[0001] Beim Innenhochdruckumformen von rohrförmigen Werkstücken in einem entsprechend gestalteten
Werkzeug wird das zur Verformung eingesetzte hydraulische Hochdruckmedium in aller
Regel über zumindest einen Endabschnitt in den Innenraum des Werkstücks eingeleitet.
Dies kann über Abdichtdorne erfolgen, die mittels Hydraulikzylinder axial in die Endabschnitte
des Werkstücks oder in Form einer Glocke über die Endabschnitte verfahren werden und
den Innenraum, insbesondere mit Hilfe von Dichtringen, abdichten. Hierbei wirken die
Hydraulikzylinder und verschlossene Ventile dem für die auf das Abdichten folgende
Ausformung des Werkstücks aufgebrachten Innendruck entgegen.
[0002] Die Abdichtdorne können aber auch stirnseitig des Werkstücks mit Hilfe von z.B. einer
Ringzackendichtung, einer gestuften Dichtung oder einer Konusdichtung angepresst werden.
[0003] Ferner ist es denkbar, dass die Abdichtdorne einen Dichtkegel umformen (Keilelementdichtung).
[0004] Schließlich ist es noch bekannt, dass die Abdichtdorne durch jeweils einen zusätzlichen
Hydraulikzylinder unterstützt werden. Mit diesem Hydraulikzylinder wird derselbe Innendruck
aufgebaut, der für die Ausformung des Werkstücks benötigt wird, so dass direkt eine
Gegenkraft erzeugt wird. Das Hydraulikaggregat muss nur noch den notwenigen Differenzdruck
aufbringen, der für die Abdichtung und/oder ein Nachführen von Material notwendig
ist (DE 40 17 072 C2).
[0005] Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts eines rohrförmigen Werkstücks in einem
Werkzeug zum Innenhochdruckumformen zu schaffen, die einfacher aufgebaut ist, weniger
Einzelteile aufweist und bei welcher die Taktzeiten für einen Umformvorgang deutlich
reduziert werden können.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
[0007] Kern der Erfindung ist der Unterschied der wirksamen Kolbenfläche des Druckkolbens
in der Druckkammer zu der Innenquerschnittsfläche im Endabschnitt des Werkstücks.
Auf diese Weise wird erreicht, dass der Abdichtdorn bei steigendem Innendruck im Werkstück
immer eine Kraft gegen die Werkstückstirnseite ausübt, so dass unabhängig vom jeweiligen
Innendruck die notwendige Abdichtkraft gewährleistet ist. Diese Abdichtkraft kann
dann zusätzlich dazu benutzt werden, um Material in das Werkzeug bzw. in die Umformzone
des Werkstücks nachzuführen.
[0008] Zu Beginn eines Umformvorgangs wird die Druckkammer von der Druckquelle aus mit einem
hydraulischen Hochdruckmedium beaufschlagt. Da der die Druckkammer mit dem Innenraum
des Werkstücks verbindende Druckkanal im Druckkolben durch das in Richtung zur Druckkammer
sperrende Rückschlagventil verschlossen ist, steigt der Druck in der Druckkammer.
Hierdurch wird der Druckkolben in Richtung auf den Endabschnitt des Werkstücks bewegt,
bis dass der Abdichtdorn das Werkstück kontaktiert und dessen Innenraum abdichtet.
Durch weiter steigenden Druck in der Druckkammer wird danach die Schließkraft des
Rückschlagventils überwunden. Das Rückschlagventil öffnet, so dass nun der Innendruck
im Werkstück aufgebaut und das Werkstück umgeformt wird.
[0009] Ist der Innenhochdruckumformprozess beendet, sinkt der Druck in der Druckkammer wieder
auf Null. Der Druckkolben bewegt sich in die Ausgangsposition zurück und gibt das
umgeformte Werkstück zur Weiterbehandlung frei.
[0010] Die Anordnung kann an nur einem Ende eines Werkzeugs oder auch an beiden Enden vorgesehen
sein.
[0011] In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundgedankens ist nach Patentanspruch
2 der Druckkolben bei von der Druckquelle getrennter Druckkammer durch eine mechanische,
elektrische, pneumatische oder hydraulische Rückstellkraft in die Ausgangsposition
zurückstellbar. Hierfür können Druck- oder Zugfedern sowie pneumatisch bzw. hydraulisch
beaufschlagbare Zylinder zum Einsatz gelangen.
