DE19729384C2 - Presse zum Hydro-Umformen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Presse zum Hydro-Umformen mit zwei einander gegenüberstehend angeordneten Druckplatten (4, 5), an denen je eine von zwei zusammenwirkenden Werkzeughälften (13.1, 13.2) anbringbar ist, einem Kurzhubzylinder (7), mit dessen Kolben (7.1) eine erste Druckplatte (4) unter dem Einfluß eines Druckmittels und unter Zurücklegung eines kurzen Preßhubes in Richtung der zweiten Druckplatte (5) bewegbar ist, und einer Rückholeinrichtung, mit der nach dem Drucklosschalten des Kurzhubzylinders (7) die erste Druckplatte (4) in ihre Ausgangslage zurückholbar ist. Die Rückholeinrichtung ist als Druckenergiespeicher, der die erste Druckplatte (4) in der Ausgangslage hält und die beim Preßhub zusätzlich gewonnene Energie beim Zurückholen der ersten Druckplatte (4) wieder abgibt, ausgebildet. Mit einem Langhubzylinder (15) kann das Zurückholen der ersten Druckplatte (4) unter Zurücklegung eines dem Verriegelungsspiel entsprechenden Rückholhubes unterstützt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Presse zum Hydro-Umformen nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Eine Einrichtung sowohl zum Spritzgießen als auch zum Hydro-Umformen ist aus der WO 95/31322 A1 bekannt. Sie besteht aus einem Pressengrundkörper, der aus Rahmenplatten zusammengesetzt ist. In dem Rahmen sind zwei um 90 Grad versetzte Paare einander gegenüberstehender Platten angeordnet, von denen jeweils eine relativ zu der anderen beweglich ist, um Werkzeugteile aufzunehmen, die des umzuformende Werkstück umschließen. Den beweglichen Platten sind einfach wirkende Kurzhubzylinder zugeordnet, die in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Platte eine große Preßkraft entwickeln und jeweils durch zwei doppelt wirkende Zylinder in ihre Ausgangsstellungen zurückgeholt werden. Nach dem Umformen werden die das Werkstück umgebenden Werkzeugteile in ihrer Gesamtheit entnommen, um außerhalb der Umformeinrichtung entleert und neu bestückt zu werden. Das erfordert zusätzliche Arbeitsgänge und Einrichtungen, die sowohl die Investition als auch die laufende Fertigung verteuern.

Einen weiteren Aufwand repräsentieren die Rückholzylinder, die darüber hinaus noch einen großen Bauraum beanspruchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse zum Hydro-Umformen zu entwickeln, die einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist und eine schnelle Hubanzahl pro Minute bei einer sicheren Arbeitsweise gewährleistet und sicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Presse zum Hydro-Umformen besteht bekannter Weise aus einem Rahmen, der zwei einander gegenüberliegend angeordnete Druckplatten umschließt und aus einem zwei Werkzeughälften bildenden Werkzeug. Dabei ist jeweils eine Werkzeughälfte an eine Druckplatte anbringbar. Die erste Druckplatte mit der zugehörigen ersten Werkzeughälfte ist über mindestens einen einfach-wirkenden Kolben einer Kolben/Zylinderanordnung unter der Druckbeaufschlagung eines Druckmittels und unter Zurücklegung eines kurzen Hubes in Richtung zur zweiten Druckplatte mit der daran angeordneten zweiten Werkzeughälfte verschiebbar. Mit der ersten Druckplatte wird während des Hydro-Umformens die erforderliche Zuhaltekraft auf das Werkzeug übertragen. Die Presse weist weiterhin eine Rückholeinrichtung auf, mit welcher die erste Druckplatte und somit die erste Werkzeughälfte und die Kolben nach der Rücknahme der Druckbeaufschlagung der Kolben/Zylindereinheit in ihre Ausgangslage zurückholbar sind.

