Einrichtung zum hydraulischen Verformen von Werkstücken Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum hydraulischen Verformen von Werkstücken.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung ist gekenn zeichnet durch Wandmittel, die einen Hohlraum bilden, durch Massnahmen zum Einsetzen eines den Hohlraum in einen hydraulischen Druckraum zur Aufnahme einer Flüssigkeit und in mindestens eine Formhöhlung mit formgebeiaden Konturen unterteilenden Werkstückes, durch einen in den Wandmitteln gleitbar angeordneten Verdrängungskörper, dessen eine Endpartie gegen den hydraulischen Druckraum gerichtet ist und zum Ein wirken auf die Flüssigkeit vorgesehen ist und dessen andere Endpartie sich ausserhalb des hydraulischen Druckraumes befindet und zum Empfangen einer im- pulsförmigen Kraft eingerichtet ist,
durch welch letztere der Verdrängungskörper schlagartig in die Flüssigkeit bewegbar ist und diese verdrängt, um das Werkstück in die formgebenden Konturen der Formhöhlung zu pressen und diesen entsprechend zu deformieren.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Er findungsgegenstandes sind Mittel vorgesehen, die eine wirkungsvolle Umwandlung der impulsförmigen Kraft eines druckluftbetätigten Hammerstückes in einen schlagartigen Druckanstieg in der Flüssigkeit erlauben.
Ferner können derartige Einrichtungen mit Vorteil den Werkstücken angepasste Dichtungsmittel sowie zweckmässig ausgebildete Druckraumpartien und Mittel zum Halten geteilter Formenstücke aufweisen.
Weitere Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie aus den zugehörigen Zeichnungen. In diesen zei gen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles, Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 1, wobei das Werkstück im Zustand nach dem Verformungsvorgang dargestellt ist, Fig. 3 einen Längsschnitt eines Teiles eines zweiten Ausführungsbeispieles, wobei der Verdrängungskörper links und rechts von der Längsachse in verschiedenen Positionen eingezeichnet ist,
Fig. 4 und 5 Einzelheiten der Fig. 3, Fig. 6 und 7 weitere Einzelheiten der Fig. 3, ins besondere die Eintrittsstelle des Verdrängungskörpers in die Flüssigkeit, Fig.8 einen Längsschnitt eines dritten Ausfüh- rungsbeispieles bei weggelassener Antriebsvorrichtung, Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines mit der Einrichtung nach Fig. 8 verformten Werkstückes, Fig. 10 einen Längsschnitt eines vierten, der Fig. 8 ähnlichen Ausführungsbeispieles,
Fig. 1 i eine perspektivische Ansicht eines mit der Einrichtung nach Fig. 10 verformten Werkstückes, Fig. 12 einen Längsschnitt des zur Formgebung die nenden Teiles eines fünften Ausführungsbeispieles, in welchem neuartige Dichtungsmittel eingesetzt sind, Fig. 13 den in Fig. 12 dargestellten Teil bei unter Druck stehenden Dichtungsmitteln, Fig. 14 und 15 modifizierte Dichtungsmittel bei verschiedenen Betriebszuständen, Fig. 16 einen Längsschnitt eines sechsten Ausfüh- rungsbeispieles,
das teilbare Wandmittel und Formen stücke aufweist, wobei das Werkstück in der oberen Hälfte im Zustand vor dem Verformen und in der unteren Hälfte nach dem Verformen dargestellt ist, Fig. 17 einen Längsschnitt eines Formenstückes nach Fig. 16, Fig. 18 eine Seitenansicht eines Formenstückes nach Fig. 16, Fig. 19 einen Längsschnitt eines siebten Ausfüh- rungsbeispieles in der Darstellung entsprechend Fig. 16,
Fig. 20 eine perspektivische Darstellung des For- menstückes nach Fig. 19, Fig. 21 einen Längsschnitt eines Teiles des For- menstückes nach Fig. 19, Fig. 22 und 23 das innere Formenstück nach Fig. 19 bzw. Einzelheiten davon, zur Illustration der Wirkung des hydraulischen Druckes.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zum Verfor men von Werkstücken weist als Hauptteile eine An triebspartie A, eine Druckerzeugungspartie B und eine Verarbeitungs- oder Formgebungspartie C auf.
