Innenhochdruckumformanlage

Die Erfindung betrifft eine Innenhochdruckumformanlage gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1.

Eine gattungsgemäße Innenhochdruckumformanlage ist aus der DE 197 56 673 Al bekannt. Die dort beschriebene Anlage beinhal¬ tet ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, deren Gravur ei¬ nen Formraum für einen umzuformenden Hohlprofilrohling bil¬ den. Das Unterwerkzeug ist hierbei mit einer Grundplatte der Anlage verbunden, während das Oberwerkzeug an einer Kopfplat¬ te der Anlage befestigt ist. Die Kopfplatte ist zum Zwecke der Schließbewegung bzw. der Öffnungsbewegung der Anlage re¬ lativ zur Grundplatte hubbeweglich verfahrbar. Die Anlage enthält des Weiteren zwei Axialstempel, die jeweils an einem Rohlingsende angeordnet sind und die dieses jeweils abdich¬ ten. Um zu gewährleisten, dass die Abdichtung auch bei dem zur Aufweitung des Hohlprofilrohlings sich entfaltenden, ent¬ gegenwirkenden Innenhochdruck aufrechterhalten bleibt, ist zum Antrieb und zur Aufbringung der Gegenkraft zum Innenhoch¬ druck jeder AxialStempel mit einem Hydraulikzylinder verbun¬ den. Um dabei den Axialstempel entgegen der axial wirkenden Kraftkomponente des Innenhochdrucks ausreichend abzustützen, muss dieser Hydraulikzylinder relativ voluminös ausgebildet sein. Derartig große Hydraulikzylinder sind zum einen sehr teuer und beanspruchen einen besonders großen Bauraum. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Innenhochdruckumformanlage dahingehend weiterzubilden, dass eine möglichst geringe Baugröße der Anlage erreicht wird, oh¬ ne Einschränkung deren Arbeits- und Funktionsumfang.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa¬ tentanspruches 1 gelöst.

Aufgrund der Anordnung eines Abstützkörpers, der hubbeweglich ist und der den jeweiligen Axialstempel an einer formraumab- gewandten Anschlagsfläche abstützt, wenn dieser sich in Ab¬ dichtstellung befindet, kann auf einen großbauenden Hydrau¬ likzylinder, der bislang den Axialstempel durch eine Kraft¬ aufbringung entgegen der Axialkraftkomponente des Innenhoch¬ druckes in Abdichtstellung hält, entfallen. Der Abstützkörper ist dabei von der Grundplatte oder der Kopfplatte getragen und zwischen der Grundplatte und der Kopfplatte verfahrbar, so dass seine Bewegung von einer Nichtgebrauchsstellung in eine Gebrauchsstellung nicht axial, wie beim Hydraulikzylin¬ der, sondern quer zum Axialstempel erfolgt. Um die hohen Kräfte, die sich aus dem Innenhochdruck ergeben, aufzufangen, muss die Lagerung oder Halterung des Abstützkörpers an der Grund- oder Kopfplatte besonders stabil sein. Bei der erfin¬ dungsgemäßen Umformanlage wird die Eigenschaftskonzentration, die der bekannte, großbauende Hydraulikzylinder inne hat, aufgeteilt. Dieser der Erfindung zugrundeliegende Gedanke der Aufteilung führt zu einer Übertragung der Abdichtfunktion auf den Abstützkörper, während die translatorische Bewegung des Axialstempels von einer Nichtgebrauchsstellung in eine Ab¬ dichtstellung und umgekehrt von einem Antrieb übernommen wer¬ den kann, der sehr klein baut, da dieser nicht den hohen Kräften des Innenhochdrucks begegnen muss. Der Antrieb kann dabei elektrisch, pneumatisch, mechanisch oder hydraulisch ausgelegt sein. Somit kann durch die Erfindung auf einen gro- ßen Hydraulikzylinder verzichtet werden, so dass mit der An¬ ordnung eines kleinbauenden Antriebs für den Axialstempel und eines quer zu diesem verfahrbaren Abstützkörpers, der die Ab¬ dichtwirkung des Axialstempels gewährleistet, eine sehr ge¬ ringe Baugröße der gesamten Umformanlage erreicht wird. Dabei bleibt der Funktionsumfang sowie der Arbeitsumfang erhalten, da sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht auf die Abmes¬ sungen des umzuformenden Werkstückrohlings, insbesondere des Hohlprofilrohlings, auswirken. Des Weiteren werden die Inves¬ titionskosten für die Anlage durch den Entfall des großvolu- migen Hydraulikzylinders erheblich reduziert.