt, so bietet es sich an, den Rohrdurchmesser zu messen. Dies erlaubt vor dem Start des Einspannens und/oder des Umformens eine Überprüfung, ob ein Werkstück mit den gewünschten Abmessungen zum Umformen bereitsteht. Wird nicht das richtige Werkstück in eine Startposition gebracht oder wird überhaupt kein Werkstück in die Startposition gebracht, wird auch nicht das Startsignal erzeugt. Ein unbeabsichtigtes Betätigen der Umformvorrichtung bzw. das Bearbeiten eines Werkstücks mit falschen Abmessungen kann somit vermieden werden. Ein wesentlicher Vorteil davon liegt darin, daß auf einfache Weise Sicherheitsvorschriften zum Schutz von Bedienungspersonal eingehalten werden können und gleichzeitig eine Beschädigung der Vorrichtung, etwa durch zu große Werkstücke, verhindert werden kann.
Weiterhin wird vorgeschlagen, vor dem Starten des Einspann- und/oder Umformvorganges automatisch festzustellen, ob ein geeignetes Einspann- und/oder Umformwerkzeug vorhanden und/oder richtig positioniert ist. Hierzu ist insbesondere ein berührungslos messender Sensor vorgesehen, der abhängig davon, ob ein geeignetes Einspann- und/oder Umformwerkzeug vorhanden und/oder richtig positioniert ist, ein Signal ausgibt. Eine derartige Werkzeugerkennung kann mit der oben beschriebenen Sensorik zur Erzeugung eines Startsignals kombiniert werden, um noch eine größere Sicherheit gegen Fehlbetätigung und Fehlfunktionen zu erhalten. Insbesondere kann derselbe Sensor zur Messung der Startposition und zur Messung des Vorhandenseins und/oder der Positionierung des Werkzeugs verwendet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise zunächst das Vorhandensein und/oder die richtige Position des Werkzeugs gemessen bzw. bestimmt. Weiterhin wird vorgeschlagen, einen Sensor vorzusehen, der berührungslos den Fortschritt der Umformung des Werkstücks mißt. Insbesondere kann weiterhin eine Steuerung vorgesehen werden, die ein Signal des Sensors empfängt und, nachdem die Umformung ausreichend weit fortgeschritten ist, den Umformungsvorgang beendet .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben; hierzu zeigen:
Fig.l Einen Längsschnitt durch eine
Umformvorrichtung in deren Ausgangsposition,
Fig.2 die Umformvorrichtung gemäß Figur 1 bei eingelegtem Werkstück in der Ausgangsposition,
Fig.3 die Umformvorrichtung nach Beendigung des Spannvorganges,
Fig.4 die Umformvorrichtung in der Stellung am Ende des Umformvorganges,
Fig.5 die Umformvorrichtung in der
Zwischenstellung beim Zurückfahren mit dem bereits in die Ausgangsposition zurückgefahrenen zweiten Kraftübertragungselement,
Fig. 6 die Umformvorrichtung in einer anderen Ausführungsform mit einer variablen Einstellung der Stauchlänge (L) in der Ausgangsposition,
Fig. 7 den Gegenstand der Figur 6 bei eingestecktem Rohrende, Fig. 8 die Umformvorrichtung gemäß Figur 6 nach Einstellung der Stauchlänge (L) ,
Fig. 9 die Umformvorrichtung gemäß Figur 8 bei Erreichen der Spannposition des ersten Kraftübertragungselements,
Fig. 10 die Umformvorrichtung gemäß Figur 9 nach Beendigung des Umformvorganges .
