Vorrichtung zur hydraulischen Umformung von rohrförmigen Bauteilen

Beschreibung

[0001] Zur hydraulischen Umformung eines rohrförmigen Bauteils mittels Innendruck ist es bekannt, den Bauteil in ein zunächst offenes Formwerkzeug aus Obergesenk und Untergesenk zu legen, dann das Formwerkzeug zu schließen, anschließend an mindestens einem Ende des Bauteils einen Abdichtdorn zu fixieren und dann über den Abdichtdorn einen hydraulischen Druck im Bauteil aufzubringen, um diesen entsprechend den vorgegebenen Konturen im Formwerkzeug zu verformen.

[0002] Hierbei wird von einer hydraulischen Zuhaltepresse ausgegangen, die steuerungsmäßig so ausgelegt ist, daß sie während des Hydroformprozesses das Formwerkzeug über längere Zeit zuhält. Die Haltezeit liegt im Bereich ≥ 10 Sekunden. Hieraus ergeben sich dann Taktzeiten im Bereich von etwa 30 bis 40 Sekunden zur Herstellung jedes Fertigteils einschließlich des Zutransports des zu verformenden Bauteils in das Formwerkzeug sowie des verformten Bauteils aus dem Formwerkzeug.

[0003] Die US-PS 4,167,388 offenbart in diesem Zusammenhang eine Anordnung mit einem Formwerkzeug, das komplett zwischen den Unterteil und den Oberteil einer Serienpresse eingegliedert werden kann. Bei der Abwärtsbewegung des Oberteils werden Abdichtdorne stirnseitig in den zu verformenden Bauteil eingepreßt. Obergesenk und Untergesenk werden hierbei in ihrer Position fixiert. Anschließend wird das hydraulische Umformmedium aus einem Druckbehälter so in den umzuformenden Bauteil und in die angrenzenden Bereiche gepreßt, daß es zwischen zwei Ventilen eingespannt wird. Nunmehr wird durch Verlagerung eines horizontal verschiebbaren Kolbens unabhängig von den Verlagerungsmöglichkeiten der Presse das Umformmedium unter Druck gesetzt und auf diese Art und Weise der Bauteil verformt.

[0004] Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur hydraulischen Umformung von rohrförmigen Bauteilen zu schaffen, die mit einfacheren Mitteln in kürzerer Zeit einen wirtschaftlicheren Hydroformprozeß ermöglicht.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung in den Merkmalen im Patentanspruch gesehen.

[0006] Dementsprechend wird jetzt nach dem Einlegen des zu verformenden rohrförmigen Bauteils in das Untergesenk des Formwerkzeugs das Obergesenk mit Hilfe des Pressenoberteils abgesenkt und somit das Formwerkzeug zugefahren. In der letzten Phase des Absenkens des Obergesenks wird unter dem Einfluß des Pressenoberteils der Abdichtdorn aus seiner Bereitschaftsstellung horizontal verlagert und nach dem Schließen des Formwerkzeugs in das Ende des Bauteils gepreßt. Hierzu sind der in das Bauteilende einpreßbare Endabschnitt des Abdichtdorns sowie der das Bauteilende aufnehmende Bereich des Formwerkzeugs so ausgebildet, daß eine einwandfreie Abdichtung durch gezieltes Verquetschen des Materials des Bauteils gewährleistet werden kann.

[0007] Nunmehr wird der Pressenoberteil noch weiter relativ zum Formwerkzeug abwärts verlagert, wodurch ein Hydraulikdruck in der im Abdichtdorn vorgesehenen Druckkammer aufgebaut wird, der sich über einen Axialkanal im Abdichtdorn auch im Innern des zu verformenden Bauteils auswirkt und letztlich den Bauteil entsprechend den Anforderungen umformt. Hierbei ist dafür Sorge getragen, daß die Druckfläche in der Druckkammer größer als die Druckfläche an der in das Bauteilende eingepreßten Stirnseite des Abdichtdorns bemessen ist.