Erfindungsgemäß ist dabei die Rückholeinrichtung als Druckenergiespeicher ausgebildet, der die erste Druckplatte in ihrer Ausgangslage hält und deren Verschiebung in Schließrichtung zur zweiten Druckplatte durch die Druckbeaufschlagung der Kolben/Zylindereinheit entgegenwirkt. Bei Entlastung der Kolben zieht der Druckenergiespeicher die Druckplatte und somit die Kolben wieder in die Ausgangslage zurück. Die Presse weist weiterhin einen doppelt wirkenden Langhubzylinder auf, an dessen Stößel die zweite Druckplatte mit der daran in Richtung zur ersten Werkzeughälfte angeordneten zweiten Werkzeughälfte befestigt wird. Die zweite Druckplatte und somit die zweite Werkzeughälfte werden bei Druckbeaufschlagung des Langhubzylinders unter Zurücklegung eines langen Schließhubes aus einer von der ersten Druckplatte weit entfernten Ausgangslage, die zumindest die Werkstückzuführung und -entnahme gestattet, in Richtung der ersten Druckplatte bewegt und beide Werkzeughälften geschlossen. In den nun freien Raum zwischen Rahmen und zweiter Druckplatte fährt eine Verriegelungseinrichtung in Farm von Verriegelungselementen ein. In dieser spielbehafteten verriegelten Werkzeugschließposition, befinden sich, wie in der Ausgangslage, die Kolben in der Kolbenplatte und die erste Druckplatte liegt entweder an dem Kolben oder an der Kolbenplatte an. Nun werden die Kolben mit Druck beaufschlagt und gegen die Kraft des Druckenergiespeichers in einem dem Schließhub entgegengesetzten Hub gegen die erste Druckplatte gedrückt und das Werkzeug wird somit mit einer Zuhaltekraft beaufschlagt, wobei das Innenhochdruckumformen erfolgt. Nach dem Hydro-Umformen werden die Kolben entlastet und die erste Druckplatte selbsttätig durch die Rückzugkraft des Druckenergiespeichers in die Ausgangsposition zurück bewegt. Um diese Rückhubbewegung der Kolben und der ersten Druckplatte zu beschleunigen, kann der Langhubzylinder bedarfsweise in einer weiteren Hubbewegung die zweite Druckplatte in Richtung zur ersten Druckplatte bewegen und damit das Rückfahren der ersten Druckplatte und somit der entlasteten Kolben in deren Ausgangsposition um den dem Verriegelungsspiel entsprechenden Hub unterstützen. Erst fahren die Veriegelungselemente aus und anschließend fährt der Langhubzylinder zurück in die Ausgangsposition, wobei das Werkzeug geöffnet wird.

Die durch die Rückholeinrichtung auf die erste Druckplatte wirkende Kraft, die diese ihrer Ausgangslage hält bzw. einer Verschiebung der ersten Druckplatte in Richtung zur zweiten Druckplatte bei Druckbeaufschlagung der Kolben/- Zylindereinheit entgegen wirkt, ist dabei geringer, als die durch die Druckbeaufschlagung der Kolben während des Hydro- Umformens aufgebrachte Zuhaltekraft.

Die Rückholeinrichtung ist vorzugsweise in Form einer Feder ausgebildet, welche die erste Druckplatte und die gestellfeste Kolbenplatte, in welcher die Kolben/- Zylindereinheit angeordnet ist, gegeneinander verspannt.

Diese federnde Verspannung erfolgt dadurch, daß wenigstens ein Bolzen in der ersten Druckplatte axial fixiert ist, die Kolbenplatte durchdringt und die an der Kolbenplatte anliegende und axial als Druckfeder wirkende Feder aufnimmt. Am freien Ende des Bolzens ist ein Spannelement angeordnet, mit welchem die Feder gegen die Kolbenplatte vorgespannt wird, so daß die Hubbewegung der an den Kolben anliegenden ersten Druckplatte entgegen der in den Bolzen über die Feder eingeleiteten Kraft erfolgt. Die Feder ist vorteilhafter Weise als Polyurethanfeder ausgebildet.

Die Verriegelungselemente, die in geschlossener Position des Werkzeuges in den freien Raum zwischen der dem Werkzeug abgewandten Seite der zweiten Druckplatte und den Innenkanten der Rahmenplatten eingreifen, so daß die während des Innenhochdruckumformens aufgebrachte Zuhaltekraft des Werkzeuges über die zweite Druckplatte auf die Rahmenplatten übertragen werden, können entweder an den Rahmenplatten oder an der Druckplatte befestigt sein.

Durch die erfindungsgemäße Presse erfolgt das Trennen der beiden Werkzeughälften voneinander und das Rückholen der ersten Druckplatte in die Ausgangslage durch die gemeinsame Wirkung des Druckenergiespeichers (Feder) und des Langhubzylinders. Darüber hinaus sichert der Druckenergie­ speicher auch bei Druckausfall eine definierte Lage der ersten Druckplatte. Die Preßkraft wird über die Verriegelungselemente in die Rahmen eingeleitet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Presse in Ausgangsstellung mit geöffnetem Werkzeug

