EP1462191B1

EP1462191B1 - Vorrichtung zur Hochdruckumformung

Info

Publication number: EP1462191B1
Application number: EP04006919A
Authority: EP
Inventors: Siegfried Jansen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: EP1462191A1; DE502004004405D1; DE10313567B3; ATE367876T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hochdruckumformung mit einem Werkzeug, das entlang einer Trennebene in zwei Werkzeughälften geteilt ist, wobei die beiden Werkzeughälften eine mit einem hydrostatischen Innendruck zur Formgebung an einem umzuformenden Werkstück beaufschlagbare Formkammer ausbilden, und mit einem Werkzeugträger, der für jede Werkzeughälfte wenigstens eine dieser Werkzeughälfte zugeordnete Werkzeugträgerkomponente aufweist.
Die Hochdruckumformung, die als Innen- oder als Außenhochdruckumformung ausgebildet sein kann, dient der Umformung von Werkstücken mittels Beaufschlagung der Werkstücke durch hydrostatischen Druck. Während der Hochdruckumformung wird das zu bearbeitende Werkstück von einem Werkzeug, das entlang einer Trennebene in zwei Werkzeughälften geteilt ist, umgeben, wobei dieses Werkzeug formgebend ist. Das Werkzeug weist wenigstens eine Fluidzuleitung zur Beaufschlagung des Werkstückes mit einem hydrostatischen Druck auf, der zur Umformung des Werkstückes führt.
Auf die das Werkzeug ausbildenden Werkzeughälften wird infolge des eingebrachten hydrostatischen Druckes ein Druck ausgeübt, der zu einem Auseinanderdriften der Werkzeughälften führen würde. Die vorgesehenen Werkzeugträger verhindern dieses Auseinanderdriften, indem sie ein Einspannmittel zum Einspannen des Werkzeuges ausbilden. Jede Werkzeughälfte ist daher einer Werkzeugträgerkomponente zugeordnet, welche diese Werkzeughälfte aufnimmt.
Die von den Werkzeugträgerkomponenten auf die Werkzeughälften übertragenen Kräfte sind größer als die aufgrund des hydrostatischen Druckes im Werkzeug entstehenden Kräfte. Je nach der Größe des zur Umformung des Werkstückes notwendigen Innendrucks können die erforderlichen, von den Werkzeughälften aufzubringenden Zuhaltekräfte so groß sein, daß elastische Verformungen in den Werkzeughälften auftreten. Infolge dieser Kräfte sind der zur Hochdruckumformung erforderliche Präzisionsformschluß der Werkzeughälften und damit eine gleichmäßige Flächenpressung nicht mehr gegeben. Bei zu starker Werkzeugverformung kann zusätzlich für die Umformung verwendetes Fluid entweichen und der Umformprozeß behindert werden bzw. unterbrochen werden.
Aus EP 1 270 107 A1 ist eine Hochdruckumformmaschine bekannt, bei der die vertikale Öffnungsbewegung der Formwerkzeughälften durch horizontales Vierfahren einer Quertraverse ermöglicht wird und nach Schließen der Formwerkzeughälften und horizontalem Wiedereinfahren des Querträgers eine Schließkraft über mehrere Kolben, die oberhalb einer Rückhalteplatte angeordnet sind, auf die Formwerkzeughälften aufgebracht wird.
