DE102014103799A1 - Umformwerkzeug für ein Werkstück und Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks mit einem derartigen Werkzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug (3) für ein Werkstück (2), insbesondere zum plastischen Umformen eines Rohrendes, mit einer mehrere Spannsegmente (18) umfassenden Spanneinrichtung (17) und mit einem Stauchkopf (9), welcher auf einer Seite eine Vertiefung (10) zur Ausbildung einer zu formenden Werkstückkontur und auf der gegenüberliegenden Seite ein Befestigungsmittel (11) zum Anschluss an einen Umformkolben (5) einer Vorrichtung (1) zum Verformen des Werkstücks (2) aufweist. Um zu erreichen, dass bei Gewährleistung einer hohen Montagesicherheit der Montageaufwand bei einem Werkzeugwechsel verringert werden kann, wird vorgeschlagen, dass der Stauchkopf (9) und die Spanneinrichtung (17) in einer einzigen Werkzeugeinheit (3) konstruktiv miteinander verbunden sind. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) ist ein derartiges Umformwerkzeug (3) als Werkzeugeinheit (3) auf einer gemeinsamen Längsachse (X-X) mit einer durch den Druck eines Fluids (F) betätigten Umformbaugruppe (5, 6, 7, 8, 9) und mit einer durch den Druck des Fluids betätigten Spannbaugruppe (15, 16, 17, 19) angeordnet und mit einer Zylindereinheit (4) verbindbar.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug für ein Werkstück, insbesondere zum plastischen Umformen eines Rohrendes, mit einer mehrere Spannsegmente umfassenden Spanneinrichtung für das Werkstück und mit einem Stauchkopf, welcher auf einer Seite eine Vertiefung zur Ausbildung einer zu formenden Kontur des Werkstücks und auf der gegenüberliegenden Seite ein Befestigungsmittel zum Anschluss an einen Umformkolben einer Vorrichtung zum Verformen des Werkstücks aufweist.
• Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks mit einer durch den Druck eines Fluids betätigbaren Umformbaugruppe und mit einer auf einer gemeinsamen Längsachse angeordneten, durch den Druck des Fluids betätigbaren Spannbaugruppe.
• Ein Umformwerkzeug und eine Vorrichtung der genannten Art sind aus der EP 1 494 827 B1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine Vorrichtung zum Verformen von Werkstücken, insbesondere zum plastischen Umformen von Rohrenden, mit einer durch den Druck eines Fluids betätigten Umformbaugruppe – dort als Umformeinheit bezeichnet – und mit einer auf einer gemeinsamen Längsachse angeordneten, durch den Druck eines Fluids betätigten Spannbaugruppe – dort als Vorspanneinheit bezeichnet – wobei konisch ausgebildete Spannelemente für das Werkstück vorgesehen sind. Zur Umformung wird dabei ein Werkzeugsatz eingesetzt, der aus einem Stauchkopf als Stauchwerkzeug und aus einer Spanneinrichtung besteht, der die Spannelemente zugehörig sind. Der Stauchkopf beinhaltet auf einer Seite eine Vertiefung, die eine Gegenkontur der zu formenden Rohrkontur bildet, und auf der Gegenseite ein Befestigungsmittel, das an einer korrespondierenden Anschlussstelle eines Kolbens der Umformbaugruppe, z. B. in einer T-Nut, befestigt werden kann. Die Spanneinrichtung ist insbesondere aus mehreren, vorzugsweise vier, ringförmig angeordneten Segmenten gebildet, die als Spannbacken fungieren. Diese sind üblicherweise über Zylinderstifte geführt und über zwischen ihnen angeordnete Druckfedern im unbelasteten Zustand in einer Öffnungsposition gehalten. Sie wirken mit einer Konusfläche in einer Öffnung einer Jochplatte der Umformbaugruppe der Vorrichtung zum Umformen zusammen und besitzen dazu ebenfalls konisch ausgebildete Außenflächen. Mit ihrer meist leicht aufgerauten oder verzahnten Innenseite drücken die Spannbacken beim Einspannen auf das Rohr.
