DE10040595A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Umformen eines Werkstück-Endbereichs - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Umformen eines Werkstück-EndbereichsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Endbereichs, insbesondere zum Kalt-Pressumformen eines Rohrendbereichs, wobei ein erstes Kraftübertragungselement zum Einspannen des Werkzeuges und ein zweites Kraftübertragungselement zur Ausführung der Umformung vorgesehen sind. Gemäß der Erfindung wird ein Druckmedium in einen sich zwischen erstem und zweitem Kraftübertragungselement erstreckenden Druckraum (26) eingeleitet, wobei das erste Kraftübertragungselement (7) zum Einspannen des Werkstücks (2) betätigt wird und nach dem Umformen unter Ausnutzung eines Drucks in demselben Druckraum (26) das zweite Kraftübertragungselement (9) in eine Ausgangsposition zurückbewegt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines
Endbereichs eines Werkstücks, insbesondere zum Kalt-
Pressumformen eines Rohrendbereichs. Es ist bekannt, das
Werkstück unter Verwendung eines ersten hydrodynamisch
betätigbaren Kraftübertragungselements einzuspannen und den
Endbereich durch direkte oder indirekte Krafteinwirkung eines
zweiten hydrodynamisch betätigbaren Kraftübertragungselements
umzuformen. Unter einem hydrodynamisch betätigbaren Kraft
übertragungselement wird ein Körper verstanden, der auf
hydraulische und/oder pneumatische Weise betätigbar ist. Bei
den meist hohen Kräften, die zur Umformung eines Werkstücks
erforderlich sind, wird zweckmäßigerweise eine hydraulische
Betätigung gewählt.
Aus der DE 195 11 447 A1 ist eine zum Umformen eines
Rohrendbereiches geeignete Vorrichtung bekannt. Diese
Vorrichtung weist eine Aufnahme für austauschbare Spannbacken
zum Einspannen des Rohres auf. Durch einen ersten hydraulisch
betätigbaren Kolben werden die Spannbacken mit Druck
beaufschlagt, um das Rohr einzuspannen. Der erste Kolben weist
eine zentrale Durchgangsöffnung auf, in der eine Kolbenstange
eines zweiten hydraulisch betätigbaren Kolbens geführt ist. Die
beiden Kolben sind somit hintereinander angeordnet und koaxial
zueinander geführt.
Durch die zentrale, durchgehende Öffnung in dem ersten Kolben
hindurch kann die mit einem Umformwerkzeug versehene
Kolbenstange des zweiten Kolbens auf den Rohrendbereich
einwirken, indem der Rohrendbereich in axialer Richtung
gestaucht wird. Dabei verformt sich der Endbereich entsprechend
der Formgebung des Umformwerkzeuges und der Spannbacken.
In spezieller Ausgestaltung weist die bekannte Vorrichtung ein
dreiteiliges Gehäuse auf. Ein erster Gehäuseteil hat eine erste
Bohrung, in der der erste, ringförmige Kolben mit seinem Mantel
geführt ist, und hat eine zweite Bohrung, in der der zweite
Kolben mit seiner Kolbenstange geführt ist. Die zweite Bohrung
hat einen geringeren Durchmesser als die erste Bohrung. Auf
diese Weise ist für den Mantel des ersten, ringförmigen Kolbens
ein Anschlag gebildet, der die maximal zurückgefahrene Position
des ersten Kolbens definiert. Zwischen den Anschlag und den
Kolbenmantel kann eine Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des
ersten Kolbens eingeleitet werden. Einen weiteren Teil des
dreiteiligen Gehäuses bildet ein mit dem ersten Teil
verschraubbares Gehäuseendstück, das eine zylindrische Bohrung
zur Führung des Endstücks des zweiten Kolbens aufweist. In
Betätigungsrichtung des zweiten Kolbens bildet der erste
Gehäuseteil einen Anschlag. Zwischen den Anschlag und den
zweiten Kolben kann wiederum ein Hydraulikmedium eingeleitet
werden, um den zweiten Kolben nach dem Umformen des Rohres
zurückzuholen. Der entsprechende Hydraulikraum zur Aufnahme der
Hydraulikflüssigkeit ist gegen den ersten Hydraulikraum
zwischen dem Mantel des ersten Kolbens und dessen rückwärtigen
Anschlag abgedichtet. Der dritte Teil des dreiteiligen Gehäuses
bildet die Aufnahme für die Spannbacken und für die vorderen
Teile des ersten und des zweiten Kolbens bzw. für das Umform
werkzeug. Das Umformwerkzeug ist derart gestaltet und mit dem
vorderen Endbereich der Kolbenstange des zweiten Kolbens
verbunden, daß beim Rückholen des zweiten Kolbens der erste
Kolben mitgenommen wird und so die Spannbacken druckentlastet
werden. Hierzu weist die zentrale Durchgangsöffnung des ersten
Kolbens einen rückwärtigen Anschlag auf. Das mit der aus der DE 195 11 447 A1
bekannten Vorrichtung durchzuführende
Umformverfahren ist insoweit mit Nachteilen behaftet, als
sowohl eine Steuerung des Verfahrensablaufes mit Beginn und
Ende des Umformvorganges wie auch eine Überprüfung von Werkzeug
und umzuformenden Rohr vor Beginn der Umformung weder
vorgesehen noch aufgrund der Kopplung der beiden Kolben bei
ihrer Rückbewegung möglich sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Umformen eines Werkstück-Endbereiches anzugeben, welches
eine bessere Steuerung des Umformvorganges wie auch eine