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist der Abstützkörper einenends am Oberwerk¬ zeug oder der Kopfplatte der Anlage starr befestigt und ragt von dort zum Axialstempel hin ab, wobei er in AbdichtStellung an der Rückseite des Axialstempels anliegt. Hierdurch ist kein separater Antrieb für den Abstützkörper erforderlich, da die Kopfplatte bzw. das Oberwerkzeug, das mit der Kopfplatte verbunden ist, die Verfahrbewegung beim Öffnen und Schließen der Anlage übernimmt. Durch seine starre Befestigung mit dem Oberwerkzeug bzw. der Kopfplatte der Anlage ist der Abstütz¬ körper quasi ein unverrückbares Teil der Kopfplatte bzw. des Oberwerkzeuges. Aufgrund des Entfalls eines separaten An¬ triebs für den Abstützkörper wird eine weitere Reduzierung der Baugröße der Anlage erreicht. Des Weiteren ist vorteil¬ haft, dass in Abdichtsteilung des Axialstempels der anliegen¬ de Abstützkörper eine separate Energiequelle entbehren kann, die die notwendigen Kräfte über den Abstützkörper aufbringen muss, damit der Axialstempel trotz der der Abdichtung entge¬ genwirkenden Axialkraftkomponente des Innenhochdrucks inner¬ halb des Hohlprofilrohlings in seiner Abdichtsteilung unnach¬ giebig verharren kann. Diese dabei erforderlichen Kräfte wer¬ den durch die starre Befestigung des Abstützkörpers mit der Kopfplatte bzw. dem Oberwerkzeug aus der Schließkraft der An¬ lage, die über die Kopfplatte wirkt, in einfacher Weise gleich mitgeliefert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach An¬ spruch 3 ist die Anschlagsfläche des Axialstempels keilförmig ausgebildet und die Anlagefläche des Abstützkörpers zur An¬ schlagsfläche formentsprechend gestaltet. Aufgrund der keil¬ förmigen Ausbildung der Anschlagsfläche des Axialstempels und der Anlagefläche des Abstützkörpers kann der Antrieb für den Axialstempel vereinfacht werden, da der Abstützkörper nun aus der Schließbewegung der Anlage heraus den Axialstempel von einer Nichtgebrauchsstellung in seine abdichtende Gebrauchs¬ stellung verschieben kann. Somit muss der Antrieb für den AxialStempel nur noch für die Rückzugsbewegung nach erfolgter Umformung des Hohlprofilrohlings in die Nichtgebrauchsstel¬ lung ausgelegt sein.

In einer weiteren, günstigen Weiterbildung der erfindungsge¬ mäßen Anlage nach Anspruch 4 ist der Abstützkörper in Nicht¬ gebrauchsstellung in der Kopfplatte oder der Grundplatte ver¬ senkt und in Gebrauchsstellung ausgefahren, wobei er dort den Axialstempel abstützt. Zwar ist bei dieser Ausgestaltung ein separater Antrieb für den Abstützkörper erforderlich, jedoch ist die Anordnung des Abstützkörpers nicht ausschließlich auf die Kopfplatte oder das Oberwerkzeug beschränkt, sondern kann auch in der Grundplatte integriert sein. Zusätzlich zu dieser gesteigerten baulichen Flexibilität der Anlage bietet die ge¬ nannte Ausgestaltung eine erheblich verbesserte Zugänglich¬ keit zum Umformwerkzeug der Anlage, wenn diese geöffnet ist. Hierdurch wird die Beschickung des Formraumes des Umformwerk¬ zeuges mit einem Hohlprofilrohling erleichtert. Bei der Aus¬ bildung einer keilförmigen Anlagefläche am Abstützkörper und einer keilförmigen Anschlagsfläche am Axialstempel ist es durch die Ausgestaltung möglich, nicht nur die Funktion des axialen Vorschubs zum Umformwerkzeug hin für den AxialStempel zu übernehmen, sondern auch während der Umformung des Hohl- profilrohlings durch eine verstärkte Beaufschlagung des Axi¬ alstempels Hohlprofilrohlingsmaterial von den Enden des Roh¬ lings her zum Aufweitbereich nachzuschieben.