• Für den technologisch wichtigen Schritt des Werkzeugwechsels wird in der genannten EP 1 494 827 B1 ausgeführt, dass vorteilhafterweise eine Demontage von Vorrichtungskomponenten zum Werkzeugwechsel nicht erforderlich sei und in einer Werkzeugwechselposition die Werkzeuge – Stauchkopf und Spanneinrichtung – von oben in korrespondierende Aufnahmen der Umformvorrichtung eingelegt werden können, wobei eine gute Zugänglichkeit zum Werkzeugraum gegeben ist.
• Im Detail kann beim Werkzeugwechsel – was in dem genannten Dokument nicht beschrieben, jedoch von einer auf dem Markt befindlichen Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks bekannt ist – der Ablauf einer Werkzeugumrüstung in konstruktiv einfacher Ausführung durch folgende Schritte gekennzeichnet sein: Öffnen einer Werkzeugwechselschieberklappe eines von der Grundform her zylindrischen, den Stauchkopf und die Spannbacken in ihrer Arbeitsposition umgebenden Gehäuses der Umformvorrichtung durch Aufziehen von Hand, Einlegen bzw. Wechseln der Spanneinrichtung, Einlegen bzw. Wechseln des Stauchwerkzeugs, z. B. durch Einfügen in die T-Nut, Schließen der Werkzeugwechselschieberklappe durch Zuschieben von Hand.
• Der Ablauf stellt dabei eine bereits optimierte Variante zu einem vergleichsweise aufwändigeren bekannten Ablauf der Werkzeugumrüstung dar, der beispielsweise bei einer Vorrichtung gemäß der EP 1 311 358 B1 praktikabel ist und, insbesondere zur Gewährleistung einer hohen Montagesicherheit, folgende Schritte umfasst: Aufschrauben eines von der Grundform her kegelstumpfartigen Gehäuses der Umformvorrichtung für den Stauchkopf und die Spannbacken, Einsetzen bzw. Wechseln der Spanneinrichtung, Einschrauben bzw. Wechseln des Stauchwerkzeugs mittels eines Spezialschlüssels, Wiederverschließen und Verschrauben des Gehäuses. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Spannbacken-Segmente auseinander fallen, da sie üblicherweise bei der Montage nur durch einen Gummiring zusammengehalten werden. Darüber hinaus ist der Wechsel aufgrund des erforderlichen Werkzeugeinsatzes zeitaufwendig.
• Nachteilhaft an beiden Varianten ist, dass durch den für den Werkzeugwechsel notwendigen Platzbedarf der Umformbereich relativ groß ist, was zu Einschränkungen von möglichen Biegegeometrien eines umzuformenden Rohres führt, und dass eine Verwechslungsgefahr von jeweils einander zugeordneten Paarungen von Stauchkopf und Spanneinrichtung besteht.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umformwerkzeug und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei Gewährleistung einer hohen Montagesicherheit durch einen geringen Montageaufwand bei einem Werkzeugwechsel auszeichnen und die Nachteile des vorstehend beschriebenen Standes der Technik vermeiden.
• Erfindungsgemäß wird dies für das Umformwerkzeug dadurch erreicht, dass der Stauchkopf und die Spanneinrichtung in einer einzigen Werkzeugeinheit konstruktiv miteinander verbunden sind.
• In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks ist ein derartiges, erfindungsmäßes Umformwerkzeug auf der gemeinsamen Längsachse von Umformbaugruppe und Spannbaugruppe angeordnet.
• Als Vorteil der Erfindung ist dabei neben einem vereinfachten Ablauf des Werkzeugwechsels die Vermeidung einer Verwechslungsgefahr von in Paarungen zueinander gehörigen Teilen und die Möglichkeit der Ausführung der erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit in äußerst kompakter Bauform hervorzuheben, was bei einer Rohrumformung eine größere Zahl von möglichen Geometrien realisierbar macht.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsdetails und -formen der erfindungsgemäßen, aus dem Stauchkopf und der konstruktiv mit diesem verbundenen Spanneinheit gebildeten Werkzeugeinheit sowie der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
• Anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
• 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor der Montage eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs,
• 2 in einer 1 entsprechenden perspektivischen Darstellung, eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs vor der Montage an der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrer ersten Ausführung nach 1,
• 3 eine weitere perspektivische Darstellung der in 2 dargestellten, ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs, jedoch aus anderem Blickwinkel,
• 4 einen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrer Montageposition für das Umformwerkzeug,
• 5 einen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrer Arbeitsposition,
• 6 in einer ähnlichen perspektivischen Darstellung wie in 2, eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs vor der Montage an der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrer zweiten Ausführung nach 7,
• 7 in einer perspektivischen Darstellung, die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs nach 6 bei der Montage in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der zweiten Ausführung,
• 8 in der Vorderansicht, einen Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Vorliegen der Montageposition des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs,
• 9 in einer 8 entsprechenden Draufsicht, einen weiteren Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Vorliegen der Montageposition des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs,
• 10 in einer Darstellung wie in 9 einen Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Vorliegen der Arbeitsposition des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs.
• Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels eine erfinderische Bedeutung haben.
• In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher im Folgenden in der Regel jeweils auch nur einmal beschrieben.
• Wie zunächst 1, aber dann auch insbesondere 4 und 5 für eine erste Ausführung der Erfindung zeigen, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verformen eines Werkstücks 2, bei dem es sich – wie in 5 dargestellt – bevorzugt um ein Rohr handeln kann, eine durch den Druck eines Fluids F betätigte Umformbaugruppe und eine auf einer gemeinsamen Längsachse X-X angeordnete, durch den Druck des Fluids F betätigte Spannbaugruppe.
• Den beiden Baugruppen sind jeweils entsprechend ihrer Funktion verschiedene Bauteile zugeordnet, die nachfolgend noch konkretisiert beschrieben werden. Diese Bauteile befinden sich teilweise in einem erfindungsgemäß als eine einzige Werkzeugeinheit ausgebildetem Umformwerkzeug 3 (2, 3) und teilweise in einer Zylindereinheit 4 (1), die das erfindungsgemäße Umformwerkzeug 3 nach seiner Montage aufnimmt und mit diesem die erfindungsgemäße Umformvorrichtung 1 ausbildet.
• Unter Bezugnahme auf 4 und 5 können den beiden Baugruppen jeweils folgende Bauteile zugeordnet werden.
• Die Umformbaugruppe umfasst als Hauptbestandteil einen in der Zylindereinheit 4 angeordneten Umformkolben 5, der unter dem Druck eines Fluids F in einem Umformkolbenraum 6 entlang der Längsachse X-X längsverschieblich ist. Der Umformkolben 5 ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, als gestufter Vollzylinder ausgebildet.
• Des Weiteren umfasst die Umformbaugruppe eine ebenfalls in der Zylindereinheit 4 angeordnete Werkzeugaufnahme 7, die – insbesondere über eine Zylinderkopfschraube 8 – mit dem Umformkolben 5 verbunden ist.