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Umformvorrichtung 1. Die Umformvorrichtung 1 weist ein Basisgehäuse 3 mit einer zentralen zylindrischen Bohrung auf, so daß eine Zylinderfläche 4 gebildet ist. Im Bereich des offenen Endes des Basisgehäuses 3 ist ein Aufnahmegehäuse 5 zur Aufnahme von Spannbacken 31 als Spannwerkzeug angeordnet. Die Zylinderfläche 4 ist als Führungsfläche zur Führung der Bewegung eines als äußerer Ringkolben 7 ausgebildeten ersten Kraftübertragungselementes und zur Führung der Bewegung eines als innerer Kolben 9 ausgebildeten zweiten Kraftübertragungselementes ausgestaltet. Der innere Kolben 9 füllt am geschlossenen Ende der Zylinderbohrung den Querschnitt der Zylinderbohrung nahezu vollständig aus. In Richtung auf das offene Ende der Zylinderbohrung erstreckt sich eine Kolbenstange 11 des inneren Kolbens 9. Die Kolbenstange 11 ist in einer zentralen, zylindrischen Bohrung des äußeren Kolbens 7 aufgenommen und mit einem mit einem Stauchwerkzeug 13 verbundenen Verlängerungsstück 11a fest gekoppelt. Der äußere Kolben 7 bildet somit eine Führung für die Bewegung der Kolbenstange 11 und eines mit der Kolbenstange 11 bzw. deren Verlängerungsstück 11a über eine Drehverriegelung 15 verbundenen als Umformwerkzeug wirkenden Stauchwerkzeuges 13. Die Drehverriegelung 15 ist ähnlich einem Bajonettverschluß betätigbar. Ein Verriegelungsvorsprung 16 des Stauchwerkzeuges 13 wird durch eine Linearbewegung in axialer Richtung des Verlängerungsstücks 11a der Kolbenstange 11 in die entsprechende Ausneh ung in dem Verlängerungsstück 11a eingesetzt und anschließend um die Längsachse der Kolbenstange 11 verdreht, um die Verbindung zu verriegeln.
Das Basisgehäuse 3 weist einen ersten Druckanschluss 25 auf, durch den ein Hydraulikmedium in das Innere des Basisgehäuses 3 einleitbar ist bzw. aus diesem ableitbar ist. Innenseitig des Basisgehäuses 3 mündet der erste Druckanschluss 25 in einen ersten Druckraum 26, der außer durch die Zylinderfläche 4 auch durch eine erste Betätigungsfläche 10 des äußeren Kolbens 7 und durch eine zweite Betätigungsfläche 12 des inneren Kolbens 9 begrenzt ist. Der erste Druckraum 26 ist je nach Betriebszustand der Umformvorrichtung 1 größer oder kleiner und kann in unterschiedlicher Position relativ zu dem ersten Druckanschluss 25 liegen (siehe Figuren 1 bis 5) . In jedem Betriebszustand mündet jedoch der erste Druckanschluss 25 in den ersten Druckraum 26.
Insbesondere erweitert sich der erste Druckraum 26 in radialer Richtung nach außen, da die erste Betätigungsfläche 10 und die zweite Betätigungsfläche 12 teilweise als Kegelabschnittsflächen ausgebildet sind. Aus Figur 3 und Figur 4 ist erkennbar, daß die erste Betätigungsfläche 10 und die zweite Betätigungsfläche 12 jeweils noch einen weiteren Bereich aufweisen, der kreisringförmig gestaltet ist und einen Anschlag für den anderen Kolben 7, 9 darstellt. Durch Dichtungen zwischen der Kolbenstange 11 und der Innenfläche des äußeren Kolbens 7, zwischen der Außenfläche des äußeren Kolbens 7 und der Zylinderfläche 4 sowie zwischen der Außenfläche des inneren Kolbens 9 und der Zylinderfläche 4 ist der erste Druckraum 26 gegen das offene Ende und das geschlossene Ende der Zylinderbohrung des Basis.gehäuses 3 abgedichtet. Die Dichtungen sind allgemein mit den Bezugszeichen 21 bezeichnet.
Im Bereich des geschlossenen Endes der Zylinderbohrung ist in dem Basisgehäuse 3 noch ein zweiter Druckraum 28 vorgesehen, der über einen zweiten Druckanschluß 27 angeschlossen ist. Der zweite Druckraum 28 hat ein bis auf nahezu null veränderliches Volumen.
Auf der dem ersten Druckraum 26 abgewandten Seite ist in Spann- und Umformvorrichtung vor dem äußeren- Kolben 7 zwischen diesem und einem Gehäuseeinsatz 52 ein dritter Druckraum 51 ausgebildet, der mit einem dritten Druckansehluß 50 verbunden ist. Dieser dritte Druckraum 51 dient als Antrieb für die Rückbewegung des äußeren Kolbens 7 in dessen Ausgangsposition.
