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(11) | EP 0 865 845 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Verfahren zum Zusammenhalt zweier geteilter Werkzeuge oder Gesenke, die mit Innendruck beaufschlagt werden und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| (57) Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenhalt zweier geteilter Werkzeuge
oder Gesenke, die mit Innendruck beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
a) Ober- und Unterwerkzeug (7,8) zwischen einer oberen Platte (1) und einer unteren Platte (2), die durch parallele Distanzstücke (3) auf Abstand gehalten werden, durch Verbindungselemente (5) verspannt werden, b) zum Zusammenhalt der Werkzeuge an der Unterseite der oberen Platte (1) und/oder an der Oberseite der unteren Platte (2) ein oder mehrere membranförmige Scheiben (4) angeordnet sind, die während der Innendruckbeaufschlagung der Werkzeuge hydraulisch und/oder mechanisch gegen Ober- und/oder Unterwerkzeug (7,8) gepresst werden, c) zum Be- und Entladen des aus Unter- und Oberwerkzeug (7,8) bestehenden Werkzeugblockes (20) die Scheiben (4) entlastet und/oder zu den Platten (1,2) zurückgezogen werden und d) außerhalb der Zusammenhaltevorrichtung, in der die Werkzeuge mit Innendruck beaufschlagt werden, die Be- und Entladung der Werkstücke (24) in bzw. aus dem Werkzeugblock (20) in ein oder mehreren Stationen stattfindet. Zur Durchführung des Verfahrens ist eine gattungsgemäße Vorrichtung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dassa) Ober- und Unterwerkzeug (7,8) zwischen einer oberen Platte (1) und einer unteren Platte (2), die durch parallele Distanzstücke (3) auf Abstand gehalten werden, durch Verbindungselemente (5) verspannbar sind, b) unterhalb der oberen und/oder oberhalb der unteren Platte (1,2) ein oder mehrere membranförmige Scheiben (4) angeordnet sind, die mit einem umlaufenden äußeren Befestigungsflansch (21) und/oder einem Befestigungsring (22) eine hydraulisch dichte Verbindung zwischen Platte (1,2) und der Scheibe (4) bilden, c) die obere und/oder untere Platte (1,2) mit Anschlüssen (6) versehen ist, durch die beim Umformvorgang ein flüssiges Medium unter hohem Druck in den Zwischenraum zwischen Platte (1,2) und Scheibe (4) einleitbar ist und d) Ober- und Unterwerkzeug (7,8) als Werkzeugblock (20) mit darin angeordnetem Werkstück (24) zum Umformvorgang zwischen die Platten (1,2) einschiebbar und nach dem Umformvorgang herausziehbar sind. |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenhalt zweier geteilter Werkzeuge oder Gesenke, die mit Innenhochdruck beaufschlagt werden, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 2, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Werkzeuge, insbesondere für die Innenhochdruckumformung (IHU) oder für den Druckguß, bestehen im Hinblick auf die Beladung und Entnahme der Werkstücke aus einem Ober- und einem Unterwerkzeug, die während der Beaufschlagung mit Innendruck zusammengehalten werden müssen. Üblicherweise wird hierzu eine konventionelle Pressenkonstruktion, wie z.B. für das Gesenkschmieden oder Blechumformen genutzt, wobei das Unterwerkzeug fest mit dem Pressenständer verbunden ist und das am Pressenstößel befestigte Oberwerkzeug einen relativ großen Hub ausführt. Dieser Hub muss dabei so groß sein, dass das Werkstück be- und entladen werden kann und dass auch die Werkzeuge bzw. Gesenke regelmäßig gereinigt werden können. Bei diesen Einrichtungen sind die Taktzeiten entsprechend lang, weil die Vorgänge Beladen, Schließen der Gesenke, Umformen, Öffnen der Gesenke, Entladen und Reinigen im allgemeinen nur nacheinander ausgeführt werden können. Wegen des sehr großen Hubes des Oberwerkzeuges gibt es Ausführungen, bei denen der Leerhub mit langem Hub und kleiner Kraft und der Schließhub mit kurzem Hub und großer Kraft über getrennte Einrichtungen aufgebracht werden. Die Stößelführungen sind bei den bekannten Einrichtungen relativ weit vom Werkzeug entfernt angeordnet und die Pressenkonstruktion baut naturgemäß sehr groß. Bei manueller Beladung der Presse ist außerdem vor allem wegen der hohen Drücke bei der Innenhochdruckumformung ein hoher Aufwand bezüglich des Arbeitsschutzes zu betreiben.
