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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aufweitungsverfahren zum Durchführen eines Formungsprozesses an einem hohlen Element durch Einleiten eines Fluids unter Druck in dieses, sowie eine Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Aufweitungsverfahrens.
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FACHLICHER HINTERGRUND
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Aufweitungsprozesse sind eingesetzt worden, um hohle, geformte Körper herzustellen, welche lang sind und deren Querschnittsformen und -abmessungen senkrecht zu ihrer Längsrichtung sich von Position zu Position unterscheiden (siehe beispielsweise Patentdokument
JP 2002-096 118 A ). Wie in den Patentdokumenten
JP H10-156 429 A und
JP 2001-150 048 A beschrieben ist, weisen Aufweitungsvorrichtungen zum Ausführen von Aufweitungsprozessen einen einzelnen Kompressionsmechanismus auf, der mit austauschbaren Pressformen kombiniert ist. Die Aufweitungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Pressformen auf, welche jeweils durch eine andere Pressform austauschbar sind, die für eine zu formende Form geeignet ist.
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Das Patentdokument
DE 103 93 208 T5 beschreibt ein Aufweitungsverfahren zum Ausführen eines Formungsprozesses an einem hohlen Element durch Einleiten eines Fluids unter Druck in dieses, wobei ein Fluid unter Druck in das hohle Element eingeführt wird, um das hohle Element zu expandieren, wobei das hohle Element mittels einer Vorformungspressform vorgeformt wird, und wobei das hohle Element in eine Produktform mittels einer Hauptformungspressform geformt wird. Außerdem beschreibt die DE 103 93 208 T5 eine Aufweitungsvorrichtung zum Ausführen eines Formungsprozesses an einem hohlen Element durch Ausführen eines Formungsprozesses an einem hohlen Element durch Einführen eines Fluids unter Druck in dieses, umfassend eine Röhrenexpansionspressform, eine Vorformungspressform zum Vorformen des expandierten hohlen Elements und eine Hauptformungspressform zum Formen des vorgeformten hohlen Elements in eine Produktform.
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Ein Aufweitungsprozess, welcher als Rohkörper eine gerade Röhre verwendet, wird speziell nachfolgend beschrieben. Als Erstes wird die gerade Röhre gegriffen und in einer Pressform angeordnet. Danach wird ein Fluid unter Druck (im Allgemeinen Wasser unter hohem Druck) in die gerade Röhre eingeleitet.
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Die innere Umfangswand der geraden Röhre wird daher durch das Fluid unter Druck gepresst und wird diametral nach außen expandiert. Da die gerade Röhre in der Pressform angeordnet ist, wird der erweiterte Abschnitt der geraden Röhre schließlich durch die Pressform gestoppt. Die gerade Röhre wird daher in eine Form geformt, welche dem Hohlraum der Pressform entspricht. Dieser Prozess wird auch als ein Röhrenexpansionsprozess bezeichnet.
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Die Pressform wird dann von dem Kompressionsmechanismus entfernt und eine andere Pressform wird in dem Kompressionsmechanismus angebracht, um einen nächsten Formungsprozess durchzuführen. Dabei wird die in dem Röhrenexpansionsprozess verwendete Pressform aus dem Kompressionsmechanismus zurückgezogen und die in dem Formungsprozess zu verwendende Pressform wird zu dem Kompressionsmechanismus bewegt.
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Die expandierte gerade Röhre wird zu der Pressform gebracht und wird dann durch den Kompressionsmechanismus in eine vorbestimmte Form komprimiert. Man erhält nun ein endgültig geformtes Produkt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Wie aus dem Vorstehenden verständlich ist, war es bislang üblich, Presswerkzeuge zu bewegen, um in dem Aufweitungsprozess eines durch ein anderes zu ersetzen. Da es jedoch lange Zeit braucht, um die schweren Pressformen zu bewegen, ist die Zykluszeit zur Herstellung eines endgültig geformten Produkts aus einer geraden Röhre lang.
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Darüber hinaus ist es nicht einfach, ein komplex geformtes Produkt, wie etwa einen Rahmen für eine Kraftfahrzeugkarosserie oder dergleichen, in nur zwei Prozessen zu formen, das heißt in dem Röhrenexpansionsprozess und dem endgültigen Formungsprozess. Es wurde in Betracht gezogen, einen Vorformprozess nach dem Röhrenexpansionsprozess durchzuführen. Durch die Verwendung von drei austauschbaren Pressformen in einem Kompressionsmechanismus ist die Vorrichtung jedoch tendenziell von komplizierter Struktur. Es ist nicht einfach, die drei Pressformen beweglich in dem Kompressionsmechanismus zu installieren. Selbst dann, wenn drei Pressformen beweglich in dem Kompressionsmechanismus installiert sind, wird viel Platz benötigt.