Das Aufnahmegehäuse 5 bildet einen Aufnahmeraum für Spannbacken 31, die durch Betätigung der Kolben 7, 9, das heißt durch deren Bewegung in axialer Richtung zum Einspannen eines Werkstücks betätigbar sind. Die Spannbacken 31 sind beispielsweise wie die in DE 195 11 447 AI beschriebenen Spannbacken ausgestaltet und betätigbar.
Die Spannbacken 31 weisen an ihrem in Figur 1 bis Figur 5 rechts liegenden stirnseitigen Ende eine Umformausnehmung 33 auf, die eine in sich geschlossen umlaufende nutartige Ausnehmung bildet, wenn ein Werkstück mit den entsprechenden Abmessungen eingespannt ist. Die Umformausnehmung 33 dient der Umformung des Werkstücks, wie noch näher erläutert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Umformung auch durch die Formgebung eines alternativen Stauchwerkzeuges bestimmt sein, welches anstelle des dargestellten Stauchwerkzeuges 13 vorgesehen ist und welches mit der Kolbenstange 11 verbindbar ist.
Das Stauchwerkzeug 13 weist an seinem freien stirnseitigen Ende einen Meßbund 8 auf, an dem das Stauchwerkzeug 13 einen geringeren Außendurchmesser aufweist als in axialer Richtung dahinter.
Der innere Kolben 9 weist im Bereich seines freien, den Spannbacken 31 zugewandten Endes seiner Kolbenstange 11 bzw. von deren Verlängerungsstück 11a einen konusartigen Abschnitt auf, mit einer Konusfläche 6, die den Außenumfang des Verlängerungstücks 11a bildet.
In dem durch das Basisgehäuse 3 und das Aufnahmegehäuse 5 gebildeten Gesamtgehäuse sind zwei in radialer Richtung verlaufende auf die zentrale Längsachse der Umformvorrichtung 1 gerichtete Bohrungen vorgesehen. In jeder dieser Bohrungen ist ein Sensor Sl bzw. S2 angeordnet. Der Sensor Sl dient der Erkennung des Stauchwerkzeuges 13, indem der Sensor Sl auf den Meßbund 8 des Stauchwerkzeuges 13 gerichtet ist und über den Abstand zwischen dem Sensor Sl und dem Meßbund 8 das eingesetzte Stauchwerkzeug 13 identifieren kann.
Der Sensor S2 dient der Feststellung der Grundstellung des inneren Kolbens 9, indem der Sensor S2 auf die Konusfläche 6 des mit dem inneren Kolben 9 verbundenen Teils 11a gerichtet ist, so daß über die Feststellung der Lage der Konusfläche 6 bzw. das Verfahren der Verlängerung 11a mit der zylindrischen Umfangsfläche gegenüber dem Sensor S2 der Fortschritt der Bewegung des inneren Kolbens 8 erfaßt.
Ein Beispiel für den Betrieb der Umformrichtung 1 wird nachfolgend beschrieben:
Ausgehend von der in Figur 1 dargestellten Position der Umformvorrichtung wird zunächst ein Werkstück, insbesondere das Ende eines Rohres 2 in die Umformvorrichtung eingeführt, bis das Rohrende innenseitig an das Stauchwerkzeug 13 stößt, wobei diese Ausgangsstellung der Umformvorrichtung sich aus Figur 2 ergibt. Wie sich aus Figur 3 entnehmen läßt, wird der Druckraum 28 mit einem Druckmedium beaufschlagt, was zu einer Verschiebung des inneren Kolbens 9 in der Darstellung der Figur 3 nach links führt. Da während dieser ersten Phase der Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraumes 28 der Druckanschluß 25 des ersten Druckraumes 26 gesperrt ist, wird die Vorschubkraft des inneren Kolbens 9 über das im ersten Druckraum 26 anstehende Druckmedium auf den äußeren Kolben 7 übertragen, so daß sich dieser mit der Verschiebung des inneren Kolbens 9 gleichsinnig mitbewegt; mit fortschreitender Bewegung der beiden Kolben 7, 9 werden die Spannbacken 31 in Anlage zur Außenfläche des Rohres 2 verschoben und spannen dieses ein, wobei der äußere Kolben 7 das im dritten Druckraum 51 anstehende Druckmedium über den geöffneten Druckanschluß 50 herausdrückt. Wenn das Rohr 2 eingespannt ist, kann sich der äußere Kolben 7 nicht mehr weiterbewegen, und hierdurch erhöht sich der Druck des im ersten Druckraum 26 anstehenden Druckmediums, bis ein entsprechend der gewünschten Spannkraft eingestellter Überdruck erreicht ist. Bei Erreichen des Überdruckes wird der Druckanschluß 25 geöffnet, so daß das im ersten Druckraum 26 anstehende Druckmedium abströmen kann. Dadurch ist eine Fortsetzung der Vorschubbewegung des inneren Kolbens 9 ermöglicht, der nun relativ zu dem feststehenden äußeren Kolben 7 weiterverschoben wird und dabei die Spannarbeit leistet, bis der für die Spannarbeit konstruktiv eingestellte Arbeitsweg durch das Anschlagen der den ersten Druckraum begrenzenden Ringflächen von innerem Kolben 9 und äußerem Kolben 7 ausgeschöpft ist.