Fig. 2: Presse in geschlossenem Zustand während des Hydro-Umformens

Die Presse besteht gem. Fig. 1 und 2 aus einem Rahmen, der aus zwei beabstandeten zueinander parallelen Rahmenplatten 1 gebildet wird, die mittels Zugankern 2 und Abstandselementen miteinander verspannt sind. In gegenüberliegenden Durchbrüchen 3 sind die erste Druckplatte 4 und die zweite Druckplatte 5 axial bewegbar angeordnet. Unter der ersten Druckplatte 4 ist eine Kolbenplatte 6 angeordnet. Diese ist fest mit jeder Rahmenplatte 1 verbunden. In der Kolbenplatte 6 befindet sich die Kolben/Zylindereinheit 7. Es ist auch möglich, mehrere separate Kolben/Zylindereinheiten vorzusehen. Die Kolben 7.1 sind von oben in die Kolbenplatte 6 eingelassen, die einen kurzen vertikalen Hub ermöglichen. Zum die Druckraum 7.2 der Kolben/Zylindereinheit 7 führt zur Druckmittelzuführung ein Druckmittelkanal 8. Mittig in der ersten Druckplatte 4 ist ein Bolzen 9 (hier mit seinem verbreiterten Ende 9.1 in einer Nut 4.1 der ersten Druckplatte) befestigt. Der Bolzen 9 reicht durch die Kolbenplatte 6 hindurch und trägt an seinem Außen­ durchmesser eine Feder 10, die als Druckfeder wirkt und z. B. aus Polyurethan besteht. Die Feder 10 stützt sich von unten an der Kolbenplatte 6 ab und wird über ein Spannelement 11 (z. B. Schraube) und eine Unterlegscheibe 12 gegen die Kolbenplatte 6 vorgespannt.

Auf der ersten Druckplatte 4 ist eine Werkzeughälfte 13.1 montiert, die mit einer darüberliegenden Werkzeughälfte 13.2 das Werkzeug 13 bildet, in dem auf nicht dargestellte Weise Werkstücke mit Hilfe eines Druckmittels aufgeweitet werden. Zur Druckmittelzuführung und zum Druckdichten An- bzw. Verschießen des Werkstücks ist eine Anschluß- Verschlußeinheiten A/V ebenfalls auf der Oberseite der ersten Druckplatte 4 angeordnet. Die Werkzeughälfte 13.2 ist an die Unterseite der oberen zweiten Druckplatte 5 montiert, die an einem vertikal verschiebbaren Stößel 14 eines Langhubzylinders 15 befestigt ist. Dieser stützt sich an einem zwischen den Rahmen 1 befestigten Querträger 16 ab.

An der Oberseite der zweiten Druckplatte 5 sind Verriegelungselemente 16 horizontal verschiebbar befestigt.

In der Ausgangsstellung gem. Fig. 1 ist das Werkzeug 13 zur Werkstückzuführung und -entnahme geöffnet. Die erste Druckplatte 4 mit der ersten Werkzeughälfte 13.1 und die Kolben 7.1 befinden sich in der unteren Endlage. Dabei wird die aufgrund der Schwerkraft ohnehin unten anliegende untere Druckplatte 4 durch die Wirkung der vorgespannten Feder 10 in Form von Polyurethanscheiben gegen die gestellfeste, auf der Unterseite der Durchbrüche 3 der Rahmenplatten 1 aufsitzende, Kolbenplatte 6 gedrückt und liegt entweder an der Oberseite des Kolbens 7.1 oder an der Oberseite der Kolbenplatte 6 an. Bei liegenden Pressen wird die axiale Ausgangslage der ersten Druckplatte 4 allein durch die Feder definiert, und zwar ohne die bei Rückholzylindern ausfallgefährdete Stellenergie.

Die zweite Druckplatte 5 befindet sich ebenso wie der Stößel 14 des Langhubzylinders 15 in der oberen Endlage. Die Verriegelungselemente 17 befinden sich auf der zweiten Druckplatte 5 in einer Position außerhalb der Rahmenplatten 17.

In dieser Ausgangslage kann das geöffnete Werkzeug 13 mit einem neuen Werkstück bestückt werden, z. B. mittels zugeordneter nicht dargestellter Handhabungseinrichtungen.

Dann fährt gem. Fig. 2 der über den Langhubzylinder 15 druckmittelbeaufschlagte Stößel 14 die zweite Druckplatte 5 samt der zweiten Werkzeughälfte 13.2 im schellen Schließhub HS nach unten, bis diese auf der ersten Werkzeughälfte 13.1 schließend aufsitzt (erste untere Endlage des Langhubzylinders). Daraufhin fahren die Verriegelungselemente 17 fluchtend in den durch das Herunterfahren der zweiten Druckplatte frei gewordenen Raum zwischen der Oberseite der zweiten Druckplatte 5 und der Oberseiten der Durchbrüche 3 der Rahmenplatten 1 ein.

