-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen eines
Hohlkörpers
nach dem Innenhochdruckumformverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
-
Aus
der
EP 1 170 070 A1 ist
eine derartige Vorrichtung bekannt, die ein Umformwerkzeug aufweist,
in dessen Formraum der umzuformende Hohlkörper einlegbar ist. Die Vorrichtung
weist außerdem zumindest
einen Axialstempel zur endseitigen Abdichtung des Hohlkörpers auf.
Dieser Axialstempel besitzt einen Axialanschlag, eine Radialdichtung
sowie eine Prallplatte. Die Radialdichtung liegt axial am Axialanschlag
an und liegt außerdem
bei im Hohlkörper
anliegendem Innenhochdruck radial an einer Innenseite des Hohlkörpers an.
Die Prallplatte ist axial an der Radialdichtung abgestützt und
außerdem
axial verstellbar am Axialstempel gelagert. Bei im Hohlkörper anliegendem
Innenhochdruck presst die Prallplatte die Radialdichtung axial gegen
den Axialanschlag an und spannt dadurch die Radialdichtung nach
radial außen
vor. Bei der bekannten Vorrichtung kommt es beim Einführen des
Axialstempels in das offene Ende des Hohlkörpers zu einem linienförmigen Kontakt
entlang einer ringförmigen
Kontaktzone zwischen Radialdichtung und einer innenliegenden Endkante
des Hohlkörpers.
Dies wird durch eine entsprechende konische Formgebung an der Außenseite
der Radialdichtung erreicht. Bei der Druckbeaufschlagung des Hohlkörpers verpresst
die Prallplatte die Radialdichtung, wodurch sich diese radial auszudehnen
sucht und in der Folge auch flächig
an der Innenseite des Hohlkörpers
zur Anlage kommt.
-
Da
der umzuformende Hohlkörper
regelmäßig aus
Metall bestehen kann und da außerdem
die Radialdichtung regelmäßig aus
einem geeigneten, relativ flexiblen Kunststoff besteht, kann es
durch die linienförmige
Kontaktierung beim Einführen
des Axialstempels in den Hohlkörper
zu Beschädigungen der
Radialdichtung kommen. Hierdurch kann die Standzeit der Radialdichtung
reduziert werden, wodurch Wartungsintervalle für die Umformvorrichtung entsprechend
verkürzt
werden müssen.
-
Aus
der
DE 199 09 927
A1 ist eine andere Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen
eines Hohlkörpers
bekannt, bei der zum endseitigen Verschließen des Hohlkörpers eine
Dichteinrichtung verwendet wird, die ebenfalls einen Axialanschlag,
eine Radialdichtung und eine Prallplatte umfasst. Die Radialdichtung
ist dabei so dimensioniert, dass sie bereits beim Einsetzen in den
Hohlkörper
an dessen Innenseite radial zur Anlage kommt. Des Weiteren ist die
Prallplatte mittels einer Feder in Richtung auf den Axialanschlag
vorgespannt, so dass die Prallplatte auch bei fehlendem Innenhochdruck
die Radialdichtung axial gegen den Axialanschlag verpresst und dadurch
eine radiale Vorspannung der Radialdichtung gegen die Innenseite
des Hohlkörpers
bewirkt. Durch eine Druckbeaufschlagung des Hohlkörpers wird
diese Vorspannung der Prallplatte und somit die Dichtwirkung der
Radialdichtung verstärkt.
Bei der bekannten Vorrichtung ist eine Kontaktzone zwischen der
Prallplatte und der Radialdichtung kegelförmig gestaltet, wodurch die
radiale Vorspannungswirkung der Radialdichtung aufgrund der axialen
Verpressung zwischen Prallplatte und Axialanschlag verstärkt wird.
-
Auch
bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Einführen der Dichteinrichtung in
das offene Ende des Hohlkörpers
problematisch, da auch hier eine unerwünschte Kontaktierung zwischen
dem in der Regel scharfkantigen Innenrand des Hohlkörpers und
der vergleichsweise empfindlichen Radialdichtung quasi unvermeidbar
ist.
-
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, bei der insbesondere eine Beschädigungsgefahr für die Radialdichtung
reduziert ist.