Nach Beendigung der Spannarbeit wird der zweite Druckanschluß 27 des zweiten Druckraumes 28 entlastet, und es wird über den ersten Druckanschluß 25 Druckmedium in den ersten Druckraum 26 eingeleitet; hierdurch wird der innere Kolben 9 nach rechts in seine Ausgangsposition verfahren, wie sich dies aus Figur 5 ergibt. Anschließend wird über den dritten Druckanschluß 50 Druckmedium in den dritten Druckraum 51 eingeleitet und damit der äußere Kolben 7 ebenfalls nach rechts in dessen Ausgangsposition verfahren, wie diese in Figur 1 bzw. Figur 2 dargestellt ist. Die Endstellung des äußeren Kolbens 7 ist dabei durch einen nicht dargestellten Anschlag zwischen dem äußeren Kolben 7 und dem Gehäuse vorgegeben.
Bei dem in den Figuren 6 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 bis 5 die Funktion verwirklicht, daß der für die Umformarbeit benötigte Arbeitsweg, die Stauchlänge L, in einem ersten Funktionsschritt variabel einstellbar ist. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auch wenn zwischen den Ausführungsbeispielen in Einzelpositionen geringfügige konstruktive Abweichungen bestehen.
So erstreckt sich von der Drehverriegelung 15 aus gesehen weiter in axialer Richtung der Kolbenstange 11 in Richtung Stangeninneres ein Aufnahmeraum 18, in dem eine Druckfeder 17 aufgenommen ist. Die Druckfeder drückt das Stauchwerkzeug 13 in eine Position, in der zwischen dem Stuachwerkzeug 13 und einer endseitigen Stangenstirnfläche 14 der Kolbenstange 11 ein Spalt vorhanden ist. Dementsprechend ist auch im Bereich der Drehverriegelung 15 ein Spalt zwischen dem Stauchwerkzeug 13 und der Kolbenstange 11 vorhanden, der es erlaubt, das Stauchwerkzeug 13 um die Spaltbreite gegen die Kolbenstange 11 zu bewegen.
Weiterhin sind zusätzlich zu den jeweils zwischen den beweglichen Teilen ausgebildeten Dichtungen 21
Führungsringe 19 zur Führung der Bewegungen der Kolben 7, 9 vorgesehen.
Weiterhin ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 6 bis 10 die Sensoranordnung unterschiedlich ausgebildet. So weisen die Spannbacken 31 eine Meßnut 35 auf, die sich von der Außenoberfläche der Spannbacken 31 radial nach innen erstreckt. Anstelle der Meßnut 35 kann auch eine Meßvertiefung vorgesehen sein, die sich nicht entsprechend der Darstellung gemäß den Figuren 6 bis 9 in U fangsriehtung um die Spannbacken 31 herum erstreckt, sondern nur eine Vertiefung an einer Stelle oder an mehreren Stellen der Spannbacken darstellt. In diesem Fall ist jedoch auf die richtige Positionierung relativ zu einem Abstandssensor zu achten, dessen Funktion noch näher beschrieben wird.
