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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
profilierter Hohlkörper.
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Insbesondere
in der Verpackungsmittelindustrie sind eine Vielzahl profilierter
Hohlkörper,
wie beispielsweise Dosen, Flaschen oder andere Behältnisse,
bekannt. Zunehmend spielen, insbesondere bei der Herstellung von
Lebensmittel-, Reinigungsmittel- oder
Kosmetikartikelverpackungen auch Verpackungskörper aus Aluminium, Weißblech oder
anderen Metallen eine zunehmende Rolle, um hygienetechnische Vorschriften
erfüllen
zu können.
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Hierbei
besteht jedoch nicht zuletzt aus optischen Gründen der Bedarf, sich von der
konventionellen einfach- zylindrischen Dosenform abzuwenden und
die bekannten, im Wesentlichen zylindrischen metallischen Verpackungen
mit Strukturelementen zu versehen, um mit Kunststoffverpackungen konkurrieren
zu können.
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Auch
aus Gründen
der Steifigkeit kann das Vorsehen von Längs- und/oder Quersicken bzw.
anderen Strukturtormen wünschenswert
oder erforderlich sein.
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Zur
Profilierung von Hohlkörpern
ist es grundsätzlich
bekannt, Rohlinge einer beliebigen Form, vorzugsweise jedoch von
rotationssymmetrischer Form, mittels eines expandierenden Innenwerkzeuges
auszubauchen, indem beispielsweise Keile oder Kegel oder andere
segmentierte Aktivteile ausschließlich radial von Innen nach
Außen
oder von Außen
nach Innen gegen die Wandungen des Hohlkörpers gedrückt werden und dem Werkstück dabei eine
meist vieleckige Form individueller Auswölbungen verleihen.
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Hierbei
sind die Werkstücke
bekannterweise aus thermoelastischem Kunststoff, der zum Umformvorgang
erwärmt
und nach der Formgebung wieder abgekühlt wird, so daß die Werkzeugbelastung
gering gehalten werden kann.
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Auch
ist ein Aufweiten von Hohlkörpern
mittels flexibler Flüssigkeitsbehälter und
mittels Gasgeneratortechnik bekannt. Letztgenannte Verfahren sind
jedoch sehr kosten intensiv und/oder stör- bzw. verschleißanfällig. Auch
sind diese Verfahren u.U. nicht zur Produktion lebensmittelechter
Verpackungen geeignet.
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Insbesondere
für lebensmittelechte
Verpackungen werden auch an den Werkstoff des Werkstückes besondere
Anforderungen gestellt, weshalb die Verpackungen vorzugsweise oder
ausschießlich
aus Stahl oder anderen Metallen, wie beispielsweise Aluminium und
Messing, Zinn oder Kombinationen hieraus, erforderlich sind, um
geforderte Richtlinien und Korrosionswiderständigkeitseigenschaften zu erfüllen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung profilierter Hohlkörper zu schaffen, mittels deren
kostengünstig
ein Hohlkörperrohling
mit einer vorzugsweise sich in Umfangsrichtung erstreckenden Profilierung
versehen werden kann. Hierbei sollen Vorrichtung und Verfahren sowohl
für eine
Einzelanfertigung geeignet sein, wie auch eine industrielle Fertigung
ermöglichen.
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Für ein Verfahren
wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung profilierter Hohlkörper, mit den Schritten: Anordnen
eines zu profilierenden Hohlkörperrohlings
zwischen einem Kernformwerkzeug und einem Mantelformwerkzeug, wobei
das Kernformwerkzeug einen durchmesserveränderlichen Formabschnitt aufweist, Aufweiten
zumindest eines Abschnittes des Hohlkörperrohlings in Radialrichtung
durch Expansion des durchmesserveränderlichen Formabschnittes
des Kernformwerkzeuges und Verdrehen des Kernformwerkzeuges relativ
zu dem Mantelformwerkzeug.
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Weiterhin
wird die Aufgabe gemäß einem Vorrichtungsaspekt
erfindungsgemäß gelöst durch eine
Vorrichtung zur Herstellung profilierter Hohlkörper mit einem Kernformwerkzeug
und einem Mantelformwerkzeug, zwischen denen ein zu profilierender Hohlkörperrohling
positionierbar ist, wobei das Kernformwerkzeug einen durchmesserveränderbaren Formabschnitt
aufweist und relativ zu dem Mantelformwerkzeug drehbar angeordnet
ist.
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Indem
während
des Aufweitens des Hohlkörperrohlings
durch das in diesem angeordnete Kernformwerkzeug eine Drehung desselben
vollführt
wird, entsteht eine gleichmäßige Aufweitung
des Hohlkörpers
entlang seines gesamten Umfanges.
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Hierdurch
ergibt sich einerseits eine gleichmäßige Werkstoffbelastung des
Werkstückes,
andererseits entsteht eine optisch ansprechende, rotationssymmetrisch
einheitliche Profilierung, die werbewirksam und optisch ansprechend
verwendbar ist.
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Auch
ist durch das Überlagem
einer Rotationsbewegung mit der radial nach außen gerichteten Aufweitbewegung
des Kernformwerkzeuges, die auf das Werkzeug auftretende Belastung
ebenso wie die auf das Werkstück
einwirkende Beanspruchung deutlich geringer als bei einem rein radialen
Aufweitvorgang, das auf das Werkstück gleichmäßige Scherkräfte einwirken
und das Werkzeug an dem Werkstück
gleitend expandiert werden kann.