Aus DE 101 37 476 A1 ist eine Hochdruckumformvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Diese Hochdruckumformvorrichtung weist ober- und unterhalb der Formwerkzeughälften angeordnete Werkzeugträgerkomponenten auf, die aus jeweils einer Werkzeugträgermatrix mit daran angeformten Kolben und einer Werkzeugträgermatrix mit korrespondierend hierzu darin ausgebildeten Kavitäten aufgebaut ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, die bei Aufrechterhalten einer gleichmäßigen und dichten Anlage der Werkzeughälften aneinander Verformungen in den Werkzeughälften zuverlässig verhindert.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Werkzeugträgerkomponente aus einer Aufstellplatte, wenigstens einem auf dieser Aufstellplatte aufstehenden Kolben und einer etwa parallel zur Aufstellplatte ausgerichteten Kolbenaufnahmeplatte ausgebildet ist, wobei die Kolbenaufnahmeplatte für den Kolben eine Vertiefung aufweist, deren Durchmesser etwas größer als der
Durchmesser des Kolbens ist und wobei in einem bei Vorstehen des Kolbens in die Vertiefung ausgebildeten Hohlraum in der Vertiefung ein Fluid anordbar ist.
Jede Werkzeugträgerkomponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aus mehreren Bauteilen ausgebildet, die miteinander in eine Wirkverbindung treten. So bildet die vorgesehene Aufstellplatte einen Grundträger aus, auf dem wenigstens einer, vorzugsweise jedoch mehrere voneinander separate Kolben aufstehen. Mit den der Aufstellplatte abgekehrten Enden stehen die Kolben bzw. steht der eine Kolben in die andere Platte, nämlich in die Kolbenaufnahmeplatte, vor. In der Kolbenaufnahmeplatte ist für jeden Kolben eine Vertiefung angeordnet, in welche jeweils ein Kolben vorstehen kann. Vertiefungswände und Kolbenwand umgeben bei Vorstehen des Kolbens in die Vertiefung einen Hohlraum, der mit einem Fluid füllbar ist.
Mit den Kolben und mit der Lagerung der Kolben in dem Fluid ist zwischen der Aufstellplatte und der Kolbenaufnahmeplatte jeder Werkzeugträgerkomponente keine starre plastische Verbindung ausgebildet. Die Verbindung ist vielmehr elastisch ausgebildet, so daß sich die Bauteile der Werkzeugträgerkomponenten gegeneinander verformen können.
Entstehende Verformungen treten nicht in den Werkzeugen, sondern in den Werkzeugträgerkomponenten auf. Die Verformungen werden dadurch von den Werkzeughälften nach außen abgeführt. Dadurch wird vorteilhaft die dichte Anlage und gleichmäßige Flächenpressung der Werkzeughälften aneinander ohne Verformung der Werkzeughälften nicht gefährdet. Die Zuhaltekraft für das Zuhalten der Werkzeughälften wird von den Werkzeugträgerkomponenten aufgebracht. Die Werkzeugträgerkomponenten sind dabei jeweils zwischen einer Werkzeughälfte und einem von außen an die Werkzeugträgerkomponente angelegten Anlageorgan angeordnet. Das Aufbringen der Kraft erfolgt durch Einführen eines Fluides in die Hohlräume, wodurch die Kolben aus den Vertiefungen abschnittsweise herausführbar sind. Der Abstand zwischen der Kolbenaufnahmeplatte und der Aufstellplatte wird durch das Herausbewegen der Kolben aus den Vertiefungen vergrößert. Dadurch wird die Werkzeugträgerkomponente fest zwischen Werkzeug und äußerem Anlageorgan eingespannt und bringt die Zuhaltekraft für das Werkzeug auf.
Durch die beiderseitige Anordnung der Werkzeugträgerkomponenten ergeben sich im Bereich des Werkzeuges gegen Null resultierende Kräfte. Verformungen des Werkzeuges, nämlich der Werkzeughälften, werden dadurch vorteilhaft ausgeschlossen. Verformungen durch das Aufbringen der Kräfte durch die Werkzeugträgerkomponenten treten in den äußeren Bereichen der Werkzeugträgerkomponenten auf. Diese Verformungen können auch auf das Anlageorgan übertragen werden, an dem das bezüglich des Werkzeuges außenliegende Bauteil der Werkzeugträgerkomponente anliegt.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufstellplatte der Werkzeughälfte zugekehrt ist. Die Aufstellplatte kann direkt an die Werkzeughälfte angesetzt sein. Es ist aber auch möglich, daß die Kolbenaufnahmeplatte direkt an die Werkzeughälfte angesetzt ist, dann ist die Aufstellplatte der Werkzeughälfte abgekehrt. Das der Werkzeughälfte zugekehrte Bauteil der Werkzeugträgerkomponente und die Werkzeughälfte können auch einstückig ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, daß ein Kolben mit großem Durchmesser eingesetzt wird. Vorzugsweise werden aber mehrere etwa gleichmäßig über die Erstreckung der Aufstellplatte verteilte Kolben eingesetzt, welche über die Aufstellplatte verteilt die Kräfte aufbringen können.