Ferner weisen die Spannbacken 31 eine sich in radialer Richtung erstreckende Meßöffnung 29 auf, die es erlaubt, eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine
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den Spannbacken 31 positioniert. Als Folge davon kann der erste Abstandssensor 37 nun die Entfernung zu der Außenfläche des Rohres 2 messen. Der erste Abstandssensor 37 gibt über die erste Signalleitung 43 ein entsprechendes Meßsignal an die Steuerung 41 ab. Die Steuerung 41 prüft nun, ob das Rohr 2 den richtigen Außendurchmesser hat bzw. ob das richtige Meßsignal empfangen wurde. Wenn dies der Fall ist, startet die Steuerung 41 den Einspann- und Umformvorgang.
Hierzu wird, wie aus Figur 8 ersichtlich ist, zunächst der äußere Kolben 7 um eine Stauchlänge L in axialer Richtung (in der Darstellung von Figur 8 nach links) bewegt. Um dies zu erreichen, wird ein Hydraulikmedium durch den ersten Druckanschluß 25 in den ersten Druckraum 26 geleitet. Währenddessen mißt der erste Abstandssensor 37 den Abstand zu der Konusfläche 6 des äußeren Kolbens 7 und gibt laufend ein Meßsignal an die Steuerung 41 ab. Ist der Abstand zwischen den kreisringförmigen Flächen der ersten Betätigungsfläche 10 und der zweiten Betätigungsfläche 12 gleich der Stauchlänge L, und hat der erste Abstandssensor 37 ein dementsprechendes Meßsignal an die Steuerung 41 abgegeben, bricht die Steuerung 41 die Zuführung von Hydraulikmedium in den ersten Druckraum 26 ab, so daß die Bewegung des äußeren Kolbens 7 gestoppt wird.
Anschließend, wie am besten aus Figuren 9 und 10 zu ersehen ist, beginnt das eigentliche Einspannen und Umformen des Rohres 2, wie dies zu dem in den Figuren 1 bis 5 bereits dargestellten Ausführungsbeispiel im Grundsatz beschrieben ist, wobei die Steuerung 41 die Zuführung vom Hydraulikmedium durch den zweiten Druckanschluß 27 in den zweiten Druckraum 28 startet. Ab diesem in Figur 9 dargestellten Betriebszustand vollzieht sich die Spann- und Umformarbeit wie bereits zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 bis 5 beschrieben.
Sofern dabei die Spannwirkung der Spannbacken 31 schnell genug einsetzt, tritt durch die fortgesetzte Bewegung des inneren Kolbens 9 in axialer Richtung nach links kein Schlupf des Rohres 2 durch die Spannbacken 31 auf, wenn der innere Kolben 9 seine maximal ausgefahrene Position erreicht hat. Wenn, beispielsweise wegen geringer Oberflächenrauhigkeit der Rohraußenfläche und/oder der Spannbacken 31, dennoch ein solcher Schlupf auftreten sollte, kann dies bei der Einstellung des Abstandes zwischen den Betätigungsflächen 10, 12 (siehe Betriebsphase gemäß Figur 8) berücksichtigt werden. In diesem Fall entspricht zwar die Stauchlänge L nicht exakt dem tatsächlichen Weg, um den das Ende des Rohres 2 in axialer Richtung gestaucht wird. Eine präzise Voreinstellung des gewünschten Stauchweges ist dennoch möglich. Ein weiterer Faktor, der zu einer Ungleichheit der Stauchlänge L und des tatsächlichen Stauchweges führen kann, ist die Nachgiebigkeit bzw. Elastizität der Materialverbindung zwischen dem äußeren Kolben 7 und den Spannbacken 31. Insbesondere können dort elastische Materialien zum Einsatz kommen, beispielsweise um eine Geräuschdämpfung zu bewirken oder um eine Abnutzung vorzubeugen.