[0008] Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß jetzt für den Hydroformprozeß eine für den normalen Betrieb zum Verpressen von Formteilen aus Flachmaterial eingesetzte Hydraulik- bzw. Kurbelpresse verwendet werden kann. Grund hierfür ist die Erzeugung des hydraulischen Umformdrucks während der weiteren Abwärtsverlagerung des Pressenoberteils nach dem Schließen des Formwerkzeugs. Auf diese Art und Weise kann die Taktzeit zum hydraulischen Umformen eines Bauteils im Vergleich zum Stand der Technik um den Faktor 10 gesteigert werden. Es ist also mit Serienpressen aus der vorhandenen Produktion ein sehr schneller Hydroumformvorgang bei kurzen Taktzeiten und einfacher Werkzeugerstellung unter erheblicher Kosteneinsparung erzielbar.

[0009] Das Aufbringen des hydraulischen Umformdrucks im Innern des zu verformenden Bauteils kann auch an beiden Enden des Bauteils erfolgen. Zu diesem Zweck ist dann an den Enden des Bauteils jeweils ein Abdichtdorn vorgesehen, der mit einer hydraulischen Druckkammer ausgerüstet und bei Verlagerung des Pressenoberteils horizontal verschieblich ist sowie bei Abwärtsverlagerung des Pressenoberteils den hierbei erzeugten Hydraulikdruck auf den Bauteil überträgt.

[0010] Die relativbewegliche Kopplung des Obergesenks mit dem Pressenoberteil zur Erzeugung des hydraulischen Umformdrucks nach dem Zufahren des Formwerkzeugs erfolgt durch Federn. Welche Federn jeweils zum Einsatz gelangen, hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab. Es ist zweckmäßig, die Federn zwischen dem Obergesenk und einer Gegenhalterung anzuordnen, die dann ihrerseits mit dem Pressenoberteil lösbar verbunden werden kann. Das Untergesenk ist wie üblich - zumindest mittelbar - lösbar am Pressenunterteil festgelegt.

[0011] Das Umsetzen der Vertikalbewegung des Pressenoberteils in die Horizontalverschiebung des Abdichtdorns mit Hilfe eines Keilschiebers genießt den Vorzug der Einfachheit. Hierzu ist der Keilschieber wenigstens mittelbar lösbar am Pressenoberteil befestigt. Bei der Vertikalverlagerung des Pressenoberteils macht der Keilschieber also die Vertikalbewegung mit. Der Keilschieber besitzt am unteren Ende eine Keilfläche, die mit einer Gegenkeilfläche zusammenwirkt, die an einem dem Abdichtdorn wenigstens mittelbar zugeordneten Druckstück vorgesehen ist.

[0012] Wird mithin der Keilschieber durch den Pressenoberteil abwärts verlagert, so gelangen in der letzten Phase des Zufahrens des Formwerkzeugs die Keilfläche und die Gegenkeilfläche in Kontakt, wobei durch die Relativverlagerung von Keilschieber und Druckstück der Abdichtdorn horizontal verlagert wird. Die Gestaltung der Keilfläche wird so vorgenommen, daß nach dem Trennen der Keilfläche von der Gegenkeilfläche der Abdichtdorn die Position erreicht hat, in welcher sein abdichtendes Ende das Material des Bauteils einwandfrei metallisch dichtend gegen die Wandungen des Obergesenks und Untergesenks verquetscht hat. Diese Abdichtsituation wird beim Umformprozeß dadurch aufrechterhalten, daß sich der Keilschieber beim und nach dem Einpressen des Abdichtdorns in das Bauteilende an einem Widerlager abstützt, das an dem ortsfesten Pressenunterteil lösbar festgelegt werden kann.

[0013] Die Lagerung des Abdichtdorns erfolgt vorteilhaft in einem Gehäuse, das zumindest mittelbar am Pressenunterteil festgelegt werden kann. Das Gehäuse befindet sich zwischen dem Formwerkzeug und dem Keilschieber bzw. dessen Widerlager. Der Abdichtdorn ist in einer Bohrung des Gehäuses dicht gelagert. Im Gehäuse ist oberhalb dieser Bohrung ein Druckübersetzer in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen. Zweckmäßig ist der Zylinder des Druckübersetzers als eine nach oben hin offene Bohrung ausgebildet, in der ein Kolben mit Kolbenstange vertikal dicht verlagerbar ist. Der Zylinder steht über einen Vertikalkanal mit einer Querbohrung im Abdichtdorn in Verbindung, die ihrerseits in einen Axialkanal im Abdichtdorn mündet, welcher sich zwischen der Druckkammer und der dichtenden Stirnseite des Abdichtdorns erstreckt.