Der Druckraum 7.2 unter dem Kolben 7.1 wird über die Druckmittelzuleitung 8 mit Druck beaufschlagt, wodurch sie die untere Druckplatte 4 entgegen der Federkraft der als Rückstellfeder ausgebildeten Feder 10 um den Hub H nach oben drücken, bis das noch vorhandene Spiel zwischen beiden Werkzeughälften 13.1, 13.2 einerseits und den Verriegelungselementen 17 und der zweiten Druckplatte 5 bzw. den Rahmenplatten 1 andererseits aufgehoben ist und die beiden Werkzeughälften 13.1, 13.2 mit der erforderlichen Zuhaltekraft zusammengedrückt werden, so daß sie dem über die Anschluß-Verschlußeinheiten A/V in das Werkzeug eingeleiteten hohen Druck während des Hydro- Umformens entgegenwirken.

Während die Zuhaltekraft wirkt, kann der Langhubzylinder 15 entlastet werden.

Sobald dieser Innenhochdruck abgebaut ist, wird der Druck auf den Kolben 7.1 abgebaut, woraufhin durch die Rückzugkraft der Feder 10 und das Eigengewicht der unteren Werkzeughälfte 13.1 und der ersten Druckplatte 4 diese und der Kolben 7.1 in Ihre Ausgangsposition zurück bewegt werden. Gleichzeitig werden beide Werkzeughälften 13.1 und 13.3 voneinander getrennt. Die Verriegelungselemente 17 werden aus den Durchbrüchen 3 der Rahmenplatten 1 entfernt, so daß auch der Langhubzylinder 15 mit der an dem Stößel 16 befestigten zweiten Druckplatte 5 und der daran angeordneten zweiten Werkzeughälfte 13.2 zurück in die Ausgangsposition fährt.

Um ein noch schnelleres Zurückfahren des Kolbens 7 und damit der ersten Werkzeughälfte 13.1 und der ersten Druckplatte 4 ist es optional möglich, den Langhubzylinder 15 vor seinem Zurückfahren in die Ausgangslage erneut mit Druck zu beaufschlagen, so daß er einen weiteren Hub H' in Richtung der ersten Druckplatte vollführt und somit ebenfalls dazu beiträgt, daß die Kolben 7.1 schnell in ihre Ausgangsstellung kommen. Der Langhubzylinder 15 ist in diesem Fall in seiner zweiten unteren Endlage und sein zweiter Hub H' entspricht dem möglichen Rückhub des Kolbens 7.1 um den Kolbenhub H. Anschließend fährt der Langhubzylinder mit der zweite Druckplatte und <der zweiten Werkzeughälfte wie v. g. beschrieben ebenfalls in deren Ausgangsstellung.

Sitzt das Werkstück nach dem Innenhochdruckumformen in den beiden Werkzeughälften 13.1, 13.2 fest, wird durch die federnde Befestigung der ersten Druckplatte 4 an der Kolbenplatte 6 vermieden, daß sich die erste Druckplatte 4 gemeinsam mit der ersten Werkzeughälfte 13.1 bei Zurückfahren des Langhubzylinders 15 in die Ausgangsstellung vom Kolben 7.1 abheben und mit nach oben gehoben werden, d. h. es wird die Werkzeugsprengkraft eingeleitet.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Presse zum Hydro-Umformen geschaffen, die mit einem geringen technischen Aufwand ein schnelles Zurückfahren der Kolben 7.1 in die Ausgangsposition ermöglicht, wodurch die Hubzahl erhöht werden kann, und gleichzeitig stets ein sicheres Trennen beider Werkzeughälften gewährleistet.

Claims (7)