Während der Endbereich des Rohres 2 durch Krafteinwirkung des Stauchwerkzeuges 13 in axialer Richtung gestaucht wird, mißt der zweite Abstandssensor 39 durch die Meßöffnung 29 den Abstand zu dem sich aufgrund der Umformung bildenden Wulst 36 am Außenumfang des Rohres 2. Es wird laufend ein dementsprechendes Meßsignal von dem zweiten Abstandssensor über die zweite Signalleitung 45 an die Steuerung 41 ausgegeben. Nachdem die Umformung durch Anschlagen des Stauchwerkzeuges 13 an den Spannbacken 31 beendet ist, wird der aktuelle Meßwert mit einem Sollwert verglichen und festgestellt, ob der Wulst 36 den gewünschten Außendurchmesser erreicht hat. Alternativ kann die Umformung dadurch beendet werden, daß die Steuerung 41 feststellt, daß der Wulst 36 den gewünschten Außendurchmesser erreicht hat, und den Stauchvorgang abbricht. In diesem Fall dient die Stauchlänge L dazu, zu gewährleisten, daß ein ausreichend langer Stauchweg zur Verfügung steht.
Nachdem der Hub des inneren Kolbens 9 in axialer Richtung nach links beendet ist, wird der zweite Druckraum 28 druckentlastet, das heißt es wird dem darin befindlichen Hydraulikmedium gestattet, aus dem zweiten Druckraum 28 auszuströmen. Weiterhin wird über den ersten Druckanschluß 25 Druckmedium in den ersten Druckraum 26 eingeleitet. Dadurch wird der innere Kolben 9 unter Verdrängung des Druckmediums in dem zweiten Druckraum 28 in axialer Richtung nach rechts zurückgefahren. Danach wird durch Öffnen des Absperrventils das Hydraulikmedium in dem ersten Druckraum 26 druckentlastet, so daß es aus dem Druckraum 26 ausströmen kann. Der äußere Kolben 7 wird durch die Federkraft einer oder mehrerer nicht näher dargestellter Federn in seine in Figur 6 dargestellte Ausgangsstellung zurückbewegt. Dabei geben die Spannbacken 31 das umgeformte Rohr 2 frei, so daß dies entnommen werden kann.
Wenn einzelne der beschriebenen Arbeitsschritte, Betriebszustände und/oder Betriebsphasen erfolgreich abgeschlossen werden, wird dies durch Aufleuchten jeweils einer der Leuchtdioden 49 angezeigt. Hierbei steuert die Steuerung 41 die Anzeigeeinrichtung 47 an. Die Bedeutung des Aufleuchtens der insgesamt sechs Leuchtdioden 49 ist in der Reihenfolge eines erfolgreich abgeschlossenen Umformvorganges wie folgt: 1. Leuchtdiode: Einspann- und UmformungsWerkzeuge korrekt eingelegt,
