(19) |
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(11) |
EP 0 858 848 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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17.10.2001 Patentblatt 2001/42 |
(22) |
Anmeldetag: 10.02.1998 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC)7: B21D 26/02 |
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(54) |
Umformvorrichtung
Forming apparatus
Appareil de formage
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE ES FR GB IT |
(30) |
Priorität: |
12.02.1997 DE 19705244
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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19.08.1998 Patentblatt 1998/34 |
(73) |
Patentinhaber: Anton Bauer Werkzeug- und Maschinenbau GmbH & Co. KG |
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66763 Dillingen (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Bieling, Peter, Dr.
66809 Nalbach (DE)
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(74) |
Vertreter: Bernhardt, Winfrid, Dr.-Ing. et al |
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Patentanwälte Bernhardt
Kobenhüttenweg 43 66123 Saarbrücken 66123 Saarbrücken (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-A- 1 777 176 FR-A- 1 370 852
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DE-A- 4 432 692 US-A- 5 419 171
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Innenhochdruckumformvorrichtung mit einem mehrteiligen
Formwerkzeug und einer die Teile des Formwerkzeugs gegen die Umformbeaufschlagung
zusammenhaltenden Spanneinrichtung.
[0002] Beim Innenhochdruckumformen sind an die Festigkeit der Einspannung der Formwerkzeugteile
sowie des Formwerkzeuges selbst hohe Anforderungen zu stellen. Vor allem in der Endphase
der Herstellung eines Formteils, in der das Formteilwerkstück weitgehend gegen die
Formungswände des Werkzeugformhohlraums anliegt, überträgt sich der zur vollständigen
Ausformung des Werkstücks erforderliche sehr hohe Arbeitsdruck auf Werkzeug und Spanneinrichtung.
Trotz dieser hoher Beanspruchung sollte es dabei jedoch zu keiner, die Maßhaltigkeit
des Formteils beeinträchtigenden Deformationen des Formhohlraums kommen, indem z.B.
Werkzeugteile des Formwerkzeugs zusammenhaltende Spannbacken unter Aufweitung des
Formhohlraums nachgeben. Entsprechend stabil sind Werkzeuge und Spanneinrichtungen
solcher Innenhochdruckumformvorrichtungen auszulegen.
[0003] Aus der DE-A-4 432 692 ist eine gattungsbildende Innenhochdruckumformvorrichtung
mit einer topfartigen Spannvorrichtung beschrieben. Ein Umformwerkzeug wird durch
den Topf und einen darauf aufgesetzten, gegen den Topf und das Umformwerkzeug verspannbaren
Deckel zusammen-gehalten. Zum Heben und Senken des Deckels steht ein Hubzylinder zur
Verfügung.
[0004] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Umformvorrichtung der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, die insbesondere in Bezug auf den zur Sicherung der Formstabilität
des Formhohlraums erforderlichen Aufwand verbessert ist.
[0005] Die diese Aufgabe lösende Umformvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannvorrichtung oder/und das Formwerkzeug mindestens eine, Deformationen
des Formhohlraums beim Umformen wenigstens teilweise kompensierende Gegenspanneinrichtung
aufweist.
[0006] Entsprechend dieser Erfindungslösung nimmt man eine gewisse Verformung von Spanneinrichtung
oder/und Werkzeug in Kauf, erzeugt aber durch Spannkraftbeaufschlagung über eine oder
auch mehrere in der Spannvorrichtung oder/und dem Werkzeug vorgesehener Gegenspanneinrichtungen
für ausgleichende Verformungen, so daß der Formhohlraum weitgehend seine Gestalt beibehält.
Bei gleichbleibender Fertigungsgenauigkeit können Spann- und Werkzeugteile dementsprechend
weniger stabil mit geringerem Aufwand an Material hergestellt werden. Vorteilhaft
verringern sich damit auch Masse und Gewicht der Umformvorrichtung insgesamt.
[0007] Während mechanische, z.B. Keile aufweisende, Gegenspanneinrichtungen verwendbar sind,
umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Gegenspanneinrichtung
eine Gegendruckkammer.
[0008] Die Gegendruckkammer kann mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt werden, wobei vorteilhaft
eine zur Druckbeaufschlagung des Werkstücks verwendete Einrichtung auch für die Gegendruckkammer
mitgenutzt werden kann.
