[0001] Die Erfindung betrifft eine Umformeinrichtung für becherförmige Hohlkörper mit einem
Maschinengestell, einer Antriebseinrichtung, einem Werkstückrundtisch zur Aufnahme
von Werkstückhaltern, die zur Festlegung von Hohlkörpern ausgebildet sind, und mit
einem Werkzeugträger zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen, wobei sich Werkstückrundtisch
und Werkzeugträger gegenüberliegen und um eine Drehachse zueinander verdrehbar sowie
längs der Drehachse zueinander linearverstellbar sind, wobei die Antriebseinrichtung
zur Bereitstellung einer Drehschrittbewegung und einer zyklischen Linearbewegung zwischen
Werkstückrundtisch und Werkzeugträger ausgebildet ist, um eine Umformung der Hohlkörper
mittels der Bearbeitungswerkzeuge in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten
zu ermöglichen und wobei der Werkstückhalter eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Hohlkörpers
aufweist und ein die Ausnehmung bereichsweise begrenzender Wandabschnitt eine zur
Verengung des Querschnitts der Ausnehmung ausgebildete, einstellbare Geometrie aufweist,
um eine Festlegung des Hohlkörpers am Werkstückhalter zu ermöglichen.
[0002] Aus der
EP 0 275 369 A2 ist eine Umformmaschine bekannt, mit der becherförmige Hohlkörper aus Metall, insbesondere
Aluminium, aus einem im Wesentlichen zylinderhülsenförmigen Ausgangszustand bereichsweise
umgeformt, insbesondere lokal eingezogen, werden können, um beispielsweise im Bereich
der Öffnung eine Verschlusskappe oder ein Sprühventil abdichtend aufsetzten zu können.
Die bekannte Umformmaschine weist ein Maschinengestell auf, an dem ein Tragrohr ausgebildet
ist. An einer Außenoberfläche des Tragrohrs ist ein Werkstückrundtisch drehbar gelagert.
In einer vom Tragrohr begrenzten Ausnehmung ist ein linearverschiebliches Führungsrohr
aufgenommen, an dessen Endbereich der Werkzeugrundtisch angebracht ist. In dem Maschinengestell
ist eine Antriebseinrichtung aufgenommen, die zur Erzeugung einer intermittierenden
Drehbewegung des Werkstückrundtischs und zur Erzeugung einer oszillierenden Linearbewegung
des Führungsrohrs und des damit verbundenen Werkzeugrundtischs ausgebildet ist. Durch
die Linearbewegung können die am Werkzeugrundtisch vorgesehenen Werkzeuge, insbesondere
Umformwerkzeuge, in Eingriff mit den am Werkstückrundtisch gehaltenen Hohlkörpern
gebracht werden, um diese lokal zu bearbeiten, insbesondere plastisch zu deformieren.
Durch die intermittierende Drehbewegung des Werkstückrundtischs können die Hohlkörper
in serieller Reihenfolge in Kontakt mit den am Werkzeugträgertisch angebrachten Werkzeugen
gebracht werden, um eine schrittweise Umformung der Hohlkörper von einer Ausgangsgeometrie
hin zu einer zielgeometrie zu erreichen. Vor Durchführung der Bearbeitung werden die
Hohlkörper mit Hilfe von am Werkstückrundtisch angebrachten Werkstückhaltern festgelegt
und nach Durchführung der Bearbeitung wieder freigegeben. Hierzu weist der Werkstückhalter
einen pneumatisch betätigbaren Kolben auf, der in axialer Richtung auf einen umlaufenden,
flexiblen Ring wirkt und diesen zumindest teilweise in radialer Richtung nach innen
verdrängen kann, um damit den Hohlkörper an einer Außenoberfläche zu spannen und damit
am Werkstückhalter festzulegen.
[0003] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Umformeinrichtung bereitzustellen,
die eine zuverlässige und gegebenenfalls während des Umformprozesses für den Hohlkörper
zumindest zeitweilig wieder lösbare Festlegung des Hohlkörpers am Werkstückhalter
ermöglicht.
[0004] Diese Aufgabe wird für eine Umformeinrichtung der eingangs genannten Art mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Wandabschnitt mit
der einstellbaren Geometrie von einer flexiblen Membran gebildet wird, die einen im
Werkstückhalter ausgebildeten Fluidkanal bereichsweise begrenzt. Die flexible Membran
wird durch den im Fluidkanal herrschenden Fluiddruck unmittelbar beaufschlagt, so
dass eine Umsetzung der zum Spannen des Hohlkörpers bereitgestellten Energiemenge,
beispielsweise in Form von Bewegungsenergie im Rahmen einer Stellbewegung, mit einem
günstigen Wirkungsgrad in eine zum Spannen des Hohlkörpers dienende Energiemenge umgesetzt
wird. Hierdurch kann die Energiemenge, die zum Festlegen des Hohlkörpers erforderlich
ist, gering gehalten werden. Daraus resultiert, dass Stellmittel zur Bereitstellung
des Fluiddrucks im Fluidkanal klein und kostengünstig dimensioniert werden können.
Zudem können durch die flexible Membran, die vorzugsweise eine deutlich höhere Elastizität
als der üblicherweise dünnwandig ausgebildete Hohlkörper aufweist, geometrische Abweichungen
in der Außenkontur des Hohlkörpers vorteilhaft ausgeglichen werden. Lokale Spannungsspitzen,
wie sie durch die Kompression des flexiblen Rings, wie er aus dem Stand der Technik
bekannt ist, auftreten können, entfallen zumindest nahezu vollständig, da im Fluidkanal
überall die gleichen Druckverhältnisse herrschen. Somit wird eine lokale Überbelastung
des Hohlkörpers während des Spannvorgangs vermieden. Außerdem kann bei entsprechender
Auslegung der flexiblen Membran, des zum Spannen vorgesehenen Fluiddrucks und des
Werkstückhalters eine geringfügige Restbeweglichkeit des Hohlkörpers gegenüber dem
Werkstückhalter zugelassen werden. Diese Restbeweglichkeit gewährleistet, dass die
beispielsweise bei Umformprozessen am Hohlkörper auftretenden und in den Werkstückhalter
abzuleitenden Reaktionskräfte nicht zu lokalen Spannungsspitzen führen. Vielmehr kann
der Hohlkörper bei Auftreten von hohen Reaktionskräften zumindest geringfügig ausweichen,
um Spannungsspitzen im Hohlkörper zu vermeiden.
[0005] Zweckmäßig ist es, wenn in dem Fluidkanal eine, vorzugsweise linearbeweglich gelagerte,
Fluidverdrängungseinrichtung angeordnet ist, die zur Beeinflussung eines Fluiddrucks
im Fluidkanal ausgebildet ist, um eine Gestaltänderung der flexiblen Membran bewirken
zu können. Die Fluidverdrängungseinrichtung dient dazu, insbesondere von außen auf
den Werkstückhalter eingeleitete Stellenergie, vorzugsweise in Form einer linearen
und/oder rotatorischen Stellbewegung, in eine Druckerhöhung des im Fluidkanal aufgenommenen
Fluids, insbesondere eines Hydraulikfluids, zu bewirken. Die Stellenergie kann auch
in Form eines Magnetfelds und/oder elektrischer Energie von außen bereitgestellt oder
in einer Speichereinrichtung, beispielsweise einem elektrischen Akkumulator, im Werkstückhalter
vorgehalten werden, um eine entsprechende Fluidverdrängungseinrichtung, beispielsweise
einen magnetisch oder elektromagnetisch angesteuerten Kolben, eine magnetisch und/oder
elektrisch betreibbare Fluidpumpe oder eine piezoelektrische Pumpe, betrieben zu können.