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Um die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, einzeln eine Pressform zum Durchführen des Röhrenexpansionsprozesses, eine Pressform zum Durchführen des Vorformprozesses sowie eine Pressform zum Durchführen des endgültigen Formungsprozesses vorzubereiten und ein Werkstück mit einem Roboter zu den Pressformen zu liefern. Da jedoch ein Roboter benötigt wird, weist die Vorrichtung eine komplexe Struktur auf und die Investition für die Anlagen ist hoch.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufweitungsprozess, welcher in der Lage ist, eine Zykluszeit zu verkürzen, sowie eine Aufweitungsvorrichtung, welche von einfacher Struktur ist und dennoch zwei oder mehrere Pressformen aufweist, bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Aufweitungsverfahren zum Ausführen eines Formungsprozesses an einem hohlen Element durch Einleiten eines Fluids unter Druck in dieses die in Anspruch 1 aufgeführten Schritte.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das durch die Haltemechanismen gegriffene hohle Element (Werkstück) zwischen den Pressformen befördert. Anders ausgedrückt werden nicht die Pressformen, welche schwer sind, sondern es wird das Werkstück zusammen mit den Haltemechanismen befördert. Da das Werkstück viel kleiner und leichter ist als die Pressformen, kann es mit größter Leichtigkeit befördert werden. Daher wird die Zykluszeit, die bis zu einem endgültig geformten Produkt notwendig ist, verkürzt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher die Effizienz des Aufweitungsprozesses stark erhöht.
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Da die Aufweitungsvorrichtung zwei Sätze von Haltemechanismen aufweist, können zwei Werkstücke gleichzeitig geformt werden. Dementsprechend wird die Effizienz des Aufweitungsverfahrens stark erhöht.
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Darüber hinaus besteht keine Notwendigkeit für einen Mechanismus zur Bewegung der Pressformen. Die Vorrichtung weist daher eine wesentlich einfachere Struktur auf.
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Ein Satz von Haltemechanismen kann verwendet werden.
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Speziell umfasst ein Aufweitungsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Ausführen eines Formungsprozesses an einem hohlen Element durch Einführen eines Fluids unter Druck in dieses die in Anspruch 4 aufgeführten Schritte.
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Da in dem vorstehenden Aufweitungsverfahren das durch die Haltemechanismen ergriffene Werkstück zwischen den Pressformen befördert wird, besteht keine Notwendigkeit, die Pressformen zu bewegen, und die Effizienz des Aufweitungsprozesses wird stark erhöht.
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Eine Vorformungspressform kann zwischen der Röhrenexpansionspressform und der Hauptformungspressform vorgesehen sein, um das Werkstück vorzuformen.
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Wenn das Werkstück vorgeformt wird, so wird das hohle Element hauptsächlich durch die Hauptformungspressform geformt, nachdem das vorgeformte Element winklig/um einen Winkel bewegt wurde. Somit ist es möglich, ein endgültig fertiges Produkt zu erhalten, welches eine gewünschte Form aufweist.
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Das unter Druck dem hohlen Element zugeführte Fluid sollte vorzugsweise ein komprimiertes Gas sein. Ein Kompressionsgas-Zuführmechanismus weist geringere Größe auf als ein Hochdruckflüssigkeits-Zuführmechanismus. Die Investition für die Anlagen ist daher geringer und der Installationsplatz ist kleiner.
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Wenn das hohle Element vorgeformt oder hauptgeformt wird, so sollte das hohle Element vorzugsweise so gehalten werden, dass es entweder in vertikaler Richtung oder in horizontaler Richtung verschiebbar ist. Das so gehaltene hohle Element wird vor einer Deformierung geschützt, so dass das endgültig geformte Produkt mit einer hervorragenden Abmessungsgenauigkeit hergestellt werden kann.
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Wenn das hohle Element erhitzt wird, während es durch die Stäbe gehalten ist, so wird verhindert, dass sich das durch eine Heizeinheit geklemmte hohle Element durch einwirkende Druckkraft durch die Heizeinheit verbiegt.
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Gemäß einem darüber hinaus weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Aufweitungsvorrichtung zum Ausführen eines Formungsprozesses an einem hohlen Element durch Einführen eines Fluids unter Druck in dieses die Merkmale nach Anspruch 8.
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Da die Vorformungspressform und die beiden Sätze von Haltemechanismen bereitgestellt sind, können zwei Werkstücke gleichzeitig geformt werden. Daher kann ein endgültig geformtes Produkt effizient hergestellt werden. Anders ausgedrückt wird die Effizienz des Aufweitungsprozesses stark erhöht.
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Nach einem darüber hinaus weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Aufweitungsvorrichtung zum Ausführen eines Aufweitungsprozesses eines hohlen Elements durch Einführen eines Fluids unter Druck in dieses die Merkmale nach Anspruch 12.