[0009] Andererseits könnte jedoch für die Druckbeaufschlagung der Gegendruckkammer eine
zusätzliche Einrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht, in der Gegendruckkammer
einen ober- oder unterhalb des Arbeitsdrucks gelegenen Gegendruck zu erzeugen, der
z.B. in Abhängigkeit von der jeweiligen Gestaltung des Werkzeugs bzw. herzustellenden
Formteils im Hinblick auf eine optimale Kompensation von Formhohlraumverformungen
eingestellt werden könnte.
[0010] In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gegendruckkammer in einem gegen das
Formwerkzeug anliegenden Spannbacken vorgesehen, wobei z.B. zwischen der Gegendruckkammer
und dem Werkzeug eine verhältnismäßig dünne Spannbackenwandung vorgesehen sein kann,
welche sich unter dem Einfluß des Gegendrucks gegen das Werkzeug wölbt und so einem
Nachgeben des Spannbackens oder/und Werkzeugs entgegenwirkt.
[0011] Alternativ könnte auf einer dem Werkzeug abgewandten Spannbackenseite ein Kurzhubzylinder,
in dem die Gegendruckkammer gebildet ist, am Spannbacken angreifen.
[0012] Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der
Spannbacken gegen das Formwerkzeug mit einem durch die Druckbeaufschlagung der Gegendruckkammer
gegen den übrigen Spannbacken beweglichen Teil des Spannbackens an, wobei dieser bewegliche
Teil insbesondere in der Art eines in dem Spannbacken geführten Druckkolbens ausgebildet
ist. Gibt der Spannbacken unter dem Einfluß der Umformungsbeaufschlagung eines Werkstücks
nach, so verschiebt sich der Spannbackenkolben bei Aufrechterhaltung eines geeigneten
Drucks in der Gegendruckkammer entsprechend, so daß der dagegen anliegende Werkzeugteil
an Ort und Stelle verbleibt.
[0013] Diese Ausführungsform mit einem beweglichen Spannbackenteil ist besonders vorteilhaft
in einer Innenhochdruckumformvorrichtung, in welcher der Spannbacken über einen Bajonettring
in Spannanlage gegen das Werkzeug gebracht werden kann, wobei eine einen Gegenspannbacken
umfassende Werkzeughalterung für den Bajonettring ein Gegenlager bildet. Durch die
Kompensationsmöglichkeit über den Spannbacken mit der Gegendruckkammer entschärfen
sich vor allem die Festigkeitsanforderungen an die Verriegelungsteile des Bajonettverschlusses,
die somit weniger massiv ausgebildet zu sein brauchen.
[0014] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gegendruckkammer,
einschließlich eines Druckverbindungskanals, mit einer abdichtenden Auskleidung versehen,
die insbesondere durch eine die Gegendruckkammer ballonartig ausfüllende Kunststoffmembran
gebildet sein kann. Eine solche flexible Abdichtungsauskleidung ist vor allem bei
der genannten Ausführungsform mit einem druckkolbenartigen Spannbackenteil von Vorteil,
weil dann der Druckkolben in seiner Führung nicht besonders abgedichtet zu sein braucht.
[0015] Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich
auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung beschrieben werden.
[0016] Die Zeichnung zeigt eine Innenhochdruckumformeinrichtung in einer Schnittdarstellung.
[0017] In der Figur ist eine topfartig ausgebildete Werkzeughalterung 1 mit einer Bodenwand
2 und einer vertikalen Zylinderwand 3 gezeichnet. In der Bodenwand 2 ist ein sich
über einen großen Teil der Wandfläche erstreckender Durchbruch 4 vorgesehen. In der
Zylinderwand 3 sind einander gegenüberliegende Durchbrüche 5 und 6 gebildet.
[0018] Ein Spannbacken 7 steht mit einem dagegen über einen Hydraulikzylinder 8 drehbaren
Bajonettring 9 im Eingriff.
[0019] Dem Spannbacken 7 gegenüberliegend ist eine Spannbackengegenplatte 10 angeordnet,
die auf einer durch den verbliebenen Teil der Bodenplatte 2 gebildeten Schulter aufliegt.
[0020] Zwischen dem Spannbacken 7 und der Spannbackengegenplatte 10 ist ein Formwerkzeug
mit einem Oberteil 11 und einem Unterteil 12 angeordnet. In dem zweiteiligen Formteilwerkzeug
befindet sich ein durch Umformung eines Rohres gebildetes Werkstück 13.