[0003] Aus der DE 195 13 444 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydrostatischen Kaltverformen von Hohlprofilen durch Innenhochdruckumformung bekannt, wobei eine der gewünschten Formen des Werkstückes entsprechende Druckaufbaukurve des für die Verformung benötigten Werkstückinnendruckes realisiert wird und gleichzeitig abhängig vom jeweiligen Innendruck die Zuhaltekräfte des den Blechkörper umgebenden Werkzeuges durch hydroelektronisch geregelte Druckzylinder in festgelegten Flächenabschnitten aufgebracht werden. Die Druckzylinder sind dabei als Membranzylinder mit kleinem Volumen und damit niedriger Kompressionsmenge ausgebildet und werden mit differenziertem Druck so beaufschlagt, dass abhängig von dem jeweiligen Innendruck die dazugehörige ideale Schließkraft lokal aufgebracht werden kann. Zum Be- und Entladen ist es dabei allerdings erforderlich, dass zunächst ein Druckkissen, an dem die einzelnen Druckzylinder angeordnet sind, aus der Presse herausgefahren wird, sodass das Werkzeugoberteil durch Hilfszylinder angehoben und das Werkstück aus der Presse entfernt werden kann. Anschließend werden umgekehrt das Werkstück auf das Werkzeugunterteil gelegt, das Werkzeugoberteil abgesenkt, das Druckkissen wieder in die Presse hereingefahren und die Druckzylinder beaufschlagt, damit anschließend die Innenhochdruckumformung stattfinden kann. Die Zeit zwischen zwei Umformvorgängen ist dabei wegen der Vielzahl der Arbeitsschritte für das Be- und Entladen der Werkstücke sehr lang.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und/oder eine Vorrichtung vorzuschlagen, wobei derartige Probleme nicht auftreten.
[0005] Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 2 beschrieben. Die Unteransprüche 2 und 4 bis 6 enthalten sinnvolle ergänzende Vorschläge.
[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Werkzeuge nicht wie bei einer üblichen Pressenkonstruktion mit Hilfe von Hydraulikzylindern mit großem Hub zusammengehalten, sondern es reicht die Anordnung von ein oder mehreren membranförmigen Scheiben an der Unter- und/oder Oberseite der Platten. Diese Scheiben werden elastisch und hydraulisch dicht mit den Platten verbunden. Bei Beaufschlagung des Zwischenraumes zwischen Platte und Scheibe vor Beginn des Umformvorganges wird die Scheibe fest mit relativ geringem Hub an die Ober- bzw. Unterseite der Werkzeuge gepresst. Der Zwischenraum ist dabei über entsprechende Bohrungen und Anschlüsse mit dem Hydrauliksystem verbunden. Aufgrund des geringen Hubes und des kleinen Zwischenraumes reicht eine minimale Menge an. Hydraulikflüssigkeit aus, um den erforderlichen Anpressdruck auf die Werkzeuge zu erzeugen. Die beiden Werkzeuge (Unter- und Oberwerkzeug) mit dem in entsprechenden Aussparungen angeordneten Werkstück sind zu einem Werkzeugblock zusammengefaßt und werden als Ganzes nach Aufheben des Anpressdruckes auf die Werkzeuge seitlich zwischen den mit festem Abstand zueinander angeordneten Platten herausgezogen und über ein Transportsystem zu entsprechenden Be- und Entladestationen gefördert. Bei Verwendung mehrerer Werkzeugblöcke kann sofort nach Entnahme des einen Werkzeugblockes mit dem fertigen Werkstück ein anderer Werkzeugblock mit einem noch zu bearbeitenden Werkstück in die Zusammenhaltevorrichtung zwischen den Platten eingeschoben werden. Vorteilhaft ist es, wenn zur Entnahme der Werkstücke die Werkzeuge nicht innerhalb der Zusammenhaltevorrichtung mindestens um die Höhe des fertigen Werkstückes angehoben werden müssen. Dieser Vorgang kann in einer eigenen Entladestation stattfinden. Das bedeutet für die Zusammenhaltevorrichtung, dass der Hub der membranförmigen Scheibe nur so groß sein muss, dass der Werkzeugblock ungehindert ein- und ausgefahren werden kann. Zur Erleichterung dieses Fahrvorganges hat es sich als günstig erwiesen, den Werkzeugblock mit Hilfe von Rollen auf entsprechenden Transportbahnen zu bewegen.
[0007] Zur Realisierung eines eventuell zusätzlich erforderlichen Relativhubes während der Umformung kann in das Unter- und/oder Oberwerkzeug ein hydraulischer Stößel integriert werden, der bis auf das Werkstück direkt wirken kann.