Die Antriebspartie A weist einen relativ langen Zy linderblock 1 und ein mit diesem am einen Ende ver bundenes Ventilgehäuse 2 auf. Im Zylinderblock 1 ist ein hin und her bewegbares zylindrisches Hammer stück 3 angeordnet, das eine ringförmige Umfangsnut 4 aufweist. In einer Ausnehmung der Wand des Zylin derblockes 1 wird ein bolzenförmiges Verriegelungs- 0 <B>(x</B> ied 5 lose geführt und mittels einer Feder 6 gegen das Innere des Zylinderblockes 1 gepresst, derart, dass das innere Ende des Verriegelungsgliedes 5 in die Um fangsnut 4 des Hammers 3 eingreifen kann,
wenn sich das letztere in der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage befindet. In dieser Lage ist das Hammerstück 3 im Zylinderblock 1 verriegelt. Im Innern des Zylinderblok- kes 1 sind an beiden Enden Stossdämpfer 7, 8 an geordnet, welche die Schläge des sich im Betrieb hin und her bewegenden Hammerstückes 3 dämpfen. In einem Verbindungskanal 12, der das Innere des Zy linderblockes 1 am einen Ende mit dem Innern des Ventilgehäuses 2 verbindet, ist ein automatisch arbei tendes Sperrventil 9 angeordnet, das, wie später be schrieben wird, dazu dient, die Menge bzw. Geschwin digkeit der in den Zylinderblock 1 hineinströmenden Druckluft festzulegen.
Zum Umschalten der Druckluft zufuhr zu den beiden Endrn des Zylinderblockes 1 ist im Ventilgehäuse 2 ein mit mehreren Sitzen versehener, hin und her bewegbarer spindelförmiger Ventilkörper gleitbar angeordnet.
Das Ventilgehäuse 2 weist zahlrei che mit seinem Innenraum in Verbindung stehende Kanäle und mit diesen verbundene Druckluftleitungen auf, und zwar eine Druckluft-Zufuhrleitung 11, die mit einer nicht eingezeichneten Druckluftquelle verbunden ist, eine Öffnung zum Verbindungskanal 12, eine Durch lassöffnung 13, eine Luftleitung 14, die dazu dient, das Hammerstück 3 in seine Ausgangslage zu bringen, ein mit einem Luftspeicher 15 verbundener Kanal 16, ein von der Druckluft-Zufuhrleitung 11 abzweigender Ver bindungskanal 19, der über ein Drosselventil 18 zu einem Arbeitsventil 17 führt, sowie ein auf der ent gegengesetzten Seite der Druckluft-Zufuhrleitung 11 lie gender Kanal 20,
der das Innere des Ventilgehäuses 2 mit der zwischen dem Drosselventil 18 und dem Ar beitsventil 17 liegenden Partie des Verbindungskanals 19 verbindet.
Wenn sich der Ventilkörper 10 in der in Fig. 1 dargestellten oberen Endlage befindet, strömt die im Luftspeicher 15 gespeicherte Luft durch die Luftleitung 14 in den links vom Hammerstück 3 liegenden Innen raum des Zylinderblockes 1, wodurch das Hammer stück 3 nach rechts in seine Ausgangslage geschoben wird. Das bolzenförmige Verriegelungsglied 5 greift dann in die Umfangsnut 4 des Hammerstückes 3 ein und verriegelt dieses in seiner Ausgangslage. Durch öff nen des Arbeitsventils 17, das manuell, mechanisch oder elektromagnetisch geschehen kann, entweicht die sich unterhalb des Ventilkörpers 10 befindende Luft durch den Kanal 20, und der Ventilkörper 10 bewegt sich nach unten.
Infolgedessen strömt die Druckluft durch die Zufuhrleitung 11, den Verbindungskanal 12 und das automatische Sperrventil 9 in den rechts vom Ham merstück 3 liegenden Innenraum des Zylinderblockes 1. Sobald die auf das Hammerstück 3 wirkende Kraft ge nügend gross ist, löst sich dieses vom bolzenförmigen Verriegelungsglied 5, und das Hammerstück 3 wird nach links beschleunigt. Am linken Ende des Zylinder blockes 1 prallt das Hammerstück 3 auf den in der Druckerzeugungspartie B angeordneten Verdrängungs körper 21 und überträgt seine Bewegungsenergie auf den letzteren.
Die hydraulische Druckerzeugungspartie B weist ein Gehäuse 23 auf, das den hydraulischen Druckerzeu- gungsraum 22 umschliesst. Mit dem letzteren stehen zwei Kanäle bzw. Leitungen 26 bzw. 27 in Verbindung, die ein Entlüftungs- und Sicherheitsventil 24 bzw. ein als automatisches Zufuhrventil dienendes Rückschlag ventil 25 aufweisen. Der Kanal 26 öffnet sich nach aussen in die Atmosphäre, und die Leitung 27 steht mit einer Speisewasserquelle, beispielsweise mit dem Wasserleitungsnetz, in Verbindung. Der Verdrängungs körper 21 ist wasser- und luftdicht in einer zylindri schen Partie 28 des Gehäuses 23 geführt.