[0006] Vorzugsweise weist die Fluidverdrängungseinrichtung einen linearverschieblich gelagerten,
starren Arbeitskolben oder eine randseitig abdichtend eingespannte, insbesondere als
Rollmembran ausgebildete, flexible Arbeitsmembran auf. Ein linearverschieblich gelagerter
Arbeitskolben wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn hohe Spannkräfte zur Festlegung
des Hohlkörpers und somit ein hoher Druck im Fluidkanal erforderlich sind. Eine flexible
Arbeitsmembran ermöglicht eine besonders kostengünstige Bereitstellung einer Fluidverdrängungseinrichtung.
Bevorzugt ist der flexiblen Arbeitsmembran ein linearbeweglich geführter, außerhalb
des fluidgefüllten Fluidkanals angeordneter Verdrängungskörper, beispielsweise aus
Kunststoff, zugeordnet. Der Verdrängungskörper gewährleistet, dass die Arbeitsmembran
bei Druckbeaufschlagung des Fluids im Fluidkanal nicht in unerwünschter Weise ausweichen
kann, wodurch der Druckaufbau auf das Fluid in Frage gestellt wäre. Ergänzend kann
der Verdrängungskörper derart geformt sein, dass die Arbeitsmembran beim Aufbau des
Drucks im Fluidkanal stets ohne Knicke und/oder lokale Spannungsspitzen geführt wird,
um einen vorzeitigen Verschleiß der Arbeitsmembran zu vermeiden. Dies gilt insbesondere
dann, wenn die Arbeitsmembran als Rollmembran ausgebildet ist, die eine besonders
kompakte Gestaltung der Arbeitsmembran ermöglicht und bei der ringförmig ausgebildete
und miteinander verbundene Membranbereiche beim Druckaufbau oder Druckabbau aneinander
vorbeigleiten.
[0007] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluidverdrängungseinrichtung
ein, vorzugsweise ein Federmittel umfassendes, Vorspannmittel zugeordnet ist, das
zur Einstellung der Fluidverdrängungseinrichtung in eine Vorzugsstellung, vorzugsweise
in eine Druckstellung, ausgebildet ist. Das Vorspannmittel gewährleistet, dass der
Werkstückhalter ohne eine äußere Stellbewegung oder ein äußeres Steuersignal sich
im Hinblick auf die Einspannung des aufzunehmenden Hohlkörpers in einer definierten
Vorzugsstellung befindet. Bei der definierten Vorzugsstellung kann es sich beispielsweise
um eine Stellung handeln, in der das im Fluidkanal aufgenommene Fluid drucklos ist,
insbesondere keine Druckdifferenz gegenüber einer umgebenden Atmosphäre aufweist,
und somit die flexible Membran nicht oder nur geringfügig deformiert ist und damit
einen maximalen freien Querschnitt in der Ausnehmung des Werkstückhalters freigibt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorzugsstellung einer Einspannstellung entspricht,
in der ein Hohlkörper in dem Werkstückhalter festgelegt ist. Da ein erheblicher Teil
der Bearbeitungsschritte in der Umformeinrichtung eine Festlegung des Hohlkörpers
am Werkstückhalter erfordert, ist es vorteilhaft, wenn während dieser Bearbeitungsschritte
keine Bereitstellung von Energie notwendig ist, um die Festlegung des Hohlkörpers
sicherzustellen. Eine Bereitstellung von Energie, insbesondere in Form einer von außen
auf den Werkstückhalter eingeleiteten Stellbewegung, ist dann für den Fall erforderlich,
dass der Hohlkörper vom Werkstückhalter teilweise oder vollständig freigegen werden
soll. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorspannmittel, bei denen es sich beispielsweise
um ein Federmittel, insbesondere eine Druckfeder oder eine Tellerfederanordnung, handeln
kann, derart am Werkstückhalter angeordnet sind, dass sie die Fluidverdrängungseinrichtung
in eine Position drängen, in der ein zur Festlegung des Hohlkörpers notwendiger Druck
im Fluidkanal herrscht und die flexible Membran derart ausgelenkt wird, dass sie eine
ausreichende, vorzugweise radial nach innen gerichtete Spannkraft auf den Hohlkörper
ausüben kann. Zur Freigabe des Hohlkörpers ist es dementsprechend erforderlich, dass
eine Energiemenge auf die Vorspannmittel eingeleitet ist, die ausreichend ist, um
die Vorspannmittel aus einer im Wesentlichen entspannten Vorzugsstellung in eine gespannte
Funktionsstellung zu bringen. Dabei wird dann die Druckbeaufschlagung im Fluidkanal
zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aufgehoben und der Hohlkörper wird
freigegeben.
[0008] Bevorzugt umfasst die Fluidverdrängungseinrichtung einen schwenkbeweglich gelagerten
Betätigungshebel, der zur Kopplung eines mit dem Arbeitskolben oder der Arbeitsmembran
wirkverbundenen Arbeitsstößels mit den Vorspannmitteln und/oder zur Einleitung einer
äußeren Stellbewegung auf den Arbeitsstößel ausgebildet ist. Der Betätigungshebel
ermöglicht eine kompakte Anordnung der Vorspannmittel am Werkstückhalter, da es nicht
erforderlich ist, die Vorspannmittel in der unmittelbaren Umgebung der Fluidverdrängungseinrichtung
anzuordnen. Ergänzend oder alternativ kann der Betätigungshebel dazu vorgesehen sein,
eine von außen auf den Werkstückhalter eingeleitete, insbesondere zur Freigabe des
Hohlkörpers dienende Stellbewegung, auf die Fluidverdrängungseinrichtung und vorzugsweise
zeitgleich auf die Vorspannmittel einzuleiten. Die Fluidverdrängungseinrichtung umfasst
einen vorzugsweise über eine Außenkontur des Werkstückhalters hinausragenden, linearbeweglich
gelagerten Arbeitsstößel, der zur Kraftübertragung zwischen Betätigungshebel und Arbeitskolben
oder der Arbeitsmembran ausgebildet ist. Dem Arbeitsstößel kommt unter Anderem die
Aufgabe zu, die Schwenkbewegung des schwenkbeweglich gelagerten Betätigungshebels
in eine Linearbewegung für den Arbeitskolben oder die Arbeitsmembran umzusetzen.
[0009] Bei einer Ausgestaltung der Umformeinrichtung ist vorgesehen, dass die flexible Membran
ringförmig ausgebildet ist. Dadurch kann der Hohlkörper über einen ringförmigen, zu
seiner Längsachse rotationssymmetrischen, Bereich seiner Außenoberfläche gespannt
werden, so dass unabhängig von möglicherweise asymmetrisch auf den Hohlkörper einwirkenden
Bearbeitungskräften stets eine zuverlässige Kraftübertragung zwischen Hohlkörper,
Membran und Werkstückhalter gewährleistet ist. Vorzugsweise ist die Membran kreisringförmig
ausgebildet, da die zu bearbeitenden Hohlkörper zumindest im Einspannbereich, in dem
die Membran in Anlage zur Außenoderfläche des Hohlkörpers kommt, rotationssymmetrisch
ausgebildet sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Membran torusförmig
ausgebildet und weist wenigstens einen, vorzugsweise in radialer Richtung nach außen
abragenden Anschlussstutzen für eine kommunizierende fluidische Verbindung mit dem
im Werkstückhalter ausgebildeten Fluidkanal auf.
[0010] Zweckmäßig ist es, wenn die flexible Membran in einer Querschnittsebene, die eine
Längsachse der Ausnehmung umfasst, einen in radialer Richtung nach außen offenen,
U-förmigen Querschnitt aufweist. Hierdurch kann eine kostengünstige Herstellung der
Membran erreicht werden. Beispielsweise kann die Membran als Kunststoffspritzgussteil
ausgebildet werden.