[0014] Die Kolbenstange des Druckübersetzers ist wenigstens mittelbar unter den Einfluß des Pressenoberteils gestellt. Zu diesem Zweck kann mit dem Pressenoberteil ein Druckzapfen lösbar gekuppelt sein, welcher mit der Kolbenstange zusammenwirkt.

[0015] Die Relativlage von Druckzapfen und Kolbenstange ist so gestaltet, daß der Kolben im Druckübersetzer erst dann abwärts verlagert und hierdurch ein Hydraulikdruck erzeugt wird, wenn der Abdichtdorn das Bauteilende im zusammengefahrenen Formwerkzeug einwandfrei abgedichtet hat.

[0016] Besonders vorteilhaft ist es im Rahmen der Erfindung, daß das Formwerkzeug mit den Federn und der Gegenhalterung, das den Abdichtdorn lagernde Gehäuse mit Druckübersetzer und Druckzapfen sowie der Keilschieber mit seinem Widerlager zu einer kompletten Werkzeugeinheit zusammengefaßt werden können. Hierbei sind dann zweckmäßig das Untergesenk, das Gehäuse und das Widerlager auf einer Basisplatte lösbar befestigt, die am Pressenunterteil lösbar festgelegt werden kann. Die Gegenhalterung, der Druckzapfen und der Keilschieber sind an einer Druckplatte lösbar befestigt, die am Pressenoberteil lösbar festgelegt werden kann.

[0017] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0018] Mit 1 ist eine Werkzeugeinheit bezeichnet, die als Ganzes transportier- und lagerbar und einerseits an dem Pressenunterteil 2 und andererseits an dem Pressenoberteil 3 einer ansonsten nicht näher veranschaulichten Kurbelpresse lösbar festlegbar ist.

[0019] Die Werkzeugeinheit 1 weist ein Formwerkzeug 4 mit einem Untergesenk 5 und einem Obergesenk 6 auf. In die beiden Gesenke 5, 6 ist eine Kontur 7 zur hydraulischen Umformung eines strichpunktiert angedeuteten rohrförmigen Bauteils 8 eingearbeitet. Hierbei wird der mittlere Teil des Bauteils 8 im Durchmesser aufgeweitet. An einem Ende des Bauteils 8 ist die Kontur 7 zur Stirnseite 9 des Formwerkzeugs 4 offen und mündungsseitig bei 10 konisch aufgeweitet.

[0020] Neben dem Formwerkzeug 4 ist ein Gehäuse 11 angeordnet, in welchem ein Abdichtdorn 12 horizontal verschieblich gelagert ist. Die Verschiebbarkeit ist durch den Doppelpfeil PF gekennzeichnet. Der Abdichtdorn 12 setzt sich aus einem Druckstück 13 mit einer Gegenkeilfläche 14, einem zylindrischen Mittelteil 15, einem konischen Längenabschnitt 16 sowie einem sich daran anschließenden, im Vergleich zum Mittelteil 15 im Durchmesser kleiner gehaltenen zylindrischen Endabschnitt 17 zusammen. Der Mittelteil 15 ist durch umfangsseitige Dichtungen 18 in einer Bohrung 19 des Gehäuses 11 dichtend gelagert. Benachbart zum Druckstück 13 befindet sich im Abdichtdorn 12 eine hydraulische Druckkammer 20, die durch einen abgedichteten Deckel 21 zum Druckstück 13 hin verschlossen ist. Die Dichtung ist mit 22 bezeichnet. Zwischen der Druckkammer 20 und der Stirnseite 23 des Abdichtdorns 12 erstreckt sich ein Axialkanal 24.