-
Dieses
Problem wird erfindungsgemäße durch
den Gegenstand des unabängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Radialdichtung
so zu dimensionieren, dass bei fehlendem Innenhochdruck ein Radialspiel zwischen
der Radialdichtung und der Innenseite des Hohlkörpers vorliegt. Auf diese Weise
kann eine Kontaktierung der Innenseite des Hohlkörpers mit der Radialdichtung
beim Einführen
des Axialstempels vermieden werden. Dementsprechend sinkt die Gefahr
einer Beschädigung
der Radialdichtung. Die axiale Positionierung wird bei der Erfindung
dadurch erreicht, dass der Hohlkörper
endseitig am Axialanschlag zur Anlage kommt, wenn der Axialstempel
die für
den Umformvorgang vorgesehene Relativlage einnimmt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung besitzt die Radialdichtung eine zylindrische
Außenwand.
Durch die axiale Verspannung der Radialdichtung kann dadurch besonders
einfach eine möglichst große flächige radiale
Kontaktierung mit der Innenseite des Hohlkörpers erreicht werden.
-
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
-
Die
einzige 1 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
im Bereich eines Axialstempels.
-
Entsprechend 1 umfasst
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1,
die zum Umformen eines Hohlkörpers 2 nach
dem sogenannten Innenhochdruckumformverfahren geeignet ist, ein
Umformwerkzeug 3 sowie wenigstens einen Axialstempel 4.
Das Umformwerkzeug 3 enthält einen Formraum 5,
der auch als Matritze bezeichnet werden kann und in den der jeweils
umzuformende Hohlkörper 2 einlegbar
ist. Wie 1 entnehmbar ist, besitzt der
Formraum 5 in den für
die Aufweitung des Hohlkörpers 2 vorgesehenen
Bereichen einen Innenquerschnitt, der größer ist als der Außenquerschnitt
des noch unverformten Hohlkörpers 2.
-
Mit
Hilfe des Axialstempels 4 kann ein offenes Ende des Hohlkörpers 2 für den Umformvorgang abgedichtet
werden. Zu diesem Zweck besitzt der Axialstempel 4 einen
Axialanschlag 6, eine Radialdichtung 7 sowie eine
Prallplatte 8. Des Weiteren umfasst der Axialstempel 4 hier
eine Stempelstange 9, die in eine Stempelspitze 10 übergeht,
wobei diese Stempelspitze 10 beim endseitigen Abdichten
des Hohlkörpers 2 in
den Hohlkörper 2 hineinragt.
-
Die
Stempelstange 9 durchsetzt zentrisch den Axialanschlag 6,
die Radialdichtung 7 und die Prallplatte 8. Der
Axialanschlag 6 ist fest an der Stempelstange 9 montiert.
Für eine
ordnungsgemäße Positionierung
ist die Stempelspitze 10 über eine Ringschulter 11,
die radial nach außen
absteht, axial am Axialanschlag 6 abgestützt.
-
Die
Stempelspitze 10 trägt
die Radialdichtung 7 und die Prallplatte 8 und
durchdringt dabei zentrisch die Radialdichtung 7 und die
Prallplatte 8. Dabei ist die Radialdichtung 7 axial
zwischen dem Axialanschlag 6 und der Prallplatte 8 angeordnet.
Zur Positionierung der Radialdichtung 7 ist an der Stempelspitze 10 eine
radial nach außen
abstehende Ringstufe 12 ausgebildet, an welcher sich die
Radialdichtung 7 an einer von der Prallplatte 8 abgewandten
Seite radial innen axial abstützt.
-
Die
Prallplatte 8 ist am Axialstempel 4 bzw. an dessen
Stempelspitze 10 axial verstellbar gelagert, wozu hier
zwischen der Prallplatte 8 und der Stempelspitze 10 ein
axialer Schiebesitz 13 ausgebildet ist. Die Prallplatte 8 ist
somit in axialer Richtung grundsätzlich
frei entlang des Axialstempels 4 bzw. entlang der Stempelspitze 10 verstellbar.
