Die Erfindung betrifft außerdem ein Bauteil für ein Zuhaltewerkzeug einer Vorrichtung zur Herstellung von Metallteilen durch Umformung bei einem geschlossenen Form- werkzeug.

Im Sinne der Erfindung umfasst die Bezeichnung"Umformung bei einem geschlosse- nen Formwerkzeug"Umformverfahren, bei der die Krafteinwirkung auf das Werkstück zum Umformen im Innern eines an sich mehrteiligen, aber zum Zeitpunkt der Kraftein- wirkung im wesentlichen geschlossenen Formwerkzeuges erfolgt und die auf das Formwerkzeug aufzubringenden Zuhaltekräfte regelmäßig größer sind als 3 MN. Ein solches Umformverfahren ist beispielsweise das sog. Innenhochdruckumformen mit längsgeteilten Formwerkzeugen.

Zum Innenhochdruckumformen werden Vorrichtungen eingesetzt, die regelmäßig hyd- raulisch angetrieben werden. Der Aufbau dieser Vorrichtungen wird im starken Maße von den herzustellenden Werkstücken bestimmt, wobei der ursprüngliche Formling insbesondere ein rohrförmiger Hohlkörper ist. Die der Kraftübertragung auf die Rohr- enden dienenden Hauptzylinder sind entweder stehend oder liegend, insbesondere in Richtung der Ausgangsrohrachse gegeneinander wirkend angeordnet. Einer dieser Zy- linder ist üblicherweise hohlgebohrt und besitzt einen Hochdruckanschluß, der regel- mäßig durch eine Rohrverbindung mit dem Druckübersetzer verbunden ist.

Das Formwerkzeug ist zumindest zweiteilig ausgebildet. Im einfachsten Fall ist bei ei- nem zweiteiligen Formwerkzeug ein Teil des Werkzeuges fest auf dem Maschinentisch befestigt, während das andere angetrieben wird und entsprechend dem Arbeitszyklus eine Öffnungs-und Schließbewegung ausführt. Die Vorrichtungen können in Abhän- gigkeit von der gewünschten Werkstückgeometrie wahlweise längs-oder quergeteilte Formwerkzeuge aufnehmen, wobei bei Zuhaltekräften, die größer als 3 MN sind, übli- cherweise längsgeteilte Formwerkzeuge zum Einsatz kommen. Die Wirtschaftlichkeit dieser Vorrichtungen ist oft nur bei hohen Stückzahlen, d. h. insbesondere kurzen Takt- zeiten, gegeben.

Vorrichtungen zur Innen-Hochdruck-Umformung, die ein zur Rohrachse längsgeteiltes Formwerkzeug besitzen, sind oft als Mehrsäulenpressen oder Rahmenpressen ausge- führt. Das Formwerkzeug ist derart angeordnet, dass ein Teil des Formwerkzeuges beim Werkstückwechsel vom Pressenstößel nach oben bewegt wird. Während der Umfor- mung hat der Pressenstößel die aus projizierter Werkstückfläche und Innendruck resul- tierende Kraft für das Formwerkzeug auszugleichen und eine mindestens gleich große Kraft auf das Formwerkzeug aufzubringen. Infolge der verfahrensbedingt hohen Innen- drücke (regelmäßig über 1000 bar) sind die diesbezüglich erforderlichen Zuhaltekräfte von über 3 MN durch die Stahlkonstruktion der Vorrichtung zu gewährleisten, was re- gelmäßig bei Einsatz von Mehrsäulenpressen oder Rahmenpressen relativ große Bauhö- hen und großen Montage-und Betriebsraum erfordert. Die Vorrichtung benötigt ent- sprechend der aufzunehmenden Kräfte von über 3 MN und der daraus regelmäßig resul- tierenden hohen Eigenmasse eine aufwendige Gründung und einen hohen Raumbedarf.

Ein Werkzeugwechsel, d. h. insbesondere des Formwerkzeuges, ist technologisch auf- wendig.