In einer günstigen Ausgestaltung dieser Weiterbildung nach Anspruch 5 ist der Abstützkörper teleskopierbar. Hierdurch wird der Bauraum für den Abstützkörper ganz erheblich vermin¬ dert, wenn der Abstützkörper seine Nichtgebrauchslage ein¬ nimmt.

In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist der Abstützkörper nach Art ei¬ nes mit einem Antrieb verbundenen Schiebers ausgebildet. Durch die Ausbildung eines Schiebers kann der Abstützkδrper in einfacher Weise durch eine Vielzahl von Antrieben verfah¬ ren werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin¬ dungsgemäßen Umformanlage nach Anspruch 7 weist der Axial- Stempel eine Bohrung auf, an deren Wandung, deren einer Teil¬ umfang die Anschlagsfläche bildet, der Abstützkörper in Ab¬ dichtstellung des Axialstempels anliegt. Dies stellt eine be¬ sonders bauraumsparende Anordnung des Abstützkörpers dar. Der Abstützkörper taucht in Gebrauchsstellung in die Bohrung des Axialstempels ein und arretiert damit denselben.

Bei allen ausfahrbaren Abstützkörpern ist es denkbar, dass das freie Ende des Abstützkörpers zur Erreichung der Ge¬ brauchsstellung in eine Aufnahme des gegenüberliegenden Anla¬ geteils, also der Kopfplatte oder der Grundplatte, eintaucht und dort gehalten wird. Hierdurch wird die Abstützung des AxialStempels gegenüber dem Innenhochdruck weiter verbessert, da der Abstützkörper nun an beiden Enden sicher gehalten wird. Der Abstützkörper muss nicht zwangsweise ausfahrbar ausgebildet sein, um in die Bohrung des Axialstempels eintau¬ chen zu können. Dies ist durchaus auch dann möglich, wenn der Abstützkörper starr an der Kopfplatte befestigt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 ist der Axialstempel auf der Grundplatte in einer Axialführung verschiebbar. Des Weiteren wird erreicht, dass der Axialstempel zwischen seiner Nichtgebrauchsstellung und seiner Abdichtstellung hin und her bewegt werden kann, ohne seitlich abzurutschen. Damit ist ein exaktes Eintauchen des Axialstempels in den Hohlprofilrohling zur Abdichtung ge¬ währleistet. Des Weiteren kann die Axialführung vorteilhaft¬ erweise so ausgebildet sein, dass sie zumindest einen gewis¬ sen Anteil der aus dem Innenhochdruck resultierenden Kräfte aufnehmen kann, so dass der Abstützkörper zu einem bestimmten Grad entlastet ist.