1. Presse zum Hydro-Umformen mit zwei einander gegenüber­ liegend angeordneten Druckplatten (4, 5) und einem aus zwei Werkzeughälften (13.1, 13.2) bestehenden Werkzeug (13), wobei jeweils eine Werkzeughälfte (13.1, 13.2) an eine Druckplatte (4, 5) anbringbar ist, und die erste Druck­ platte (4) mit der zugehörigen Werkzeughälfte (3.1) über mindestens einen Kolben einer Kolben/Zylindereinheit (7) unter der Druckbeaufschlagung eines Druckmittels und unter Zurücklegung eines kurzen Hubes (H) in Richtung zur zweiten Druckplatte (5) mit der daran angeordneten zweiten Werk­ zeughälfte (13.2) verschiebbar ist und mittels der ersten Druckplatte (4) über die Kolben/Zylindereinheit (7) während des Hydro-Umformens die erforderliche Zuhaltekraft auf das Werkzeug (13) übertragen wird, sowie mit einer Rückholein­ richtung, mit welcher die erste Druckplatte (4) und somit die erste Werkzeughälfte (13.1) und die Kolben (7.1) der die Kolben/Zylindereinheit (7) nach der Rücknahme der Druckbeaufschlagung der Kolben/Zylindereinheit (7) in ihre Ausgangslage zurückholbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückholeinrichtung als Druckenergiespeicher ausgebildet ist, der die erste Druckplatte (4) in ihrer Ausgangslage hält, einer Verschiebung der ersten Druckplatte (4) in Richtung zur zweiten Druckplatte (5) durch die Druckbeaufschlagung der Kolben/Zylindereinheit (7) entgegenwirkt und die bei diesem Hub (H) zusätzlich gewonnene Druckenergie zum Zurückfahren der ersten Druckplatte (4) und der Kolben (7.1) nach der Rücknahme der Druckbeaufschlagung der Kolben/Zylindereinheit (7) wieder abgibt,
daß ein Langhubzylinder (15) vorgesehen ist, an dessen Stößel (14) die zweite Druckplatte (5) mit der daran in Richtung zur ersten Werkzeughälfte (13.1) angeordneten zweiten Werkzeughälfte (13.2) so befestigt ist, daß die zweite Druckplatte (5) und somit die zweite Werkzeug­ hälfte (13.2) bei Druckbeaufschlagung des Langhubzylin­ ders (15) unter Zurücklegung eines langen Schließhubes aus einer von der ersten Druckplatte (4) entfernten Aus­ gangslage, die zumindest die Werkstückzuführung und -ent­ nahme gestattet, in Richtung der ersten Druckplatte (4) in eine mittels einer Verriegelungseinrichtung spielbe­ haftet verriegelbare Werkzeugschließposition, die den Hub (H) des Kurzhubzylinders (7) zum spielüberwindenden Gegeneinanderverpressen beider Werkzeughälften (13.1, 13.2) mit der Zuhaltekraft zuläßt, bewegbar ist und umgekehrt,
und daß nach dem Hydro-Umformen mit einer weiteren Hubbewegung des Langhubzylinders (15) die zweite Druck­ platte (5) in Richtung zur ersten Druckplatte (4) bewegbar und damit das Rückfahren der ersten Druckplatte (4) und somit der entlasteten Kolben (7.1) in deren Ausgangsposition um den dem Verriegelungsspiel entsprechenden Hub (H) unterstützbar ist.

2. Presse zum Hydro-Umformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholeinrichtung in Form einer Feder (10) ausgebildet ist.

3. Presse zum Hydro-Umformen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) die erste Druckplatte (4) und eine gestellfeste Kolbenplatte (6), in welcher die Kolben/Zylindereinheit (7) angeordnet ist, gegeneinander verspannt.

4. Presse zum Hydro-Umformen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Verspannung dadurch erfolgt, daß wenigstens einen Bolzen (9) in der ersten Druckplatte (4) axial fixiert ist, die Kolbenplatte (6) durchdringt und die an der Kolbenplatte (6) anliegende und axial als Druckfeder wirkende Feder (10) aufnimmt, wobei am freien Ende des Bolzens (9) ein Spannelement (11) angeordnet ist, mit welchem die Feder (10) gegen die Kolbenplatte (6) vorgespannt wird, so daß die Hubbewegung der an den Kolben (7.1) anliegenden ersten Druckplatte (4) entgegen der in den Bolzen (9) über die Feder (10) eingeleiteten Kraft erfolgt.

5. Presse zum Hydro-Umformen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) ein Polyurethankörper ist.

6. Presse zum Hydro-Umformen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung aus Verriegelungselementen (17) besteht, die in geschlossener Position des Werkzeuges (13) in den freien Raum (3) zwischen der dem Werkzeug (13) abgewandten Seite der zweite Druckplatte (5) und den Innenkanten der Rahmenplatten (1) bringbar sind, so daß die während des Innenhochdruckumformens aufgebrachte Zuhaltekraft der Kolben-/Zylindereinheit (7) über die zweite Druckplatte (5) auf die Rahmenplatten (1) übertragen werden.

7. Presse zum Hydro-Umformen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungselemente (17) an den Rahmenplatten (1) oder an der zweiten Druckplatte (5) befestigt sind.