Aus der DE 1 602 475 B2 ist eine Preßvorrichtung zur Herstellung von hohlen Werkstücken aus Blech durch Kaltumformung unter einem hydraulischen Innendruck bekannt, bei der die beweglichen Teile der das Werkstück umschließenden geteilten Form während der Kaltumformung mittels ausschwenkbarer Verriegelungshaken fest zusammengehalten sind. Soll eine solche Preßvorrichtung Zuhaltekräfte von über 1 MN, insbesondere von über 3 MN, gewährleisten, ist die Dimensionierung des Schließmechanismus, insbesondere der Verriegelungshaken bzw. Gelenke, die zum Ausschwenken der Verriegelungshaken benötigt werden, entsprechend vorzunehmen.

Diese Vorrichtungen mit einer Masse von mehreren Tonnen bedürfen einer aufwendi- gen Gründung und entsprechender Bauhöhe. Die Verriegelungshaken, sollten diese die erforderlichen Zuhaltekräfte überhaupt gewährleisten können, sind nur schwer und e- nergetisch aufwendig zu manipulieren.

Die für ein wirtschaftliches Betreiben der Vorrichtung im Rahmen einer industriellen Fertigung notwendigen kurzen Taktzeiten von 20 bis 40 Sekunden, sind aufgrund der dann auftretenden hohen Trägheitskräfte nicht realisierbar. Eine Spaltbildung während des eigentlichen Umformprozesses zwischen den Teilen des Formwerkzeuges, insbe- sondere hervorgerufen durch die elastischen Verformungen des Werkstoffes der Verrie- gelungshaken, die zu unerwünschten Verformungen des Werkstücks während des Kraftaufbaus führen, ist mit dieser Lösung verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Bauteil einer solchen Vorrich- tung bereitzustellen, die eine geringere Bauhöhe und ein geringes Eigengewicht besitzt und bezüglich Investitionsvolumens, Wartung und Betrieb einen geringeren Aufwand bedarf und sich wirtschaftlich betreiben läßt, und bei welcher keine Spaltbildung zwi- schen den Teilen des Formwerkzeuges während des Umformprozessen auftritt.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, indem die erfindungsgemäße Zuhalte- vorrichtung zumindest umfasst, - mehrere Zugbügel 2, wobei die Zugbügel 2 jeweils einen eine geschlossene Kontur aufweisenden Zugrahmen 2.2 besitzen, welcher zwei von einander beabstandete und sich gegenüber angeordnete Segmente 2.3 aufweist zwischen de- nen ein Formwerkzeug 12 anordenbar ist, jedes dieser Segmente 2.3 zumindest eine Auflagefläche 2.1 oder eine Auflagefläche 2.4 besitzt, und die Zugbügel 2 jeweils zumindest an einem Gelenk 8 schwenkbar befestigt sind, wobei das Material des Zugrahmens 2.2 weitestgehend aus Materialien mit einer Zugfestigkeit von 1500 N/mm2 bis 4200 N/mm2, einer Dauerfestigkeit von 1200 N/mm2 bis 3000N/mm2 und einer Dichte von ca. 1,2 bis 2,5 g/cm3 besteht, - eine Auflagefläche 3.1, welche oberhalb des Formwerkzeuges 12 oder auf des- sen Oberfläche angeordnet ist und als Auflage für eine Auflagefläche 2.1 eines Zug- bügels 2 dient, und - eine Vorrichtung 5, die eine Zuhaltekraft von mehr als 3 MN erzeugt und meh- rere krafterzeugende Elemente besitzt, wobei die Zuhaltekraft zwischen den Auflageflächen 2. 1 und 2.4 der Zugbügel 2 und zumindest einer Fläche, die sich unterhalb des Formwerkzeuges 12 befindet, angreift.

Die erfindungsgemäße Auswahl des Werkstoffes und dessen konstruktive Ausbildung ermöglichen u. a. ein technisch einfaches Verschwenken der Zugbügel mit einem gerin- gen energetischen Aufwand, so dass sich dies positiv auf die zu realisierenden Taktzei- ten auswirkt, und bewirkt das Auftreten von geringen dynamischen Kräften.