[0021] Der Spannbacken 7 weist ein Oberteil 14 mit einer Ringausnehmung auf, in die ein
von dem Bajonettring nach innen vorstehender Ringsteg 15 eingreift. Unterhalb des
Ringstegs 14 ist der Spannbacken 7 im Durchmesser etwas aufgeweitet. Mit dem Bezugszeichen
16 ist ein unterer Teil des Spannbackens 7 bezeichnet, der einen in der Art eines
Druckkolbens in einer Ausnehmung in dem oberen Teil 14 des Spannbackens 7 geführten
oberen Abschnitt aufweist und mit einer Ringschulter 18 gegen die Unterseite des Spannbackenoberteils
14 anlegbar ist. Bei Anlage der Ringschulter 18 gegen die Unterseite des Spannbackenoberteils
14 verbleibt eine durch das Spannbackenoberteil 14 und das Spannbackenunterteil 16
gebildete Gegendruckkammer 17, die über einen Verbindungskanal 19 durch Fluiddruck
beaufschlagbar ist. Die Gegendruckkammer 17 und der Verbindungskanal 19 sind durch
eine abdichtende Kunststoffmembran 20 ausgekleidet.
[0022] Der Bajonettring 9 greift mit auf seinem Umfang angeordneten Verschlußzähnen 21 in
eine Ringausnehmung 22 in der Zylinderwand 3 ein, wobei die Verschlußzähne in einer
Drehstellung entsprechende Verschlußzähne 23 an der Zylinderwand 3 hintergreifen.
In einer anderen Drehstellung kann der Bajonettring mit dem Spannbacken 7 nach oben
abgehoben werden, wobei die Verschlußzähne 21 des Bajonettrings 9 zwischen den Verschlußzähnen
23 an der Zylinderwand 3 hindurchgeführt werden.
[0023] Mit den Bezugszahlen 24 und 25 sind bewegbare Halterungen für an das Werkstück 13
anlegbare Druckfluidzuführungsleitungen 26 und 27 bezeichnet.
[0024] Die Bewegung des Spannbackenunterteils 16 nach unten begrenzende Gegenanschläge sind
in der Figur nicht gezeigt.
[0025] Im folgenden wird die Funktionsweise der vorangehend beschriebenen Vorrichtung erläutert.
[0026] In einem Zustand, in welchem der Bajonettverschluß mit dem Spannbacken 7 von dem
topfartigen Werkzeughalter 1 abgehoben ist, wird eine für den gegebenen Anwendungsfall
geeignete Spannbackengegenplatte 10 auf den Boden 2 des Werkzeugshalters 1 aufgelegt.
Danach werden der untere Teil 12 des Werkzeugs, das Werkstück 13 und der obere Teil
11 des Werkzeugs eingesetzt.
[0027] Zur Verspannung der Werkzeugteile 11 und 12 wird der Bajonettring 9 mit dem Spannbacken
7 zunächst abgesenkt, wobei die Verschlußzähne 21 des Bajonettrings 9 zwischen den
Verschlußzähnen 23 an dem oberen Rand der Zylinderwand 3 des Werkzeugshalters 1 hindurchtreten.
Mit Hilfe des Hydraulikzylinders 8 wird dann der Bajonettring verdreht, wobei die
Zähne 21 des Bajonettrings 9 die Verschlußzähne 23 an der Zylinderwand 3 hintergreifen.
Durch geeignete Abschrägung der Zähne wird dabei ein Preßdruck des Spannbackens 7
gegen den oberen Werkzeugteil 11 und ein entsprechender Preßgegendruck über den Werkzeughalter
1 und die Spannbackengegenplatte 10 auf den Werkzeugunterteil 12 übertragen.
[0028] Zum Umformen des Werkstücks werden nun die Fluiddruckzuführungsleitungen 26 und 27
in der in der Figur gezeigten Weise über nicht gezeigte Dichtungseinrichtungen an
das rohrförmige Werkstück 13 angesetzt und ein Fluid, im vorliegenden Fall Wasser,
unter Druck in das Werkstück eingebracht. Gleichzeitig wird Fluid unter gleichem Druck
in die Gegendruckkammer 17 eingelassen.