• Schließlich umfasst die Umformbaugruppe einen dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug 3 zugehörigen Stauchkopf 9. Dieser Stauchkopf 9 weist auf einer Stirnseite eine Vertiefung 10 zur Ausbildung einer zu formenden Kontur des Werkstücks 2 und auf der gegenüberliegenden Seite ein Befestigungsmittel 11 zum – im dargestellten Fall über die Werkzeugaufnahme 7 mittelbaren – Anschluss an den Umformkolben 5 auf. Der Stauchkopf 9 ist von seiner Grundgestalt her bevorzugt ebenfalls vollzylindrisch ausgebildet. Das Befestigungsmittel 11 ist dadurch gebildet, dass der Stauchkopf 9 eine Umfangsnut 12 aufweist, so dass seine Kontur im Bereich seiner Stirnfläche – im Längsschnitt gesehen – T-förmig ausgebildet ist. Mit diesem T-förmigen Befestigungsmittel 11 kann der Stauchkopf 9 in eine korrespondierende – d. h. formangepasste – T-Nut 13 der Werkzeugaufnahme 7 eingreifen. Die nach oben hin offene, axial durch einen Steg 13a begrenzte Nut 13 erstreckt sich dabei – wie am besten aus 1 ersichtlich ist – umfangsgemäß über einen derart über 180° großen Winkelbereich der Werkzeugaufnahme 7, dass einerseits ein Einfügen des Befestigungsmittels 11 in die Nut 13 problemlos möglich ist, dieses aber andererseits nach seinem Einfügen formschlüssig in der Nut 13 festgehalten wird.
• Wenn der Umformkolben 5 unter der Druckwirkung des Fluids F eine dem Zweck des Umformens des Werkstücks 2 dienende axiale Bewegung ausführt, bewegen sich alle beweglichen Teile der Umformbaugruppe axial in Richtung auf das Werkstück 2 zu, also mit dem Kolben 5 die über die Zylinderkopfschraube 8 daran befestigte Werkzeugaufnahme 7 und schließlich der Stauchkopf 9.
• Die Spannbaugruppe umfasst als Hauptbestandteil einen in der Zylindereinheit 4 angeordneten Spannkolben 15, der unter dem Druck des Fluids F in einem Spannkolbenraum 16 entlang der Längsachse X-X längsverschieblich ist. Der Spannkolben 16 ist – wie aus der Zeichnung ersichtlich – als ein radial außen und innen gestufter Ringzylinder ausgebildet. Der Spannkolben 15 umgibt umfangsgemäß das dem Werkstück 2 zugewandte Ende des konzentrisch mit ihm angeordneten Umformkolbens 5 und auch die mit diesem verbundene Werkzeugaufnahme 7 und ist gegenüber diesen Teilen 5, 7 relativbeweglich.
• Der Spannkolbenraum 16 ist zur In-Gang-Setzung seiner Bewegung über einen Fluideintritt 16a separat vom Umformkolbenraum 6 mit dem Fluid F beaufschlagbar, wobei der Umformkolbenraum 6 im Gegensatz dazu zwei Fluideintrittsstellen 6a, 6b aufweist – eine erste Fluideintrittsstelle 6a zur Initiierung der Umformbewegung und eine zweite Fluideintrittsstelle 6b zur Initiierung der Rückbewegung des Umformkolbens 5.
• Der Spannkolben 15 bedarf zum Antrieb seiner Rückbewegung keiner Beaufschlagung durch das Fluid F, da er über eine radial innen liegende Stufe 15a mitgenommen wird, wenn sich der Umformkolben 5 mit der daran befestigten Werkzeugaufnahme 7 zurückbewegt und dabei diese Stufe 15a axial an einem radialen Überstand 7a der Werkzeugaufnahme 7 gegenüber dem Umformkolben 5 zum Anschlag kommt.
• Des Weiteren umfasst die Spannbaugruppe eine dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug 3 zugehörige Spanneinrichtung 17, welche mehrere, ringförmig angeordnete Spannsegmente 18 umfasst. Die Spanneinrichtung 17 kann vorzugsweise vier ringförmig angeordnete Segmente 18 aufweisen, die als Spannbacken fungieren, welche im unbelasteten Zustand – wie an sich bekannt – vorzugsweise mittels zwischen ihnen angeordneter, zeichnerisch nicht dargestellter Druckfedern in einer Öffnungsposition gehalten werden können.