[0012] Insgesamt ist festzustellen, dass für die Verfahrbewegungen, die Abdichtungen der
Bestandteile der Druckkolben bildenden Abdichtdorne sowie das Nachführen von Material
bei der Umformung des Werkstücks keine zusätzlichen Hydraulikaggregate oder auch aufwendige
Steuerungen notwendig sind. Die Verfahrbewegungen der Abdichtdorne werden durch dieselbe
Druckquelle bewirkt, aus der auch der Innendruck für den eigentlichen Innenhochdruckumformprozess
stammt. Weiter erfolgt die Abdichtung bzw. das Aufbringen einer Gegenkraft ausschließlich
von dieser Druckquelle aus. Die Bearbeitungszeiten einer Innenhochdruckumformoperation
verringern sich merklich, da bei einem Anstieg des Innendrucks die Abdichtdorne sofort
verlagert werden und eine Abdichtung herbeiführen.
[0013] Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich demzufolge insbesondere für das Hydroformen
unter Verwendung mechanischer Pressen. Hierbei ergibt sich ein weiterer Vorteil. Prinzipbedingt
erfolgt beim Hydroformverfahren der Druckaufbau in sehr kurzer Zeit. Das bedeutet
für die Stirnseite des Abdichtdorns, dass hier eine planflächige Ausführung für eine
Abdichtung zur Stirnfläche des Werkstücks genügt, um den notwendigen Innendruck für
die Aufweitung des Werkstücks aufzubauen. Durch die planflächige Ausführung kann zusätzlich
erreicht werden, dass eine Aufweitung direkt im Bereich der Kontaktfläche zwischen
der Stirnseite des Abdichtdorns und der Stirnfläche des Werkstücks möglich wird. Damit
kann das Werkstück direkt im Abdichtbereich auf die Endkontur gebracht werden, ein
nachfolgender Endenbeschnitt wird vermieden.
[0014] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
[0015] Mit 1 ist in der Zeichnung ganz allgemein im Schema eine Anordnung zum Abdichten
eines Endabschnitts 2 eines rohrförmigen Werkstücks 3 in einem Werkzeug 4 zum Innenhochdruckumformen
bezeichnet.
[0016] Das Werkzeug 4 weist zwei zueinander relativ bewegliche, die Konfiguration des Werkstücks
3 bestimmende Gesenke 5 und 6 auf. Das Untergesenk ist mit 5 und das Obergesenk ist
mit 6 bezeichnet.
[0017] Stirnseitig des umzuformenden Werkstücks 3 ist in einem ortsfesten Gehäuse 7 eine
Druckkammer 8 ausgebildet, die über eine Zuleitung 9 mit einer Druckquelle 10 für
ein hydraulisches Hochdruckmedium verbunden ist. In der Druckkammer 8 ist ein Druckkolben
11 dichtend geführt. Der Druckkolben 11 weist einen gestuften axialen Druckkanal 12
auf, welcher die Druckkammer 8 mit dem Innenraum 13 des Werkstücks 3 verbindet. In
dem Druckkanal 12 ist ein in Richtung zur Druckkammer 8 sperrendes Rückschlagventil
14 angeordnet. Das Rückschlagventil 14 setzt sich aus einem kegelförmigen Ventilsitz
15, einem kugelförmigen Dichtkörper 16, einer Schraubendruckfeder 17 und einer längskanalisierten
Schraube 18 zusammen, die in einen Gewindeabschnitt 19 des Druckkanals 12 eingedreht
ist.
[0018] Mit dem Druckkolben 11 ist ein Abdichtdorn 20 verbunden, welcher beim Ausführungsbeispiel
die kreisringförmige Stirnseite 21 des Werkstücks 3 mit einer planen Stirnfläche 22
abdichtet.
[0019] Des Weiteren ist zu erkennen, dass das Gehäuse 7 und der Druckkolben 11 über Rückstellelemente
23 in Form von Schraubenzugfedern verbunden ist. Die mit seitlichen Auslegern 24,
25 am Gehäuse 7 und am Druckkolben 11 verbundenen Rückstellelemente 23 sind bestrebt,
den Druckkolben 11 in die Ausgangsposition zurückzuziehen.
[0020] Ferner ist es von Bedeutung, dass die wirksame Kolbenfläche KF des Druckkolbens 11
in der Druckkammer 8 größer als die Querschnittsfläche QF des Innenraums 13 im Endabschnitt
2 des Werkstücks 3 bemessen ist. Dadurch wird erreicht, dass über den Druckkolben
11 bei steigendem Innendruck im Werkstück 3 immer eine Kraft gegen die Stirnseite
21 des Werkstücks 3 ausgeübt wird, so dass unabhängig vom Innendruck stets die notwendige
Dichtkraft gewährleistet ist.