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnun¬ gen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 in einer seitlichen Ansicht eine erfindungsgemäße Innenhochdruckumformanlage in Abdichtsteilung der Axialstempel mit starr an der Kopfplatte befestig¬ ten Abstützkörpern, Fig. 2 in einem seitlichen Längsschnitt ein als Schieber ausgebildeter Abstützkörper einer erfindungsgemäßen Umformanlage in seiner GebrauchsStellung innerhalb einer Bohrung eines Axialstempels. In Figur 1 ist eine Innenhochdruckumformanlage 1 mit einem Oberwerkzeug 2 und einem Unterwerkzeug 3 dargestellt, deren Gravur 4 einen Formraum 5 für einen umzuformenden Hohlprofil- rohling (hier nicht weiter dargestellt) bilden. Die Anlage 1 beinhaltet des Weiteren eine Grundplatte 6, die das Unter¬ werkzeug 3 trägt, sowie eine Kopfplatte 7, an der das Ober¬ werkzeug 2 befestigt ist. Die Kopfplatte 7 ist mit einem oder mehreren Hydraulikzylindern verbunden, die einen Antrieb für die Kopfplatte 7 darstellen und mittels denen die Kopfplatte 7 relativ zur Grundplatte 6 hubbeweglich verfahrbar ist. Ob¬ wohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel weiter verfolgt wird, dass die Grundplatte 6 unterhalb der Kopfplatte liegt, ist es auch denkbar, die gesamte Anlage um 90° zu kippen, wo¬ nach sowohl die Kopfplatte 7 als auch die Grundplatte 6 ver¬ tikal angeordnet sind, währenddessen die Werkzeuge 2 und 3 sich horizontal erstrecken. Weiterhin umfasst die Umformanla¬ ge 1 zwei Axialstempel 8 und 9, mittels denen die Rohlingsen¬ den abgedichtet werden. Die AxialStempel 8 und 9 sind hier derart ausgebildet, dass sie an ihrem Formraum abgewandten Ende einen blockförmigen Betätigungskörper 10 aufweisen, der mit einem Antrieb verbunden ist, über den der Axialstempel 8,9 von einer Nichtgebrauchsstellung in die Abdichtstellung und umgekehrt verfahrbar ist. Der Betätigungskörper 10 sitzt auf einem Lagerbock 11 auf, der an der Oberseite 12 der Grundplatte 6 befestigt ist. Der Lagerbock 11 weist an seiner Oberseite 13 eine hier nicht weiter dargestellte Axialführung auf, in der der Axialstempel 8,9 mit seinem Betätigungskörper 10 verschiebbar gehalten ist. Dabei ist die Axialführung so ausgerichtet, dass der von der dem Oberwerkzeug 2 bzw. Unter¬ werkzeug 3 zugewandten Seite 14 des Betätigungskörpers 10 ab¬ ragende und den dichtenden Stempelkopf 15 tragende Stempel- Schaft 16 mit dem Formraum 5 fluchtet. Während der Stempel¬ schaft 16 zylindrisch ausgebildet ist, weist der Stempelkopf 15 eine kegelstumpfförmige Gestalt auf. Die Umformanlage 1 enthält des Weiteren einen Abstützkörper 17, der mit einem Ende 18 an der Unterseite 19 der Kopfplatte 7 der Anlage 1 starr befestigt ist. Von dort ragt der Abstützkörper 17 zum AxialStempel 8,9 hin ab.