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Demzufolge
kann einerseits der Werkstückdurchsatz
erhöht
werden, so daß eine
hohe Produktivität
mit einer Fertigungsrate von 800 bis 1200 Dosen pro Minute realisierbar
ist, andererseits der Werkzeugverschleiss deutlich reduziert werden. Auch
der zur Fertigung erforderliche Energieaufwand kann reduziert werden.
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Bei
einem solchen Verfahren erfolgt vorzugsweise das Verdrehen des Kernformwerkzeuges
relativ zu dem Mantelformwerkzeug zumindest teilweise während des
Aufweitens des Hohlkörperrohlings. Weiterhin
vorzugsweise erfolgt das Verdrehen des Kernformwerkzeuges relativ
zu dem Mantelformwerkzeug gleichzeitig mit Aufweiten des Hohlkörperrohlings
durch das Kernformwerkzeug. Hierbei wird der Hohlkörperrohling
vorzugsweise während
des Aufweitens verdrehsicher an dem Mantelformwerkzeug gehalten.
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Gemäß einer
weiterhin bevorzugten Ausführungsform
kann der Hohlkörperrohling
entsprechend zumindest einer in dem Mantelformwerkzeug ausgebildeten
Ringform profiliert werden. Die Profilierung des Hohlkörpers wird
vorzugsweise achssymmetrisch zu einer Mittelachse des Hohlkörperrohlings ausgebildet.
Hierbei können
mehrere gleiche und/oder verschiedene Profilierungen gleichzeitig
an dem Hohlkörper
aus gebildet werden.
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Ein
Hohlkörper
wird gemäß einer
Ausführungsform
nacheinander mit mehreren gleichen und/oder verschiedenen Profilierungen
versehen. Vorzugsweise wird ein zu profilierender ringförmiger Bereich
des Hohlkörpers
von einem sich aufweitenden konvexen Bereich des Kernformwerkzeug
gegen einen konkaven Bereich des Mantelformwerkzeuges gedrückt.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
findet vorteilhafter Weise eine Vorrichtung nach zumindest einem
der Ansprüche
11 bis 32 Verwendung.
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Bei
einer solchen, insbesondere zuvor beschriebenen Vorrichtung, sind
vorzugsweise an der Kernwelle in Radialrichtung Führungselemente
angeordnet, mittels derer die Segmentkörper formschlüssig an
der Kernwelle, zumindest in deren Umfangsrichtung, geführt werden.
Das Mantelformwerkzeug und die Kernwelle des Kernformwerkzeuges sind
vorteilhafter Weise relativ zueinander um eine gemeinsame Mittelachse
drehbar.
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Das
Mantelformwerkzeug weist gemäß einer Ausführungsform
einen bezüglich
der Mittelachse rotationssymmetrischen Innenraum auf, in dem zumindest
der Formabschnitt des Kernwerkzeuges angeordnet ist. Hierbei können die
Segmentkörper
durch Verdrehen der Kernwelle gegenüber dem Mantelformwerkzeug
auf dieses hinzu bzw. von diesem weg bewegbar sein.
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Vorzugsweise
sind die Segmentkörper
durch ein Verdrehen der Kernwelle gegenüber dem Mantelformwerkzeug
spiralförmig
um die Mittelachse bewegbar und zwar mittels einer Kurvenscheibensteuerung
oder einer Exzentersteuerung, wobei jeder Segmentkörper über zumindest
ein Eingriffselement an zumindest einer Exzenter- oder Kurvensteuerscheibe
geführt
sein kann.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
Längsschnittsansicht
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 einen
Querschnitt durch die in 1 gezeigte Vorrichtung entlang
einer Linie A-A
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3 einen
Querschnitt durch die in 1 gezeigte Vorrichtung entlang
einer Linie B-B,
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4 einen
Hohlkörperrohling
als Ausgangswerkstück,
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5 einen
fertig profilierten Hohlkörper
gemäß einer
ersten Fertigungsvariante,
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6 einen
fertig profilierten Hohlkörper
gemäß einer
zweiten Fertigungsvariante,
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7 eine
Längsschnittsansicht
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
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8 einen
Querschnitt durch die in 7 gezeigte Vorrichtung entlang
einer Linie C-C,
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9 einen
Querschnitt durch die in 7 gezeigte Vorrichtung entlang
einer Linie B-B,
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10 eine
Detailansicht des in 7 mit Z gekennzeichneten Bereichs,
und
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11 einen
Querschnitt durch die in 10 gezeigte
Anordnung entlang einer Linie A-A.
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Eine
erste, auch manuell betreibbare Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Herstellung profilierter Hohlkörper wird im Folgenden anhand
der 1 bis 3 näher erläutert. Darin bezeichnet das
Bezugszeichen 1 die Vorrichtung zur Herstellung profilierter
Hohlkörper
H aus einem Hohlkörperrohling
HR als Ausgangshalbzeug bzw. Werkstück, wie dieses in 4 gezeigt
ist.
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Zur
Erläuterung
der ersten Ausführungsform der
Vorrichtung wird als Beispiel ein beiderseits offener, rohrtörmiger Hohlkörperrohling
HR herangezogen.
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In
der in den 1 bis 3 dargestellten ersten
Ausführungsform
der Vorrichtung zum Herstellen profilierter Hohlkörper weist
diese ein Mantelformwerkzeug 3 in Form eines äußeren Gehäuses der
Vorrichtung auf. Wie dargestellt, ist das Mantelformwerkzeug 3 in
dieser Ausführungsform
in einen rechten und einen linken Abschnitt 3a, 3b in
etwa mittig teilbar. Hierbei ist die Teilungsebene an einer Stelle
platziert, an der ein Innenraum 8, der innerhalb des Mantelformwerkzeuges 3 ausgebildet
ist, seinen größten Innendurchmesser
Di aufweist, wie in 2 gezeigt.