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Mit der vorstehenden Anordnung werden die Pressformen nicht bewegt, sondern das hohle Element wird bewegt und geformt. Die Aufweitungsvorrichtung weist daher eine einfache Struktur auf.
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Eine Vorformungspressform kann zwischen der Röhrenexpansionspressform und der Hauptformungspressform angeordnet sein, um das expandierte hohle Element vorzuformen. Da das hohle Element schrittweise deformiert werden kann, kann es einfacher bearbeitet werden, als wenn es mit einem Mal stark deformiert wird.
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Eine der oben erwähnten Aufweitungsvorrichtungen sollte vorzugsweise Drehmechanismen zum winkligen Bewegen der Haltemechanismen aufweisen, um ein Produzieren eines endgültig geformten Produkts mit einer gewünschten Form zu erleichtern.
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Aus den oben beschriebenen Gründen sollte das unter Druck in die Stäbe und das hohle Element eingeführte Fluid vorzugsweise ein komprimiertes Gas sein. Die Aufweitungsvorrichtung ist somit mit einer Kompressionsgas-Zuführanlage kombiniert. Es wird bevorzugt, eine Heizeinheit zum Heizen des hohlen Elements, welches der Röhrenexpansionspressform zugeführt werden soll, bereitzustellen, um die Deformierbarkeit der hohlen Röhre zu steigern.
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Wenn das hohle Element durch die Hauptformungspressform geformt ist, so sollten die Stäbe vorzugsweise in vertikalen Richtungen oder/und horizontalen Richtungen verschiebbar sein oder sollten, am stärksten bevorzugt, sowohl in vertikale Richtungen als auch in horizontale Richtungen verschiebbar sein. Es wird somit verhindert, dass sich das hohle Element in Formen deformiert, welche von einer vorbestimmten Form abweichen, und das hohle Element kann mit hervorragender Abmessungsgenauigkeit in ein endgültig geformtes Produkt verarbeitet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Vorderansicht einer Aufweitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 ist eine schematische Seitenansicht der in 1 gezeigten Aufweitungsvorrichtung;
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3 ist einen Draufsicht, welche von oben schematisch die in 1 gezeigte Aufweitungsvorrichtung zeigt;
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4 ist eine schematische Ansicht eines Haltemechanismus der in 1 gezeigten Aufweitungsvorrichtung;
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5 ist eine schematische Vorderansicht des in 4 gezeigten Haltemechanismus;
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6 ist eine schematische Ansicht einer Mehrzahl von Pressformen der in 1 gezeigten Aufweitungsvorrichtung;
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7 ist eine schematische Draufsicht, welche die Art zeigt, in welcher ein erstes Werkstück expandiert und ein zweites Werkstück in einer Heizstation angeordnet wird;
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8 ist eine schematische vertikale Schnittansicht, welche die Art zeigt, in welcher eine gerade Röhre durch eine erste untere Pressform und eine erste obere Pressform expandiert wird;
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9 ist eine schematische Draufsicht, welche die Art zeigt, in welcher das erste Werkstück, das aufgeweitet wurde, durch zweite Haltemechanismen ergriffen wird und das zweite Werkstück durch den ersten Haltemechanismus ergriffen wird;
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10 ist eine schematische Draufsicht, welche die Art zeigt, in welcher das erste Werkstück, welches durch die zweiten Haltemechanismen gegriffen wird, vorgeformt wird;
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11 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht, welche die Art zeigt, in welcher ein erstes teilweise fertiges Produkt durch eine zweite untere Pressform und eine zweite obere Pressform vorgeformt wird;
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12 ist eine schematische Vorderansicht der Haltemechanismen, welche aus der in 4 gezeigten Position heraus um 90° winklig bewegt wurden;
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13 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht, welche die Art zeigt, in welcher ein zweites teilweise fertiges Produkt in einem Hauptformungsprozess durch eine dritte untere Pressform und eine dritte obere Pressform geformt wird;
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14 ist eine schematische Draufsicht, welche die Art zeigt, in welcher das zweite teilweise fertige Produkt, welches durch die zweiten Haltemechanismen gegriffen wird, in dem Hauptformungsprozess geformt wird, und das zweite Werkstück, welches durch die zweiten Haltemechanismen gegriffen wird, expandiert wird;
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15 ist eine schematische Draufsicht, welche die Art zeigt, in welcher die ersten Haltemechanismen, welche zu der Heizstation zurückgeführt wurden, ein drittes Werkstück greifen und die zweiten Haltemechanismen, welche zu einer Röhrenexpansionsstation zurückgeführt wurden, das zweite Werkstück greifen, und
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16 ist eine Draufsicht, welche schematisch von oben eine Aufweitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Aufweitungsverfahren gemäß den bevorzugten Ausführungsformen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Formungsvorrichtungen zum Ausführen der Formungsverfahren im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
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1 und 2 sind eine schematische Vorderansicht bzw. eine schematische Seitenansicht einer Aufweitungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform und 3 ist eine Draufsicht, welche schematisch von oben die Aufweitungsvorrichtung 10 zeigt.