Beim Schließen der Umformanlage 1 wird die Kopfplatte 7 mit dem Oberwerkzeug 2 und dem Abstützkörper 17 in Richtung der Grundplatte 6 verfahren, bis das Oberwerkzeug 2 auf dem Un¬ terwerkzeug 3 zur Anlage kommt. Der Abstützkörper 17 ist da¬ bei durch seine Befestigung an der Kopfplatte 7 hubbeweglich und zwischen der Grundplatte 6 und der Kopfplatte 7 verfahr¬ bar. Während der Schließbewegung, indem der Abstützkörper 17 gemäß der Pfeilrichtung abgesenkt wird, gelangt dieser mit seinem freien Ende 20 in Kontakt mit dem Betätigungskörper 10 des Axialstempels 8,9. Im Kontaktbereich weist der Axialstem¬ pel 8,9 eine keilförmige Anschlagsfläche 21 auf, an der das freie Ende 20 des Abstützkörpers 17 mit einer formentspre¬ chend angeschrägten Anlagefläche 22 anliegt. Bei einem gewis¬ sen Druck des Abstützkörpers 17 auf die Anschlagsfläche 21 des Betätigungskörpers 10 wird der Axialstempel 8,9 zum Form¬ raum 5 des Oberwerkzeugs 2 und des Unterwerkzeugs 3 entlang der Axialführung in Pfeilrichtung in die Abdichtsteilung ver¬ fahren. In dieser Position verharrt der Abstützkδrper 17 an der formraumabgewandten Anschlagsfläche 21 des Stempels 8,9, die an der Rückseite 23 des Betätigungskörpers 10 ausgebildet ist und zur Kopfplatte 7 hin angeschrägt ist, und stützt da¬ bei den Axialstempel 8,9 entgegen der axial wirkenden Kraft¬ komponente des Innenhochdrucks ab. Alternativ ist es auch denkbar, von einer keilförmigen Abschrägung des freien Endes 20 des Abstützkörpers 17 und der der Anschlagsfläche 21 abzu¬ sehen, so dass der Abstützkörper 17 mit seiner dem Umform¬ werkzeug 2,3 zugewandten Seite 24 planparallel an der eben¬ falls vertikalen Rückseite 23 anliegt. Da hierbei jedoch - anders als bei der ersten Variante - keine Keilwirkung zu- stände kommt, die dem Betätigungskörper 10 und damit dem Stempel 8,9 eine Vorschubbewegung in Richtung des Umformwerk¬ zeuges 2,3 verleiht, muss für den Axialstempel 8,9 ein sepa¬ rater Antrieb, der elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder auch hydraulisch sein kann, bereitgestellt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass der Abstützkörper 17 nicht an der Unter¬ seite 19 der Kopfplatte 7 befestigt ist, sondern als ein vom Oberwerkzeug 2 seitlich abkragender Arm ausgebildet ist. Nach erfolgter Umformung wird das Druckfluid, das zur Umformung im Hohlprofilrohling unter Innenhochdruck stand, entspannt, wo¬ nach die Innenhochdruckumformanlage 1 geöffnet wird. Dabei hebt der Abstützkörper 17 mit seiner Anlagefläche 22 von der Anschlagsfläche 21 des Betätigungskörpers 10 des Axialstem¬ pels 8,9 ab. Nun muss der Antrieb für den Axialstempel 8,9 in Gang gesetzt werden, so dass dieser in der Axialführung aus dem Formraum 5 hinaus zurückgezogen wird. Das fertiggeformte Hohlprofil kann nunmehr der Gravur 4 entnommen werden.

Anstatt starr mit der Kopfplatte 7 befestigt zu sein, kann der Abstützkörper 17 in dieser in Nichtgebrauchsstellung auch versenkt sein. Hierzu ist jedoch ein zusätzlicher Antrieb notwendig, um die Versenkbewegung zu gewährleisten und glei¬ chermaßen ein Ausfahren des Abstützkörpers 17 in eine Ge¬ brauchsstellung, also die Abstützstellung für den Axialstem¬ pel 8,9, zu erlauben. Hierzu ist in der Kopfplatte 7 eine Aufnahme erforderlich, in der der Abstützkörper 17 verschieb¬ bar gehalten ist. Der Abstützkörper 17 kann dabei gänzlich verfahrbar sein, es ist jedoch auch denkbar, dass der Ab- stützkörper 17 teleskopierend aufgebaut ist, so dass er mit einem Ende an der Kopfplatte 7 befestigt ist und zur Einnahme der Dichtstellung, also der