Die erfindungsgemäße Verwendung und Auswahl von Werkstoffen, mit den im ersten Anspruch definierten Werkstoffeigenschaften, als Konstruktionswerkstoff ermöglicht im Vergleich zu den sonst in der Umformtechnik üblichen Materialien, insbesondere Baustahl, neue konstruktive Lösungen bzw. Maschinenkonzepte.

Beispielsweise beträgt die Zugfestigkeit eines Kohlenfasercompounds ca. 2950 N/mm' (Baustahl ca. 320 bis 690 N/mm2), die Dauerfestigkeit ca. 1950 N/mm2 (Baustahl ca.

350 N/mm2) und die Dichte ca. 1,8 g/cm3).

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Elementes des Schließmechanismus als Zugbü- gel, welcher die erforderliche Zuhaltekraft realisiert, bringt die verbesserten Werkstoff- eigenschaften der erfindungsgemäß bevorzugten Materialien wie Kohlefasercompound, wie beispielsweise das Verhältnis von der Gestaltfestigkeit zur Masse des Zugrahmens von ca. 800 (Stahl ca. 8 bis 12), gezielt zum tragen.

In den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil- dungen der erfindungsgemäßen Zuhaltevorrichtung angegeben.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallteilen durch Innenhochdruckumformung, die zumindest ein geteiltes Formwerk- zeug und eine Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, gelöst.

Außerdem wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Bauteil für ein Zuhaltewerkzeug einer Vorrichtung zur Herstellung von Metallteilen durch Umformung bei einem ge- schlossenen Formwerkzeug gemäß Anspruch 10 gelöst.

Im abhängigen Anspruch 11 sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bauteils angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nach- folgenden Beschreibung näher beschrieben.

Es zeigen : Fig. la eine Zuhaltevorrichtung in einer Seitenansicht Fig. lb die Zuhaltevorrichtung aus Fig. la in einer weiteren Seitenansicht

Fig. 2a eine alternative Variante der Zuhaltevorrichtung mit geschlossenem Formwerkzeug in perspektivischer Darstellung Fig. 2b eine Zuhaltevorrichtung mit geöffnetem Formwerkzeug in perspektivi- scher Darstellung Fig. 3a ein Bauteil für ein Zuhaltewerkzeug in einer Seitenansicht und Fig. 3b das Bauteil für ein Zuhaltewerkzeug aus Fig. 3a in einer weiteren Seiten- ansicht.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Zuhaltevorrichtung 1 als Bestandteil einer Vorrich- tung zur Herstellung von Metallteilen durch Innendruckumformung, mit einem zweitei- ligen Formwerkzeug 12, in einer Seitenansicht dargestellt. Auf einem Fundament 13 ist ein Maschinengestell 6 befestigt, welches im wesentlichen aus einer kastenförmigen Konstruktion aus Baustahl besteht. Ein Rahmen 6.3 ist mit einem weiteren Rahmen 6.1 über eine Säule 6.2 fest verbunden. An der Säule 6.2 sind zwei Gelenke 8 angeordnet, die in Richtung der Längsachse des Maschinengestells 6 starr befestigt sind. An den Gelenken 8 sind die beiden Zugbügel 2 angelenkt, so dass diese nahezu parallel zur Längsachse des Maschinengestells 6 schwenkbar sind. Das Schwenken der Zugbügel 2 wird durch zwei hydraulische Schwenkzylinder 9 realisiert, die am Rahmen 6.3 ange- ordnet sind. In den vier Ecken des Rahmens 6.3 sind, sich auf diesem abstützend, verti- kal vier Hubzylinder 4 angeordnet, die mit der Traverse 3 verbunden sind. Die Traverse 3 besitzt plane Auflageflächen 3.1 auf denen die ebenfalls planen und zu diesen parallel angeordneten Auflageflächen 2.1 der Zugbügel 2 im angeschwenkten Zustand absetzbar sind. An der Traverse 3 ist der obere Teil des zweiteiligen längsgeteilten Formwerkzeu- ges 12 befestigt. Der untere Teil des Formwerkzeuges 12 ist am Maschinentisch 7 fest verbunden. Der Maschinentisch 7 liegt frei auf den Kolbenflächen der vier Preßzylin- der auf, die die krafterzeugenden Elemente der Vorrichtung 5 bilden.