Der Druck erzeugungsraum 22 steht mit dem links anschliessenden Arbeitsraum 31 der Formgebungspartie C in Verbin dung. Der Arbeitsraum 31 ist im wesentlichen durch die Innenflächen des eingesetzten rohrförmigen Werk stückes 35 begrenzt, das entsprechend den Konturen der inneren Wandfläche 32 der Form 30 zu verformen ist. An der innern Wandfläche 32 der Form 30 münden Entlüftungskanäle 33, die sich nach aussen in die At mosphäre öffnen. .Ferner ist im flanschförmigen Ende des Arbeitsraumes 31 ein mit einem Entlüftungsventil versehener Kanal eingelassen.
Zwischen dem Werk stück 35 und den Endpartien der Wandungen 36 des Arbeitsraumes sind Dichtungsringe 37 angeordnet, die einen Eintritt des Wassers in die ausserhalb des Werk stückes 35 lieg nden Formhöhlungen verhindern.
Werden beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Druckerzeugungsraum 22 und der Arbeitsraum 31 mit Wasser gefüllt und wird anschliessend der Verdrängungs körper 21 vom Hammerstück 3 schlagartig in den Druckerzeugungsraum 22 getrieben, so pflanzt sich die impulsförmige Kraft als plötzlich auftretender Druck anstieg im Wasser in den Arbeitsraum fort, so dass das in der Form 30 eingesetzte Werkstück 35 unter der Wirkung des hydraulischen Druckes entsprechend den Konturen 32 der Form 30 so deformiert wird, bis es die Innenfläche derselben überall berührt (Fig. 2) und der Verformungsvorgang beendet ist.
Im folgendü n werden Verbesserungen und Modifi kationen der oben angeführten Einrichtung beschrieben. Bei dem durch die Fig. 3 bis 7 illustrierten zweiten Ausführungsbeispiel ist der Verdrängungskörper 3 in vertikaler Richtung im Führungszylinder 28 nach oben und unten bewegbar. Der Druckerzeugungsraum 22 be findet sich in der unteren Endpartie des Gehäuses 23.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Verdrängungs körper 3 ohne Zwischenschaltung eines Hammerstückes direkt von der antreibenden Druckluft b--aufschlagt. Die obere Partie des Druckerzeugungsraumes 22 weist eine verengte zylindrische Partie 38 auf, deren Durchmesser etwa gleich demjenigen des Führungszylinders 28 ist, und die oben an die zylindrische Partie 38 anschliessende Partie 41 ist nach oben schalenförmig ausgeweitet. Vom Druckerzeugungsraum 22 führt ein Kanal 39 in den in der Zeichnung nicht dargestellten Arbeitsraum.
Im Ruhezustand befindet sich der Wasserspiegel 40 etwas oberhalb des oberen Endes der schalenförmigen Partie 41, und die Distanz des Wasserspiegels 40 vom obern Rand a der verengten zylindrischen Partie 38 des Druck erzeugungsraumes 22 entspricht der in Fig. 3 eingezeich- neten Höhe h. Das untere Ende 42 des Verdrängungs körpers weist eine konvexe Form auf, die im vorliegen den Beispiel etwa einer Halbkugel entspricht.
Wird der Verdrängungskörper 3 von oben mit Druckluft beaufschlagt, so wird er beschleunigt und schiesst mit hoher Geschwindigkeit in die zylindrische Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22, wodurch im Wasser ein schlagartig sich ausbreitender Druckanstieg erzeugt wird.
In der rechten Hälfte der Fig. 3 ist der Verdrängungskörper 3 in einer Lage eingezeichnet, die er kurz vor dem Berühren der Wasseroberfläche 40 einnimmt, und in der linken Hälfte ist der Verdrän gungskörper 3 in ausgezogenen Linien unmittelbar vor dem Erreichen der oberen Randkante a der zylindri schen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 dar gestellt, und in gestrichelten Linien ist die Lage des sich bereits in der zylindrischen Partie 38 befindenden Verdrängungskörpers 3 eingezeichnet.