[0011] Vorzugsweise ist die flexible Membran derart ausgebildet, dass ein die Ausnehmung
bereichsweise begrenzender Innenoberflächenbereich der flexiblen Membran bei einer
Druckbeaufschlagung des Fluidkanals eine Bewegung ausführt, die eine radial nach innen
gerichtete und eine in parallel zur Längsachse der Ausnehmung gerichtete, insbesondere
in eine der Mündungsöffnung entgegengesetzte, Bewegungskomponente aufweist. Dadurch
wird neben der Festlegung des Hohlkörpers, die durch die in radialer Richtung nach
innen gerichtete Bewegung der Membran bewirkt wird, auch eine axiale verschiebung
des Hohlkörpers während des Spannvorgangs ermöglicht, ohne dass hierzu zusätzliche
Vorrichtungen erforderlich wären. Durch die axiale Verschiebung des Hohlkörpers, durch
die dieser vorzugsweise in Richtung des Bodens der Ausnehmung des Werkstückhalters
gedrängt wird, kann erreicht werden, dass der Hohlkörper in Anlage mit einer im Bodenbereich
der Ausnehmung vorgesehenen Anlagefläche kommt. Hierdurch wird eine korrekte Anlage
und Ausrichtung des Hohlkörpers an dem Werkstückhalter bzw. gegenüber dem Werkstückhalter
begünstigt, was sich vorteilhaft auf die Bearbeitungsqualität für die am Hohlkörper
durchzuführenden Umformvorgänge auswirkt.
[0012] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die flexible Membran
derart ausgebildet ist, dass die beiden senkrecht zueinander ausgerichteten Bewegungskomponenten
zumindest nahezu gleich groß sind.
[0013] Bevorzugt schließt wenigstens ein Schenkel des U-förmigen Querschnitts der flexiblen
Membran einen spitzen Winkel, vorzugsweise einen Winkel kleiner 80 Grad, besonders
bevorzugt einen Winkel kleiner 70 Grad, insbesondere einen Winkel kleiner 60 Grad,
mit der Längsachse der Ausnehmung ein. Durch die Wahl des Winkels kann die Bewegungskomponente
für die flexible Membran bei der Durchführung des Spannvorgangs festgelegt werden.
Je kleiner der eingeschlossene Winkel gewählt wird, desto größer ist die Bewegungskomponente
längs der Längsachse der Ausnehmung.
[0014] Vorteilhaft ist es, wenn beide Schenkel des U-förmigen Querschnitts der flexiblen
Membran zumindest nahezu parallel zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch wird erreicht,
dass die flexible Membran möglichst gleichförmig und flächig an der Außenoberfläche
des Hohlkörpers anliegt.
[0015] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Schenkel
des U-förmigen Querschnitts der flexiblen Membran in einem radial außenliegenden Umfangsbereich
eine umlaufende Wulst aufweist, die für eine abdichtende Festlegung im Werkstückhalter
ausgebildet ist. Durch die wenigstens eine umlaufende Wulst kann der radial außenliegende
Umfangsbereich der Membran formschlüssig und gegebenenfalls zusätzlich auch kraftschlüssig
am Werkstückhalter aufgenommen werden. Durch die formschlüssige Aufnahme wird in einfacher
Weise eine vorteilhafte Kraftübertragung zwischen Membran und Werkstückhalter gewährleistet.
Die kraftschlüssige Festlegung der Membran bringt eine Kompression des elastischen,
vorzugsweise gummielastischen, Membranmaterials mit sich, wodurch die Abdichtung zwischen
Membran und dem im Werkstückhalter ausgebildeten Fluidkanal begünstigt wird.
[0016] Bevorzugt ist zwischen der flexiblen Membran und einer Mündungsöffnung der Aushehmung
ein Konusring angeordnet, dessen konische Innenoberfläche die Ausnehmung bereichsweise
begrenzt und sich mit zunehmendem Abstand von der Mündungsöffnung verjüngt. Der Konusring
hat die Aufgabe, beim Einschieben des Hohlkörpers in die Ausnehmung des Werkstückhalters
eine zentrierung des Hohlkörpers zu erreichen. Ergänzend dient der Konusring dem Schutz
der flexiblen Membran, die zwar während des Einschiebens des Hohlkörpers zumindest
nahezu vollständig entspannt ist und damit einen maximalen Querschnitt der Ausnehmung
freigibt, jedoch durch fehlerhafte Hohlkörper und/oder durch ein schräges Einschieben
der Hohlkörper beschädigt werden könnte. Vorzugsweise ist ein minimaler Innendurchmesser
des Konusrings geringfügig größer als ein maximaler Durchmesser der Membran im entspannten
Zustand gewählt, so dass beim Einschieben des Hohlkörpers stets ein Kontakt mit der
Membran vermieden wird.
[0017] Zweckmäßig ist es, wenn die flexible Membran für einen Berührkontakt mit dem Hohlkörper
in einem ringförmigen Bereich ausgebildet ist, der eine Breite von weniger als 20mm,
vorzugsweise weniger als 15mm, besonders bevorzugt weniger als 10mm, insbesondere
weniger als 5mm aufweist und der von einer Bodenebene des Hohlkörpers, die durch die
Ausnehmung bestimmt ist, einen Abstand von weniger als weniger als 20mm, vorzugsweise
weniger als 15mm, besonders bevorzugt weniger als 10mm, insbesondere weniger als 5mm,
einnimmt. Bei einer geringen Breite des ringförmigen Berührbereichs und einem geringen
Abstand des Berührbereichs von der Bodenebene des im Werkstückhalter aufgenommenen
Hohlkörpers ist gewährleistet, dass der Hohlkörper nahezu über seine gesamte Länge
und nahe bis zur Bodenebene bearbeitet, insbesondere umgeformt werden kann. Bevorzugt
ist ein Berührkontakt in einem Bereich des Hohlkörpers vorgesehen, der weniger als
10mm vom Bodenbereich beabstandet ist und bei dem der ringförmige Berührbereich eine
Breite von weniger als 10mm aufweist. Besonders bevorzugt ist eine untere Bereichsgrenze
des Berührbereichs weniger als 5mm von der Bodenebene beabstandet und eine obere Bereichsgrenze
des Berührbereichs ist weniger als 9mm, vorzugsweise weniger als 8mm, von der Bodenebene
beabstandet. Eine vorteilhafte Breite des ringförmigen Berührbereichs beträgt somit
insbesondere 5mm oder weniger.
[0018] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Werkstückrundtisch
an einer Verriegelungsposition ein erstes Stellmittel zur Einleitung einer Verriegelungsbewegung
auf den jeweiligen Werkstückhalter und/oder an einer Entriegelungsposition ein zweites
Stellmittel zur Einleitung einer Entriegelungsbewegung sowie an einer Bearbeitungsposition
ein drittes Stellmittel zur Einleitung einer Stellbewegung zur zumindest teilweisen
Entriegelung und nachfolgenden Verriegelung des Hohlkörpers während eines Zyklus der
zyklischen Linearbewegung auf den jeweiligen Werkstückhalter zugeordnet sind. Das
erste Stellmittel ermöglicht eine Verriegelung des Hohlkörpers am Werkstückhalter
und ist insbesondere an einer Ladeposition für den Werkstückrundtisch angeordnet.