Damit die Vertiefungen der Kolbenaufnahmeplatte und die in diese Vertiefungen vorstehenden Kolben einen fluiddichten Hohlraum ausbilden, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß in die Seitenwandung jeder Vertiefung eine Dichtung eingelassen ist, an welche sich der Kolben mit seiner Seitenwandung anlegt. Durch die Dichtung wird eine Abdichtung des Hohlraumes erreicht, die verhindert, daß Fluid aus dem Hohlraum an den Kolben vorbei nach außen austritt. Die Dichtung ist vorzugsweise als umlaufender Dichtungsring ausgebildet.
Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in den Hohlraum in der Vertiefung zumindest eine Fluidleitung einmündet. Durch das Einführen eines Fluides über die Fluidleitung in den Hohlraum wird der Kolben aus dem Hohlraum herausgedrückt, dieser drückt dann auf die Kolbenaufstellplatte. Mit dem Fluid wird somit eine Kraft erzeugt, welche bei Anlage der Werkzeugträgerkomponente an einem Anlageorgan auf das Werkzeug übertragbar ist.
Werden wenigstens zwei Hohlräume über die Fluidleitung miteinander fluidleitend verbunden, so ist eine Leitung des Fluides eines Hohlraumes über die Fluidleitung in den anderen Hohlraum ermöglicht. Durch die Verbindung der Hohlräume wirkt der Fluiddruck gleichmäßig auf die Kolben. Mit Fluiddruckänderungen kann die gleichmäßige Flächenpressung auf das Werkstück verändert werden.
Die Kolben stehen auf der Aufstellplatte lose auf. Die Aufstellplatte weist dafür vorzugsweise eine gehärtete Oberfläche auf. Die voneinander separaten und auch von Aufstellplatte und Kolbenaufnahmeplatte separaten Kolben können einzeln gehandhabt werden, insbesondere können sie einzeln einer Oberflächenveredlung zugeführt werden. Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, daß die Oberfläche der Kolben gehärtet und/oder verchromt ist. Die Kolben können neben der Härtung und Verchromung noch geschliffen sein, damit sie plane Oberflächen aufweisen. Die Verchromung dient auch dem Schutz der Kolben gegen Umwelteinflüsse, sie führt zu einer Verminderung der Reibkräfte und verringert den Verschleiß der Dichtungen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nur auf einer Seite der Kolben ein Hohlraum mit einem Fluid anzuordnen. Auf der anderen Seite stehen die Kolben auf der Aufstellplatte auf.
Die separate Ausbildung der Kolben ermöglicht neben ihrer separaten Fertigung die preiswertere Herstellung der Werkzeugträgerkomponente insgesamt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Teilseitenansicht einer Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung;
Fig. 2: einen Schnitt der Vorrichtung entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1;

Fig. 3: eine perspektivische Teilschnittansicht der Vorrichtung in Fig. 1 und
Fig. 4: eine Teilseitenansicht einer zweiten Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung.

Die Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung in Fig. 1 weist ein Werkzeug 1 auf, das aus zwei etwa quaderförmigen Werkzeughälften 2, 3 zusammengesetzt ist. Die beiden Werkzeughälften 2, 3 liegen aufeinander auf, sie bilden eine Formkammer 4 aus. In der Formkammer 4 ist ein Werkstück mit einem hydrostatischen Druck formgebbar bearbeitbar.