Die Presszylinder sind am Rahmen 6.1 der Art befestigt, dass diese krafterzeugenden Elemente der Vorrichtung 5, die auf den selben Zugbügel 2 einwirken, vorzugsweise mehrere hydraulische Hochdruckzylinder, der Art angeordnet sind, dass die mittleren Krafteinleitungs-Linien dieser krafterzeugenden Elemente der Vorrichtung 5 nahezu parallel und in einer Ebene verlaufen, die nicht wesentlich von der Ebene abweicht, die den Zugbügel 2 in axialer Richtung mittig teilt. Die Segmente 2.3 sind weitestgehend aus einem Leichtmetall, beispielsweise Aluminium-Legierungen, gefertigt. Die Zug- rahmen 2.2 bestehen weitestgehend aus einem Kohlefasercompound, beispielsweise einer intermoduligen Faser mit ca. 50 bis 65% Faservolumenanteil in einer Epoxid- harzmatrix.

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend im Zusammen- hang dargestellt : Nach dem Einlegen des Werkstücken in das geöffnete Formwerkzeug 12 wird dieses geschlossen indem die Kolbenstangen der Hubzylinder 4 nach unten gefahren werden, so dass die beiden Teile des Formwerkzeuges 12 aufliegen. Nachfolgend werden die beiden Zugbügel 2 mit Hilfe der Schwenkzylinder 9 in die Vertikale geschwenkt, so dass zwischen den Auflageflächen 3.1 der Traverse 3 und den Auflageflächen 2.1 der Zugbügel 2 ein Luftspalt besteht, der erforderlich ist, um ein berührungsloses Ein- schwenken der Zugbügel 2 zu realisieren. Über die Preßzylinder werden nun die Zuhal- tekräfte über den Maschinentisch 7 auf das Formwerkzeug 12 aufgebracht. Dabei wird der Maschinentisch 7 und das gesamte Formwerkzeug 12 angehoben bis sich die Aufla- geflächen der Traverse 3 und der Zugbügel 2 berühren. Nachfolgend werden die beiden Teile des Formwerkzeuges 12 mit der erforderlichen Zuhaltekraft beaufschlagt, d. h. das Formwerkzeug 12 verspannt.

Fig. 2 zeigt eine alternative Variante der Zuhaltevorrichtung mit geschlossenem bzw. geöffnetem Gesenk (Fig. 2a bzw. Fig. 2b) in einer perspektivischen Darstellung. Das Maschinengestell 6 besteht im wesentlichen aus einer kastenförmigen Stahlkonstrukti- on. Ein unterer Rahmen 6.3 ist über vier vertikal angeordnete Träger mit einem weiteren Rahmen 6.1 fest verbunden. Außerdem ist ein Zugbügelträger 10 zwischen diesen bei- den Rahmen und mit dem Rahmen 6.3 mittels vier Federführungen 11 verbunden ange- ordnet. Am Zugbügelträger 10 sind die beiden Gelenke 8 befestigt. An den Gelenken 8 sind die beiden Zugbügel 2 an deren unterem Teil angelenkt, so dass diese parallel zur Längsachse des Maschinengestells 6 schwenkbar sind. Das Schwenken der Zugbügel 2 wird durch zwei hydraulische Schwenkzylinder 9 realisiert, die am Rahmen 6.3 ange- ordnet sind. In den vier Ecken des Rahmens 6.1 sind vertikal vier Hubzylinder 4 ange- ordnet, die mit der Traverse 3 verbunden sind. Die Traverse 3 besitzt plane Auflageflä- chen 3.1 auf denen die ebenfalls planen und zu diesen parallel angeordneten Auflageflä- chen 2.1 der Zugbügel 2 im angeschwenkten Zustand (Fig. 2a) absetzbar sind. Die bei- den Zugbügel 2 bestehen jeweils aus zwei halbkreisförmigen und sich gegenüber ange- ordneten Segmenten 2.3, wobei die nahezu halbkreisförmigen Konturen des oberen und unteren Segmentes 2.3 von einander abgewandt sind. Der ringförmige, unflexible Zug- bügel 2.2 umschlingt die halbkreisförmigen Konturen des oberen und unteren Segmen- tes 2.3 und ist mit diesen verbunden. An der Traverse 3 ist der obere Teil des zweiteili- gen Formwerkzeuges 12 befestigt. Der untere Teil des Formwerkzeuges 12 ist am Rah- men 6.1 befestigt, an dessen Unterseite außerdem die vier nach unten ragenden Preßzy- linder 5 fixiert sind. Die Preßzylinder 5 drücken durch die vier Öffnungen des Zugbü- gelträgers 10 hindurch auf die Auflageflächen 2.4 der unteren der Segmente 2.3. Die Preßzylinder sind am Rahmen 6.1 der Art befestigt, dass, wenn der Zugbügel 2 ange- schwenkt ist (Fig. 2a), die mittleren Krafteinleitungs-Linien dieser krafterzeugenden Elemente der Vorrichtung 5 nahezu parallel und in einer Ebene verlaufen, die nicht we- sentlich von der Ebene abweicht, die den Zugbügel 2 in axialer Richtung mittig teilt.