Kontrolle von Umformwerkzeug beziehungsweise umzuformendem
Werkstück sowie des Ergebnisses der Umformung ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich
vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung
nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht hierzu zunächst vor, ein Druckmedium in
einen sich zwischen einer ersten Oberfläche des ersten
Kraftübertragungselements und einer zweiten Oberfläche des
zweiten Kraftübertragungselements erstreckenden Druckraum
einzuleiten. Unter Ausnutzung eines Drucks in dem Druckraum auf
die erste Oberfläche wird das erste Kraftübertragungselement
zum Einspannen des Werkstücks betätigt. Nach dem Umformen des
Endbereichs wird unter Ausnutzung eines Drucks in demselben
Druckraum auf die zweite Oberfläche das zweite Kraftübertra
gungselement in eine Ausgangsposition zurückbewegt. In den
Druckraum ist demnach ein Druckmedium sowohl zur Betätigung des
ersten Kraftübertragungselements als auch zum Lösen des zweiten
Kraftübertragungselements einleitbar, womit der Vorteil einer
besseren Steuermöglichkeit für den Umformvorgang verbunden ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise eine
Länge des Druckraums zwischen der ersten Oberfläche und der
zweiten Oberfläche vor dem Umformen des Werkstücks eingestellt,
um einen definierten Arbeitsweg vorzugeben. Anschließend können
die beiden Kraftübertragungselemente bei konstanter
Relativposition zueinander bewegt werden, bis das Werkstück
eingespannt ist. Wiederum danach kann dann das zweite Kraft
übertragungselement genau um die voreingestellte Länge des
Druckraums gegen das erste Kraftübertragungselement bewegt
werden, so daß das eingespannte Werkstück um einen dieser Länge
entsprechenden Weg gestaucht werden. Insbesondere durch das
Aneinanderstoßen der ersten Oberfläche und der zweiten
Oberfläche wird der Umformvorgang beendet.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Länge des
Druckraums direkt oder indirekt gemessen, um die Länge auf das
gewünschte Maß einzustellen. Insbesondere wird die Länge
indirekt durch einen Abstandssensor gemessen, der auf eine
Fläche gerichtet ist, deren Abstand von dem Abstandssensor sich
abhängig von der Länge des Druckraums ändert. Eine derartige
Fläche ist beispielsweise eine sich konusartig erweiternde
Außenfläche des ersten Kraftübertragungselements. Es ist
vorteilhaft, wenn ein berührungslos messender Abstandssensor
eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird Folgendes zum Steuern des Betriebs der
Umformvorrichtung vorgeschlagen:
Es wird ein berührungslos messender Sensor vorgesehen, der abhängig davon, ob das umzuformende Werkstück in einer Startposition ist, in der das Einspannen und/oder Umformen gestartet werden kann, ein Signal ausgibt. Der Sensor ist insbesondere ein Abstandssensor, der in einer Meßrichtung den Abstand zu dem nächstliegenden Gegenstand mißt. Derartige, beispielsweise unter Verwendung von Laserstrahlung arbeitende, Sensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Es wird ein berührungslos messender Sensor vorgesehen, der abhängig davon, ob das umzuformende Werkstück in einer Startposition ist, in der das Einspannen und/oder Umformen gestartet werden kann, ein Signal ausgibt. Der Sensor ist insbesondere ein Abstandssensor, der in einer Meßrichtung den Abstand zu dem nächstliegenden Gegenstand mißt. Derartige, beispielsweise unter Verwendung von Laserstrahlung arbeitende, Sensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
In diesem Fall braucht das Werkstück lediglich in die
Startposition gebracht werden, um das Signal zu erzeugen.
Insbesondere ist zum Steuern des Einspann- und/oder
Umformvorganges eine Steuerung vorgesehen, die über eine
Signalverbindung mit dem Sensor verbunden ist. Auf das Signal
hin kann dann, insbesondere automatisch, mit dem Einspannen
und/oder Umformen begonnen werden.
Insbesondere wird bei der berührungslosen Messung eine
Abmessung des umzuformenden Werkstücks gemessen, bzw. ein
Meßwert gemessen, der ein eindeutiges Maß für die Abmessung des
umzuformenden Werkstücks ist. Wird beispielsweise ein Rohr
umgeformt, so bietet es sich an, den Rohrdurchmesser zu messen.
Dies erlaubt vor dem Start des Einspannens und/oder des
Umformens eine Überprüfung, ob ein Werkstück mit den
gewünschten Abmessungen zum Umformen bereitsteht. Wird nicht
das richtige Werkstück in eine Startposition gebracht oder wird
überhaupt kein Werkstück in die Startposition gebracht, wird
auch nicht das Startsignal erzeugt. Ein unbeabsichtigtes
Betätigen der Umformvorrichtung bzw. das Bearbeiten eines
Werkstücks mit falschen Abmessungen kann somit vermieden
werden. Ein wesentlicher Vorteil davon liegt darin, daß auf
einfache Weise Sicherheitsvorschriften zum Schutz von
Bedienungspersonal eingehalten werden können und gleichzeitig
eine Beschädigung der Vorrichtung, etwa durch zu große
Werkstücke, verhindert werden kann.