2. Leuchtdiode : Rohraußendurchmesser paßt zu den Werkzeugen,
3. Leuchtdiode: Vorlauf des äußeren Kolbens, Einstellung der Stauchlänge L abgeschlossen,
4. Leuchtdiode: Rohr eingespannt,
5. Leuchtdiode: Rohr umgeformt, Umformergebnis in Ordnung,
6. Leuchtdiode : Rückhub abgeschlossen, Rohr kann entnommen werden.
Wenn ein Fehler auftritt, kann an der Anzeigeeinrichtung 47 abgelesen werden, in welcher Betriebsphase bzw. in welchem Betriebszustand der Fehler aufgetreten ist. Insbesondere kann eine weitere, nicht dargestellte Leuchtdiode vorgesehen sein, die bei Abbruch des Umformvorganges den Abbruch anzeigt. Alternativ oder zusätzlich kann durch intermittierendes Aufleuchten einer Leuchtdiode ein Fehler in der entsprechenden Betriebsphase angezeigt werden. Auch kann beispielsweise dadurch, daß eine der Leuchtdioden nicht aufleuchtet, jedoch eine in der Reihenfolge nachgeordnete Leuchtdiode aufleuchtet, ein Fehler angezeigt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü ch e
Vorrichtung zum Umformen eines Endbereiches eines Werkstücks (2) , insbesondere zum Kalt-Pre umformen eines Rohrendbereichs, wobei ein erstes hydrodynamisch betätigbares Kraftübertragungselement (7) zum Einspannen des Werkstücks (2) und ein zweites hydrodynamisch betätigbares Kraftübertragungselement (9) , durch dessen Krafteinwirkung die Umformung erzielt wird, vorgesehen und die
Kraftübertragungselemente (7, 9) koaxial geführt und in ein und demselben Gehäuse (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Kraftübertragungselement (7) und dem zweiten Kraftübertragungselement (9) ein an einen ersten Druckanschluß (25) angeschlossener erster Druckraum (26) angeordnet ist, dem zweiten Kraftübertragungselement (9) ein an einen zweiten Druckanschluß (27) angeschlossener zweiter Druckraum (28) derart zugeordnet ist, daß die Einleitung eines Druckmediums das zweite Kraftübertragungselement (9) in der Spann- und Umformrichtung beaufschlagt, wobei während des Vorschiebens des zweiten Kraftübertragungselementes (9) zum Spannen des Werkstücks (2) der Druck des im ersten Druckraums (26) eingeschlossenen Druckmediums durch Sperrung des ersten Druckanschlusses (25) aufrechterhalten und bei Erreichen eines voreingestellten Überdrucks das Druckmedium aus dem ersten Druckraum (26) abgelassen wird, so daß bei in der Spannposition stehendem ersten Kraftübertragungselement (7) das zweite Kraftübertragungselement (9) zum Umformen des Werkstücks relativ zum ersten Kraftübertragungselement
(7) verschiebbar ist, und nach dem Umformen des Endbereiches des Werkstücks (2) durch erneutes Einleiten von Druckmedium in den ersten Druckraum (26) das zweite Kraftübertragungselement (9) und anschließend mittels eines gesonderten Antriebs
(50, 51) das erste Kraftübertragungselement (7) in ihre Ausgangspositionen zurückbewegt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für die Rückbewegung des ersten Kraftübertragungselements (7) ein dritter Druckraum
(51) mit einer Verbindung zu einem dritten Druckanschluß (50) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für die Rückbewegung des ersten Kraftübertragungselements (7) eine Rückstellfeder vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsposition des ersten Kraftübertragungselements (7) durch einen zwischen Gehäuse (3) und erstem Kraftübertragungselement (7) ausgebildeten Anschlag definiert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Starten des Einspann- und/oder Umformvorganges automatisch feststellbar ist, ob ein geeignetes Einspann- und/oder Umformwerkzeug (13, 31) vorhanden und/oder richtig positioniert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhandensein und/oder die richtige Position des Werkzeugs (13, 31) durch eine berührungslose Abstandsmessung mittels eines Sensors (Sl) feststellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Sensor (S2) die Grundstellung des Umformwerkzeuges (13, 31) und der von diesem während des Umformvorganges durchschrittene Weg erfaßbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur variablen Einstellung eines für die Umformung des Werkstückes (2) vorgesehenen Arbeitsweges (Stauchlänge L) vor Beginn des Spann- und Umformvorganges das erste Kraftübertragungselement (7) durch Einleitung von Druckmedium in den ersten Druckraum (26) von dem feststehenden zweiten Kraftübertragungselement (9) weg bewegbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des ersten Druckraumes (26) zwischen der ersten Betätigungsfläche (10) und der zweiten Betätigungsfläche (12) vor dem Umformen des Werkstücks
(2) einstellbar ist, um einen definierten Arbeitsweg vorzugeben.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des ersten Druckraums (26) direkt oder indirekt meßbar ist, um dessen Länge auf das gewünschte Maß einzustellen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge indirekt durch einen Abstandssensor (37) meßbar ist, der auf eine Fläche (6) gerichtet ist, deren Abstand von dem Abstandssensor (37) sich abhängig von der Länge des Druckraums (26) ändert.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß berührungslos meßbar ist, ob das umzuformende Werkstück (2) in einer Startposition ist, in der das Einspannen und/oder Umformen gestartet werden kann, und daß abhängig von dem Meßergebnis ein Signal erzeugbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der berührungslosen Messung eine Abmessung des umzuformenden Werkstücks (2) meßbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhandensein und/oder die richtige Position des Werkzeugs (13) durch denselben Sensor (37) feststellbar ist, der auch die Startposition des Werkstücks (2) mißt, und daß dadurch, daß das Werkstück (2) in die Startposition gebracht wird, die Messung der Startposition auslösbar ist.
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