Jeder Werkzeughälfte 2, 3 ist eine Werkzeugträgerkomponente 5, 6 zugeordnet. Die Werkzeugträgerkomponente 5 ist auf das Werkzeug 2 aufgelegt, während die Werkzeuge 3, 2 und die Werkzeugträgerkomponente 5 insgesamt auf die Werkzeugträgerkomponente 6 aufgelegt sind. Um die Werkzeugträgerkomponenten 5, 6 herum ist ein schematisch dargestelltes Anlageorgan, ein Rahmen 18, gelegt.
Im in Fig. 1 geschnitten dargestellten Bereich der Werkzeugträgerkomponente 6 ist ersichtlich, daß jede Werkzeugträgerkomponente aus einer Aufstellplatte 9, 9', auf dieser Aufstellplatte 9, 9' aufstehenden Kolben 10, 10' und einer Kolbenaufnahmeplatte 11, 11' ausgebildet ist. Die Aufstellplatte 9, 9' ist dabei als massive Platte, z.B. als Quader oder als kreisrunde Scheibe, ausgebildet. Ihre Oberfläche ist vorzugsweise gehärtet. Auf ihr stehen die von der Aufstellplatte 9, 9' separaten Kolben 10, 10' lose auf. Die Aufstellplatten 9, 9' liegen unmittelbar am Rahmen 18 an.
Die Kolbenaufnahmeplatte 11, 11' weist Vertiefungen 12, 12' auf, in welche die Kolben 10, 10' vorstehen. In die Seitenwandung jeder Vertiefung 12, 12' ist in eine Nut eine Dichtung 13 eingesetzt. Ein Kolben 10, 10' steht in eine Vertiefung 12, 12' vor, von den Vertiefungswänden und der Begrenzung des Kolbens 10, 10' wird in der Vertiefung 12, 12' ein Hohlraum 15 ausgebildet, der mit einem Fluid füllbar ist. Das Fluid wird über eine Fluidleitung 14 in den Hohlraum 15 eingeführt. Der Hohlraum 15 und die Fluidleitung 14 sind in Fig. 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt, daß die einzelnen Fluidleitungen 14 über eine Fluidsammelleitung 16 miteinander fluidleitend verbunden sind. Beim Einführen eines Fluides in den Hohlraum 15 wird der Kolben 10 aus der Vertiefung 12 heraus gegen die Kolbenaufnahmeplatte 9 geführt. Dadurch wird der Abstand zwischen Aufstellplatte 9 und Kolbenaufnahmeplatte 11 vergrößert. Aufgrund des Abstützens der Kolbenaufnahmeplatte 9 an dem Rahmen 18 wird die Kolbenaufnahmeplatte 11 gegen das Werkzeug 1 geführt, wodurch eine Kraft zum Zusammendrücken der Werkzeughälften 2, 3 bereitgestellt ist.
Durch ein Verändern der in die Hohlräume 15 eingeführten Fluidmenge ist eine Änderung der durch die Werkzeugträgerkomponenten 5, 6 bereitgestellten Werkzeugschließkraft möglich. Die Schließkraft ist somit variabel ausbildbar, so daß das Aufeinanderpressen der beiden Werkzeughälften 2, 3 zum Beispiel für ein Nachfließen des im Werkzeug 1 verarbeiteten Materials gelockert werden kann.
In Fig. 4 ist jeweils ein Kolben 10, 10' gezeigt. Die in den Nuten der Seitenwandungen der Vertiefungen 12, 12' angeordneten Dichtungen 13 sind deutlich dargestellt.