Weiterhin wird vorgeschlagen, vor dem Starten des Einspann-
und/oder Umformvorganges automatisch festzustellen, ob ein
geeignetes Einspann- und/oder Umformwerkzeug vorhanden und/oder
richtig positioniert ist. Hierzu ist insbesondere ein
berührungslos messender Sensor vorgesehen, der abhängig davon,
ob ein geeignetes Einspann- und/oder Umformwerkzeug vorhanden
und/oder richtig positioniert ist, ein Signal ausgibt. Eine
derartige Werkzeugerkennung kann mit der oben beschriebenen
Sensorik zur Erzeugung eines Startsignals kombiniert werden, um
noch eine größere Sicherheit gegen Fehlbetätigung und
Fehlfunktionen zu erhalten. Insbesondere kann derselbe Sensor
zur Messung der Startposition und zur Messung des
Vorhandenseins und/oder der Positionierung des Werkzeugs
verwendet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise zunächst das
Vorhandensein und/oder die richtige Position des Werkzeugs
gemessen bzw. bestimmt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, einen Sensor vorzusehen, der
berührungslos den Fortschritt der Umformung des Werkstücks
mißt. Insbesondere kann weiterhin eine Steuerung vorgesehen
werden, die ein Signal des Sensors empfängt und, nachdem die
Umformung ausreichend weit fortgeschritten ist, den
Umformungsvorgang beendet.
Weiterhin wird noch vorgeschlagen, eine Anzeigeeinrichtung
vorzusehen, durch die gemessene Betriebszustände und/oder
Betriebsphasen der Vorrichtung angezeigt werden. Derartige
gemessene Betriebszustände sind insbesondere "Einspann-
und/oder Umformwerkzeug korrekt montiert bzw. positioniert",
"Abmessung des Werkstücks paßt zu dem Werkzeug bzw. zu den
Werkzeugen", "Werkstück ist eingespannt", "Werkstück ist
umgeformt", "Ergebnis der Umformung ist geprüft und in Ordnung"
und/oder "Umgeformtes Werkstück kann entnommen werden".
Anzuzeigende Betriebsphasen der Vorrichtung sind insbesondere
"Länge des Druckraums bzw. Stauchlänge wird eingestellt", "Das
Werkstück wird eingespannt", "Das Werkstück wird umgeformt"
und/oder "Das Werkstück wird freigegeben".
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand eines
Ausführungsbeispiels einer zur Durchführung des Verfahrens
geeigneten Vorrichtung beschrieben hierzu zeigen:
Fig. 1 Einen Längsschnitt durch eine Umformvorrichtung
und - schematisch - deren Verbindung mit einer
Steuerung und einer Anzeigeeinrichtung,
Fig. 2 einen Betriebszustand der in Fig. 1 dargestellten
Umformvorrichtung mit einem Werkstück in einer
Startposition,
Fig. 3 die Umformvorrichtung am Ende einer
Betriebsphase, in der ein Umformungsweg
eingestellt wird,
Fig. 4 die Umformvorrichtung, nachdem das Werkstück
eingespannt wurde, und
Fig. 5 die Umformvorrichtung, nachdem das Werkstück
umgeformt wurde.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Umformvorrichtung 1.
Die Umformvorrichtung 1 weist ein Basisgehäuse 3 mit einer zen
tralen zylindrischen Bohrung auf, so daß eine Zylinderfläche 4
gebildet ist. Im Bereich des offenen Endes des Basisgehäuses 3
ist ein Aufnahmegehäuse 5 zur Aufnahme von Spannbacken 31 ange
ordnet. Die Zylinderfläche 4 ist als Führungsfläche zur Führung
der Bewegung eines äußeren Kolbens 7 und zur Führung der Bewe
gung eines inneren Kolbens 9 ausgestaltet. Der innere Kolben 9
füllt am geschlossenen Ende der Zylinderbohrung den Querschnitt
der Zylinderbohrung nahezu vollständig aus. In Richtung auf das
offene Ende der Zylinderbohrung erstreckt sich eine Kolben
stange 11 des inneren Kolbens 9. Die Kolbenstange 11 ist in
einer zentralen, zylindrischen Bohrung des äußeren Kolbens 7
aufgenommen. Der äußere Kolben 7 bildet somit eine Führung zur
Führung der Bewegung der Kolbenstange 11 und eines mit der
Kolbenstange 11 über eine Drehverriegelung 15 verbundenen
Stauchwerkzeuges 13.
Die Drehverriegelung 15 ist ähnlich einem Bajonettverschluß
betätigbar. Ein Verriegelungsvorsprung 16 des Stauchwerkzeuges
13 wird durch eine Linearbewegung in axialer Richtung der
Kolbenstange 11 in die entsprechende Ausnehmung in der
Kolbenstange 11 eingesetzt und anschließend um die Längsachse
der Kolbenstange 11 verdreht, um die Verbindung zu verriegeln.