An der Ladeposition werden die Hohlkörper von einer vorausgehenden Fördereinrichtung,
beispielsweise einem Förderband, mittels eines zwischengeschalteten Förderers, beispielsweise
einem unterdruckbeaufschlagten Ladestern, dem Werkstückhalter zugeführt. Das zweite
Stellmittel ist an einer Entriegelungsposition angeordnet, an der der Werkstückhalter
den bearbeiteten Hohlkörper für einen Weitertransport durch eine nachfolgende Fördereinrichtung,
beispielsweise ein Förderband freigibt. Das dritte Stellmittel dient dazu, den Hohlkörper
während eines Zyklus der zyklischen Linearbewegung, insbesondere während eines zeitlichen
Bruchteils der zyklischen Linearbewegung zunächst zumindest teilweise freizugeben
und nachfolgend wieder zu verriegeln. In dem Zeitfenster zwischen zumindest teilweiser
Entriegelung und erneuter Verriegelung kann der Hohlkörper beispielsweise bewegt,
insbesondere gegenüber dem Werkstückhalter ausgerichtet, werden.
[0019] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Dabei zeigt:
- Figur 1
- eine schematische Seitenansicht einer Umformeinrichtung,
- Figur 2
- eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Umformeinrichtung gemäß der Figur 1,
- Figur 3
- eine perspektivische Darstellung eines Werkstückhalters,
- Figur 4
- eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Werkstückhalters,
- Figur 5
- eine Schnittdarstellung des Werkstückhalters und
- Figur 6
- ein zeitliches Ablaufschema für die Durchführung eines Bearbeitungsverfahrens unter
Einsatz der Umformeinrichtung.
[0020] Eine in der Figur 1 dargestellte Umformeinrichtung 1 ist für eine Bearbeitung von
Hohlkörpern, insbesondere Aluminiumdosen, in einem schrittweisen Umformverfahren ausgebildet.
Die Umformeinrichtung 1 umfasst ein Maschinengestell 2, an dem exemplarisch ein Werkstückrundtisch
3 drehbeweglich und ein Werkzeugträger 4 linearbeweglich gelagert sind, wie dies durch
die entsprechenden Pfeile in der Figur 1 angedeutet ist.
[0021] Der Werkstückrundtisch 3 ist mittels einer in der Figur 1 nicht näher dargestellten
Antriebseinrichtung in einer schrittweisen Drehbewegung, die auch als Drehschrittbewegung
bezeichnet wird, um eine Drehachse 5 bewegbar. Vorzugsweise sind die Antriebseinrichtung
und der Werkstückrundtisch 3 derart aufeinander abgestimmt, dass die Drehschrittbewegung
stets mit der gleichen Schrittweite, insbesondere mit dem gleichen Winkel um die Drehachse
5 erfolgt. An dem Werkstückrundtisch 3 sind, vorzugsweise in gleicher Winkelteilung
um die Drehachse 5, mehrere Werkstückhalter 6 angeordnet, die zur Aufnahme von Hohlkörpern
7 eingerichtet sind.
[0022] Die in der Figur 1 nicht dargestellte, im Maschinengestell 2 aufgenommene Antriebseinrichtung
ist zudem zur Bereitstellung einer zyklischen Linearbewegung an den Werkzeugträger
4 ausgebildet. Der Werkzeugträger 4 ist linearbeweglich an einem Tragrohr 8 gelagert
und kann eine oszillierende Hubbewegung gegenüber dem Werkstückrundtisch 3 ausführen.
An dem Werkzeugträger 4 sind mehrere Werkzeughalter 9 angeordnet, die in gleicher
Winkelteilung um die Drehachse 5 wie die Werkstückhalter 6 am Werkstückrundtisch 3
angeordnet sind und die zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen 10, insbesondere Umformwerkzeugen
oder spanabhebenden Werkzeugen wie Fräsern, vorgesehen sind. Mit Hilfe der Bearbeitungswerkzeuge
10 können im Rahmen der zyklischen Linearbewegung des Werkzeugträgers Umformoperationen
oder andere Bearbeitungsoperationen an den in den Werkstückhaltern 6 aufgenommenen
Hohlkörpern vorgenommen werden.
[0023] In jeder sich nach Durchführung einer Drehschrittbewegung ergebenden Arbeitsposition
des Werkstückrundtischs 3 sind die Werkstückhalter 6 gegenüberliegend zu den Werkzeughaltern
9 angeordnet und können im Rahmen der zyklischen Linearbewegung die gewünschte Bearbeitung
der Hohlkörper vornehmen.
[0024] Aus der schematischen Darstellung der Figur 2 ist die Anordnung der Werkstückhalter
6 in konstanter Winkelteilung um die senkrecht zur Darstellungsebene verlaufende Drehachse
5 erkennbar. Die Richtung der Drehschrittbewegung für den Werkstückrundtisch ist exemplarisch
gegen den Uhrzeigersinn angegeben. Jeder der Werkstückhalter 6 nimmt in einem Zeitintervall
zwischen zwei Drehschrittbewegungen eine feste Arbeitsposition ein, in der eine Wechselwirkung
mit den am nicht sichtbaren Werkzeugträger 4 aufgenommenen und ebenfalls nicht dargestellten
Bearbeitungswerkzeugen 10 vorgesehen ist.
[0025] In der Figur 2 ist das Tragrohr 8, auf dem der Werkzeugträger linearbeweglich geführt
ist, in geschnittener Darstellung sichtbar. In dem Tragrohr 8 ist ein nicht näher
dargestellter Koppelschlitten geführt, der längs einer senkrecht zur Darstellungsebene
der Figur 2 ausgerichteten Bewegungsachse linear verschoben werden kann. Der Koppelschlitten
ist mit einer Pleuelstange 11 gekoppelt. Die Pleuelstange 11 ist mit einer Doppelexzenteranordnung
12 gekoppelt, die von einer Antriebseinrichtung 15 um eine Drehachse 13 rotiert werden
kann, um aus einer reinen Rotationsbewegung eine kombinierte Rotations- und Translationsbewegung
zu erzeugen, die auf die Pleuelstange 11 übertragen wird. Die Pleuelstange 11 bewegt
den Koppelschlitten in einer zyklischen Linearbewegung, die auf den Werkzeugträger
4 übertragen wird.
[0026] Jeder der Werkstückhalter 6 umfasst eine integrierte Spanneinrichtung 17, die dazu
eingerichtet ist, eine beispielsweise zylindrisch ausgeführte Ausnehmung 16 im Werkstückhalter
6 zumindest bereichsweise in radialer Richtung einzuengen und damit die zum Spannen
des Hohlkörpers 7 erforderliche Spannkraft aufzubringen.
[0027] Zur Ansteuerung der Spanneinrichtung 17 ist jedem der Werkstückhalter 6 exemplarisch
ein Betätigungshebel 18 zugeordnet, der mittels eines Schwenklagers 26 schwenkbeweglich
am Werkstückhalter 6 gelagert ist und der für eine Ansteuerung eines exemplarisch
vorgesehenen Steuerstifts 19 vorgesehen ist. Der Steuerstift 19 ist der Spanneinrichtung
17 zugehörig und kann beispielsweise auf einen nicht dargestellten Fluidkolben der
Spanneinrichtung 17 wirken, der beispielsweise für eine Druckbeaufschlagung eines
in der Spanneinrichtung 17 enthaltenen Fluids, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit,
vorgesehen ist. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Spanneinrichtung 17 eine
umlaufend in der Ausnehmung 16 angeordnete, ringförmige elastische Membran umfasst,
die nachstehend näher beschrieben wird. Diese Membran kann derart eingerichtet sein,
dass sie sich bei Druckbeaufschlagung des Fluids in der Spanneinrichtung 17 in radialer
Richtung nach innen auswölbt und dadurch die gewünschte Einengung des Querschnitts
der Ausnehmung 16 bewirkt, um den Hohlkörper 7 zu spannen.