• Schließlich umfasst die Spannbaugruppe einen ebenfalls dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug 3 zugehörigen Haltering 19, an dessen einem axialem Ende die Spanneinrichtung 17 auf seiner Stirnfläche aufruht, während an seinem anderem axialem Ende der Stauchkopf 9 axial verschieblich, jedoch durch eine beidseitige Anschlagsbegrenzung dieser Bewegung, im Ringinneren unverlierbar gehalten ist. Die Anschläge werden dabei auf der einen Seite des Stauchkopfs 9 einerseits durch einen radial innen liegenden umlaufenden Randsteg 19a des Halteringes 19 und andererseits durch einen komplementären, außen liegenden umlaufenden Randsteg 9a des Stauchkopfs 9 gebildet, und auf der anderen Seite des Stauchkopfs 9 einerseits durch eine Bodenfläche 18a der Spannsegmente 18 und andererseits durch eine die Vertiefung 10 zur Ausbildung der Werkstückkontur umgebende Ringfläche 9b des Stauchkopfs 9.
• Wenn der Spannkolben 15 unter der Druckwirkung des Fluids F eine dem Zweck des Spannens des Werkzeugs 2 dienende axiale Bewegung ausführt, bewegen sich alle beweglichen Teile der Spannbaugruppe in Richtung auf das Werkstück 2 zu, also mit dem Kolben 15 der Haltering 19 und schließlich die Spanneinrichtung 17.
• Die Teile der Umformbaugruppe und die Teile der Spannbaugruppe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind von einem Gehäuse 20 umgeben, welches in der ersten Ausführung mehrteilig ausgeführt ist und sowohl bei der Funktionserfüllung der Teile der Umformbaugruppe, als auch der Teile der Spannbaugruppe mit diesen zusammenwirkt.
• So bildet das Gehäuse 20 in der Zylindereinheit 4 mittels eines ersten hohlzylindrisch ausgebildeten Gehäuseteiles 20a die Wandung für den Umformkolbenraum 6, in der sich die beiden Fluideintrittsstellen 6a, 6b befinden. Außerdem bildet das Gehäuse 20 in der Zylindereinheit 4 mittels des ersten Gehäuseteiles 20a die Wandung für den Spannkolbenraum 16, wobei sich darin der Fluideintritt 16a des Spannkolbenraumes 16 befindet.
• In der Werkzeugeinheit 3 bildet das Gehäuse 20 mittels eines zweiten Gehäuseteiles 20b, das in einem ersten axialen Abschnitt hohlzylindrisch und in einem zweiten, an den ersten angrenzenden Spitzenabschnitt als hohler Kegelstumpf ausgebildet ist, die Wandung der Werkzeugeinheit 3. Der kegelstumpfförmige Abschnitt verjüngt sich konisch – sowohl innen, als auch außen – von der Zylindereinheit 4 wegweisend. Die Spannsegmente 18 der Spanneinrichtung 17 weisen außenseitig jeweils eine korrespondierende Konusfläche 18b auf, die an der inneren konisch ausgebildeten Fläche 21 des zweiten Gehäuseteiles 20b anliegt und mit dieser zusammenwirkt. Bei einem axialen Druck auf die Bodenflächen 18a der Spannsegmente 18 bewegen sich diese einerseits in axialer Richtung X-X, andererseits werden sie durch die Keilwirkung der beiden Flächen 18b, 21 radial nach innen gedrückt, wobei sie mit ihren vorzugsweise aufgerauten oder verzahnten Innenseiten 18c beim Einspannen als Spannbacken auf das Werkstück 2, wie das in 5 gezeigte Rohrende, drücken. Hieraus wird deutlich, dass das Gehäuse 20 vorzugsweise auch für die Erfüllung der Spannfunktion der Spannbaugruppe von Bedeutung ist.