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Die
Anordnung der Teilungsebene an dieser Stelle ermöglicht ein späteres Entnehmen
des fertig profilierten Hohlkörpers
H, dessen Außenkontur
nach dem Profiliervorgang der Innenkontur des Hohlraumes 8 im
Wesentlichen entspricht. Bei der dargestellten Vorrichtung ist eine
zusammengerechnete Länge des
rechten und linken Abschnittes 3a, 3b des Mantelformwerkzeuges 3 vorzugsweise
größer als
eine Länge
HRi des darin einzuführenden Hohlkörperrohlings
HR.
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Zum
Einführen
des Hohlkörperrohlings
in die Vorrichtung wird das Mantelformwerkzeug an der beschriebenen
mittigen Teilungsebene geöffnet,
dann der zu profilierende Hohlkörperrohling
HR in eine der beiden Abschnitte 3a, 3b eingeschoben,
bevor der andere Abschnitt wieder aufgesetzt wird. Beim Einführen des
Hohlkörperrohlings
mag das Kernformwerkzeug entnommen sein oder aber auch in einem der
beiden Abschnitte 3a, 3b des Mantelformwerkzeuges
verbleiben.
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Wie
in 1 gezeigt, ist das Mantelformwerkzeug 3 auf
beiden Seiten jeweils mit einem Endabschnitt 3c, 3d versehen
und vorzugsweise nach außen
hin verschlossen. Die Endabschnitte 3c, 3d sind
scheibenförmig
oder, wie dargestellt, vorzugsweise topfförmig, mit einem U-Querschnitt
ausgebildet und über
Befestigungsmittel, wie beispielsweise als Schraubverbindungen mit
Bolzen 13 dargestellt, mit den mittleren Abschnitten 3a und 3b des
Mantelformwerkzeuges 3 lösbar verbunden.
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Durch
Lösen zumindest
eines der Endabschnitte 3c, 3d kann anstelle oder
zusätzlich
zum Teilen der Abschnitte 3a, 3b des Mantelformwerkzeuges
ebenso die Beschickung des Hohlkörperrohlings vorgenommen
werden.
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Wie
zuvor beschrieben, bilden die Abschnitte 3a, 3b des
Mantelformwerkzeuges 3 eine Mantelschablone, an der die
Außenseite
und Kontur des zu profilierenden Hohlkörpers als Negativform (konkave Wölbung) wiedergegeben
ist.
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Mit
der in 1 gezeigten Gestaltung des Mantelformwerkzeuges 3 sind
aus Hohlkörperrohlingen
HR, wie sie in 4 dargestellt sind, profilierte Hohlkörper H,
H1 einer ersten Fertigvariante, wie sie in 5 gezeigt
ist, herstellbar.
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Zur
Herstellung einer anderen Fertigvariante H, H2,
wie sie beispielsweise in 6 gezeigt
ist, können
anstelle der in 1 dargestellten Abschnitte 3a, 3b des
Mantelformwerkzeuges 3 andere Abschnitte eingewechselt
werden, deren innere Konturierung mehr als eine ringförmige, in
ihrem Längsschnitt
(1) kreisbogensegmentförmige Ausnehmung aufweist.
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Vorzugsweise
ist das Mantelformwerkzeug 3 in einem solchen Fall nicht
nur senkrecht zu seiner Längsachse
a in der Teilungsebene A-A teilbar, sondern auch in einer dazu senkrechten
Teilungsebene, die durch die Längsachse
a führt,
um so ein Entnehmen der fertig profilierten Hohlkörper H,
H2 zu ermöglichen. Auch ist es denkbar,
mehrere Zwischenabschnitte oder eine geeignete andere Anzahl von
Abschnitten 3a, 3b ... 3n mit geeigneten Längs und/oder Querteilungen
vorzusehen.
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Ebenso
sei bemerkt, daß die
Profilierung zur Fertigung der Hohlkörper H von der dargestellten Kreisbogensegmentform
abweichen kann. Anstelle des Kreisbogens kann auch eine Kontur aus
zwei Geraden, mit einer sie verbindenden Ecke oder eine Kontur mit
zwei oder drei oder mehreren Ecken und sie verbindenden Geraden
oder Bogenabschnitten ebenso vorgesehen sein wie Wellenlinien oder
andere beliebige ge wünschte
Krümmungen
oder Profilierungen als Querschnitt des zu fertigenden Ringprofils.
Hierbei erstreckt sich die gewählte
Profilierung einheitlich entlang des gesamten Umfangs des inneren
Formabschnittes des Hohlraumes 8 bzw. später entlang
des gesamten Umfangs des profilierten Abschnittes des fertig profilierten
Hohlkörpers
H.
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Eine
dieser Profilierung im Längsschnitt
entsprechende Profilierung wird durch die Außenkontur des Kernformwerkzeuges 2 verkörpert. Hierbei
unterscheidet sich ein Außendurchmesser
DA des Kernformwerkzeuges 2 in
seinem maximal ausgedehnten Zustand lediglich durch die Dicke HRS des profilierten Hohlkörpers H vom Innendurchmesser
Di des Mantelformwerkzeuges 3.
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Die
zuvor erwähnten
Endabschnitte 3c, 3d des Mantelformwerkzeuges 3,
die ebenso wie die Abschnitte 3a, 3b untereinander über Bolzen 13 mit
den Abschnitten 3a, 3b lösbar verbunden sind, dienen ferner
als Lagerung für
das Kernformwerkzeug 2 in dem Mantelformwerkzeug 3.