[0028] Der Betätigungshebel 18 weist exemplarisch an einer vom Werkstückhalter 6 wegweisenden
Fläche einen Nockenfortsatz 20 auf, der zur Anlage an nachstehend näher beschriebenen
Steuerelementen vorgesehen ist. Zwischen einem dem Steuerstift abgewandten Endbereich
des Betätigungshebels 18 und dem Werkstückhalter 6 ist eine Federeinrichtung 21 angeordnet,
die beispielsweise als Druckfeder, insbesondere als Wendelfeder oder Tellerfederstapel,
ausgebildet sein kann. Die Federeinrichtung 21 übt beispielsweise eine Druckkraft
auf den zugeordneten Endbereich des Betätigungshebels 18 aus. Exemplarisch ist die
Druckkraft derart bemessen, dass die Spanneinrichtung 17 ohne äußere Einflüsse in
eine gespannte Vorzugsstellung gebracht wird. Dadurch ist gewährleistet, dass ohne
einen äußeren Einfluss auf den Werkstückhalter 6, insbesondere auf den Betätigungshebel
18, die Spanneinrichtung 17 den Hohlkörper 7 zuverlässig im Werkstückhalter 6 festlegt.
[0029] Um den Hohlkörper 7 aus dem Werkstückhalter 6 zu entriegeln wird exemplarisch eine
zumindest nahezu in radialer Richtung nach innen gerichtete Stellbewegung auf den
Betätigungshebel 18 eingeleitet. Diese Stellbewegung kann bei einer ersten Ausführungsform
eines Stellmittels als reine Linearbewegung auf den Betätigungshebel 18 eingeleitet
werden. Hierzu kann beispielsweise ein fluidisch oder elektrisch betriebener Linearsteller,
insbesondere ein Fluidzylinder oder ein elektrischer Lineardirektantrieb, eingesetzt
werden. Exemplarisch sind bei der Ausführungsform der Fig. 2 die ersten Stellmittel
22 sowie die zweiten Stellmittel 23 jeweils als Linearsteller ausgebildet. Zwischen
den zweiten Stellmitteln 23, die einer Entladeposition 24 des Werkstückrundtischs
3 zugeordnet sind und den ersten Stellmitteln 22, die einer Beladeposition 25 des
Werkstückrundtischs 3 zugeordnet sind, ist eine Steuerschiene 28 angeordnet. Die Steuerschiene
28 ist derart ausgebildet, dass sie auf den Nockenfortsatz 20 des Betätigungshebels
18 einwirkt und den Betätigungshebel 18 längs eines kreisförmigen Bewegungswegs der
Werkstückhalter 6 zwischen dem zweitem Stellmittel 23 und dem erstem Stellmittel 22
in eine Betätigungsstellung zwingt, in der die Spanneinrichtungen 17 zumindest nahezu
vollständig entspannt sind. Vorliegend wird die Spanneinrichtung 17 an der Entladeposition
24 mittels der zweiten Stellmittel 23 durch Ansteuerung des Betätigungshebels 18 entspannt,
wodurch ein Entnehmen oder Ausschieben des Hohlkörpers 7 aus dem Werkstückhalter 6
ermöglicht wird. Der im Zuge der Drehschrittbewegungen mit entspannter Spanneinrichtung
17 an der Beladeposition 25 eintreffende Werkstückhalter 6 wird zunächst von den ersten
Stellmitteln 22 noch in der dargestellten Entspannungsstellung gehalten. Noch vor
der Einleitung einer weiteren Drehschrittbewegung auf den Werkstückrundtisch 3 wird
zunächst ein Hohlkörper 7 in den Werkstückhalter 6 eingeschoben. Anschließend gibt
das erste Stellmittel 22 den Betätigungshebel 18 frei, so dass dieser entsprechend
der Vorspannung der Federeinrichtung 21 in seine Vorzugsstellung zurückkehren kann,
in der die Spanneinrichtung 17 gespannt ist und der Hohlkörper 7 im Werkstückhalter
6 festgelegt ist.
[0030] An der ersten Bearbeitungsposition 29, die im einen Winkelschritt der Drehschrittbewegung
versetzt gegenüber der Beladeposition 25 angeordnet ist, erfolgt exemplarisch eine
zumindest teilweise Entriegelung und nachfolgend eine erneute Verriegelung des Hohlkörpers
7 im Werkstückhalter 6. Hierzu ist ein Stellmodul 31 benachbart zum Werkstückrundtisch
3 angeordnet, das ortsfest mit dem Maschinengestell 2 verbunden ist. Das Stellmodul
31, das in den Figuren 3 bis 5 näher dargestellt ist, umfasst exemplarisch drei weitere
Stellmittel 32 , 33, 34, die jeweils für eine Einleitung von zumindest anteilig linearen
Stellbewegungen auf die Betätigungshebel 18 der jeweils zeitweilig gegenüberliegenden
Werkstückhalter 6 ausgebildet sind. Jedes der Stellmittel 32, 33, 34 weist eine drehbar
gelagerte Kurvenscheibe 35 auf, die drehbar an dem Stellmodul 31 gelagert ist und
die von nicht näher dargestellten Antriebsmitteln in eine Rotationsbewegung versetzt
werden kann.
[0031] Der in den Figuren 3 bis 5 dargestellte Werkstückhalter 6 bildet eine eigenständige
Baugruppe, die an dem Werkstückrundtisch 3 mittels nicht näher dargestellter Montagemittel,
insbesondere Verschraubungen, und Positioniermittel, insbesondere Passstiften, örtlich
exakt festgelegt werden kann.
[0032] Der Werkstückhalter 6 umfasst einen vorzugsweise aus Metall hergestellten Grundkörper
36, an dem der Betätigungshebel 18, die Federeinrichtung 21 und eine nachstehend näher
beschriebene Fluidverdrängungseinrichtung 38 angeordnet sind. Der Betätigungshebel
18 ist mittels des Schwenklagers 26, das einen im Grundkörper 36 drehfest gelagerten
Gelenkbolzen 44 umfasst, schwenkbeweglich am Werkstückhalter 6 gelagert. Der Betätigungshebel
18 umfasst einen ersten Hebelabschnitt 45 und einen zweiten Hebelabschnitt 46, die
sich jeweils ausgehend vom Schwenklager 26 in einander entgegengesetzte Richtungen
erstrecken. Der erste Hebelabschnitt 45 liegt endseitig auf dem Steuerstift 19 auf,
der der Fluidverdrängungseinrichtung 38 zugeordnet ist. Der zweite Hebelabschnitt
46 ist endseitig gabelartig ausgebildet und trägt zwischen den Gabelschenkeln eine
drehbar gelagerte Schlepprolle 43.
[0033] Mit einer dem Grundkörper 36 gegenüberliegend angeordneten Unterseite liegt der zweite
Hebelabschnitt auf einem Führungsbolzen 48 der Federeinrichtung 21 auf. Der Führungsbolzen
48 ist in einer Wendelfeder 47 aufgenommen und dient zur Übertragung der Federkraft
der exemplarisch als Druckfeder ausgebildeten Wendelfeder 47 auf den Betätigungshebel
18.
[0034] In der Ausnehmung 16 des Werkstückhalters 6 ist ein Konusring 37 angeordnet, der
die Ausnehmung 16 bereichsweise begrenzt und der sich bereichsweise konisch verjüngt.
Unterhalb eines Endbereichs des Konusrings ist eine ringförmig umlaufende, flexible
Membran 42 angeordnet, die einen nachstehend näher beschriebenen, im Grundkörper 36
ausgebildeten Fluidkanal 40 bereichsweise gestaltveränderlich begrenzt und für eine
zeitweilige und reversible Einengung des freien Querschnitts der Ausnehmung 16 vorgesehen
ist, um einen Hohlkörper 7 einzuspannen.