[0021] Oberhalb des Abdichtdorns 12 ist im Gehäuse 11 ein Druckübersetzer 25 in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen. Der Druckübersetzer 25 weist einen nach oben offenen Zylinder 26 auf, in welchem ein Kolben 27 dicht gleitend gelagert ist. Mit dem Kolben 27 ist eine im Durchmesser nur geringfügig kleiner bemessene Kolbenstange 28 verbunden, die in der untersten Stellung des Kolbens 27 über die Kopfseite 29 des Gehäuses 11 vorsteht. Der Zylinder 26 ist über einen Vertikalkanal 30 im Gehäuse 11 mit einer Radialbohrung 31 im Abdichtdorn 12 verbunden, wenn sich der Abdichtdorn 12 in der in der Zeichnung dargestellten Dicht- und Umformlage befindet.

[0022] Auf der dem Formwerkzeug 4 abgewandten Seite des Gehäuses 11 befindet sich ein stabiles Widerlager 32 für einen eine Keilfläche 33 aufweisenden Keilschieber 34. Am Widerlager 32 ist eine Einführschräge 35 für den Keilschieber 34 vorgesehen.

[0023] Widerlager 32, Gehäuse 11 und Untergesenk 5 sind auf einer Basisplatte 36 lösbar befestigt, die ihrerseits lösbar am Pressenunterteil 2 festgelegt ist.

[0024] Der Keilschieber 34 ist an einer oberen Druckplatte 37 lösbar befestigt, die ihrerseits lösbar am Pressenoberteil 3 festgelegt ist. Die Vertikalbeweglichkeit des Keilschiebers 34 ist durch den Doppelpfeil PF1 gekennzeichnet.

[0025] In axialer Verlängerung der Kolbenstange 28 des Druckübersetzers 25 ist ein Druckzapfen 38 an der Druckplatte 37 lösbar festgelegt. Neben dem Druckzapfen 38 befindet sich eine an der Druckplatte 37 lösbar festgelegte Gegenhalterung 39. Diese ist über Druckfedern 40 mitnahmefähig, aber relativ beweglich mit dem Obergesenk 6 des Formwerkzeugs 4 gekoppelt.

[0026] Bei angehobenem Pressenoberteil 3 liegt die Kontur 7 im Untergesenk 5 frei und es kann ein rohrförmiger Bauteil 8 in das Untergesenk 5 eingelegt werden.

[0027] Beim Absenken des Pressenoberteils 3 wird das Obergesenk 6 auf das Untergesenk 5 bis zum Schließen des Formwerkzeugs 4 gedrückt. Die hierfür notwendige Zuhaltekraft ist durch den Pfeil F gekennzeichnet. Hierbei befindet sich der Abdichtdorn 12 in einer Position, in welcher die Gegenkeilfläche 14 am Druckstück 13 etwa unterhalb der Keilfläche 33 am Keilschieber 34 liegt. Auch der Druckzapfen 38 hat noch keinen Kontakt mit der Kolbenstange 28 des Druckübersetzers 25.

[0028] Kurz bevor das Formwerkzeug 4 vollständig geschlossen ist, erfolgt durch einen Kontakt der Keilfläche 33 mit der Gegenkeilfläche 14 eine Verschiebung des Abdichtdorns 12 in Richtung auf das Formwerkzeug 4. Hierbei fassen der zylindrische Endabschnitt 17 und der sich daran anschließende konische Längenabschnitt 16 in das Bauteilende 41 ein und pressen dieses unter Verquetschung der Wand des Bauteilendes 41 an die Gegenflächen 10 und 42 von Untergesenk 5 und Obergesenk 6. In dieser Position des Abdichtdorns 12 befindet sich der Keilschieber 34 etwas oberhalb der gezeichneten Lage zwischen dem Druckstück 13 und dem Widerlager 32, so daß diese Abdichtlage des Abdichtdorns 12 einwandfrei gesichert ist.