Schiesst der Verdrängungskörper 3 mit hoher Ge schwindigkeit auf die Wasseroberfläche 40 zu, so ver ändert diese ihre Gestalt unter der Wirkung des dem Verdrängungskörper 3 voraneilenden Winddruckes. Da die nach unten gerichtete Endpartie 42 des Verdrän gungskörpers 3 die oben beschriebene konvexe Gestalt aufweist, kann der Verdrängungskörper in das Wasser eintreten, ohne unzulässig starke Störung der Wasser oberfläche. Eine Momentaufnahme kurz vor dem Ein tritt des Verdrängungskörpers 3 in das Wasser ist in Fig. 7 dargestellt.
Falls sich während des Aufpralles des Verdrängungskörpers auf die Wasseroberfläche 40 Luft blasen bilden und sich diese mit dem Wasser mischen, so hat dies einen Energieverlust zur Folge, da ein Teil der Energie des Verdrängungskörpers während der Er zeugung des Druckanstieges durch die Kompression der Luftblasen verlorengeht. Infolgedessen muss die Ein trittsstelle entsprechend gestaltet sein.
Beim Eintreten des Verdrängungskörpers 3 ins Was ser quillt dieses so lange zwischen dem Verdrängungs körper 3 und den Wandungen der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 hervor, bis der obere Rand der unteren Endpartie 42 des Verdrängungskör pers 3 die Randkante a (Fig. 6) der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 erreicht hat. Anschliessend beginnt der Verdrängungskörper 3 das Wasser im Druckerzeugungsraum 22 zu komprimieren, was zu einem impulsförmigen Druckanstieg führt.
Die Innenfläche der schalenförmigen Partie 41 oberhalb der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 und die zwischen dem untern Ende 42 und der zylindri schen Partie des Verdrängungskörpers 3 liegende Zwi schenpartie sind vorzugsweise derart gestaltet, dass das beim Eintritt des Verdrängungskörpers 3 verdrängte Wasser als möglichst kompakte Masse nach oben quillt, und dass Streu- und Spritzeffekte vermieden werden. Auf diese Weise können sich keine Luftblasen mit dem Wasser mischen, und die Bewegungsenergie des Verdrängungskörpers 3 wird wirkungsvoll ausgenützt. Vorzugsweise wird die Randkante a mit einer Run dung 43 (Fig. 4) versehen.
Da sich die Randkante a unter dem Einfluss der hohen Wassergeschwindigkeiten beim Hervorquellen des Wassers im Laufe der Zeit ab nützt, dient die Rundung 43 auch zur Erhöhung der Dauerfestigkeit der Kante a. Damit ab und zu auftre tende Luftblasen aus der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 entweichen können, sind am Umfang der Randkante a eine Anzahl kurzer vertikal gerichteter Schlitze 44 (Fig. 4 und 5)
eingelassen. Ferner ist bei der in Fig. 5 dargestellten Variante in der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsrau- mes 22 eine Labyrinthdichtung 45 in der Gestalt einiger innerer Umfangsnuten angeordnet, die einem Druckver lust durch den zwischen dem Verdrängungskörper 3 und der Innenwand der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 entgegenwirkt.
Da sich der Wasserdruck infolge der hohen Geschwindigkeit des Verdrängungskörpers 3 schlagartig innert kürzester Zeit (Grössenordnung einige Millisekunden) auf einen hohen Wert erhöht, ist die den Wasser- und Druckverlust be grenzende Labyrinthdichtung 45 sehr erwünscht. Die Bildung und Mischung von Luftblasen mit dem Wasser lässt sich insbesondere durch sorgfältige Wahl der Höhe h der schalenförmigen Partie 41 vermeiden, da sich durch richtige Wahl der kritischen Dimensionen eine Synchronisierung des Hervorquellens des Wassers und der Bewegung des Verdrängungskörpers 3 errei chen lässt.
Eine Möglichkeit, die Bildung von Luftblasen und deren Mischung mit dem Wasser zu vermeiden, kann darin bestehen, direkt oberhalb der Wasseroberfläche 40 ein metallisches oder nichtmetallisches Trennorgan, beispielsweise eine Membran aus Gummi oder derglei chen, anzuordnen. Es ist in einem solchen Fall jedoch vorteilhaft, die Einrichtung so zu gestalten, dass der Verdrängungskörper 3 vor dem Erreichen des Trenn organs (Membran) bereits einen Teil seiner Bewegungs energie abgibt.