• Außerdem erfüllt der zweite Gehäuseteil 20b des Gehäuses 20 mit Vorteil eine Funktion im Hinblick darauf, dass der Stauchkopf 9 und die Spanneinrichtung 17 in einer einzigen Werkzeugeinheit 3 konstruktiv miteinander verbunden sind. Es ist unter diesem Gesichtspunkt bei der Beschreibung der Spannbaugruppe bereits ausgeführt worden, dass der Stauchkopf 9 im Inneren des Halterings 19 axial verschieblich, jedoch mit beidseitiger Anschlagsbegrenzung unverlierbar gehalten ist. Diese Baueinheit von Stauchkopf 9 und Haltering 19 ist zusammen mit der – vorzugsweise nicht mit dem Haltering 19 fest verbundenen – Spanneinrichtung 17 zunächst einerseits formschlüssig in dem zweiten Gehäuseteil 20b gehalten. Dabei ist der Haltering 19 außerdem durch ein Befestigungselement 22, insbesondere durch eine in 4. und 5 dargestellte Madenschraube, welche mit ihrer Spitze in eine Außennut 23 des Halterings 19 eingreift, im Gehäuseteil 20b längsverschieblich gehalten. Die axiale Länge der Außennut 23 ist dabei derart bemessen, dass der Haltering 19 die zum Spannen bzw. Entspannen notwendige axiale Bewegung ausführen kann, wobei das Befestigungselement 22 anschlagsbegrenzt in der Außennut 23 geführt wird. Auf diese Weise ist einerseits der konstruktive Zusammenhalt des Umformwerkzeugs 3 gegeben, andererseits aber auch seine sichere Funktionserfüllung gewährleistet.
• Schließlich weist das Gehäuse 20 in der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein drittes Gehäuseteil 20c auf, das dazu dient, die Werkzeugeinheit 3 und die Zylindereinheit 4 miteinander zu verbinden. Das Gehäuseteil 20c ist nach der Art einer Überwurfmutter ausgebildet, wobei es ein Innengewinde 24 aufweist, durch welches mit einem umfangsgemäßen Außengewinde 25 der Zylindereinheit 4 eine Schraubverbindung 24, 25 hergestellt werden kann, wie dies in 5 gezeigt ist. Durch korrespondierende, bei der Montage aneinander zur Anlage kommende Bünde 26, 27 werden dabei die Werkzeugeinheit 3 und die Zylindereinheit 4 axial aneinander gedrückt und sind so miteinander verbunden.
• Ein Werkzeugwechsel gestaltet sich somit denkbar einfach, indem dazu nur die eine Werkzeugeinheit 3 von der Zylindereinheit 4 abgeschraubt und der T-Nut 13 entnommen wird. Eine andere Werkzeugeinheit 3 kann danach im nächsten Schritt wieder in die T-Nut 13 eingelegt und an die Zylindereinheit 4 angeschraubt werden. Wie 2 und 3 zeigen, können hierfür am dritten Gehäuseteil spezielle Angriffstellen 28 für ein Schraubwerkzeug vorgesehen sein.
• Auch bei der in 6 bis 10 dargestellten zweiten Ausführung der Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verformen eines Werkstücks 2 eine durch den Druck eines Fluids F betätigte Umformbaugruppe und eine auf einer gemeinsamen Längsachse X-X angeordnete, durch den Druck des Fluids F betätigte Spannbaugruppe, wie dies vorstehend für die erste Ausführung beschrieben wurde.
• Auch bei der zweiten Ausführung der Erfindung weist dabei das erfindungsmäße Umformwerkzeug 3 eine Spanneinrichtung 17 für das Werkstück 2 mit mehreren Spannsegmenten 18 sowie einen Stauchkopf 9 auf, welcher zur Ausbildung der zu formenden Kontur des Werkstücks 2 dient. Der Stauchkopf 9 und die Spanneinrichtung 17 sind in einer einzigen Werkzeugeinheit 3 konstruktiv miteinander verbunden.
• Ein Unterschied besteht dabei zunächst in der Gestaltung des Gehäuses 20, das in der zweiten Ausführung einteilig ausgeführt ist. Es besteht also nicht – wie bei der ersten Ausführung – aus miteinander verbindbaren, und zum Werkzeugwechsel voneinander lösbaren Teilen 20a, 20b, 20c, von denen eines der Werkzeugeinheit 3 und ein anderes der Zylindereinheit 4 zugeordnet ist. Stattdessen weist das Gehäuse 20, das hier vollständig der Zylindereinheit 4 zugeordnet werden kann, mindestens ein Fenster 30 auf, das es gestattet, bei einem Werkzeugwechsel die eine Werkzeugeinheit 3 aus der Zylindereinheit 4 herauszunehmen und die andere wieder einzulegen. Wie besonders aus 7 sehr anschaulich zu entnehmen ist, sind im dargestellten Fall zwei einander diametral gegenüberliegende Fenster 30 vorgesehen. Jedes Fenster 30 ist dabei durch eine Aussparung im Mantel des hohlzylindrischen Gehäuses 20 gebildet. Der Werkzeugwechsel kann somit vorteilhafterweise ohne die Notwendigkeit des Einsatzes zusätzlicher Werkzeuge realisiert werden.