[0029] Bei weiterer Abwärtsverlagerung erhält auch der Druckzapfen 38 Kontakt mit der Kolbenstange 28, so daß beim Absenken des Pressenoberteils 3 unter Relativverlagerung von Formwerkzeug 4 und Gegenhalterung 39 (aufgrund der Druckfedern 40) Druckfluid durch den Druckübersetzer 25 erzeugt und über den Vertikalkanal 30, die Radialbohrung 31 und den Axialkanal 24 im Abdichtdorn 12 in den zu verformenden Bauteil 8 gepreßt und dieser im mittleren Längenabschnitt der Kontur 7 im Untergesenk 5 und Obergesenk 6 unter Bildung eines verformten Bauteils 43 angepaßt wird.

[0030] Es ist außerdem zu sehen, daß die Druckfläche 44 in der Druckkammer 20 größer als die Druckfläche 45 an der Stirnseite 23 des Abdichtdorns 12 bemessen ist.

Bezugszeichenaufstellung

[0031] 

1

- Werkzeugeinheit

2

- Pressenunterteil

3

- Pressenoberteil

4

- Formwerkzeug

5

- Untergesenk

6

- Obergesenk

7

- Kontur in 4

8

- rohrförmiger Bauteil

9

- Stirnseite v. 4

10

- konische Mündung v. 7

11

- Gehäuse

12

- Abdichtdorn

13

- Druckstück

14

- Gegenkeilfläche an 13

15

- Mittelteil v. 12

16

- konischer Längenabschnitt v. 12

17

- Endabschnitt v. 12

18

- Dichtungen

19

- Bohrung in 11

20

- Druckkammer

21

- Deckel f. 20

22

- Dichtung

23

- Stirnseite v. 12

24

- Axialkanal in 12

25

- Druckübersetzer

26

- Zylinder v. 25

27

- Kolben v. 25

28

- Kolbenstange v. 25

29

- Kopfseite v. 11

30

- Vertikalkanal in 11

31

- Radialbohrung in 12

32

- Widerlager

33

- Keilfläche v. 34

34

- Keilschieber

35

- Einführschräge an 32

36

- Basisplatte

37

- Druckplatte

38

- Druckzapfen

39

- Gegenhalterung

40

- Druckfedern

41

- Bauteilende

42

- Gegenfläche f. 17

43

- verformter Bauteil

44

- Druckfläche v. 20

45

- Druckfläche v. 23

F

- Zuhaltekraft

PF

- Doppelpfeil f. 12

PF1

- Doppelpfeil v. 34

Ansprüche

1. Anordnung zur Umformung von rohrförmigen Bauteilen (8) mittels hydraulischem Innendruck, welche ein in eine Presse (2, 3) mit vertikal beweglichem Oberteil (3) und ortsfestem Unterteil (2) integrierbares Formwerkzeug (4) mit oberer Druckplatte (37), unterer Basisplatte (36), Obergesenk (6) und Untergesenk (5) aufweist, wobei mindestens ein der Überführung des Umformmediums dienender längskanalisierter Abdichtdorn (12) durch einen unter den Einfluß des Oberteils (3) gestellten und sich an einem mit der Basisplatte (36) verbundenen Widerlager (32) abstützenden Keilschieber (34) stirnseitig in den mit seiner Längsachse horizontal ausgerichteten Bauteil (8) einpreßbar ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Abdichtdorn (12) ist in einem an der Basisplatte (2) festgelegten Gehäuse (11) horizontal verschiebbar gelagert;

b) der Abdichtdorn (12) weist ein zwischen dem Widerlager (32) und dem Gehäuse (11) liegendes Druckstück (13) auf, das über eine Gegenkeilfläche (14) verfügt, welche mit einer am Keilschieber (34) ausgebildeten Keilfläche (33) zusammenwirkt;

c) im Abdichtdorn (12) ist eine Druckkammer (20) für ein fluidisches Umformmedium vorgesehen, die mit einem einen Kolben (27) vertikal führenden, im Gehäuse (11) ausgebildeten Zylinder (26) als Bestandteil eines Druckübersetzers (25) mediumleitend verbunden ist;

d) die Druckkammer (20) besitzt eine Druckfläche (44), welche größer als die Druckfläche (45) an der in den Bauteil (8) eingepreßten Stirnseite (23) des Abdichtdorns (12) bemessen ist;

e) der Kolben (27) ist durch die Druckplatte (37) abwärts verlagerbar;

f) die am Oberteil (3) festlegbare Druckplatte (37) dient der Festlegung des Keilschiebers (34), eines auf den Kolben (27) lastenden Druckzapfens (38) sowie einer über Federn (40) mit dem Obergesenk (6) verbundenen Gegendruckhalterung (39).