Unabhängig davon, wie die Konstruktion im einzel nen beschaffen ist, ist es wesentlich, dafür zu sorgen, dass möglichst die gesamte Bewegungsenergie des Ver drängungskörpers 3 mit hohem Wirkungsgrad direkt in den schlagartigen Druckanstieg in der Flüssigkeit um gesetzt wird, und dass die geeigneten Massnahmen zum Verhindern der Luftblasenbildung getroffen werden. Insbesondere ist eine Mischung von Luftblasen mit dem Wasser zu verhindern.
Das in Fig. 8 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist einen Gehäusekörper 46, eine mit einer Form höhlung 55 versehene Form 47, einen Verdrängungs körper 48, eine Pumpe 49, ein Rückschlagventil 50, einen Dichtungsring 51, ein zu verformendes Werk stück 52 und einen in die Formhöhlung 55 münden den Entlüftungskanal 53 auf. Der vom Gehäusekörper 46 und vom Werkstück 52 begrenzte Druckraum 54 ist mit Wasser gefüllt. Der Verdrängungskörper 48 ist in einer zylindrischen Ausnehmung der Seitenwandung des Gehäusekörpers geführt und kann zur Erzeugung des impulsartig ansteigenden Druckanstieges im Wasser schlagartig bewegt werden, beispielsweise mit der An triebspartie A gemäss Fig. 1.
Die Pumpe 49 ist über eine Zuleitung und das Rückschlagventil 50 mit dem Druckraum 54 verbunden. Bei diesem Ausführungsbei spiel erzeugt der sich hin und her bewegende Verdrän gungskörper 48 jeweils bei seiner gegen den Druck raum 54 gerichteten Bewegung einen impulsförmigen Druckanstieg im Wasser. An Stelle von Wasser kann aber auch eine andere geeignete Flüssigkeit über die Pumpe 49 und das Rückschlagventil 50 in die Druck kammer gespeist werden. Die Pumpe 49 kann eine Zahnradpumpe oder eine gewöhnliche Kolbenpumpe sein. Falls ein Wasserversorgungsnetz mit genügend ho hem Druck zur Verfügung steht, kann auf den Einsatz der Pumpe 49 verzichtet werden.
Das zu verformende Werkstück 52, beispielsweise eine Stahlplatte, wird über den Dichtungsring 51 auf den Gehäusekörper 46 gelegt, und anschliessend wird die den Entlüftungskanal aufweisende Form 47 auf das Werkstück gesetzt. Das verformte Werkstück 56, des- sc -, Gestalt eine teilbare Form 47 bedingt, ist in Fig. 9 dargestellt.
Das in Fig. 11 dargestellte vierte Ausführungsbei spiel weist eine den Druckraum 54 koaxial umgebende Formhöhlung 55 auf, die einerseits von der Umfangs fläche des Werkstückes 52 und anderseits von der In nenfläche der Form 47 bzw. des Gehäusekörpers 46 be grenzt ist. Die Formhöhlung 55 steht über einen Ent lüftungskanal 53 mit der Atmosphäre in Verbindung. Zwischen dem Werkstück 52 und der Form 47 bzw. dem Gehäusekörper 46 angeordnete Dichtungsmittel 51 verhindern den Eintritt des unter Druck stehenden Was sers in die Formhöhlung 55. Wie aus der Fig. 10 hervorgeht, dient der Gehäusekörper 46 auch als Teil der Form. Abgesehen davon sind der allgemeine Auf bau und die Wirkungsweise praktisch gleich wie beim dritten Ausführungsbeispiel.
Je nach der Gestalt des zu formenden Werkstückes können Gehäusekörper 46 und Form 47 den speziellen Gegebenheiten angepasst werden. Zum einfachen Herausnehmen des in Fig. 11 dar gestellten verformten Werkstückes 56 wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Form 47 vorteilhaft teil bar ausgeführt.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise des in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispieles ist wie folgt: Mit tels der Pumpe 49 wird Wasser durch das Rückschlag ventil 50 in den Druckraum 54 gepumpt. Nachdem das zu verformende Materialstück 25 auf den oben im Ge häusekörper 46 angeordneten Dichtungsring gelegt ist, wird die Form 47 aufgesetzt und mittels geeigneten Be festigungsmitteln mit dem Gehäusekörper 46 verbun den. Das am Ausgang der Pumpe 49 einen verhältnis mässig geringen Druck aufweisende Wasser füllt den gesamten Druckraum 54 unterhalb des zu verformen den Werkstückes 52. Unter der Wirkung des Wasser druckes wird der Verdrängungskörper 48 nach aussen in seine Endlage bewegt, in welcher er in Fig. 8 ein gezeichnet ist.