Hierbei ist das Kernformwerkzeug 2 relativ zu dem Mantelformwerkzeug 3 um
eine gemeinsame Mittelachse M (entspricht a) drehbar. In der dargestellten
Ausführungsform
der 1 ist eine Verschieblichkeit der beiden Werkzeuge 2, 3 in
Längsrichtung
a nicht vorgesehen.
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In
seinem grundsätzlichen
Aufbau weist das Kernformwerkzeug 2 eine Kernwelle 6 auf,
die zumindest an einem ihrer Enden einen Abschnitt 11 aufweist,
an dem ein Drehmoment auf die Kernwelle 6 und somit auf
das Kernformwerkzeug 2 übertragbar ist.
Vorzugsweise ist dieser Abschnitt 11 als Vierkant- bzw.
Sechskantabschnitt, auf den ein Schraubenschlüssel oder dergleichen aufsteckbar
ist, ausgebildet. Jede andere geeignete Gestaltung ist jedoch ebenfalls
denkbar. Vorzugsweise ist hierbei der Abschnitt 11 so ausgebildet,
daß sein
Außendurchmesser
geringer als der der Kernwelle 6 ist, so daß der Endabschnitt 3c, 3d des
Mantelformwerkzeuges 3 über
ihn hinweg abgezogen werden kann.
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Die
Kernwelle 6 ist von Segmentkörpern 5 umgeben, die
in einem Beschickungszustand (Zustand geringsten Außendurchmessers
des Kernformwerkzeuges) diese vorzugsweise im Wesentlichen vollständig umgeben,
und, wie in 2 dargestellt, gemeinsam einen
kreisförmigen
Querschnitt bzw. eine kreisförmige
Außenkontur
bilden. In der dargestellten Ausführungsform sind vier Segmentkörper 5 um
die Kernwelle 6 angeordnet, es können jedoch auch zwei, drei,
fünf, sechs
oder mehrere Segmente vorgesehen sein.
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Die
Segmente 5 sind in der in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
lediglich in Radialrichtung r, also senkrecht zur Axialrichtung
a, gegenüber
der Kernwelle 6 verschiebbar. Sie werden hierbei von Führungselementen 7,
die ebenfalls in Radialrichtung r an der Kernwelle 6 angeordnet
sind, und mit dieser vorzugsweise über Bolzen verbunden sind,
geführt.
Die Segmente 5 bilden gemeinsam einen durchmesserveränderlichen
Formabschnitt 4 (oder einen Teil hiervon) des Kernformwerkzeuges 2.
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Hierbei
kann der durchmesserveränderliche Formabschnitt 4 sich
lediglich in dem Bereich oder den Bereichen erstrecken, in denen
ein zu profilierender Hohlkörperrohling
HR mit einem von seiner Grundform abweichenden Profilabschnitt versehen werden
soll, jedoch kann sich der durchmesserveränderliche Formabschnitt 4 in
Längsrichtung
a auch über
die gesamte Länge
des zu profilierenden Hohlkörperrohlings
HR oder sogar darüber
hinaus erstrecken, und, wie beispielsweise in 1 gezeigt,
die Länge
des gesamten Innenraumes 8 einnehmen.
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In
der dargestellten Ausführungsform
reichen die Segmentkörper 5 als
einteilige Segmentbauteile von einer Innenseite des linken Endabschnittes 3c bis
zu einer Innenseite des rechten Endabschnittes 3d des Mantelformwerkzeuges 3 und stützen sich
an diesen ab, was einer Lagerung des Kernformwerkzeuges 2 relativ
zu dem Mantelformwerkzeug 3 in Axial- bzw. Längsrichtung
a entspricht.
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Über die
Führungselemente 7,
die eine Axialverschiebung zwischen den Segmentkörpern 5 und der Kernwelle 6 ausschließen, wird
auch die Kernwelle 6 axialfest in dem Mantelformwerkzeug 3 gehaltert.
An zumindest einer der Innenseiten der Endabschnitte 3c, 3d des
Mantelformwerkzeuges 3 ist eine Ausnehmung in Form einer
spiralförmigen
Kurve vorgesehen. Diese bildet zusammen mit dem Endabschnitt 3c, 3d eine
Kurvensteuerscheibe 9, an der über zumindest ein Eingriffselement 10 jeder
der Segmentkörper 5 geführt ist.
Bei einer Drehung der Kernwelle 6 relativ zu dem Mantelformwerkzeug 3 werden
die Segmentkörper 5 über die
Führungselemente 7 in
Umfangsrichtung mitgenommen. Da die Segmentkörper 5 bzw. ihre Verlängerungen,
in denen die Eingriffselemente 10 angeordnet sind, in der
Kurvensteuerscheibe 9 geführt sind, bewegen sich die Segmentkörper 5 während der
Drehung radial nach außen
und drücken
hierbei gegen zumindest einen Bereich einer Innenwandung des Hohlkörperrohlings HR,
wodurch dieser nach außen
aufgeweitet bzw. gewölbt
und dadurch profiliert wird.
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Anstelle
der spiralförmigen
Kurvensteuerscheibe 9, die eine, zwei oder mehrere Windungen aufweisen
kann, ist auch das Vorsehen einer Exzenterscheibe denkbar.