[0021] Zum Umformen des rohrförmigen Werkstücks 3 mittels Innenhochdruck wird zunächst das
Werkzeug 4 geöffnet und das umzuformende Werkstück 3 in das Untergesenk 5 gelegt.
Anschließend wird durch Herabfahren des Obergesenks 6 das Werkzeug 4 geschlossen.
Im Anschluss daran wird die Druckkammer 8 von der Druckquelle 10 aus mit hydraulischem
Hochdruckmedium beaufschlagt. Da das Rückschlagventil 14 den Druckkanal 12 im Druckkolben
11 sperrt, steigt der Druck in der Druckkammer 8. Dieser ansteigende Druck verlagert
nun den Druckkolben 11 in Richtung auf das Werkstück 3, bis dass die Stirnseite 22
des Abdichtkolbens 20 an der Stirnseite 21 des Werkstücks 3 anschlägt und eine Abdichtung
herbeiführt.
[0022] Bei weiterhin mit der Druckquelle 10 verbundener Druckkammer 8 steigt der Druck in
der Druckkammer 8 noch weiter, bis die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 17 des
Rückschlagventils 14 überwunden wird, das Hochdruckmedium aus der Druckkammer 8 über
den Druckkanal 12 in den Innenraum 13 des Werkstücks 3 gelangt und dieses entsprechend
der Kontur von Untergesenk 5 und Obergesenk 6 umformt.
[0023] Nach dem Innenhochdruckumformvorgang wird die Druckkammer 8 von der Druckquelle 10
getrennt. Der Druck sinkt auf Null, so dass die Rückstellelemente 23 den Druckkolben
11 wieder in die Ausgangsposition zurück führen. Das Rückschlagventil 14 schließt
den Druckkanal 12 im Druckkolben 11.
[0024] Anschließend kann das Werkzeug 4 hinsichtlich Untergesenk 5 und Obergesenk 6 geöffnet
und das umgeformte Werkstück 3 entnommen werden.
[0025] Die zur Durchführung der Abdichtung und Umformung notwendigen Steuerungen sind in
der Zeichnung nicht veranschaulicht.
Bezugszeichenaufstellung
[0026]
- 1 -
- Anordnung
- 2 -
- Endabschnitte v. 3
- 3 -
- Werkstück
- 4 -
- Werkzeug
- 5 -
- Untergesenk v. 4
- 6 -
- Obergesenk v. 4
- 7 -
- Gehäuse
- 8 -
- Druckkammer in 7
- 9 -
- Zuleitung
- 10 -
- Druckquelle
- 11 -
- Druckkolben
- 12 -
- Druckkanal in 11
- 13 -
- Innenraum v. 3
- 14 -
- Rückschlagventil
- 15 -
- Ventilsitz
- 16 -
- Dichtkörper
- 17 -
- Schraubendruckfeder
- 18 -
- Schraube
- 19 -
- Gewindeabschnitt v. 12
- 20 -
- Abdichtdorn
- 21 -
- Stirnseite v. 3
- 22 -
- Stirnfläche v. 20
- 23 -
- Rückstellelemente
- 24 -
- Ausleger an 7
- 25 -
- Ausleger an 11
- KF -
- Kolbenfläche v. 11
- QF -
- Querschnittsfläche v. 13
1. Anordnung zum Abdichten eines Endabschnitts (2) eines rohrförmigen Werkstücks (3)
in einem Werkzeug (4) zum Innenhochdruckumformen, welche einen mit dem Endabschnitt
(2) zusammenwirkenden Abdichtdorn (20) als zumindest mittelbaren Bestandteil eines
Druckkolbens (11) umfasst, der in einer an eine Druckquelle (10) für ein hydraulisches
Hochdruckmedium anschließbaren Druckkammer (8) zwangsgeführt ist und in einem die
Druckkammer (8) mit dem Innenraum (13) des Werkstücks (3) verbindenden axialen Druckkanal
(12) ein in Richtung zur Druckkammer (8) sperrendes Rückschlagventil (14) aufweist,
wobei die wirksame Kolbenfläche (KF) des Druckkolbens (11) in der Druckkammer (8)
größer als die Querschnittsfläche (QF) im Innenraum (13) des Endabschnitts (2) des
Werkstücks (3) bemessen ist.
2. Anordnung nach Patentanspruch 1, bei welcher der Druckkolben (11) bei von der Druckquelle
(10) getrennter Druckkammer (8) durch eine mechanische, elektrische, pneumatische
oder hydraulische Rückstellkraft (23) in die Ausgangsposition zurückführbar ist.