Da die oberhalb des Werkstückes 52 liegende Formenhöhlung 55 mit einem Entlüftungskanal 53 versehen ist, herrscht in der Formenhöhlung 55 der äussere Atmosphärendruck.
Wird nun dem Verdrängungskörper 48 von aussen, beispielsweise mit einem Drucklufthammer, ein Schlag versetzt, so wird dessen impulsförmig wirkende Kraft auf das sich im Druckraum 54 befindende Wasser über tragen und in diesem innert kürzester Zeit ein Druck anstieg hervorgerufen. Der ansteigende hydraulische Druck wirkt auf die untere Oberfläche des Werkstückes 52, wodurch dieses mindestens teilweise entsprechend den Konturen der Formenhöhlung 55 deformiert wird. Infolge des Rückschlagventils 50 ist die Pumpe 49 dem schlagartigen Druckanstieg nicht ausgesetzt.
Da ferner die Kompressibilität des Wassers gering ist, entspricht das vom Verdrängungskörper 48 verdrängte Wasservo lumen im wesentlichen dem die Verformung des Werk stückes 52 dienenden Volumen. Falls das Volumen der Formenhöhlung 55 verhältnismässig klein ist, ist der Verformungsprozess in einer kurzen Zeit beendet. Wäh rend des Verformungsvorganges führt die Pumpe 49 dem Druckraum 54 jeweils dann weiteres Wasser zu, wenn der vom Schlag auf den Verdrängungskörper 48 herrührende Druckanstieg abgeklungen ist. Auf diese Weise wird der Verdrängungskörper 48 jeweils nach jedem Schlag in seine Ausgangslage zurückgeschoben.
Da die Formhöhlung 55 über den Entlüftungskanal 53 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, bildet sich auf der Oberseite des Werkstückes kein hoher Gegen druck.
In den Fig. 12 bis 15 ist ein weiteres Ausführungs beispiel dargestellt, das als Hauptteile eine Form 57 und zwei an dieser anliegende Endflanschen 58 und 59 auf weist, wovon der eine 59 einen nach innen vorsprin genden Kanal 61 aufweist, der in eine nach aussen ge richtete Zuleitung 66 mündet, welch letztere mit einer nicht dargestellten Vorrichtung zum Erzeugen eines im pulsartigen hydraulischen Druckanstieges verbunden ist. Die Form 57 weist einen Hohlraum auf, in welchen ein zu verformendes Werkstück 60 eingesetzt ist. In den gegen den Hohlraum der Form 57 gerichteten Sei tenpartien der Flansche 58 und 59 ist je ein Dichtungs element 62 und 63 angeordnet.
Wird im mit Wasser gefüllten Druckraum mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung schlagartig, beispiels weise innerhalb 0,2 Millisekunden, ein Druckanstieg von einigen hundert kg/cm2 erzeugt, so wirkt dieser Druck auf die Innenfläche des zu verformenden Werk stückes 60, wodurch dieses die aus Fig. 13 hervorge hende Gestalt annimmt. Die Dichtungselemente 62 und 63 dienen dazu, den vom Werkstück 60 gebildeten Druckraum nach aussen, insbesondere gegen die Form höhlung, abzudichten. Wie beim vorhergehenden Aus führungsbeispiel, steht auch beim hier vorliegenden die Formhöhlung über einen Entlüftungskanal mit der äu sseren Atmosphäre in Verbindung.
Da der zur Anwen dung gelangende Druck sehr hoch ist und das zwischen den Dichtungselementen 62 und 63 angeordnete Werk stück 60 sich im Laufe des Verformungsvorganges ver kürzt, weisen die Dichtungselemente 62 und 63 einen. solchen Querschnitt auf, dass sie ihre Aufgabe auch bei stark verkürztem Werkstück 60 noch erfüllen.
Die für den genannten Zweck geeigneten Dichtungs elemente 62 und 63, in welche die Endpartien des rohrförmigen Werkstückes 60 eingreifen, sind aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem harten Gummi, angefertigt. Die Tiefe 1 der ringförmigen Schlitze der Dichtungselemente ist dabei in Anbetracht der beschriebenen Verkürzung des Werkstückes 60 ge nügend gross gewählt. Ferner weisen die Dichtungsele mente gegen den mit Wasser gefüllten Druckraum ge richtete Lippen 64, 65 auf, welche unter der Wirkung des Wasserdruckes gegen das Werkstück gepresst werden.