[0029] Unter dem Fluiddruck verformt sich das rohrförmige Werkstück und legt sich zunehmend
an die Formwände der Werkzeugteile 11 und 12 an, wodurch die insbesondere in vertikaler
Richtung zwischen den Spannbacken 7 und dem oberen Werkzeugteil 11 bzw. der Spannbackengegenplatte
10 und dem unteren Werkzeugteil 12 wirksame Preßkraft erhöht wird. Einem Nachgeben
der durch den Werkzeughalter 1 mit der Spannbackengegenplatte 10 und den Spannbacken
7 gebildeten Spannvorrichtung, insbesondere im Bereich des Bajonettrings 9, wird dadurch
entgegengewirkt, daß der in der Gegendruckkammer 17 herrschende Gegendruck den Spannbackenunterteil
18 zum Ausgleich nach unten verschiebt, der so die Werkstückteile unter Konstanthaltung
der Höhe des Formhohlraums an Ort und Stelle hält.
1. Innenhochdruckumformvorrichtung mit einem mehrteiligen Formwerkzeug und einer die
Teile (11,12) des Formwerkzeugs gegen die Umformbeaufschlagung zusammenhaltenden Spanneinrichtung
(1,7,9,10),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spanneinrichtung oder/und das Formwerkzeug mindestens eine, Deformationen des
Formhohlraums beim Umformen wenigstens teilweise kompensierende Gegenspanneinrichtung
(16-20) aufweist.
2. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenspanneinrichtung eine Gegendruckkammer (17) umfaßt.
3. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegendruckkammer (17) zur Beaufschlagung mit dem Arbeitsdruck (Pi) der Umformvorrichtung
vorgesehen ist.
4. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Gegendruckkammer eine von der Arbeitsdruckerzeugung unabhängige Druckbeaufschlagungseinrichtung
zur Druckbeaufschlagung mit insbesondere einstellbarem Druck vorgesehen ist.
5. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegendruckkammer (17) in einem gegen das Formwerkzeug (11,12) anliegenden Spannbacken
(7) vorgesehen ist.
6. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannbacken (7) gegen das Formwerkzeug (11,12) mit einem durch die Druckbeaufschlagung
der Gegendruckkammer (17) gegen den übrigen Spannbacken beweglichen Teil (18) des
Spannbackens anliegt.
7. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bewegliche Teil (18) des Spannbackens einen in der Art eines in dem Spannbacken
geführten Druckzylinders gebildeten Abschnitt aufweist.
8. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannbacken (7) über einen Bajonettring (9) gegen das Werkzeug (11,12) anpreßbar
ist, wobei eine einen Gegenspannbacken (10) aufnehmende Formwerkzeughalterung (1)
für den Bajonettring ein Gegenlager bildet.
9. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkzeughalterung (1) topfartig, insbesondere mit einem gegen den Topfboden (2)
anlegbaren Gegenspannbacken (10) ausgebildet ist.
10. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegendruckkammer (17), insbesondere einschließlich eines Druckverbindungskanals
(19), mit einer abdichtenden Auskleidung (20) versehen ist.
11. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auskleidung durch eine die Gegendruckkammer (17) ballonartig ausfüllende Kunststoffmembran
(20) gebildet ist.
12. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die oder/und eine weitere Gegendruckkammer in einem auf einen Spannbacken einwirkenden
Kurzhubzylinder gebildet ist.
1. Internal high-pressure forming apparatus having a multi-piece forming tool and a clamping
device (1, 7, 9, 10) holding the parts (11, 12) of the forming tool together against
the pressurizing during the forming, characterized in that the clamping device and/or the forming tool has at least one counter-clamping device
(16-20) at least partly compensating for deformations of the forming cavity during
the forming.
2. Internal high-pressure forming apparatus according to Claim 1, characterized in that the counter-clamping device comprises a counter-pressure chamber (17).
3. Internal high-pressure forming apparatus according to Claim 2, characterized in that the counter-pressure chamber (17) is provided for pressurizing with the working pressure
(Pi) of the forming apparatus.
4. Internal high-pressure forming apparatus according to Claim 2 or 3, characterized in that a pressurizing device independent of the generation of the working pressure and intended
for pressurizing with an particularly adjustable pressure is provided for the counter-pressure
chamber.
5. Internal high-pressure forming apparatus according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the counter-pressure chamber (17) is provided in a clamping jaw (7) bearing against
the forming tool (11, 12).
6. Internal high-pressure forming apparatus according to Claim 5, characterized in that the clamping jaw (7) bears against the forming tool (11, 12) with a clamping-jaw
part (18) which can be moved against the other clamping jaw part by the pressurizing
of the counter-pressure chamber (17).