• Da bei der zweiten Ausführung die Werkzeugeinheit 3 des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs 3 nicht mittels eines Gehäuseteils 20b – insbesondere nicht die Baueinheit aus Stauchkopf 9 und Haltering 19 mit den in das Gehäuseteil 20b lose eingelegten Segmenten 18 der Spanneinrichtung 17 – zusammengehalten wird, ist stattdessen eine Verbindung zwischen dem Haltering 19 und den Segmenten 18 vorgesehen, wie sie insbesondere als kraft- und formschlüssige Verbindung aus 8 bis 10 deutlich wird. Der Haltering 19 weist dazu im Bereich seines dem Stauchkopf 9 abgewandten axialen Endes eine innere Umfangsnut 19b auf, in der jeweils die Segmente 18 mit einem komplementären Flanschansatz 18d formschlüssig gehalten sind. Durch die zwischen den Segmenten 18 angeordneten, nicht dargestellten Druckfedern werden die Segmente 18 dabei zentrifugal in die Umfangsnut 19b gedrückt. Zum Einsetzen bzw. Herausnehmen der Spanneinrichtung 17 können die Segmente 18 gegen die Federkraft radial nach innen gedrückt werden, so dass sich der Außendurchmesser der Spanneinrichtung 17 verringert und diese in den Haltering 19b eingesetzt bzw. aus diesem herausgenommen werden kann. Diese Verbindung ist somit konstruktiv einfacher ausgeführt als der Zusammenhalt durch das Gehäuseteil 20b in der ersten Ausführung, bei der eine zusätzliche Verschraubung mit der Madenschraube vorgesehen ist. Stauchkopf 9 und Haltering 19 sind dabei genauso miteinander verbunden wie in der ersten Ausführung.
• Durch die Möglichkeit des Einlegens der Werkzeugeinheit 3 in die Zylindereinheit 4 ist der Werkzeugwechsel bei der zweiten Ausführung einfacher als bei der ersten Ausführung. Da der konische, bei der Verspannung des Werkstücks 2 mitwirkende Spitzenabschnitt des Gehäuses 20 aber nicht von dem Fenster 30 erfasst werden soll, sondern das Fenster 30 in axialer Richtung erst unmittelbar hinter dem konischen Abschnitt beginnt, resultiert daraus eine etwas größere axiale Baulänge der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in ihrer zweiten Ausführung. Nach dem Einlegen der Werkzeugeinheit 3 in die Zylindereinheit 4 (8, 9) wird durch ein axiales Verfahren des Umformzylinders 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zuerst in eine Position gebracht, in der die Schrägflächen 18b, 21 der Spannsegmente 18 und des Gehäuses 20 aneinander anliegen. Danach wird das Werkstück 2 eingelegt und durch ein axiales Verfahren des Spannzylinders 15 vorgespannt, wobei sich die Segmente 18 radial nach innen bewegen und das Werkstück festhalten. Dieser Zustand ist in 10 dargestellt. Erst dann kann der eigentliche Umformvorgang des Werkstücks 2 beginnen, der – da er die Hauptfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 darstellt – vorstehend vor dem Spannvorgang beschrieben wurde.
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern der Fachmann kann diese bedarfsweise durch weitere zweckmäßige technische Maßnahmen ergänzen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So kann zum Beispiel – wie aus 4 und 5 sowie 8 bis 10 hervorgeht – vorgesehen sein, dass die Bodenfläche 10a der Vertiefung 10 konusförmig ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhafterweise bei der Einspannung und Umformung des Werkstücks 2 eine automatische Anpassung an unterschiedliche Rohrdurchmesser und Rohrwandstärken erreicht.
• Die Erfindung ist bislang noch nicht auf die in den unabhängigen Ansprüchen definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