In den Fig. 14 und 15 sind Varianten dargestellt, die sich nur durch eine nach innen vorspringende Partie 67 am Blindflansch 58 von der in der Fig. 12 bzw. 13 gezeichneten Einrichtung unterscheiden. Diese vor springende Partie 67 gibt der Lippe 64 des Dichtungs elementes 62 bereits eine gewisse Vorspannung. Die Ausnehmung, in welcher das Dichtungselement 62 ein gesetzt ist, weist einen sich nach aussen öffnenden Ent lüftungskanal 68 auf.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der Einrichtung nach den Fig. 12 bis 15 ist wie folgt: Zuerst werden die Dichtungselemente 62 und 63 auf die entsprechen den Enden des zu verformenden Werkstückes 60 ge schoben. Anschliessend werden die zwei- oder dreiteilige Form 57, der Blindflansch und der den Zuleitungs kanal 66 aufweisende Flansch 59 mit dem eingesetzten Werkstück 60 zusammengesetzt und der Zuleitungska nal 66 mit einer hydraulischen Druckerzeugungseinrich- tung verbunden.
Der vom Werkstück 60 umschlossene Arbeitsraum wird mit Wasser gefüllt und mit dem von der Druckerzeugungseinrichtung erzeugten impulsförmi- gen Druck beaufschlagt. Unter der Wirkung des Druk- kes wird das Werkstück 60 entsprechend der Gestalt der Formhöhlung verformt (Fig. 13), wobei sich die Lippen 64 und 65 der Dichtungselemente 62 und 63 unter der Wirkung des Druckes satt ans Werkstück 60 anschliessen und den Arbeitsraum zuverlässig gegen die Formhöhlung abdichten.
Je höher der hydraulische Druck ist, desto stärker werden die Lippen 64 und 65 ans Werkstück 60 gepresst, so dass trotz der Längen kontraktion des Werkstückes 60 eine zuverlässige Dich tungswirkung aufrechterhalten wird. Ferner wird durch die Gestalt des durch die öffnung des Dichtungsele mentes 63 nach innen vorspringenden Kanals 61 eine direkte dynamische Druckbeaufschlagung der Rückseite des Dichtungselementes 63 vermieden, so dass dessen Dichtungswirkung nicht verringert wird.
Die in Fig. 14 und 15 dargestellte Variante der Einrichtung ist für das Verformen mit hohem hydraulischem Druck geeignet, während die in Fig. 12 und 13 dargestellte Variante den Anforderungen bei niedrigerem Druck genügt.
In den Fig. 16 bis 23 ist ein weiteres Ausführungs beispiel dargestellt, bei welchem das zu verformende Werkstück die Gestalt eines Rohres 69 hat. Auf die Innenseite des Rohres 69 wirkt ein hoher hydrauli scher Druck, der das Rohr 69 entsprechend der Ge stalt der Formenstücke 70 verformt. Das Formenstück 70 weist im allgemeinen ein oder mehrere elastische Bandelemente 72 aus Federstahl auf, die um ein Ma trizenstück 71 gewunden sind. Die inneren Teile 71, 73 sind in zwei oder mehr Teile aufgeteilt und zum einfachen Entformen des verformten Werkstückes zer legbar.
Nach Bedarf sind auf beide Seiten der zu ver formenden Partie einteilige Führungsstücke 73 auf das zu verformende Rohr 69 geschoben, die am Ende des Verformungsvorganges wieder entfernt werden. Wird entsprechend Fig. 16 ein Gehäuserohr 74 über die For- menstücke 70 geschoben, so ist es nicht nötig, die Band elemente 72 gegen selbsttätiges Lösen zu sichern, da die Aussenseiten der Bandelemente 72 am Gehäuserohr 74 anliegen.
Die in Fig. 19 dargestellte Variante der Ein richtung unterscheidet sich von der in Fig. 16 dar gestellten dadurch, dass das äussere Ende der zu einem einzigen Stück vereinigten Bandelemente 72 mittels einer Schraube 75 festgehalten ist (Fig. 20 und 21) und nicht von einem über die Formenstücke 70 geschobenen Gehäuserohr 74 (Fig. 16).
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der in Fig. 16 dargestellten Einrichtung ist wie folgt: Das zu verfor mende Werkstück 69 wird in die Führungsstücke 73 eingeschoben, dann werden die je aus mindestens zwei Teilen bestehende Matrizenstücke 71 an den voraus bestimmten Stellen an das Werkstück 69 angelegt und mittels der elastischen Bandelemente 72 umwunden. Die Bandelemente 72 müssen nun so befestigt werden, dass sie sich nicht von den Matrizenstücken 71 lösen. Dies lässt sich auf bemerkenswert einfache Weise mit tels eines zweigeteilten Gehäuserohres 74 erreichen.