In Fig. 4 ist abweichend zu Fig. 1 bis 3 jeweils die Aufstellplatte 9, 9' den Werkzeugen 2, 3 unmittelbar zugekehrt. Auf diesen Aufstellplatten 9, 9' stehen wieder die Kolben 10, 10' auf, während sie in Vertiefungen 12, 12' in den Kolbenaufnahmeplatten 11, 11' vorstehen.
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Einbringen einer Kraft auf die Werkzeughälften 2, 3. Durch das in die Formkammer 4 eingebrachte Fluid, das über eine Fluidleitung 17 zugeführt wird, entsteht in der Formkammer 4 ein großer Druck. Dieser Druck wird über die Werkzeuge 2, 3 auf die Werkzeugträgerkomponenten 5, 6 übertragen. Bei Aufrechterhalten der Gegenkräfte durch Einführung von Fluid in die Hohlräume 15 verformen sich die Kolbenaufnahmeplatten 11, 11' und der Rahmen 18.
Diese Verformung ist an der Kolbenaufnahmeplatte 11' und dem Rahmen 18 in überhöhter Form gezeigt. Über das im Hohlraum 15 befindliche Fluid und den Kolben 10 wird die Verformung der Kolbenaufnahmeplatte 11' nicht auf die Aufstellplatte 9' übertragen. Die Kräfte, welche über die Aufstellplatten 9, 9' auf die Werkzeughälften 2, 3 übertragen werden, gleichen sich aus, so daß die Werkzeughälften 2, 3 ohne Verformung plan aufeinanderliegen. Bei der Verformung der Kolbenaufnahmeplatten 11,11' werden durch eine externe Fluidversorgung die Volumenänderungen der Hohlräume 15 ausgeglichen und bei Aufbringen eines entsprechenden Druckes die Aufstellplatten 9,9' plan zusammengehalten. Eine Verformung der Aufstellplatten 9,9' und der Werkzeughälften 2, 3 tritt vorteilhaft nicht auf.

Claims

Vorrichtung zur Hochdruckumformung mit einem Werkzeug (1), das entlang einer Trennebene in zwei Werkzeughälften (2, 3) geteilt ist, wobei die beiden-Werkzeughälften eine mit einem hydrostatischen Innendruck zur Formgebung an einem umzuformenden Werkstück beaufschlagbare Formkammer (4) ausbilden, und mit einem Werkzeugträger, der für jede Werkzeughälfte wenigstens eine dieser Werkzeughälfte zugeordnete Werkzeugträgerkomponente (5, 6) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Werkzeugträgerkomponente (5, 6) aus einer Aufstellplatte (9, 9'), wenigstens einem auf dieser Aufstellplatte (9, 9') lose aufstehenden Kolben (10, 10') und einer Kolbenaufnahmeplatte (11, 11') ausgebildet ist, wobei die Kolbenaufnahmeplatte (11, 11') für den Kolben (10, 10') eine Vertiefung (12, 12') aufweist, deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des Kolbens (10, 10') ist, und wobei in einem bei Vorstehen des Kolbens (10, 10') in die Vertiefung (12, 12') ausgebildeten Hohlraum (15) in der Vertiefung (12, 12') ein Fluid anordbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstellplatte (9, 9') der Werkzeughälfte (5, 6) zugekehrt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstellplatte (9, 9') der Werkzeughälfte (5, 6) abgekehrt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere etwa gleichmäßig über die Erstreckung der Aufstellplatte (9, 9') verteilte Kolben (10, 10') vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Seitenwandung jeder Vertiefung (12, 12') eine Dichtung (13) eingelassen ist, an welche sich der Kolben (10, 10') mit seiner Seitenwandung anlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (13) als umlaufender Dichtungsring ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum (15) in der Vertiefung (12, 12') zumindest eine Fluidleitung (14) einmündet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Hohlräume (15) über die Fluidleitung (14, 16) miteinander fluidleitend verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Aufstellplatte (9, 9') eine Härtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kolben (10, 10') gehärtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kolben (10, 10') verchromt ist.