Gebrauchsstellung, die einzelnen Glieder, aus denen er zusammengesetzt ist, ausfährt. Bei dieser separaten Verfahrbarkeit des Abstützkörpers 17 ist nicht nur, wie beschrieben, eine Befestigung an der Kopfplat¬ te 7 denkbar, sondern er könnte auch von der Grundplatte 6 allein getragen werden. Eine derartige Variante der Innen- hochdruckumformanlage 1 ist aus Figur 2 ersichtlich. Hierbei ist der Abstützkόrper 25 nach Art eines Schiebers ausgebil¬ det, der hier Säulenform annimmt. Der Abstützkörper 25 kann jedoch in jeder beliebigen geometrischen Form gestaltet sein. Der Abstützkδrper 25 ist hier in Gebrauchsstellung, also der Abdichtstellung, gezeigt, wobei er die Grundplatte 6 wie auch den Lagerbock 11 durchdringt. Der Lagerbock 11 weist hierbei eine Aussparung 26 auf, in die eine Hülse 27 eingesetzt ist, die nach unten durch die Grundplatte 6 abgedeckt und zum Be- tätigungskδrper 28 des Axialstempels 29 durch einen Boden 30 verschlossen ist. Der Hohlraum 33 der Hülse 27 wird durch den Betätigungskδrper 28 axial durchsetzt, wobei er eine zent¬ risch im Boden 30 ausgebildete Öffnung 31 durchragt. Der Be¬ tätigungskörper 28 des Axialstempels 29 weist eine vertikal verlaufende Bohrung 32 auf, die in Abdichtstellung des Axial¬ stempels 29 mit der Öffnung 31 der Hülse 27 fluchtet. Der Be¬ tätigungskörper 28 taucht durch die Bohrung 32 ebenfalls mit geringem Spiel hindurch und arretiert damit den Axialstempel 29. Der Abstützkδrper 25 weist in seinem stets innerhalb des Hohlraums 33 der Hülse 27 verbleibenden Bereich einen Ring¬ bund 34 auf, der am Rand 35 der Öffnung 31 innenseitig über eine hier nicht dargestellte Druckfeder anliegt. Der Hohlraum 33 unterhalb des Ringbundes 34 ist mit einem Druckfluid 41 befüllbar, so dass der Abstützkδrper 25 zwischen der be¬ schriebenen Gebrauchsstellung und einer NichtgebrauchsStel¬ lung, in der der Ringbund 34 mit seiner Unterseite 36 an der Oberseite 12 der Grundplatte anliegt, verfahrbar ist. Die Länge des Hohlraums 33 ist derart bemessen, dass in Nicht- gebrauchsstellung des Abstützkörpers 25 dessen Oberseite 37 entweder bündig mit der Oberseite 13 des Lagerbocks 11 ab- schließt oder gegenüber der Oberseite 13 zurückgesetzt ange¬ ordnet ist. Der Abstützkörper 25 durchragt mit seinem Axial¬ stempel 29 abgewandten Ende 38 eine in der Grundplatte 6 aus¬ gebildete Durchführung 39, so dass er an zwei Punkten, der Grundplatte 6 und der Hülse 27, im Bereich der Öffnung 31 stabil gegen die Axialkraftkomponente des Innenhochdrucks, der beim Umformen des Hohlprofilrohlings innerhalb des Roh¬ lings ausgeübt wird, abgestützt ist. Je nach Druckniveau des Druckfluids 41 im Hohlraum 33 wird der Abstützkörper 25 mehr oder weniger stark gegen die Federkraft der Druckfeder ver¬ schoben. Bei Erhöhung des Druckniveaus wird die Druckfeder durch den Ringbund 34 zusammengequetscht, wobei der über den Lagerbock 11 hinausragende Abschnitt 40 des Abstützkörpers 25 in die Bohrung 32 des Betätigungskörpers 28 eintaucht. In dieser Abdichtstellung, in der der Innenhochdruck in dem um¬ zuformenden Hohlprofilrohling wirksam ist, liegt der Abstütz¬ körper 25 vorderseitig an dem vorderen Teilumfang der Boh¬ rungswandung an, welcher die Anschlagsfläche bildet, da der Innenhochdruck den Axialstempel 29 bis zu seiner Anlage an dem Abstützkörper 25 zurückdrängt. Festzuhalten ist schlie߬ lich, dass bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fi¬ gur 2 deren Axialstempel 29 einen separaten Antrieb besitzen muss, mit dem er sowohl in seiner Abdichtstellung als auch aus seiner AbdichtStellung heraus verfahrbar ist.