Nun wird der Innenraum des zu verformenden Rohres 69 mit Wasser gefüllt und durch eine der bereits ge nannten Vorrichtungen der Druck im Wasser schlag artig erhöht. Unter der Wirkung des hohen Druckes wird das Rohr entsprechend den Konturen der Formen stücke 70 und den Rändern der Führungsstücke 73 ausgebaucht und plastisch deformiert. Nach Beendigung des Verformungsvorganges werden das Gehäuserohr 74 entfernt, die Bandelemente 72 abgewunden, die geteil- ten Matrizenstücke 71 vom verformten Rohr 69 abgeho ben und das letztere aus den Führungsstücken 73 ge zogen.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der in Fig. 19 dargestellten Einrichtung ist analog der in Fig. 16 dar gestellten mit der Ausnahme, dass das um das Matri- zenstück 71 gewundene Bandelement 72 mittels der Schraube 75 befestigt wird und nicht von einem Ge häuserohr 74 gehalten wird.
Die Wirkungsweise der eben beschriebenen Einrich tungen wird im folgenden noch theoretisch untersucht. Da das Bandelement 72 satt um das Matrizenstück 71 gewunden ist, wirkt auf jede der Berührungsflächen der inneren Lagen des Bandelementes 72 mit den daran anliegenden äusseren Lagen, sowie auf die Berührungs flächen der innersten Lage des Bandelementes 72 mit dem Matrizenstück 71 eine Reibungskraft.
Wird das Matrizenstück 71 unter der Wirkung des während des Verformungsvorganges herrschenden hydraulischen Druckes nach aussen gepresst, so wirkt die Differenz zwischen der Kraft, die die Tendenz hat, das aufgewun dene Bandelement 72 zu lösen (Zugkraft), und der in der entgegengesetzten Richtung wirkenden Reibungs kraft als resultierende Kraft auf das Bandelement 72 (Fig. 23). Diese resultierende Kraft nimmt beim Band element 72 in der Richtung von innen nach aussen jeweils um einen der Reibungskraft entsprechenden Be trag ab und erreicht nach einer genügenden Anzahl Windungen den Wert null.
Die äussern Windungen eines Bandelementes, dessen Windungszahl die genannte ge nügende Anzahl überschreitet, werden daher nicht mehr auf Zug beansprucht. Die in Fig. 16 bzw. 19 dargestellte Festhaltevorrichtung für das Bandelement 72 (Gehäuse rohr 74 bzw. Schraube 75) ist daher ausreichend, um das Bandelement vor dem Lösen unter der Wirkung des hydraulischen Druckes zu sichern.
Die oben erwähnte Reibungskraft ist gegeben durch li.pA, wobei 1c den Reibungskoeffizienten des Band elementes, p den auf eine Flächeneinheit wirkende hy draulische Druck und A die Grösse der Berührungsflä che bezeichnen. Der auf die innerste Windung des Band elementes wirkende Zug ist proportional zu pd/2, wobei d den innern Durchmesser der innersten Windung des Bandelementes 72 bedeutet. Der Druck p nimmt ab mit zunehmender Windungszahl des Bandelementes 72.
Unter der Annahme, dass der Druck p konstant ist, muss folgende Beziehung erfüllt sein, damit sich das Bandelement nicht löst:
EMI0005.0068
Daraus folgt für die minimale Windungszahl n des Bandelementes 72 <I>n ></I> 2/,u j7.
Ist beispielsweise ,u = 0,2, so genügen 3,2 Windun gen, damit sich das Bandelement nicht löst.
Es ist daher möglich, das geteilte Matrizenstück 71 auf einfache Weise gegen die Wirkung eines hohen hydraulischen Druckes in der gewünschten Lage zu halten, denn die auf das Bandelement wirkende Zug kraft nimmt infolge der auftretenden Reibungskraft mit zunehmender Windungszahl ab und erreicht nach eini gen Windungen bereits den Wert null, unabhängig von der Anzahl der noch folgenden Windungen. Die Wahl der Dicke t des Bandelementes 72 kann vorzugsweise nach der Gleichung<I>2</I> ,u <I>t</I> a = pd erfolgen, in wel- eher b die zulässige Zugbeanspruchung des Materials des Bandelementes bedeutet.