7. Internal high-pressure forming apparatus according to Claim 6, characterized in that the movable part (18) of the clamping jaw has a section formed like a pressure cylinder
guided in the clamping jaw.
8. Internal high-pressure forming apparatus according to one of Claims 5 to 7, characterized in that the clamping jaw (7) can be pressed against the tool (11, 12) via a bayonet ring
(9), a forming-tool holder (1) accommodating a counter-clamping jaw (10) and forming
an abutment for the bayonet ring.
9. Internal high-pressure forming apparatus according to Claim 8, characterized in that the tool holder (1) is of pot-like design, in particular with a counter-clamping
jaw (10) which can be placed against the pot base (2).
10. Internal high-pressure forming apparatus according to one of Claims 2 to 9, characterized in that the counter-pressure chamber (17), in particular including a pressure connecting
passage (19), is provided with a sealing lining (20).
11. Internal high-pressure forming apparatus according to Claim 10, characterized in that the lining is formed by a plastic diaphragm (20) filling the counter-pressure chamber
(17) like a balloon.
12. Internal high-pressure forming apparatus according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the counter-pressure chamber and/or a further counter-pressure chamber is formed
in a short-stroke cylinder acting on a clamping jaw.
1. Dispositif de formage à haute pression interne présentant un outil de moulage à plusieurs
pièces et un dispositif de serrage (1, 7, 9, 10) maintenant ensemble les pièces (11,
12) de l'outil de moulage contre la charge de forrnage, caractérisé en ce que le dispositif de serrage et/ou l'outil de moulage présente au moins un dispositif
de contre-serrage (16 - 20) compensant au moins partiellement des déformations de
l'espace creux de moulage lors du formage.
2. Dispositif de formage à haute pression interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de contre-serrage comprend une chambre de contre-pression (17).
3. Dispositif de formage à haute pression interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre de contre-pression (17) est prévue pour l'alimentation de la pression
de travail (Pi) du dispositif de formage.
4. Dispositif de formage à haute pression interne selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on a prévu, pour la chambre de contre-pression, un dispositif d'alimentation de pression
indépendant de la production de la pression de travail pour l'alimentation avec une
pression réglable en particulier.
5. Dispositif de formage à haute pression interne selon l'une quelconque des revendications
2 à 4, caractérisé en ce que la chambre de contre-pression (17) est prévue dans une mâchoire de serrage (7) placée
contre l'outil de moulage (11, 12).
6. Dispositif de formage à haute pression interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mâchoire de serrage (7) est située contre l'outil de moulage (11, 12) avec une
pièce (18) de la mâchoire de serrage mobile par l'alimentation en pression de la chambre
de contre-pression (17) contre l'autre mâchoire de serrage.
7. Dispositif de formage à haute pression interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce mobile (18) de la mâchoire de serrage présente une section formée comme
un cylindre de pression guidé dans la mâchoire de serrage.
8. Dispositif de formage à haute pression interne selon l'une quelconque des revendications
5 à 7, caractérisé en ce que la mâchoire de serrage (7) peut être comprimée via un anneau à baïonnette (9) contre
l'outil (11, 12), un dispositif de fixation (1) de l'outil de moulage comprenant une
mâchoire de contre-serrage (10) formant une butée pour l'anneau à baïonnette.
9. Dispositif de formage à haute pression interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de fixation de l'outil (1) est exécuté en forme de creuset, en particulier
avec une mâchoire de contre-serrage (10) pouvant être placée contre le fond du creuset
(2).
10. Dispositif de formage à haute pression interne selon l'une quelconque des revendications
2 à 9, caractérisé en ce que la chambre de contre-pression (17), en particulier y compris un canal de liaison
de pression (19), est pourvue d'un revêtement (20) qui rend étanche.
11. Dispositif de formage à haute pression interne selon la revendication 10, caractérisé en ce que le revêtement est formé par une membrane en matériau synthétique (20) remplissant
la chambre de contre-pression (17) de manière analogue à un ballon.
12. Dispositif de formage à haute pression interne selon l'une quelconque des revendications
1 à 12, caractérisé en ce que la chambre de contre-pression et/ou une autre chambre de contre-pression est formée
dans un cylindre à course courte agissant sur une mâchoire de serrage.