Von der Drehverriegelung 15 aus gesehen, erstreckt sich weiter
in axialer Richtung der Kolbenstange 11 in Richtung
Stangeninneres ein Aufnahmeraum 18, in dem eine Druckfeder 17
aufgenommen ist. Die Druckfeder drückt das Stauchwerkzeug 13 in
eine Position, in der zwischen dem Stauchwerkzeug 13 und einer
endseitigen Stangenstirnfläche 14 der Kolbenstange 11 ein Spalt
vorhanden ist. Dementsprechend ist auch im Bereich der
Drehverriegelung 15 ein Spalt zwischen dem Stauchwerkzeug 13
und der Kolbenstange 11 vorhanden, der es erlaubt, das Stauch
werkzeug 13 um die Spaltbreite gegen die Kolbenstange 11 zu
bewegen.
Das Basisgehäuse 3 weist einen ersten Druckanschluß 25 auf,
durch den ein Hydraulikmedium in das Innere des Basisgehäuses 3
einleitbar ist bzw. aus diesem ableitbar ist. Innenseitig des
Basisgehäuses 3 mündet der erste Druckanschluß 25 in einen
ersten Hydraulikraum 26, der außer durch die Zylinderfläche 4
auch durch eine erste Betätigungsfläche 10 des äußeren Kolbens
7 und durch eine zweite Betätigungsfläche 12 des inneren
Kolbens 9 begrenzt ist. Der erste Hydraulikraum 26 ist je nach
Betriebszustand der Umformvorrichtung 1 größer oder kleiner und
kann in unterschiedlicher Position relativ zu dem ersten
Druckanschluß 25 liegen (siehe Fig. 1 bis 5). In jedem
Betriebszustand mündet jedoch der erste Druckanschluß 25 in den
ersten Hydraulikraum 26.
Insbesondere erweitert sich der erste Hydraulikraum 26 in
radialer Richtung nach außen, da die erste Betätigungsfläche 10
und die zweite Betätigungsfläche 12 teilweise als Kegelab
schnittsflächen ausgebildet sind. Aus Fig. 3 und Fig. 4 ist
erkennbar, daß die erste Betätigungsfläche 10 und die zweite
Betätigungsfläche 12 jeweils noch einen weiteren Bereich
aufweisen, der kreisringförmig gestaltet ist und einen Anschlag
für den anderen Kolben 7, 9 darstellt.
Durch Dichtungen zwischen der Kolbenstange 11 und der
Innenfläche des äußeren Kolbens 7, zwischen der Außenfläche des
äußeren Kolbens 7 und der Zylinderfläche 4 sowie zwischen der
Außenfläche des inneren Kolbens 9 und der Zylinderfläche 4 ist
der erste Hydraulikraum 26 gegen das offene Ende und das
geschlossene Ende der Zylinderbohrung des Basisgehäuses 3
abgedichtet. Die Dichtungen sind allgemein mit den
Bezugszeichen 21 bezeichnet. Weiterhin sind zwischen den
genannten Teilen jeweils Führungsringe 19 zur Führung der
Bewegungen der Kolben 7, 9 vorgesehen.
Wie aus Fig. 4 und Fig. 5 ersichtlich ist, ist im Bereich des
geschlossenen Endes der Zylinderbohrung in dem Basisgehäuse 3
noch ein zweiter Hydraulikraum 28 vorgesehen, der über einen
zweiten Druckanschluß 27 angeschlossen ist. Der zweite
Hydraulikraum 28 hat ein bis auf nahezu null veränderliches
Volumen.
Das Aufnahmegehäuse 5 bildet einen Aufnahmeraum für Spannbacken
31, die durch Betätigung des äußeren Kolbens 7, das heißt durch
dessen Bewegung in axialer Richtung zum Einspannen eines
Werkstücks betätigbar sind. Die Spannbacken 31 sind
beispielsweise wie die in DE 195 11 447 A1 beschriebenen
Spannbacken ausgestaltet und betätigbar. Sie weisen jedoch eine
Meßnut 35 auf, die sich von der Außenoberfläche der Spannbacken
31 radial nach innen erstreckt. Anstelle der Meßnut 35 kann
auch eine Meßvertiefung vorgesehen sein, die sich nicht wie in
Fig. 1 bis Fig. 5 dargestellt in Umfangsrichtung um die
Spannbacken 31 herum erstreckt, sondern nur eine Vertiefung an
einer Stelle oder an mehreren Stellen der Spannbacken dar
stellt. In diesem Fall ist jedoch auf die richtige
Positionierung relativ zu einem Abstandssensor zu achten,
dessen Funktion noch näher beschrieben wird.
Die Spannbacken 31 weisen an ihrem in Fig. 1 bis Fig. 5 rechts
liegenden stirnseitigen Ende eine Umformausnehmung 33 auf, die
eine in sich geschlossen umlaufende nutartige Ausnehmung
bildet, wenn ein Werkstück mit den entsprechenden Abmessungen
eingespannt ist. Die Umformausnehmung 33 dient der Umformung
des Werkstücks, wie noch näher erläutert wird. Alternativ oder
zusätzlich kann die Umformung auch durch die Formgebung eines
Stauchwerkzeuges bestimmt sein, welches anstelle des Stauch
werkzeuges 13 vorgesehen ist und welches mit der Kolbenstange
11 verbindbar ist.