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend im Zusammen- hang dargestellt : Nach dem Einlegen des Werkstücks in das geöffnete Formwerkzeug 12 wird dieses ge- schlossen indem die Hubzylinder 4 nach unten gefahren werden, so dass die beiden Tei- le des Formwerkzeuges 12 aufliegen. Nachfolgend werden die beiden Zugbügel 2 mit Hilfe der Schwenkzylinder 9 in die Vertikale geschwenkt, so dass zwischen der Aufla- geflächen 3.1 der Traverse 3 und der Auflageflächen 2.1 der Zugbügel 2 ein Luftspalt besteht, der erforderlich ist, um ein berührungsloses Einschwenken der Zugbügel 2 zu realisieren. Über die Preßzylinder werden nun die Kräfte auf die Auflageflächen 2.4 der Zugbügel 2 aufgebracht. Dabei wird der Zugbügel 2 nach unten bewegt bis sich die Auflageflächen 3.1 ; 2.1 der Traverse 3 und der Zugbügel 2 berühren. Nachfolgend wer- den die beiden Teile des Formwerkzeuges 12 mit der erforderlichen Zuhaltekraft, die von den Preßzylindern aufgebracht wird, beaufschlagt, d. h. das Formwerkzeug 12 mit diesen Zuhaltekräften verspannt, so dass während des Umformprozesses kein Abheben der Teile des Formwerkzeuges 12 möglich ist.

In Fig. 3 ist ein Bauteil für ein Zuhaltewerkzeug 1 als Bestandteil einer Vorrichtung zur Herstellung von Metallteilen durch Innendruckumformung, mit einem zweiteiligen Formwerkzeug 12, in einer Seitenansicht dargestellt. Auf einem Fundament 13 ist ein Maschinengestell 6 befestigt, welches im wesentlichen aus einer kastenförmigen Kon- struktion aus Baustahl besteht. Ein Rahmen 6.3 ist mit einem weiteren Rahmen 6.1 über eine Säule 6.2 fest verbunden. An der Säule 6.2 sind zwei Gelenke 8 angeordnet, die in Richtung der Längsachse des Maschinengestells 6 starr befestigt sind. An den Gelenken 8 sind die beiden Zugbügel 2 und damit ein Paar der erfindungsgemäßen Baueinheit angelenkt, so dass diese nahezu parallel zur Längsachse des Maschinengestells 6 schwenkbar sind.

Alternativ, in Figur 3 nicht dargestellt, kann der Zugbügel 2 zum Werkzeug 12 hin axial verschiebbar angeordnet sein.