Umformvorrichtung

2

Werkstück

3

Umformwerkzeug (Werkzeugeinheit)

4

Zylindereinheit

5

Umformkolben von 4, in 6

6

Umformkolbenraum von 4, mit 5

6a

erste Fluideintrittsstelle in 6

6b

zweite Fluideintrittsstelle in 6

7

Werkzeugaufnahme von 4

7a

radialer Überstand von 7 gegenüber 5

8

Befestigungsmittel für 7 an 5 (Zylinderkopfschraube)

9

Stauchkopf von 4

9a

umlaufender Randsteg von 9

9b

Ringfläche von 9 um 10

10

Vertiefung in 9 für 2

10a

Bodenfläche von 10

11

Befestigungsmittel für 9 an 7

12

Umfangsnut von 10

13

T-Nut von 7

13a

Steg neben 13

15

Spannkolben von 4, in 16

15a

Stufe an 15

16

Spannkolbenraum von 4, mit 15

16a

Fluideintritt in 16

17

Spanneinrichtung für 2

18

Segment von 17 (Spannbacke)

18a

Bodenfläche von 18

18b

Konusfläche von 18 zur Anlage an 21

18c

Innenseite von 18

18d

Flanschansatz an 18 in 19b (zweite Ausführung

19

Haltering für 9 (und 17, zweite Ausführung)

19a

innerer Randsteg von 19

19b

innere Umfangsnut in 19 für 18d (zweite Ausführung)

20

Gehäuse

20a

erstes Gehäuseteil von 20 für 4 mit 6a, 6b, 16a (erste Ausführung)

20b

zweites Gehäuseteil von 20 für 3 (erste Ausführung)

20c

drittes Gehäuseteil von 20 zur Verbindung von 3 und 4 (erste Ausführung)

21

konische Innenfläche von 20 zur Anlage an 18b

22

Befestigungselement zur Verbindung von 20b und 19

23

Außennut in 19 zum Eingriff von 22

24

Innengewinde von 20c zur Verschraubung mit 25

25

Außengewinde von 4 zur Verschraubung mit 24

26

Bund von 20b zur Anlage an 27

27

Bund von 20c zur Anlage an 26

28

Werkzeugangriffsstelle von 20c

30

Fenster in 20 (zweite Ausführung)

F

Fluid

X-X

Längsachse von 1, 3, 4

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 1494827 B1 [0003, 0004]
• EP 1311358 B1 [0006]

Claims (10)

1. Umformwerkzeug (3) für ein Werkstück (2), insbesondere zum plastischen Umformen eines Rohrendes, mit einer mehrere Spannsegmente (18) umfassenden Spanneinrichtung (17) für das Werkstück (2) und mit einem Stauchkopf (9), welcher auf einer Seite eine Vertiefung (10) zur Ausbildung einer zu formenden Kontur des Werkstücks (2) und auf der gegenüberliegenden Seite ein Befestigungsmittel (11) zum Anschluss an einen Umformkolben (5) einer Vorrichtung (1) zum Verformen des Werkstücks (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkopf (9) und die Spanneinrichtung (17) in einer einzigen Werkzeugeinheit (3) konstruktiv miteinander verbunden sind.
2. Umformwerkzeug (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkopf (9) anschlagsbegrenzt axialbeweglich in einem Haltering (19) befestigt ist.
3. Umformwerkzeug (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugeinheit (3) neben dem Stauchkopf (9) und der Spanneinrichtung (17) mindestens ein Gehäuseteil (20b) umfasst.
4. Umformwerkzeug (3) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Haltering (19) befestigte Stauchkopf (9) zusammen mit der Spanneinrichtung (17) in das Gehäuseteil (20b) eingelegt ist, und der Haltering (19) axialbeweglich in dem Gehäuseteil (20c) befestigt ist.
5. Umformwerkzeug (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Haltering (19) neben dem Stauchkopf (9) auch die Spanneinrichtung (17) befestigt ist.
6. Umformwerkzeug (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bodenfläche (10a) der Vertiefung (10) des Stauchkopfs (9) konusförmig ausgebildet ist
7. Vorrichtung (1) zum Verformen eines Werkstücks (2) mit einer durch den Druck eines Fluids (F) betätigbaren Umformbaugruppe (5, 6, 7, 8, 9) und mit einer auf einer gemeinsamen Längsachse (X-X) angeordneten, durch den Druck des Fluids (F) betätigbaren Spannbaugruppe (15, 16, 17, 19), gekennzeichnet durch ein Umformwerkzeug (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das auf der gemeinsamen Längsachse (X-X) der Umformbaugruppe (5, 6, 7, 8, 9) und der Spannbaugruppe (15, 16, 17, 19) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) aus einer Zylindereinheit (4) und einer auswechselbaren Werkzeugeinheit (3) zusammengesetzt ist, welche durch das Umformwerkzeug (3) gebildet ist.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugeinheit (3) zum Wechseln mit der Zylindereinheit (4), insbesondere mittels eines Gehäuseteils (20c), verschraubbar bzw. von dieser abschraubbar ist.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugeinheit (3) zum Wechseln durch ein Fenster (30) in einem Gehäuse (20) für die Umformbaugruppe (5, 6, 7, 8, 9) und die Spannbaugruppe (15, 16, 17, 19) in die Zylindereinheit (4) einlegbar bzw. aus dieser herausnehmbar ist.

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