Wie am besten aus Fig. 4 und Fig. 5 ersichtlich ist, weisen die
Spannbacken 31 eine sich in radialer Richtung erstreckende
Meßöffnung 29 auf, die es erlaubt, eine elektromagnetische
Strahlung, insbesondere eine Laserstrahlung, von außerhalb der
Spannbacken 31 auf ein eingespanntes Werkstück einzustrahlen.
Die Meßöffnung 29 endet innenseitig an der Umformausnehmung 33,
so daß, wie noch näher erläutert wird, der Umformungsfort
schritt gemessen werden kann.
Das Stauchwerkzeug 13 weist an seinem freien stirnseitigen Ende
einen Meßbund 8 auf, an dem das Stauchwerkzeug 13 einen
geringeren Außendurchmesser aufweist als in axialer Richtung
dahinter.
Der äußere Kolben 7 weist im Bereich seines freien, den
Spannbacken 31 zugewandten Endes einen konusartigen Abschnitt
auf, mit einer Konusfläche 6, die den Außenumfang des äußeren
Kolbens 7 bildet.
In dem durch das Basisgehäuse 3 und das Aufnahmegehäuse 5 ge
bildeten Gesamtgehäuse sind zwei in radialer Richtung verlau
fende auf die zentrale Längsachse der Umformvorrichtung 1 ge
richtete Bohrungen vorgesehen. In jeder dieser Bohrungen ist
ein Abstandssensor 37, 39 angeordnet. Die Abstandssensoren 37,
39 messen den Abstand des in radialer Richtung nach innen
nächstliegenden Gegenstandes bzw. den Abstand der zugehörigen
Oberfläche. Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, ist der
erste Abstandssensor 37 über eine erste Signalleitung 43 mit
einer Steuerung 41 verbunden. Weiterhin ist der zweite Ab
standssensor 39 über eine zweite Signalleitung 45 mit der
Steuerung 41 verbunden. Die Steuerung 41 ist wiederum mit einer
Anzeigeeinrichtung 47 verbunden, die sechs Leuchtdioden 49
aufweist. Die Leuchtdioden 49 dienen dazu, Betriebsphasen und
gemessene Betriebszustände der Umformvorrichtung 1 anzuzeigen.
Ein Beispiel für den Betrieb der Umformvorrichtung 1 wird im
folgenden beschrieben:
In der Fig. 1 entsprechenden Betriebsphase mißt der erste Abstandssensor 37 den Abstand zu dem Meßbund 8 des Stauchwerkzeuges 13. Der Außendurchmesser am Meßbund 8 ist ein für die Art des Stauchwerkzeuges 13, insbesondere für seine sonstigen Abmessungen, charakteristisches Maß. Jedes andersartige, mit der Kolbenstange 11 verbindbare Stauchwerkzeug oder andere Werkzeug hat ebenfalls einen Meßbund, jedoch mit einem anderen Außendurchmesser. Entsprechend dem Abstand zu dem Meßbund 8 und damit entsprechend dem Außendurchmesser des Stauchwerkzeuges 13 gibt der erste Abstandssensor ein Meßsignal an die Steuerung 41 ab. Die Steuerung 41, die insbesondere eine intelligente, mit einem Mikroprozessor ausgestattete Steuerung ist, erkennt anhand des Meßsignals das Stauchwerkzeug 13.
In der Fig. 1 entsprechenden Betriebsphase mißt der erste Abstandssensor 37 den Abstand zu dem Meßbund 8 des Stauchwerkzeuges 13. Der Außendurchmesser am Meßbund 8 ist ein für die Art des Stauchwerkzeuges 13, insbesondere für seine sonstigen Abmessungen, charakteristisches Maß. Jedes andersartige, mit der Kolbenstange 11 verbindbare Stauchwerkzeug oder andere Werkzeug hat ebenfalls einen Meßbund, jedoch mit einem anderen Außendurchmesser. Entsprechend dem Abstand zu dem Meßbund 8 und damit entsprechend dem Außendurchmesser des Stauchwerkzeuges 13 gibt der erste Abstandssensor ein Meßsignal an die Steuerung 41 ab. Die Steuerung 41, die insbesondere eine intelligente, mit einem Mikroprozessor ausgestattete Steuerung ist, erkennt anhand des Meßsignals das Stauchwerkzeug 13.
Der zweite Abstandssensor 39 mißt den Abstand zum Boden der
Meßnut 35 in den Spannbacken 31. Die Entfernung zum Nutboden
ist ein für die Art der Spannbacken 31 charakteristisches Maß.
Der zweite Abstandssensor 39 gibt ein dementsprechendes
Meßsignal über die zweite Signalleitung 45 an die Steuerung 41
aus. Die Steuerung 41 erkennt die Spannbacken 31.
Die Spannbacken 31 und das Stauchwerkzeug 13 dienen der
Umformung einer bestimmten Art von Rohren, nämlich der
Umformung von Rohren mit einem bestimmten Außendurchmesser. Aus
der Information, welches Stauchwerkzeug und welche Spannbacken
Vorhanden sind, ermittelt die Steuerung 41, welche Art von
Rohren mit dieser Kombination von Werkzeugen umgeformt werden
soll.
Wird nun, wie in Fig. 2 dargestellt ist, ein derartiges Rohr in
eine Aufnahmeöffnung 20 des Stauchwerkzeuges 13 eingeführt, und
wie durch einen Pfeil nach rechts angedeutet ist, mit einer
Kraft beaufschlagt, wird die Umformung des Rohres 2 ausgelöst.