Begrenzt wird diese Verstellbarkeit an einer vom Axialanschlag 6 abgewandten
Seite durch ein axiales Widerlager 14, das am Axialstempel 4 bzw.
hier an der Stempelspitze 10 ausgebildet ist, zum Beispiel
in Form eines in eine Ringnut eingesetzten Spannrings. Die Prallplatte 8 besitzt
eine dem Axialanschlag 6 zugewandte axiale Anpressfläche 15,
mit der die Prallplatte 8 axial an der Radialdichtung 7 anliegt.
Zu diesem Zweck ist die Radialdichtung 7 an einer vom Axialanschlag 6 abgewandten
Seite mit einer axialen Anlagefläche 16 ausgestattet,
an welcher die Anpressfläche 15 der
Prallplatte 8 zur Anlage kommt. Entsprechend der hier gezeigten,
bevorzugten Ausführungsform
sind die Anpressfläche 15 und
die Anlagefläche 16 gleich
oder zumindest etwa gleich groß dimensioniert.
Des Weiteren liegen bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform
die Anpressfläche 15 und
die Anlagefläche 16 jeweils
vollständig
in einer Ebene, die sich senkrecht zur Axialrichtung des Axialstempels 4 erstreckt.
-
Die
Dimensionierung der Radialdichtung 7 erfolgt zweckmäßig so,
dass sie bei fehlendem Innenhochdruck im Hohlkörper 2 die Prallplatte 8 axial gegen
das Widerlager 14 vorspannt. Hierdurch wird gewährleistet,
dass es zu keinem Axialspiel zwischen Radiallager 7 und
Prallplatte 8 kommt, das die ordnungsgemäße Dichtungsfunktion
des Axialstempels 4 beeinträchtigen könnte. Gleichzeitig liegt die
Radialdichtung 7 an einer von der Prallplatte 8 abgewandten
Seite axial am Axialanschlag 6 an, wodurch die Radialdichtung 7 in
axialer Richtung abgestützt
ist.
-
Die
Radialdichtung 7 ist ringförmig ausgestaltet und zentral
von der Stempelspitze 10 durchsetzt. Des Weiteren besitzt
die Radialdichtung eine zylindrische Außenwand 17, während der
Hohlkörper 2 zumindest
im offenen Endbereich eine zylindrische Innenseite 18 aufweist.
-
Erfindungsgemäß ist die
Radialdichtung 7 nun so dimensioniert, dass bei fehlendem
Innenhochdruck ein Radialspiel 19 zwischen der Außenwand 17 der
Radialdichtung 7 und der Innenseite 18 des Hohlkörpers 2 vorliegt.
Mit anderen Worten, ein Außenquerschnitt
der Radialdichtung 7 ist bei fehlendem Innenhochdruck kleiner
als ein Innenquerschnitt des Hohlkörpers 2 im endseitig
offenen Endbereich, zumindest vor der Innenhochdruckumformung des Hohlkörpers 2.
Durch diese Maßnahme
kann der Axialstempel 4 besonders einfach axial in das
offene Ende des Hohlkörpers 2 eingeführt werden,
ohne dass hierbei die Gefahr eines Kontakts zwischen dem Hohlkörper 2 und
der Radialdichtung 7 besteht. Insbesondere kann dadurch
ein Kontakt der in der Regel scharfkantigen innenliegenden Endkante
des Hohlkörpers 2 mit
der relativ weichen und dadurch vergleichsweise leicht verletzbaren
Radialdichtung 7 vermieden werden.
-
Das
Radialspiel 19 zwischen Radialdichtung und Hohlkörper 2 führt dazu,
dass der Axialstempel 4 so weit in das offene Ende des
Hohlkörpers 2 eingeführt werden
kann, bis der Hohlkörper 2 mit
seiner axialen Stirnseite 20 am Axialanschlag 6 axial
zur Anlage kommt. Hierbei wird eine gewisse Abdichtung des Hohlkörpers 2 erreicht,
die es erlaubt, im Hohlkörper 2 einen
Druck aufzubauen. Das Umformwerkzeug 3 ist dabei auf geeignete
Weise an den Axialstempel 4 angepasst, insbesondere stützt sich
der Axialanschlag 6 ebenfalls axial am Umformwerkzeug 3 ab.