[0008] Zur Fixierung der beiden Werkzeuge aufeinander sind vorzugsweise senkrecht zu deren Längsachse stiftartige Führungselemente vorgesehen, die in entsprechenden Bohrungen oder Aussparungen der beiden Werkzeuge geführt sind. Diese Führungselemente können auch Querkräfte aufnehmen, damit die beiden Platten und die dazwischen angeordneten Distanzstücke nicht mit derartigen Kräften belastet werden. Die Zusammenhaltevorrichtung ist ähnlich wie eine Werkzeugmaschine in einem Schutzgehäuse angeordnet, das insbesondere bei Anwendung der hohen Hydraulikdrücke Schutz bietet.
[0009] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 3 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Zusammenhaltevorrichtung
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1
- Fig. 3
- eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 und ein Transportsystem für die Werkzeugblöcke.
[0010] Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einer unteren Platte 2 und einer oberen Platte 1, die durch parallele Distanzstücke 3 auf Abstand gehalten und durch Verbindungselemente 5, z.B. Schrauben oder Zuganker miteinander verspannt werden. Unterhalb der oberen Platte 1 ist eine im Verhältnis zu dieser Platte sehr dünne, membranförmige Scheibe 4 angeordnet. Die Scheibe 4 ist am äusseren Rand mit einem Befestigungsflansch 21 versehen, der mit Hilfe eines Befestigungsringes 22 eine hydraulisch dichte Verbindung zwischen Platte 1 und Scheibe 4 herstellt. Die obere Platte 1 ist mit einem Anschluss 6 versehen, durch den beim Umformvorgang ein flüssiges Medium unter hohem Druck zwischen Platte 1 und Scheibe 4 geleitet wird. Dadurch senkt sich die membranförmige Platte 4 gegen das aus Oberwerkzeug 8 und Unterwerkzeug 7 zusammengesetzte Werkzeug und hält dieses geteilte Werkzeug während des Umformvorganges geschlossen. Zur Realisierung eines zusätzlichen Relativhubes während der Umformung ist in das Unterwerkzeug 7 ein hydraulischer Stößel 17 integriert. Bei größeren Werkstücken 24 und damit verbundenen größeren Abmessungen der Werkzeuge 7,8 können auch mehrere membranförmige Scheiben 4 nebeneinander angeordnet sein bzw. an verschiedenen Stellen auf die Oberfläche des Werkzeuges einwirken. Zum Einbringen des erforderlichen Innendruckes in Hohlräume des Werkstückes 24 für die eigentliche Innenhochdruckumformung sind in den Distanzstücken 3 seitlich ein oder zwei oder mehr Axialzylinder 9,10,11 befestigt, die die bekannten Funktionen
Lanzen abdichten",
Nachstauchen" und
Bauteil aufblasen" ausführen. Diese Axialzylinder 9,10,11 fahren nach dem Klemmen der Werkzeuge 7,8 mit Hilfe der Scheibe 4 bis zum Werkstück 24 vor. Die Anordnung der Axialzylinder 9,10,11 richtet sich nach der Form der herzustellenden Teile. In Fig. 3 sind z.B. zwei Axialzylinder 9,11 und in Fig. 2 drei Axialzylinder 9,10,11 dargestellt. Zur Positionierung der Werkzeuge 7,8 sind diese über Führungen 23 miteinander verbunden. Diese Führungen 23 nehmen auch Querkräfte auf, die damit nicht die Plattenkonstruktion 1,2,3 belasten. Die über die Führungen 23 zu einem Werkzeugblock 20 zusammengefügten Werkzeuge 6,7 bilden innen einen Raum, der im wesentlichen die Form des herzustellenden Werkstückes 24 besitzt. Der Werkzeugblock 20 mit dem darin angeordneten Werkstück 24 wird als Einheit auf Rollen 12 und auf Transportbahnen 18 von der Zusammenhaltevorrichtung zu verschiedenen Stationen 13 bis 16 zur Be- und/oder Entladung der Werkstücke 24 transportiert. Dieser Transport kann durch z.B. nicht dargestellte externe Hydraulikzylinder oder andere Transporteinrichtungen erfolgen. Nach dem Umformvorgang in der Zusammenhaltevorrichtung wird die Platte 4 entlastet, wodurch sich diese vom Werkzeug 6,7 abhebt und den Werkzeugblock 20 freigibt. Dieser wird zwischen den Platten 1,2 herausgezogen und nach Fig. 3 z.B. über die Transportbahn 18 zu einer Entladestation 13 gebracht, wo die beiden Werkzeughälften voneinander getrennt werden und das fertige Werkstück entnommen werden kann. Anschließend wird der Werkzeugblock 20 weitertransportiert zur Beladestation 14. Dort erfolgt die Bestückung mit einem neuen Rohteil. Anschließend wird der Block 20 in Beladebereitschaft (Station 15) gebracht. Falls die Vorrichtung aufgrund der Anordnung der Axialzylinder 9,10,11 (vgl. Fig. 2) nur von einer Vorderseite zugänglich ist, wird eine zusätzliche Station 16 vorgesehen, die dann abwechselnd mit der Station 14 die Be- und Entladung nur von einer Seite vornimmt. Die Zusammenhaltevorrichtung kombiniert mit dem Werkzeugblocktransportsystem nach Fig. 3 arbeitet kontinuierlich. Die Vorrichtung ist in einem Schutzgehäuse 19 ähnlich wie bei einer Werkzeugmaschine aufgestellt und dadurch allseitig geschützt.