[0035] Wie aus der Figur 4 hervorgeht, umfasst die Fluidverdrängungseinrichtung 38 eine
am Grundkörper 36 angebrachte, exemplarisch verschraubte Abdeckkappe 49. Die Abdeckkappe
49 dient als Linearführung für den Steuerstift 19, der mit einem unterhalb der Abdeckkappe
49 angeordneten Führungskörper 53 gekoppelt ist. Für die Linearführung des Steuerstifts
19, der die Abdeckkappe 49 durchsetzt, ist eine in der Abdeckkappe 49 festgelegte
Gleitbuchse 56 vorgesehen.
[0036] Die Abdeckkappe 49 dient auch zur Festlegung der rotationssymmetrisch ausgebildeten
Rollmembran 50, die an einem radial außenliegenden Randbereich zwischen Abdeckkappe
49 und Grundkörper 36 abdichtend gehalten ist. Der Führungskörper 53 ist mittels eines
Haltebolzens 57, der exemplarisch in den Steuerstift 19 eingeschraubt ist, derart
mit dem Steuerstift 19 verbunden, dass die Rollmembran 50 auch in einem radial innenliegenden
Bereich den Fluidkanal 40 und das darin aufgenommene Fluid gegenüber der umgebenden
Atomsphäre abdichtet.
[0037] Der Führungskörper 53 dient dazu, bei einer linearen Bewegung des Steuerstifts 19
in Richtung des im Grundkörper 36 ausgebildeten Arbeitsraums 59 die Rollmembran 50
abzustützen und somit dafür zu sorgen, dass die Rollmembran 50 das im Fluidkanal 40,
insbesondere im Arbeitsraum 59, befindliche, nicht näher dargestellte Fluid unter
Druck setzt.
[0038] An einem dem Steuerstift 19 entgegengesetzten Endbereich weist der Haltebolzen 56
einen ringförmigen Führungsbund 58 auf, in dem ein erster Endbereich einer Rückstellfeder
54 aufgenommen ist. Der zweite Endbereich der Rückstellfeder 54 umgreift einen Führungszapfen
55, der exemplarisch in den Grundkörper 36 eingeschraubt ist. Die Aufgabe der Rückstellfeder
54 besteht darin, ohne ein Vorliegen von äußeren Einflüssen auf die Fluidverdrängungseinrichtung
38 den Führungsstift 19, die Rollmembran 50, den Haltebolzen 57 und den Führungskörper
53 in die in Figur 4 dargestellte Position zu bringen, in der zumindest nahezu keine
Druckbeaufschlagung des Fluid vorliegt und in der keine Spannkräfte auf einen Hohlkörper
7 ausgeübt werden.
[0039] Bei der vorliegenden Ausführungsform des Werkstückhalters 6 ist die Federeinrichtung
21 derart ausgebildet, dass stets eine Federkraft auf den zweiten Hebelabschnitt 46
ausgeübt wird, wodurch eine Druckkraft auf den Steuerstift 19 der Fluidverdrängungseinrichtung
38 ausgeübt wird. Durch diese Druckkraft wird die am Steuerstift 19 angebrachte Rollmembran
50 mittels des Führungskörpers 53 aus der in Figur 4 dargestellten Position in Richtung
des Arbeitsraums 59 bewegt, wodurch eine Druckbeaufschlagung des Fluids eintritt.
Aufgrund dieser Druckbeaufschlagung wird die in Figur 5 näher dargestellte Membran
42 an einer Außenoberfläche mit dem Fluiddruck beaufschlagt und dadurch gedehnt. Die
Membran 42 vollzieht bei ihrer Ausdehnung eine kombinierte Radial- und Axialbewegung.
Dabei ist die Radialkomponente der Bewegung in radialer Richtung nach innen gerichtet
und kann die Anlage der Membran 42 an einer Außenoberfläche 60 des Hohlkörpers 7 bewirken.
Die Axialkomponente der Bewegung ist parallel zu einer Längsachse 39 des Hohlkörpers
7 und der Ausnehmung 16 ausgerichtet und wirkt von der Mündung 41 der Ausnehmung 16
in Richtung eines in der Ausnehmung 16 aufgenommen Bodenformstößels 61. Die Richtung
der Ausdehnungsbewegung der Membran 42 ist durch die Richtungspfeile 51 angegeben.
Dadurch wird der Hohlkörper 7 nicht nur in radialer Richtung mit einer Spannkraft
beaufschlagt, sondern wird auch in axialer Richtung in den Werkstückhalter 6 zumindest
um einen gewissen Betrag hineingezogen.
[0040] Der Bodenformstößel 61 ist dazu vorgesehen, bei Aufbringung einer von der Öffnung
des Hohlkörpers 7 in Richtung des Bodenformstößels 61 ausgerichteten Druckkraft die
konkave Einprägung im Boden des Hohlkörpers 7 zu bewirken. Zu diesem Zweck ist der
Bodenformstößel 61 an einer dem Hohlkörper 7 zugewandten Oberfläche mit einer konvexen
Geometrie versehen, die während des Umformvorgangs in den Hohlkörper 7 eingeprägt
wird. Zudem kann der Bodenformstößel 61 dazu eingesetzt werden, den Hohlkörper 7 aus
dem Werkstückhalter 6 auszuwerfen. Hierzu wird der Bodenformstößel 61 relativ zum
Grundkörper 36 in Richtung der Mündung 41 der Ausnehmung 16 bewegt. Der Bodenformstößel
61 bestimmt zusammen mit einem nachstehend näher beschriebenen Stützring 63 die Bodenebene
79 des Hohlkörpers 7, die auch als Aufstandsfläche des Hohlkörpers 7 bezeichnet werden
kann.
[0041] Um eine zuverlässige Anlage des Hohlkörpers 7 in dem Werkstückhalter 6 zu gewährleisten,
ist zirkular um den Bodenformstößel 61 ein Stützring 63 angeordnet, der seinerseits
eine zirkular umlaufende, konkave Ausnehmung aufweist, in der der Randbereich des
Hohlkörpers 7 aufgenommen und abgestützt werden kann. Auf dem Stützring 63 liegt ein
Druckring 62 auf, der an einer dem Stützring 63 abgewandten Oberfläche 64 konisch
ausgebildet ist. Zwischen einer konischen Außenfläche 65 des Konusrings 37 und einem
umlaufenden Haltering 66, der sich schräg nach innen in Richtung des Bodenformstößels
61 erstreckt und exemplarisch schneidenartig zuläuft, ist die mit U-förmigem Querschnitt
ausgebildete flexible Membran 42 aufgenommen. Die Membran 42 begrenzt in radialer
Richtung nach innen eine dem Fluidkanal 40 zugehörige Kammer, die nach außen von dem
Haltering 66 begrenzt wird und die in der Figur 5 aufgrund der nicht vorhandenen Druckbeaufschlagung
des Fluid nicht sichtbar ist. Bei einer Druckbeaufschlagung der Kammer hebt sich die
Membran 42 zumindest bereichsweise von der Oberfläche des Halterings 66 ab und dehnt
sich in radialer Richtung nach innen sowie in axialer Richtung, gemäß der Darstellung
der Figur 5 nach unten, aus. Dabei entspricht das Volumen der Kammer dem Fluidvolumen,
das von der Fluidverdrängungseinrichtung 38 bei Einleitung einer linearen Stellbewegung
auf den Steuerstift 19 im Arbeitsraum 59 verdrängt wird.
[0042] Der Haltering 66 ist an einem im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Kanalring
67 angeformt, der in einem zylindrischen Abschnitt der Ausnehmung 16 aufgenommen ist.