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Die
Eingriffselemente 10 sind in der dargestellten Ausführungsform
als Bolzen oder Stifte ausgebildet. Ebenfalls, wie dargestellt,
ist vorliegend an jeder der beiden Endabschnitte 3c, 3d eine
Kurvenscheibensteuerung 9, 10 vorgesehen, wobei
die Steuerkurven 9 eine einander entsprechende Orientierung
der Spiralkurve haben, so daß die
Segmentkörper 5 gleichmäßig auf
beiden Seiten geführt
werden.
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Wie
ferner in 1 gezeigt, sind Antispreizeinrichtungen 14 an
dem Kernformwerkzeug 2 ausgebildet, die ein Rückführen der
Formkörper 5 in
den Beschickungszustand, also in den Zustand, bei dem die Formkörper 5 nahe
an der Kernwelle 6 anliegen, fördern. Diese Antispreizvorrichtungen 8 bestehen
in ihrer einfachsten dargestellten Ausführungsform aus Stiften oder
Bolzen, die an der Kernwelle 6 befestigt sind, und an denen
zwischen einem radial außen
angeordneten Stiftkopf und dem jeweiligen Segmentkörper 5 ein
Druckfederelement eingespannt ist.
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Weiterhin
können
zusätzliche
Verdrehsicherungen 15 vorgesehen sein, die in Form von
Stiften federnd an der Kernwelle 6 angeordnet sind und
sich radial von dieser nach außen
erstrecken und hierbei das Werkstück, also den zu profilierenden
Hohlkörperrohling
HR, gegen die Innenwandung des Hohlraumes 8 andrücken, um
so ein Verdrehen des Rohlings aufgrund der Drehbewegung des Kernformwerkzeuges
in dem Mantelformwerkzeug sicher zu verhindern.
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Wie
zuvor beschrieben, ist das Kernformwerkzeug 2 ein segmentiertes
Innenwerkzeug mit einem geometrischen Formspeicher der Innenkontur des
zu profilierenden Hohlkörpers
H. Ebenso weist das als geteiltes Außenwerkzeug ausgebildete Mantelformwerkzeug 3 einen
geometrischen Formspeicher der Außenkontur des zu fertigenden
profilierenden Hohlkörpers
H auf.
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Die
Führung
des Kernformwerkzeuges 2 bzw. seines durchmesserveränderlichen Formabschnittes 4 in
dem Mantelformwerkzeug 3 erfolgt durch eine Scheibensteuerung,
vorzugsweise beidseitig, mit rechts- und linkssteigenden Spiralkurven über Führungsstifte 10,
die in diese Spiralkurven eingreifen und an jedem der Segmentkörper 5 direkt oder
indirekt und vorzugsweise an beiden Seiten angeordnet sind.
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Das
Kernformwerkzeug 2, das auch als Innenwerkzeug bezeichnet
wird, weist eine Kernwelle 6 auf, deren Außendurchmesser
im Wesentlichen einem Innendurchmesser der Segmentkörper 5 entspricht,
die um die Kernwelle 6 gleichmäßig in Umfangsrichtung angeordnet
sind. Die einzelnen Segmentkörper
weisen Nuten auf, die ein radiales Gleiten entlang von Führungselementen,
die vorzugsweise in Leisten- oder Keilform ausgebildet sind, ermöglichen.
Die Außenform
des segmentierten Kernformwerkzeuges 2 entspricht der späteren Innenform
des profilierten Hohlkörpers
H. Vorzugsweise hat jeder Segmentkörper 5 Bohrungen zur
Aufnahme von Führungsstiften 10 an
seinen beiden axialen Enden.
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Wie
ebenfalls beschrieben, entspricht die Innenform des Mantelformwerkzeuges 3,
das auch als Außenwerkzeug
bezeichnet wird, im Wesentlichen der späteren Außenform des fertig profilierten
Hohlkörpers
H, also des Werkstückes.
Die Teilung des Mantelformwerkzeuges in einer oder mehreren Ebenen
parallel oder senkrecht zur Mittelachse M dient vornehmlich der
Entnahme des fertigen Hohlkörpers H.
Hierbei ist die Oberfläche
der im Wesentlichen zylindrischen Form des Mantelformwerkzeuges
neben der Profilierung zumindest abschnittsweise jeweils so gestaltet,
daß in
Verbindung mit der Verdrehsicherung 14 ein unbeabsichtigtes
Verdrehen des Werkstückes
gegenüber
dem Außenwerkzeug
vermieden wird.
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Auch
kann eine Klemmvorrichtung des Hohlkörpers bzw. des Hohlkörperrohlings
durch das Mantelformwerkzeug vorgesehen sein, was beispielsweise
durch eine vollständige
oder teilweise Teilung in Längsrichtung
a geschehen kann, wodurch ein Innendurchmesser Di des
Mantelformwerkzeuges 3 veränderbar gestaltet sein kann.
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Wie
ferner zuvor beschrieben, sind in die Endabschnitte 3c, 3d,
die auch als Scheiben bezeichnet werden, Spiralnuten eingebracht,
deren jeweilige Gesamtsteigung dem Wert der Durchmesseränderung des
zu fertigenden Hohlkörpers
entspricht. Hierbei ist zu beachten, daß eine Scheibe eine Spiralnut
mit Rechtssteigung erhält,
während
die andere eine mit Linkssteigung erhält. Zur besseren Handhabbarkeit und
Bedienbarkeit kann an zumindest einem Abschnitt 3b des
Mantelformwerkzeuges 3 ein Hebel 12 angeordnet
sein, der wiederum vorzugsweise über Bolzen 13 an
dem Abschnitt 3b befestigt ist. Über den Hebel 12 oder
eine andere geeignete Einrichtung kann auf das Mantelformwerkzeug 3 ein
Drehmoment aufgebracht werden, das dem über die Abschnitte 11 auf
das Kernformwerkzeug 2 aufgebrachte Drehmoment entgegengerichtet
ist.