-
Die
Dimensionierung der Radialdichtung 7 ist bezüglich ihres
Außenquerschnitts
zweckmäßig so gewählt, dass
bei sämtlichen
innerhalb einer vorgegebenen Toleranzbreite liegenden und somit
im Betrieb der Vorrichtung 1 auftretenden Innenquerschnitten
der Hohlkörper 2 stets
ein Mindest-Radialspiel 19 zwischen dem Hohlkörper 2 und
der Radialdichtung 7 besteht.
-
Bei
einer Druckbeaufschlagung des Hohlkörpers 2 mit Innenhochdruck
baut sich an der Prallplatte 8 eine in Richtung des Axialanschlags 6 wirksame Druckkraft
auf, welche die Prall platte 8 gegen den Axialanschlag 6 antreibt.
Da die Prallplatte 8 in axialer Richtung frei verstellbar
am Axialstempel 4 bzw. an dessen Stempelspitze 10 gelagert
ist, presst die Prallplatte 8 in der Folge die Radialdichtung 7 axial gegen
den Axialanschlag 6. Damit die Radialdichtung 7 derart
axial zwischen Prallplatte 8 und Axialanschlag 6 verpresst
werden kann, ist die Radialdichtung 7 radial innen zwischen
der Ringstufe 12 und der Anlagefläche 16 axial frei
beweglich am Axialstempel 4 bzw. an der Stempelspitze 10 gelagert. Beispielsweise
ebenfalls über
den Schiebesitz 13. Die Prallplatte 8 kann somit
in Folge des im Hohlkörper 2 anliegenden
Innenhochdrucks die Radialdichtung 7 quetschen oder stauchen,
was mit einer radial nach außen
gerichteten Ausbreitung der Radialdichtung 7 einhergeht,
da die Radialdichtung 7 radial innen am Axialstempel 7 bzw.
an dessen Stempelspitze 10 radial abgestützt ist,
so dass sich die Radialdichtung 7 bei ihrer axialen Verpressung
nur radial nach außen
ausdehnen kann. Die axiale Verpressung der Radialdichtung 7 führt somit
zu einer radialen Anlage der Radialdichtung 7 an der Innenseite 18 des
Hohlkörpers 2 sowie
zu einer nach radial außen orientierten
Vorspannung der Radialdichtung 7 gegen die Innenseite 18 des
Hohlkörpers 2.
Auf diese Weise wird der Hohlkörper 2 endseitig
effektiv abgedichtet. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass die
wirksamen Dichtungskräfte
vom Innenhochdruck abhängen,
so dass ein erhöhter
Innenhochdruck zu einer entsprechenden Erhöhung der Dichtungswirkung führt.
-
Bei
der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Prallplatte 8 ebenfalls
ringförmig ausgestaltet
und von der Stempelspitze 10 zentral durchsetzt. Durch
eine entsprechende Abstimmung von Außenquerschnitt und Innenquerschnitt
der Prallplatte 8 kann die in Axialrichtung wirksame Vorspannkraft
in Abhängigkeit
des Innenhochdrucks vorgegeben werden.
-
Zur
Vermeidung einer Leckage kann es zweckmäßig sein, radial zwischen der
Prallplatte 8 und dem Axialstempel 4 bzw. dessen
Stempelspitze 10 ein radial wirkendes Dichtelement 21 anzuordnen. Bei
der hier gezeigten Variante ist zu diesem Zweck an einer radial
innen liegenden Seite der Prallplatte 8 eine ringförmige Aufnahmenut 22 ausgebildet,
in welche das Dichtelement 21 eingesetzt ist, das zweckmäßig ebenfalls
ringförmig
ausgestaltet ist. Auf diese Weise wird das Dichtelement 21 zusammen
mit der Prallplatte 8 axial entlang der Stempelspitze 10 verstellt
und kann dabei in jeder Relativlage seine Dichtfunktion gewährleisten.
-
Bei
der hier gezeigten besonderen Ausführungsform enthält der Axialstempel 4 außerdem einen
zentralen axialen Durchgangskanal 23. Durch diesen Durchgangskanal 23 kann
der Hohlkörper 2 mit
dem Innenhochdruck beaufschlagt werden.