Der Kanalring 67 weist an seinem Außenumfang mehrere umlaufende Nuten 68, 69 ,70 auf.
In den Nuten 68 und 70 sind jeweils Dichtringe 71 aufgenommen, die eine Abdichtung
der als Teil des Fluidkanals 40 dienenden dritten Nut 69 gegenüber der Atmosphäre
dienen. Durch die umlaufende Nut 69 stehen im Kanalring 66 eingebrachte und an der
Außenoberfläche der Membran 42 ausmündende Schrägbohrungen in kommunizierender Verbindung
mit dem Arbeitsraum 59.
[0043] Die mit U-förmigem Querschnitt ausgebildete Membran 42 weist einen ersten U-Schenkel
73, einen zweiten U-Schenkel 74 sowie einen die beiden Schenkel 73 und 74 verbindenden
Membranring 75 auf. Jeder der beiden Schenkel 73, 74 ist jeweils endseitig, radial
außenliegend mit einer umlaufenden Wulst versehen, die jeweils für eine formschlüssige
Aufnahme zwischen der Außenfläche 65 des Konusrings 37 und dem Haltering 66 bzw. zwischen
dem Haltering 66 und der konischen Oberfläche 64 des Druckrings 62 vorgesehen ist.
Die beiden Schenkel 73, 74 sind nahezu parallel zueinander ausgerichtet, der Membranring
75 ist in der entspannten Stellung der Membran 42 nahezu zylindrisch geformt, wobei
seine Rotationssymmetrieachse mit der Längsachse 39 übereinstimmt.
[0044] Bevorzugt weist der Haltering 66 in Bereichen nahe dem Kanalring 67 jeweils umlaufende,
nutartige Vertiefungen 77, 78 auf, die für eine formschlüssige Aufnahme der umlaufenden
Wulste 76 dienen. Der Haltering 66, der Konusring 37 und der Druckring 62 sowie die
Wulste 76 der Membran 42 sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Membran 42 randseitig
sowohl formschlüssig als auch kraftschlüssig geklemmt wird, wodurch eine sichere und
dichte Festlegung der Membran 42 gewährleistet ist. Die Membran 42 dichtet somit zumindest
bereichsweise den Fluidkanal 40 gegenüber der Atmosphäre ab und bildet dabei den in
seiner Geometrie einstellbaren Wandabschnitt der Ausnehmung 16.
[0045] Bei der dargestellten Ausführungsform des Werkstückhalters 6 ist ein mit 11 bezeichneter
Abstand zwischen der Bodenebene 79 und einer unteren Bereichsgrenze eines Berührbereichs
zwischen Membran 42 und Hohlkörper 7 weniger als 5mm von der Bodenebene beabstandet.
Ein mit 12 bezeichneter Abstand zwischen der unteren Bereichsgrenze des Berührbereichs
und dessen oberer Bereichsgrenze beträgt ebenfalls weniger als 5mm. Somit wird der
Hohlkörper 7 gemessen von der Bodenebene 79 in einem ringförmigen Bereich gespannt,
ca. 4mm breit ist und der ca. 4 mm von der Bodenebene 79 beabstandet ist.
[0046] Vorzugsweise bilden der Haltering 66, der Konusring 37 und der Druckring 62 zusammen
mit der daran aufgenommenen Membran 42 eine separate Baugruppe, die unabhängig vom
Grundkörper 36 montiert und auf Dichtigkeit geprüft werden kann. In einem späteren
Montageschritt ist diese Baugruppe lediglich noch mit den Dichtringen 71 zu versehen
und in die Ausnehmung 16 des Werkstückhalters 6 einzusetzen. Aufgrund der umlaufenden
Nut 69 muss keine rotatorische Ausrichtung der Baugruppe gegenüber dem Grundkörper
36 vorgenommen werden. Vielmehr ergibt sich die kommunizierende Verbindung zwischen
dem Fluidkanal 40 und den Schrägbohrungen 72 allein durch das Einsetzen der Baugruppe
in die Ausnehmung 16.
[0047] Das in der Figur 6 dargestellte Ablaufschema ist exemplarisch für die während der
Bearbeitung der Hohlkörper 7 stattfindenden Abläufe. Auf der Abszisse des Ablaufschemas
ist die Zeit t [s] angetragen, auf der Ordinate ist der Weg s [m] angetragen. Die
zyklische Linearbewegung kann beispielsweise als sinusförmige lineare Oszillation
des Werkzeugträgers 4 dargestellt werden und ist mit dem Buchstaben L bezeichnet.
Die zyklische Linearbewegung widerholt sich innerhalb eines mit to bezeichneten Zeitintervalls.
[0048] Die Drehschrittbewegung, die mit dem Buchstaben D bezeichnet ist, kann exemplarisch
als Abfolge von Sinuskurvenhälften dargestellt werden, die zeitlich voneinander beabstandet
sind. Die Drehschrittbewegung findet jeweils innerhalb eines mit t1 bezeichneten Zeitintervalls
statt. Vorzugsweise sind die zyklische Linearbewegung und die Drehschrittbewegung
derart aufeinander abgestimmt, dass der Werkstückrundtisch 3 ruht, während die Bearbeitungswerkzeuge
10 im Eingriff mit den Hohlkörpern 7 sind. Der Eingriffszeitraum ist mit t2 bezeichnet.
[0049] Die linearen Stellbewegungen S3, S4 und S5 der dritten, vierten und fünften Stellmittel
32, 33 und 34 sind zwar im Hinblick auf die vom Zugmittel bedingte Zwangskopplung
bezüglich der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit zueinander synchronisiert, weisen jedoch
aufgrund der unterschiedlichen geometrischen Gestaltung der Kurvenscheiben 35 unterschiedliche
Phasenverläufe auf. Die Stellbewegungen S3 und S4 finden innerhalb des mit t2 bezeichneten
Eingriffszeitraums statt, die Stellbewegung S5 startet bereits vor dem Eingriffszeitraum
t2 und endet erst nach Ablauf des Eingriffszeitraums t2, wobei vorliegend keine Überschneidung
der Stellbewegungen S3, S4 und S5 mit der Drehschrittbewegung vorgesehen sind. Dadurch
ist gewährleistet, dass die Hohlkörper 7 während der Drehschrittbewegung zuverlässig
in den Werkstückhaltern 6 festgelegt sind.
[0050] Der Phasenverlauf S3 für die lineare Stellbewegung des dritten Stellmittels 32 ist
derart gewählt, dass die Spanneinrichtung 17 des gegenüberliegend angeordneten Werkstückhalters
6 aus der vollständig verriegelten Vorzugsstellung in eine vollständig entriegelte
Entriegelungsstellung und anschließend wieder in die vollständig verriegelte Vorzugsstellung
gebracht wird. Beispielsweise kann der Hohlkörper 7 hierdurch nach einem Bodenformungsprozess,
bei dem der Kontakt des Hohlkörperbodens mit einer Anlagefläche im Werkstückhalter
6 verlorengeht, in den Werkstückhalter 6 eingeschoben und somit wieder in flächige
Anlage mit dem Werkstückhalter 6 gebracht werden.
[0051] Der Phasenverlauf S4 für die.lineare Stellbewegung des vierten Stellmittels 33 ist
derart gewählt, dass die Spanneinrichtung 17 des gegenüberliegend angeordneten Werkstückhalters
6 aus der vollständig verriegelten Vorzugsstellung über einen kurzen Zeitraum, der
vorzugsweise weniger als 15 Prozent der Zyklusdauer der zyklischen Linearbewegung
entspricht, in eine teilweise entriegelte Entriegelungsstellung und anschließend wieder
in die vollständig verriegelte Vorzugsstellung gebracht wird. Beispielsweise kann
der Hohlkörper 7 hierdurch nach einem Bearbeitungsvorgang mit asymmetrisch auf den
Hohlkörper 7 einwirkenden Bearbeitungskräften wieder korrekt gegenüber dem Werkstückhalter
6 ausgerichtet werden.