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Die
Beschickung der beschriebenen Vorrichtung gemäß der dargestellten ersten
Ausführungsform
erfolgt, indem zunächst
ein zu profilierender Hohlkörperrohling
HR in eine Hälfte 3b, 3c des
Mantelformwerkzeuges 3 eingeführt wird, Sodann wird das segmentierte
Kernformwerkzeug, das bereits aus Kernwelle 6, den Formsegmenten 5 und
den übrigen
Bauteilen vormontiert wurde, in den Innenraum 8 des Mantelformwerkzeuges 3,
in dem der Hohlkörperrohling
HR angeordnet ist, eingeführt.
Sodann wird der zweite Abschnitt 3a, 3d des Mantelformwerkzeuges 3 auf
den ersten Abschnitt 3b, 3c aufgesetzt. Alternativ
hierzu ist es auch möglich,
anfänglich die
beiden mittleren Abschnitte 3a, 3b vorzumontieren
und/oder zusätzlich
noch eine der beiden Endabschnitte 3c oder 3d daran
zu befestigen, bevor der Hohlkörperrohling
und das Kernformwerkzeug 2 eingeführt werden. Schließlich werden
nach dem Einführen
die noch nicht montierten Endabschnitte 3c und/oder 3d montiert.
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Nach
dem Anbringen des Hebels 12 wird entweder der Hebel fest
eingespannt und durch Drehung der Kernwelle 6 der Profiliervorgang
eingeleitet oder aber die Kernwelle 6 eingespannt und durch Drehung
am Hebel 12 der Hohlkörperrohling
profiliert. Die Drehung erfolgt hierbei so weit, bis der Außendurchmesser
der Segmentkörper 5 des
Innenwerkzeuges 2 an der Innenwand des verbleibenden noch
zylindrischen Teil des Hohlkörperrohlings
HR anliegt.
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Zum
Ausbringen des fertig profilierten Hohlkörpers erfolgt nach dem Zurückdrehen
der Fertigungsvorrichtung in die Ausgangs- bzw. Beschickungslage
durch Öffnen
der beiden Hälften
des Außenwerkzeuges
im Bereich des größten Durchmessers
des Hohlkörpers
H bzw. des Außenwerkzeuges.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Vorrichtung zur Herstellung profilierter Hohlkörper ist
es denkbar, die Abschnitte 3a, 3b als einstückigen Abschnitt
auszubilden, wobei eine Teilung des Außenwerkzeuges, nicht wie in 1 gezeigt,
senkrecht zur Axialrichtung a vorgesehen ist, sondern in der Abbildungsebene
oder senkrecht dazu oder in einer Ebene, die die Mittelachse M einschließt. Auch
kann eine mehr als zweiteilige Ausführung, z.B. eine drei- oder
vierteilige Ausführung
des Außenwerkzeuges vorgesehen
werden, bei der die einzelnen von der Mittelachse nach außen reichenden
Teilebenen parallel zu dieser Mittelachse angeordnet sind.
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Insbesondere
in der beschriebenen zweiten Ausführungsform ist es denkbar,
mehrere ringförmige
Ausnehmungen bzw. Erweiterungen des Innenraumes 8, die
die Außenkontur
des Profilabschnittes des fertig profilierten Hohlkörpers bestimmen,
vorzusehen.
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Wenn
beispielsweise entlang des grundsätzlich zylindrischen Hohlraumes 8 drei
Auswölbungen 8a vorgesehen
sind, kann ein profilierter Hohlkörper H2 mit
drei profilierten Bereichen B1, B2, B3, wie er in 6 gemäß einer
zweiten Fertigvariante gezeigt ist, hergestellt werden. Hierbei
ist es einerseits denkbar, das segmentierte Kernformwerkzeug 2 ebenfalls
mit drei nach außen
ragenden Ringabschnitten in seinem durchmesserveränderlichen
Formabschnitt zu versehen, die dann bei einer Drehung des Kernformwerkzeuges 2 den
Hohlkörperrohling
gleichzeitig in die drei Ausnehmungen 8a formen, andererseits
ist es auch denkbar, das Kernformwerkzeug 2 entsprechend
der in der ersten Ausführungsform
beschriebenen Gestaltung zu belassen und lediglich den zu profilierenden
Hohlkörperrohling
HR relativ zu dem Kernformwerkzeug 2 in Axialrichtung zu
verschieben, um so nacheinander in drei Fertigungsvorgängen drei
Auswölbungen
B1, B2, B3 zu erhalten.
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Soweit
nicht sonderlich angeführt,
entsprechen die übrigen
Komponenten der beschriebenen zweiten Ausführungsform sowie der weiteren
zu beschreibenden Ausführungsformen
im Wesentlichen denen der zuvor ausführlich beschriebenen ersten Ausführungsform
der Vorrichtung zur Herstellung profilierter Hohlkörper.
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Die 7 bis 10 zeigen
eine dritte Ausführungsform.
Hierbei ist, alternativ zu der Kurvenscheibensteuerung oder Exzentersteuerung
zur Aufweitung des durchmesserveränderlichen Formabschnittes 4 des
Kernformwerkzeuges 2 die im folgenden beschriebene Abwandlung
vorgesehen: Anstelle der in 1 in ihrem
Längsschnitt
dargestellten rechteckigen Führungselemente 7 in
ihrem Längsschnitt
keilförmige
Führungselemente 27 eingefügt, die
gegen eine gegenüber
der Axialrichtung a geneigte Anlagefläche 5a auf der Innenseite
der Segmentkörper 5 anliegen.