Ist die Kraft ausreichend groß, um das Stauchwerkzeug 13 unter
Überwindung der Gegenkraft der Druckfeder 17 gegen die
Stangenstirnfläche 14 zu bewegen, so wird das Stauchwerkzeug 13
in Abstand zu den Spannbacken 31 positioniert. Als Folge davon
kann der erste Abstandssensor 37 nun die Entfernung zu der
Außenfläche des Rohres 2 messen. Der erste Abstandssensor 37
gibt über die erste Signalleitung 43 ein entsprechendes
Meßsignal an die Steuerung 41 ab. Die Steuerung 41 prüft nun,
ob das Rohr 2 den richtigen Außendurchmesser hat bzw. ob das
richtige Meßsignal empfangen wurde. Wenn dies der Fall ist,
startet die Steuerung 41 den Einspann- und Umformvorgang.
Hierzu wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, zunächst der äußere
Kolben 7 um eine Stauchlänge L in axialer Richtung (in der
Darstellung von Fig. 3 nach links) bewegt. Um dies zu erreichen,
wird ein Hydraulikmedium durch den ersten Druckanschluß 25 in
den ersten Hydraulikraum 26 geleitet. Währenddessen mißt der
erste Abstandssensor 37 den Abstand zu der Konusfläche 6 des
äußeren Kolbens 7 und gibt laufend ein Meßsignal an die
Steuerung 41 ab. Ist der Abstand zwischen den kreisringförmigen
Flächen der ersten Betätigungsfläche 10 und der zweiten
Betätigungsfläche 12 gleich der Stauchlänge L, und hat der
erste Abstandssensor 37 ein dementsprechendes Meßsignal an die
Steuerung 41 abgegeben, bricht die Steuerung 41 die Zuführung
von Hydraulikmedium in den ersten Hydraulikraum 26 ab, so daß
die Bewegung des äußeren Kolbens 7 gestoppt wird.
Anschließend, wie am besten aus Fig. 4 und Fig. 5 zu ersehen ist,
beginnt das eigentliche Einspannen und Umformen des Rohres 2.
Die Steuerung 41 startet nun die Zuführung von Hydraulikmedium
durch den zweiten Druckanschluß 27 in das Innere des
Basisgehäuses 3. Aus Folge hiervon nimmt das Volumen des
zweiten Hydraulikraumes 28 ausgehend von null zu. Währenddessen
ist der erste Hydraulikraum 26 über ein nicht dargestelltes,
insbesondere über die Steuerung 41 ansteuerbares, Absperrventil
nach außen abgesperrt. Das Volumen des ersten Hydraulikraumes
26 und damit der Abstand zwischen den Betätigungsflächen 10, 12
bleibt daher konstant.
Mit fortschreitender Bewegung der Kolben 7, 9 gelangen die
Spannbacken 31 in Anlage zur Außenfläche des Rohres 2 und
spannen dieses ein.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird danach noch weiter
Druckmedium in den zweiten Hydraulikraum 28 eingeleitet. Da
sich der äußere Kolben 7, nachdem das Rohr 2 eingespannt ist,
nicht mehr, oder nur noch unwesentlich in axialer Richtung nach
links bewegen kann, erhöht sich der Druck des Druckmediums in
dem ersten Hydraulikraum 26. Das Absperrventil des ersten
Hydraulikraumes 26 oder ein zusätzliches Ventil ist als
Überdruckventil ausgestaltet, welches auf einen bestimmten
Überdruck eingestellt ist, bei dessen Erreichen das Ventil
öffnet. Dieser Überdruck ist wiederum auf eine Spannkraft
abgestimmt, mit der die Spannbacken 31 das Rohr 2 einspannen.
Der Überdruck und damit die Spannkraft sind so gewählt, daß das
Rohr 2 sicher eingespannt ist, jedoch nicht beschädigt wird
oder unbeabsichtigt umgeformt wird. Der Druck in dem ersten
Hydraulikraum 26 wird also bei einem Wert gehalten, der etwa
dem Öffnungsdruck des Überdruckventils entspricht.
Sofern die Spannwirkung der Spannbacken 31 schnell genug
einsetzt, tritt durch die fortgesetzte Bewegung des inneren
Kolbens 9 in axialer Richtung nach links kein Schlupf des
Rohres 2 durch die Spannbacken 31 auf, wenn der äußere Kolben 9
seine maximal ausgefahrene Position erreicht hat. Wenn,
beispielsweise wegen geringer Oberflächenrauhigkeit der
Rohraußenfläche und/oder der Spannbacken 31, dennoch ein
solcher Schlupf auftreten sollte, kann dies bei der Einstellung
des Abstandes zwischen den Betätigungsflächen 10, 12 (siehe
Betriebsphase gemäß Fig. 3) berücksichtigt werden. In diesem
Fall entspricht zwar die Stauchlänge L nicht exakt dem
tatsächlichen Weg, um den das Ende des Rohres 2 in axialer
Richtung gestaucht wird. Eine präzise Voreinstellung des
gewünschten Stauchweges ist dennoch möglich. Ein weiterer
Faktor, der zu einer Ungleichheit der Stauchlänge L und des
tatsächlichen Stauchweges führen kann, ist die Nachgiebigkeit
bzw. Elastizität der Materialverbindung zwischen dem äußeren
Kolben 7 und den Spannbacken 31. Insbesondere können dort
elastische Materialien zum Einsatz kommen, beispielsweise um
eine Geräuschdämpfung zu bewirken oder um eine Abnutzung
vorzubeugen.