[0052] Der Phasenverlauf S5 für die lineare Stellbewegung des fünften Stellmittels 34 ist
derart gewählt, dass die Spanneinrichtung 17 des gegenüberliegend angeordneten Werkstückhalters
6 aus der vollständig verriegelten Vorzugsstellung über einen längeren Zeitraum, der
nahezu 25 Prozent der Zyklusdauer der zyklischen Linearbewegung entspricht, in eine
teilweise entriegelte Entriegelungsstellung und anschließend wieder in die vollständig
verriegelte Vorzugsstellung gebracht wird. Beispielsweise kann der Hohlkörper 7 hierdurch
nach einem Detektionsvorgang, in dem die rotatorische Lage des Hohlkörpers 7 um seine
Längsachse ermittelt wurde, mittels eines am Werkzeugträger 4 angebrachten Drehwerkzeugs
in eine korrekte rotatorische Lage gedreht werden.
1. Umformeinrichtung für becherförmige Hohlkörper (7) mit einem Maschinengestell (2),
einer Antriebseinrichtung (15), einem Werkstückrundtisch (3) zur Aufnahme von Werkstückhaltern
(6), die zur Festlegung von Hohlkörpern (7) ausgebildet sind, und mit einem Werkzeugträger
(4) zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen (10), wobei sich Werkstückrundtisch (3)
und Werkzeugträger (4) gegenüberliegen und um eine Drehachse (5) zueinander verdrehbar
sowie längs der Drehachse (5) zueinander linearverstellbar sind, wobei die Antriebseinrichtung
(15) zur Bereitstellung einer Drehschrittbewegung und einer zyklischen Linearbewegung
zwischen Werkstückrundtisch (3) und Werkzeugträger (4) ausgebildet ist, um eine Umformung
der Hohlkörper (7) mittels der Bearbeitungswerkzeuge (10) in mehreren aufeinanderfolgenden
Bearbeitungsschritten zu ermöglichen und wobei der Werkstückhalter (6) eine Ausnehmung
(16) zur Aufnahme eines Hohlkörpers (7) aufweist und ein die Ausnehmung (16) bereichsweise
begrenzender Wandabschnitt (42) eine zur Verengung des Querschnitts der Ausnehmung
(16) ausgebildete, einstellbare Geometrie aufweist, um eine Festlegung des Hohlkörpers
(7) am Werkstückhalter (6) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (42) mit der einstellbaren Geometrie von einer flexiblen Membran
gebildet wird, die einen im Werkstückhalter (6) ausgebildeten Fluidkanal (40) bereichsweise
begrenzt.
2. Umformeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluidkanal (40) eine, vorzugsweise linearbeweglich gelagerte, Fluidverdrängungseinrichtung
(38) angeordnet ist, die zur Beeinflussung eines Fluiddrucks im Fluidkanal (40) ausgebildet
ist, um eine Gestaltänderung der flexiblen Membran (42) bewirken zu können.
3. Umformeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverdrängungseinrichtung (38) einen linearverschieblich gelagerten, starren
Arbeitskolben oder eine randseitig abdichtend eingespannte, insbesondere als Rollmembran
ausgebildete, flexible Arbeitsmembran (50) aufweist.
4. Umformeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverdrängungseinrichtung (38) ein, vorzugsweise ein Federmittel umfassendes,
Vorspannmittel (21) zugeordnet ist, das zur Einstellung der Fluidverdrängungseinrichtung
(38) in eine Vorzugsstellung, vorzugsweise in eine Druckstellung, ausgebildet ist.
5. Umformeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverdrängungseinrichtung (38) einen schwenkbeweglich gelagerten Betätigungshebel
(18) umfasst, der zur Kopplung eines mit dem Arbeitskolben oder der Arbeitsmembran
(50) wirkverbundenen Arbeitsstößels (19) mit den Vorspannmitteln (21) und/oder zur
Einleitung einer äußeren Stellbewegung auf den Arbeitsstößel (19) ausgebildet ist.
6. Umformeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membran (42) ringförmig ausgebildet ist.
7. Umformeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membran (42) in einer Querschnittsebene, die eine Längsachse (39) der
Ausnehmung (16) umfasst, einen in radialer Richtung nach außen offenen, U-förmigen
Querschnitt aufweist.
8. Umformeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membran (42) derart ausgebildet ist, dass ein die Ausnehmung bereichsweise
begrenzender Innenoberflächenbereich der flexiblen Membran (42) bei einer Druckbeaufschlagung
des Fluidkanals (40) eine Bewegung ausführt, die eine radial nach innen gerichtete
und eine in parallel zur Längsachse (39) der Ausnehmung (16) gerichtete, insbesondere
in eine der Mündungsöffnung (41) entgegengesetzte, Bewegungskomponente aufweist.
9. Umformeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membran (42) derart ausgebildet ist, dass die beiden senkrecht zueinander
ausgerichteten Bewegungskomponenten zumindest nahezu gleich groß sind.
10. Umformeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schenkel (73, 74) des U-förmigen Querschnitts der flexiblen Membran
(40) einen spitzen Winkel, vorzugsweise einen Winkel kleiner 80 Grad, besonders bevorzug
einen Winkel kleiner 70 Grad, insbesondere einen Winkel kleiner 60 Grad, mit der Längsachse
(39) der Ausnehmung (16) einschließt.
11. Umformeinrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schenkel (73, 74) des U-förmigen Querschnitts der flexiblen Membran (42) zumindest
nahezu parallel zueinander ausgerichtet sind.
12. Umformeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schenkel (73, 74) des U-förmigen Querschnitts der flexiblen Membran
(42) in einem radial außenliegenden Umfangsbereich eine umlaufende Wulst (76) aufweist,
die für eine abdichtende Festlegung im Werkstückhalter (6) ausgebildet ist.
13. Umformeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der flexiblen Membran (42) und einer Mündungsöffnung (41) der Ausnehmung
(16) ein Konusring (37) angeordnet ist, dessen konische Innenoberfläche (52) die Ausnehmung
(16) bereichsweise begrenzt und sich mit zunehmendem Abstand von der Mündungsöffnung
(41) verjüngt.
14. Umformeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membran (42) für einen Berührkontakt mit dem Hohlkörper (7) in einem
ringförmigen Bereich ausgebildet ist, der eine Breite von weniger als 20mm, vorzugsweise
weniger als 15mm, besonders bevorzugt weniger als 10mm, insbesondere weniger als 5mm
aufweist und der von einer Bodenebene (79) des Hohlkörpers (7), die durch die Ausnehmung
(16) bestimmt ist, einen Abstand von weniger als weniger als 20mm, vorzugsweise weniger
als 15mm, besonders bevorzugt weniger als 10mm, insbesondere weniger als 5mm, einnimmt.
15. Umformeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkstückrundtisch (3) an einer Verriegelungsposition (25) ein erstes Stellmittel
(22) zur Einleitung einer verriegelungsbewegung auf den jeweiligen Werkstückhalter
(6) und/oder an einer Entriegelungsposition ein zweites Stellmittel (23) zur Einleitung
einer Entriegelungsbewegung sowie an einer Bearbeitungsposition ein drittes Stellmittel
(32) zur Einleitung einer Stellbewegung zur zumindest teilweisen Entriegelung und
nachfolgenden Verriegelung des Hohlkörpers (7) während eines Zyklus der zyklischen
Linearbewegung auf den jeweiligen Werkstückhalter (6) zugeordnet sind.