Claims

1. An arrangement for shaping tubular components (8) by hydraulic internal pressure and comprising a moulding tool (4) adapted to be incorporated in a press (2, 3) comprising a vertically movable upper part (3) and a stationary lower part (2), the mould comprising an upper pressure plate (37), a lower base plate (36), an upper die (6) and a lower die (5), at least one sealing mandrel (12) formed with a longitudinal duct for conveying the shaping medium being adapted to have its end pressed into the component (8), aligned with its longitudinal axis horizontal, by means of a wedge-shaped slide (34) which is influenced by the upper part (3) and bears against an abutment (32) connected to the baseplate (36), characterised by the following features:

a) the sealing mandrel (12) is mounted so as to be horizontally movable in a casing (11) secured to the baseplate (2);

b) the sealing mandrel (12) has a pressure member (13) disposed between the abutment (32) and the casing (11) and having a mating wedge surface (14) which co-operates with a wedge surface (33) formed on the slide (34);

c) a pressure chamber (20) for a fluid shaping medium is provided in the sealing mandrel (12) and is connected for the purpose of transmitting medium to a cylinder (26) which is part of a pressure intensifier (25) and which is formed in the casing (11) and which vertically guides a piston (27);

d) the pressure chamber (20) has a pressure surface (44) which is larger than the pressure surface (45) on the end face (26) of the sealing mandrel (12) pressed into the component (8);

e) the piston (27) can be moved downwards by the pressure plate (37), and

f) the pressure plate (37), which can be fixed to the upper part (3), is for securing the wedge-shaped slide (34), a thrust journal (38) bearing on the piston (37), and a counter-pressure mounting (39) connected by springs (40) to the upper die (6).

Revendications

1. Dispositif de formage de composants de forme tubulaire (8) à l'aide d'une pression hydraulique intérieure, qui comporte un outil (4), qui peut être intégré dans une presse (2,3) comportant une partie supérieure mobile verticalement (3) et une partie inférieure fixe (2) et est équipé d'un plateau de presse supérieur (37), d'un plateau de base inférieur (36), d'une matrice supérieure (6), d'une matrice inférieure (5), et dans lequel au moins un mandrin d'étanchéité (12), qui est utilisé pour le transfert du fluide de formage et comporte un canal longitudinal, peut être repoussé frontalement dans le composant (8), dont l'axe longitudinal est aligné horizontalement, par un poussoir à coin (34), qui prend appui sur une butée (32) reliée à la plaque de base (36), caractérisé par les caractéristiques suivante :

a) le mandrin d'étanchéité (12) est monté de manière à être déplaçable horizontalement dans un boîtier (11) fixé sur la plaque de base (2);

b) le mandrin d'étanchéité (12) possède un élément de compression (13), qui est situé entre la butée (32) et le boîtier (11) et qui dispose d'une surface en coin antagoniste (14), qui coopère avec une surface en coin (33) formée sur le poussoir à coin (34);

c) dans le mandrin d'étanchéité (12) est prévue une chambre de pression (20) pour un milieu fluidique de formage, qui est reliée d'une manière transmettant le fluide à un cylindre (26), qui guide verticalement un piston (27) et est formé dans le boîtier (11), en tant que composant d'un convertisseur de pression (25);

d) la chambre de pression (20) possède une surface de compression (44), qui est supérieure à la surface de compression (45) présente sur la face frontale (23), repoussée dans le composant (8), du mandrin d'étanchéité (12);

e) le piston (27) peut être abaissé par le plateau de pression (37);

f) le plateau de pression (37), qui peut être fixé sur la partie supérieure (3), sert à fixer le poussoir à coin (34), un embout de compression (38), qui charge le piston (27), ainsi qu'un dispositif de retenue de contre-pression (39) relié par l'intermédiaire de ressorts (40) à la matrice supérieure (6).

Zeichnung