Während der Endbereich des Rohres 2 durch Krafteinwirkung des
Stauchwerkzeuges 13 in axialer Richtung gestaucht wird, mißt
der zweite Abstandssensor 39 durch die Meßöffnung 29 den
Abstand zu dem sich aufgrund der Umformung bildenden Wulst 36
am Außenumfang des Rohres 2. Es wird laufend ein
dementsprechendes Meßsignal von dem zweiten Abstandssensor über
die zweite Signalleitung 45 an die Steuerung 41 ausgegeben.
Nachdem die Umformung durch Anschlagen des Stauchwerkzeuges 13
an den Spannbacken 31 beendet ist, wird der aktuelle Meßwert
mit einem Sollwert verglichen und festgestellt, ob der Wulst 36
den gewünschten Außendurchmesser erreicht hat. Alternativ kann
die Umformung dadurch beendet werden, daß die Steuerung 41
feststellt, daß der Wulst 36 den gewünschten Außendurchmesser
erreicht hat, und den Stauchvorgang abbricht. In diesem Fall
dient die Stauchlänge L dazu, zu gewährleisten, daß ein
ausreichend langer Stauchweg zur Verfügung steht.
Nachdem der Hub des inneren Kolbens 9 in axialer Richtung nach
links beendet ist, wird der zweite Hydraulikraum 28
druckentlastet, das heißt es wird dem darin befindlichen
Hydraulikmedium gestattet, aus dem zweiten Hydraulikraum 28
auszuströmen. Weiterhin wird über den ersten Druckanschluß 25
Druckmedium in den ersten Hydraulikraum 26 eingeleitet. Dadurch
wird der innere Kolben 9 unter Verdrängung des Druckmediums in
dem zweiten Hydraulikraum 28 in axialer Richtung nach rechts
zurückgefahren. Danach wird durch Öffnen des Absperrventils das
Hydraulikmedium in dem ersten Hydraulikraum 26 druckentlastet,
so daß es aus dem Hydraulikraum 26 ausströmen kann. Der äußere
Kolben 7 wird durch die Federkraft einer oder mehrerer nicht
näher dargestellter Federn in seine in Fig. 1 dargestellte
Ausgangsstellung zurückbewegt. Dabei geben die Spannbacken 31
das umgeformte Rohr 2 frei, so daß dies entnommen werden kann.
Wenn einzelne der beschriebenen Arbeitsschritte,
Betriebszustände und/oder Betriebsphasen erfolgreich
abgeschlossen werden, wird dies durch Aufleuchten jeweils einer
der Leuchtdioden 49 angezeigt. Hierbei steuert die Steuerung 41
die Anzeigeeinrichtung 47 an. Die Bedeutung des Aufleuchtens
der insgesamt sechs Leuchtdioden 49 ist in der Reihenfolge
eines erfolgreich abgeschlossenen Umformvorganges wie folgt:
1. Leuchtdiode: Einspann- und Umformungswerkzeuge korrekt eingelegt,
2. Leuchtdiode: Rohraußendurchmesser paßt zu den Werkzeugen,
3. Leuchtdiode: Vorlauf des äußeren Kolbens, Einstellung der Stauchlänge L abgeschlossen,
4. Leuchtdiode: Rohr eingespannt,
5. Leuchtdiode: Rohr umgeformt, Umformergebnis in Ordnung
6. Leuchtdiode: Rückhub abgeschlossen, Rohr kann entnommen werden.
1. Leuchtdiode: Einspann- und Umformungswerkzeuge korrekt eingelegt,
2. Leuchtdiode: Rohraußendurchmesser paßt zu den Werkzeugen,
3. Leuchtdiode: Vorlauf des äußeren Kolbens, Einstellung der Stauchlänge L abgeschlossen,
4. Leuchtdiode: Rohr eingespannt,
5. Leuchtdiode: Rohr umgeformt, Umformergebnis in Ordnung
6. Leuchtdiode: Rückhub abgeschlossen, Rohr kann entnommen werden.
Wenn ein Fehler auftritt, kann an der Anzeigeeinrichtung 47
abgelesen werden, in welcher Betriebsphase bzw. in welchem
Betriebszustand der Fehler aufgetreten ist. Insbesondere kann
eine weitere, nicht dargestellte Leuchtdiode vorgesehen sein,
die bei Abbruch des Umformvorganges den Abbruch anzeigt.
Alternativ oder zusätzlich kann durch intermittierendes
Aufleuchten einer Leuchtdiode ein Fehler in der entsprechenden
Betriebsphase angezeigt werden. Auch kann beispielsweise
dadurch, daß eine der Leuchtdioden nicht aufleuchtet, jedoch
eine in der Reihenfolge nachgeordnete Leuchtdiode aufleuchtet,
ein Fehler angezeigt werden.