Das Schwenken der Zugbügel 2 wird durch zwei hydraulische Schwenkzylinder 9 reali- siert, die am Rahmen 6.3 angeordnet sind. In den vier Ecken des Rahmens 6.3 sind, sich auf diesem abstützend, vertikal vier Hubzylinder 4 angeordnet, die mit der Traverse 3 verbunden sind. Die Traverse 3 besitzt plane Auflageflächen 3.1 auf denen die ebenfalls planen und zu diesen parallel angeordneten Auflageflächen 2.1 der Zugbügel 2 im ange- schwenkten Zustand absetzbar sind. An der Traverse 3 ist der obere Teil des zweiteili- gen längsgeteilten Formwerkzeuges 12 befestigt. Der untere Teil des Formwerkzeuges 12 ist am Maschinentisch 7 fest verbunden. Der Maschinentisch 7 liegt frei auf den Kolbenflächen der vier Preßzylinder auf, die die krafterzeugenden Elemente der Vor- richtung 5 bilden. Die Preßzylinder sind am Rahmen 6. 1 der Art befestigt, dass diese krafterzeugenden Elemente der Vorrichtung 5, die auf den selben Zugbügel 2 einwirken, vorzugsweise mehrere hydraulische Hochdruckzylinder, der Art angeordnet sind, so dass die Zuhaltekraft oder die Zuhaltekräfte auf den Zugbügel 2 derart einwirkt oder einwirken, dass die Resultierende der Krafteinleitungslinien nahezu parallel und in einer Ebene verlaufen, die nicht wesentlich von der Ebene abweicht, die den Zugbügel 2 in axialer Richtung mittig teilt. Die Segmente 2.3 sind weitestgehend aus einem Leichtme- tall, beispielsweise Aluminium-Legierungen, gefertigt. Die Zugrahmen 2.2 bestehen hauptsächlich aus einem nichtmetallischen Verbundmaterial mit eingebetteten Verstär- kungen, hier weitestgehend aus einem Kohlefasercompound, beispielsweise einer in- termoduligen Faser mit ca. 50 bis 65% Faservolumenanteil in einer Epoxydharzmatrix.

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend im Zusammen- hang dargestellt : Nach dem Einlegen des Werkstückes in das geöffnete Formwerkzeug 12 wird dieses geschlossen indem die Kolbenstangen der Hubzylinder 4 nach unten gefahren werden, so dass die beiden Teile des Formwerkzeuges 12 aufliegen.

Nachfolgend werden die beiden Zugbügel 2 mit Hilfe der Schwenkzylinder 9 in die Vertikale geschwenkt, so dass zwischen den Auflageflächen 3.1 der Traverse 3 und den Auflageflächen 2. 1 der Zugbügel 2 ein Luftspalt besteht, der erforderlich ist, um ein berührungsloses Einschwenken der Zugbügel 2 zu realisieren. Über die Preßzylinder werden nun die Zuhaltekräfte über den Maschinentisch 7 auf das Formwerkzeug 12 aufgebracht. Dabei wird der Maschinentisch 7 und das gesamte Formwerkzeug 12 an- gehoben bis sich die Auflageflächen der Traverse 3 und der Zugbügel 2 berühren. Nach- folgend werden die beiden Teile des Formwerkzeuges 12 mit der erforderlichen Zuhal- tekraft beaufschlagt, d. h. das Formwerkzeug 12 verspannt.

Das erfindungsgemäße Bauteil ist ebenso als integrales Element eines Zuhaltewerkzeu- ges einsetzbar, welches zur Verformung oder Ausformung von Kunststoff-, Metall-, Keramik-oder Glasteilen dient.

Ein Ausformen des Werkstückes ist beispielsweise durch Blasformen oder Spritzgießen von größeren Kunststoffteilen realisierbar. Beispielsweise könnte eine zweigeteilte Blasform spaltfrei mit Hilfe der erfindungsgemäßen Baueinheit, die eine oder mehrere erfindungsgemäße Bauteile enthalten kann, geschlossen werden. Der Grundgedanke der Erfindung ist durch einen Fachmann nach entsprechender Anpassung auf die jeweils üblichen Parameter in bekannter Art und Weise übertragbar.

Ein weiteres Beispiel für den prinzipiellen Einsatz der Erfindung ist beim Gießen von Metall-, Keramik-oder Glasteilen in bekannter Art und Weise gegeben.