In ihrem Querschnitt sind die Führungselemente 27 vorzugsweise
T- förmig
ausgebildet, wie in 11 gezeigt, um so auch beim
Herausziehen der Kernwelle 6 eine definierte Stellung der
Segmentkörper 5 sicherzustellen.
Die Kernwelle 6 ist hierbei zweiteilig ausgebildet, wobei
eine Innenwelle 6a, an der auch die Führungselemente 7 angeordnet
sind, eine Gewindespindel aufweist, die in einer Gewindehülse einer
Außenwelle 6b aufgenommen
ist. An dieser ist der Abschnitt 11 zur Drehmoment-Übertragung
ausgebildet.
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Vorzugsweise
erfolgt die jeweilige Lagerung bzw. Führung des Kernformwerkzeuges 2 bzw.
seiner Komponenten gegenüber
dem Mantelformwerkzeug 3 so, daß nur eine einseitige Führung bzw.
Lagerung an einem Endabschnitt 23d des Mantelformwerkzeuges 3,
in Axialrichtung gesehen, vorgesehen ist.
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Eine
derartige Ausführungsform
ist somit geeignet, neben rein zylindrischen und beidseitig offnen Hohlkörpern auch
einseitig geschlossene Profilquerschnitte zu verarbeiten bzw. zu
erzeugen. Insbesondere sind topf- bzw. bechertörmige Hohlkörperrohlinge profilierbar.
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Alle
zuvor beschriebenen Prinzipien bzw. Vorgehensweisen bei der Profilierung
der Hohlkörperrohlinge
sind hierzu anwendbar.
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Bei
der in 7 gezeigten Ausführungsform sind die keilförmigen Führungseinrichtungen 27 zwischen
Kernwelle 6 und Segmentkörper 5 so orientiert,
daß sie
in Richtung zu dem geschlossenen Ende des Hohlprofils, also in Richtung
zu der Seite hin, an der das Kernformwerkzeug 2 nicht aus
dem Mantelformwerkzeug 3 nach außen hervorragt, in ihrem Durchmesser
abnehmen. Hierdurch kann durch ein Hereindrücken der Kernwelle 6 in
das Mantelformwerkzeug 3 ein Aufweiten des Hohlkörperroh lings
erfolgen, wobei sich die Segmentkörper 5 an einem Bodenabschnitt
des becherförmigen
Hohlkörpers
oder an einem geschlossenen Endabschnitt 23c des Mantelformwerkzeuges 3 abstützen können.
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Der
Winkel bzw. die Neigung der keilförmigen Führungseinrichtungen 27 gegeüber der
Axialrichtung a wird entsprechend dem zu realisierenden Hub ermittelt.
Zur Realisierung einer formidealen Gegenkontur erfolgt die Fertigung
der Segmentkörper mit
dem Endradius im gespreizten Zustand (axial und radial), die Kanten
der Segmentkörper
werden nachfolgend mit dem Radius des Kernformwerkzeuges im Ausgangszustand überdreht.
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Segmentkörper 5 und
die Kernwelle 6 mit daran montierten (oder einstückig ausgebildeten)
Führungseinrichtungen 27 werden
in eine (in 7, die rechte) Hälfte des
Mantelformwerkzeuges 3b, 23d eingebracht und diese
Hälften
miteinander verschraubt. Nach Einsetzen eines Hohlkörperrohlings HR
in den Hohlraum 8 kann diese vormontierte Hälfte des
Mantelformwerkzeuges 3b, 23d mit der zweiten Hälfte 3a, 23c gekoppelt
werden. Danach wird die Aufnahmebuchse am Gesenk befestigt.
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Die
Befestigung der einzelnen Komponenten des Mantelformwerkzeuges 3 unter
einander kann, wie zuvor bezüglich
der ersten Ausführungsform
erläutert
erfolgen. Insbesondere kann dies mittels Verschraubungen 13 geschehen.
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Durch
Drehung der Gewindespindel als Bestandteil der Kernwelle 6 arbeitet
sich der keilförmige Abschnitt
der Kernwelle 6 mit den Führungseinrichtungen 27 entlang
der T- Nuten in die Segmentkörper hinein,
wie in den 9 bis 11 ersichtlich.
Sie werden gegen den (linken) Endabschnitt 23c der Vorrichtung 1 gedrückt und
gleiten in Folge der weiteren Drehbewegung auf der Fläche auseinander.
Die Distanzhülsen 20 gewährleisten
dabei einen gleichbleibenden Abstand zwischen den Komponenten der
linken Werkzeughälfte.
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Bei
Kontakt mit dem (Blech-)werkstoff des Hohlkörperrohlings drehen sich Werkstück und Werkzeug
gemeinsam, das Material wird entsprechend dem größer werdenden Durchmesser gedehnt.
Bei Drehung der Kernformwerkzeuges in entgegengesetzter Richtung werden
die gespreizten Segmentkörper
auf Grund des T-Profils mühelos
wieder in ihre Ausgangslage zurückgeführt.