Claims (9)
1. Verfahren zum Umformen eines Endbereichs eines Werkstücks
(2), insbesondere zum Kalt-Pressumformen eines Rohrend
bereichs, wobei ein erstes hydrodynamisch betätigbares
Kraftübertragungselement (7) zum Einspannen des Werkstücks
(2) und ein zweites hydrodynamisch betätigbares Kraftüber
tragungselement (9), durch dessen Krafteinwirkung die
Umformung erzielt wird, vorgesehen sind dadurch gekenn
zeichnet, daß
ein Druckmedium in einen sich zwischen einer ersten Oberfläche (10) des ersten Kraftübertragungselements (7) und einer zweiten Oberfläche (12) des zweiten Kraftübertragungselements (9) erstreckenden Druckraum (26) eingeleitet wird,
unter Ausnutzung eines Drucks in dem Druckraum (26) auf die erste Oberfläche (10) das erste Kraftübertragungselement (7) zum Einspannen des Werkstücks (2) betätigt wird und
nach dem Umformen des Endbereichs unter Ausnutzung eines Drucks in demselben Druckraum (26) auf die zweite Oberfläche (12) das zweite Kraftübertragungs element (9) in eine Ausgangsposition zurückbewegt wird.
ein Druckmedium in einen sich zwischen einer ersten Oberfläche (10) des ersten Kraftübertragungselements (7) und einer zweiten Oberfläche (12) des zweiten Kraftübertragungselements (9) erstreckenden Druckraum (26) eingeleitet wird,
unter Ausnutzung eines Drucks in dem Druckraum (26) auf die erste Oberfläche (10) das erste Kraftübertragungselement (7) zum Einspannen des Werkstücks (2) betätigt wird und
nach dem Umformen des Endbereichs unter Ausnutzung eines Drucks in demselben Druckraum (26) auf die zweite Oberfläche (12) das zweite Kraftübertragungs element (9) in eine Ausgangsposition zurückbewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Länge des Druckraums (26) zwischen der ersten
Oberfläche (10) und der zweiten Oberfläche (12) vor dem
Umformen des Werkstück (2) eingestellt wird, um einen
definierten Arbeitsweg vorzugeben.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge des Druckraums (26) direkt oder indirekt
gemessen wird, um die Länge auf das gewünschte Maß
einzustellen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge indirekt, durch einen Abstandssensor (37)
gemessen wird, der auf eine Fläche (6) gerichtet ist,
deren Abstand von dem Abstandssensor (37) sich abhängig
von der Länge des Druckraums (26) ändert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß berührungslos gemessen wird, ob das
umzuformende Werkstück (2) in einer Startposition ist, in
der das Einspannen und/oder Umformen gestartet werden
kann, und daß abhängig von dem Meßergebnis ein Signal
erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der berührungslosen Messung eine Abmessung des
umzuformenden Werkstücks (2) gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Starten des Einspann- und/oder Umformvorganges
automatisch festgestellt wird, ob ein geeignetes Einspann-
und/oder Umformwerkzeug (13, 31) vorhanden und/oder
richtig positioniert ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorhandensein und/oder die richtige Position des
Werkzeugs (13, 31) durch eine berührungslose
Abstandsmessung festgestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 und nach Anspruch 7 oder
8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhandensein und/oder
die richtige Position des Werkzeugs (13) durch denselben
Sensor (37) festgestellt wird, der auch die Startposition
des Werkstücks (2) mißt, und daß dadurch, daß das
Werkstück (2) in die Startposition gebracht wird, die
Messung der Startposition ausgelöst wird.
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WO2003086679A1 (de) * | 2002-04-12 | 2003-10-23 | Voss Fluid Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zum plastischen verformen von werkstücken |
DE102014103799A1 (de) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | Voss Fluid Gmbh | Umformwerkzeug für ein Werkstück und Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks mit einem derartigen Werkzeug |
DE102022121718A1 (de) | 2022-08-26 | 2024-02-29 | Johannes Schäfer vorm. Stettiner Schraubenwerke GmbH & Co. KG | Verbindung eines rohrförmigen Bauteils mit einem Anschlussteil |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19511447A1 (de) * | 1995-03-30 | 1996-10-02 | Walterscheid Gmbh Jean | Vorrichtung zum Ausformen des Endbereiches eines Rohres für die Verwendung in Schraubverbindungen |
-
2000
- 2000-08-16 DE DE2000140595 patent/DE10040595C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19511447A1 (de) * | 1995-03-30 | 1996-10-02 | Walterscheid Gmbh Jean | Vorrichtung zum Ausformen des Endbereiches eines Rohres für die Verwendung in Schraubverbindungen |
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US7237420B2 (en) | 2002-04-12 | 2007-07-03 | Voss Fluid Gmbh & Co. Kg | Device for the plastic deformation of work pieces |
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WO2015140280A1 (de) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | Voss Fluid Gmbh | Umformwerkzeug für ein werkstück und vorrichtung zum verformen eines werkstücks mit einem derartigen werkzeug |
DE102014103799B4 (de) | 2014-03-20 | 2018-07-05 | Voss Fluid Gmbh | Umformwerkzeug für ein Werkstück und Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks mit einem derartigen Werkzeug |
US10449588B2 (en) | 2014-03-20 | 2019-10-22 | Voss Fluid Gmbh | Shaping tool for a workpiece, and device for deforming a workpiece using such a tool |
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