[0011] Zusammengefaßt ergeben sich für das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens folgende Vorteile:
- sehr einfache Konstruktion, wenige Teile, keine herkömmliche Presse erforderlich
- Verkürzungen der Taktzeit durch Trennen der Vorgänge Reinigen, Beladen, Schließen der Werkzeuge, Umformen, Öffnen der Werkzeuge, Entladen
- automatischer Ablauf durch Werkzeugtransportsystem
- hoher Arbeitsschutz durch Schutzgehäuse
- Wegfall von Werkzeugwechselzeiten.
Bezugszeichenliste:
[0012]
- 1
- obere Platte
- 2
- untere Platte
- 3
- Distanzstücke
- 4
- membranförmige Scheibe
- 5
- Verbindungselemente, z.B. Schrauben oder Zuganker
- 6
- Anschluss für flüssiges Medium
- 7
- Unterwerkzeug
- 8
- Oberwerkzeug
- 9,10,11
- Zylinder (axial beweglich)
- 12
- Rollen
- 13 - 16
- Stationen zur Be- und/oder Entladung der Werkstücke 24
- 17
- hydraulischer Stößel für zusätzlichen Relativhub
- 18
- Transportbahnen für 20
- 19
- Schutzgehäuse
- 20
- Werkzeugblock
- 21
- Befestigungsflansch am äußeren Rand von 4
- 22
- Befestigungsring für 21 an 1
- 23
- Führungselement zur Positionierung von 7 und 8
- 24
- Werkstück
a) Ober- und Unterwerkzeug zwischen einer oberen Platte und einer unteren Platte, die durch parallele Distanzstücke auf Abstand gehalten werden, durch Verbindungselemente verspannt werden,
b) zum Zusammenhalt der Werkzeuge an der Unterseite der oberen Platte und/oder an der Oberseite der unteren Platte ein oder mehrere membranförmige Scheiben angeordnet sind, die während der Innendruckbeaufschlagung der Werkzeuge hydraulisch und/oder mechanisch gegen Ober- und/oder Unterwerkzeug gepresst werden,
c) zum Be- und Entladen des aus Unter- und Oberwerkzeug bestehenden Werkzeugblockes die Scheiben entlastet und/oder zu den Platten zurückgezogen werden und
d) außerhalb der Zusammenhaltevorrichtung, in der die Werkzeuge mit Innendruck beaufschlagt werden, die Be- und Entladung der Werkstücke in bzw. aus dem Werkzeugblock in ein oder mehreren Stationen stattfindet.
a) Ober- und Unterwerkzeug (7,8) zwischen einer oberen Platte (1) und einer unteren Platte (2), die durch parallele Distanzstücke (3) auf Abstand gehalten werden, durch Verbindungselemente (5) verspannbar sind,
b) unterhalb der oberen und/oder oberhalb der unteren Platte (1,2) ein oder mehrere membranförmige Scheiben (4) angeordnet sind, die mit einem umlaufenden äußeren Befestigungsflansch (21) und/oder einem Befestigungsring (22) eine hydraulisch dichte Verbindung zwischen Platte (1,2) und der Scheibe (4) bilden,
c) die obere und/oder untere Platte (1,2) mit Anschlüssen (6) versehen ist, durch die beim Umformvorgang ein flüssiges Medium unter hohem Druck in den Zwischenraum zwischen Platte (1,2) und Scheibe (4) einleitbar ist und
d) Ober- und Unterwerkzeug (7,8) als Werkzeugblock (20) mit darin angeordnetem Werkstück (24) zum Umformvorgang zwischen die Platten (1,2) einschiebbar und nach dem Umformvorgang herausziehbar sind.