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Ebenso
ist jedoch eine radiale Relativdrehung zwischen dem Kernformwerkzeug
und der Innenwandung des Werkstückes
herstellbar, wie zuvor bereits erläutert. Alternativ kann auch
vor dem Erreichen des maximalen Aufweitdurchmessers einseitig ein
zusätzlicher,
geschlitzter Spannring 23e am Werkzeuggesenk angebracht
werden, der das Mitdrehen des Hohlkörpers H, HR verhindert und
dennoch ein Nachfließen
des Materials vom offenen Ende gewährleistet. In beiden Fällen lässt sich
durch das sich drehende Kernformwerkzeug der gewünschte Enddurchmesser bei sehr
guter Werkstückoberfläche realisieren.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
sind die keilförmigen
Führungseinrichtungen
zwischen Kernwelle 6 und Segmentkörper 5 so orientiert,
daß sie
in Richtung zu dem geschlossenen Ende des Hohlprofils, also in Richtung
zu der Seite hin, an der keine Lagerung des Kernformwerkzeuges 2 an
dem Mantelformwerkzeug 3 besteht, ansteigen. Hierdurch kann
durch ein Herausziehen der Kernwelle 6 aus dem Mantelformwerkzeug 3 ein
Aufweiten des Hohlkörperrohlings
erfolgen, wobei sich die Segmentkörper 5 an den Endabschnitt
abstützen
können,
der auf der offenen Seite des Hohlkörperrohlings vorgesehen ist.
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Bei
den ersten Ausführungsformen
mittels Kurvenscheibensteuerung ist eine beliebige Auswahl der Lagerungsseite
für Kernformwerkzeug
und Mantelformwerkzeug denkbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist eine gegenüber
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
abgewandelte Ausführungsform
Teil einer automatisierten Fertigungsvorrichtung, bei der das Öffnen und
Schließen
der Vorrichtung sowie das Verdrehen der Werkzeuge zueinander und
das Be- und Entladen der Vorrichtung vollautomatisch durchgeführt wird.
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Hierzu
können
die einzelnen Komponenten des Mantelformwerkzeuges, nicht wie zuvor
beschrieben, mittels Bolzen 13 aneinandergehalten werden,
sondern wahlweise hierzu vollständig
oder teilweise über
hydraulische oder pneumatische oder aber auch andere mechanische
Halte- und Verschubeinrichtungen (fernsteuerbar) auf einander zu
und voneinander weg bewegt werden bzw. aneinander gehalten sein.
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Ebenso
kann anstelle der zuvor beschriebenen Kurven oder Keilsteuerungen
zur Kombination der Aufweit- und der Drehbewegung des Kernformwerkzeuges
eine elektrisch oder druckgesteuerte bzw. angetriebene Betätigungseinrichtung
Einsatz finden. Insgesamt kann der gesamte Profilierungsvorgang
mit einer elektronischen Steuereinheit verknüpft sein, die den Werkstückwechsel
beispielsweise über
robotische Greifsysteme oder andere geeignete Vorrichtungen durchführt.
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Auch
kann ein Magazin bzw. eine automatische Wechselvorrichtung zum Austausch
unterschiedlich profilierter Abschnitte des Mantelformwerkzeuges
und/oder des Kernformwerkzeuges mit jeder der zuvor beschriebenen
Ausführungsformen gekoppelt
und manuell bzw. automatisch gesteuert sein.
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Wie
zuvor allgemein bezüglich
des Verfahrens beschrieben, ist auch hierbei ein wesentlicher Aspekt
dieser Vorrichtung zur Herstellung profilierter Hohlkörper, daß das Aufweiten
des Hohlkörpers
in Radialrichtung zumindest teilweise unter Verdrehen des Innenwerkzeuges
relativ zu dem Hohlkörper
erfolgt. Vorzugsweise wird hierbei der zu profilierende Hohlkörper an
seiner Außenseite
von einem Außenwerkzeug,
dem Mantelformwerkzeug, verdrehsicher gehaltert. Vorzugsweise genügt ein Anliegen
eines Bereiches der Außenseite
des zu profilierenden Körpers
an einem Außenwerkzeug,
wobei ein Anliegen in einem nicht zu profilierenden Bereich bevorzugt wird.
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Bevorzugterweise
erfolgt das Verdrehen des Innenwerkzeuges bzw. Kernformwerkzeuges
oder zumindest gewisser an dem zu profilierenden Hohlkörper anliegender
Formabschnitte während
des gesamten Aufweit- bzw. Profilierungsvorganges.
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Es
ist denkbar, bei dem Profilierungsverfahren einen oder mehrere Bereiche
des Hohlkörpers gleichzeitig
oder nacheinander zu profilieren.
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Selbstverständlich ist
anstelle eines Verfahrens oder einer Vorrichtung, wie sie zuvor
beschrieben worden sind, bei dem das Außenwerkzeug einen konstanten
Profildurchmesser aufweist, und das Innenwerkzeug durchmesserveränderliche Formab schnitte
aufweist, auch ein Verfahren und eine Vorrichtung denkbar, die entsprechend
einer kinematischen Umkehr ein durchmesserfestes Innenwerkzeug und
ein Außenwerkzeug
mit durchmesserveränderlichen
Formabschnitten aufweist.
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Zur
Entnahme des fertig profilierten Hohlkörpers mag es jedoch hierbei
notwendig sein, auch das Innenwerkzeug ähnlich der gemäß Ausführungsform 2
beschriebenen Ausführungsform
durchmesserveränderlich
zu gestalten, insbesondere nach dem abgeschlossenen Profilierungsvorgang
dessen Durchmesser zu reduzieren, um den profilierten Hohlkörper entnehmen
zu können.
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Die
einzelnen beschriebenen Ausführungsformen
sind für
den Fachmann selbstverständlich
untereinander kombinierbar und in den Vorrichtungs- und Verfahrensvarianten
mit ihren jeweiligen Komponenten verbindbar bzw. ausführbar. Die
jeweils beschriebenen Vorteile lassen sich so von allen Varianten
oder Kombinationen hieraus erzielen.