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Wie aus 1 und 3 verständlich ist, weist die Aufweitungsvorrichtung 10 eine Heizstation 14 zum Durchführen einer Induktionsheizung an einem Werkstück 12 (hohles Element), eine Röhrenexpansionsstation 16 zum Expandieren des erhitzten Werkstücks 12 durch Einführen eines komprimierten Gases in dieses, eine Vorformungsstation 18 zum Vorformen des expandierten Werkstücks 12 sowie eine Hauptformungsstation 20 zum Durchführen eines Hauptformungsprozesses an dem vorgeformten Werkstück 12 auf. Wie später beschrieben wird, wird das Werkstück 12 an seinen gegenüberliegenden Enden durch einen Satz erster Haltemechanismen 22a, 22a gegriffen und wird zwischen den Stationen 14, 16 gefördert und wird an seinen gegenüberliegenden Enden durch einen Satz zweiter Haltemechanismen 22b, 22b gegriffen und zwischen den Stationen 18, 20 gefördert.
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Heizelektroden 24 (siehe 3) als Heizeinheiten sind in der Heizstation 14 angeordnet und eine Röhrenexpansionspressform 26 zum Expandieren des Werkstücks, eine Vorformungspressform 28 zum Vorformen des Werkstücks sowie eine Hauptformungspressform 30 zum Durchführen eines Hauptformungsprozesses sind jeweils in der Röhrenexpansionsstation 16, der Vorformungsstation 18 und der Hauptformungsstation 20 angeordnet (siehe 1).
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Die Aufweitungsvorrichtung 10 weist einen Hauptrahmen 32 auf und umfasst einen unteren Hilfsrahmen 34 und einen oberen Hilfsrahmen 36, welche sich von der Heizstation 14 zur Hauptformungsstation 20 erstrecken. Wie später beschrieben wird, sind die ersten und die zweiten Haltemechanismen 22a, 22b entlang dem unteren Hilfsrahmen 34 und dem oberen Hilfsrahmen 36 verlagerbar.
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Das durch die ersten Haltemechanismen 22a, 22a in der Heizstation 14 gegriffene Werkstück 12 wird zu der Röhrenexpansionsstation 16, der Vorformungsstation 18 und der Hauptformungsstation 20 gefördert, wenn die ersten Haltemechanismen 22a, 22a und die zweiten Haltemechanismen 22b, 22b, welche das Werkstück 12 anschließend ergreifen, nacheinander zu der Röhrenexpansionspressform 26, der Vorformungspressform 28 und der Hauptformungspressform 30 verlagert werden.
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Wie in 4 gezeigt ist, weist jeder der ersten Haltemechanismen 22a einen Körper 38 auf, der sich von einem offenen Ende einer Halterung 40 aus in ein Loch 42 hinein erstreckt, welches in dem anderen Ende derselben ausgebildet ist. Die Halterung 40 weist eine untere Endfläche und eine Oberseitenfläche auf, an welchen ein erstes Eingriffselement 44 bzw. eine Seitenplatte 46 jeweils angebracht sind, wobei ein zweites Eingriffselement 48 an der Seitenplatte 46 angebracht ist. Das erste Eingriffselement 44 und das zweite Eingriffselement 48 sind in verschiebbarem Eingriff mit Führungsschienen 50 bzw. 52 gehalten, welche jeweils an dem unteren Hilfsrahmen 34 und dem oberen Hilfsrahmen 36 anliegen.
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Ein Stellmotor 54, der als Verlagerungsmechanismus dient, ist fest an der Seitenplatte 46 angebracht. Wie in 1 und 5 gezeigt ist, weist der Stellmotor 54 eine Drehwelle 56 auf, über welche ein erstes Ritzel 58 geschoben ist. Eine erste Zahnstange 60 ist an einer oberen Endfläche des oberen Hilfsrahmens 36 angebracht und das erste Ritzel 58 ist in Eingriff mit der ersten Zahnstange 60 gehalten.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist ein Werkstückgreifzylinder 62 an einem Ende des Körpers 38 angebracht. Der Werkstückgreifzylinder 62 weist einen Stab 64 auf, der aus dem Loch 42 vorsteht, das in dem anderen Ende des Körpers 38 definiert ist, und der in den in 4 durch die Pfeile X1, X2 angedeuteten Richtungen zurück und vor beweglich ist. der Stab 64 weist einen nicht dargestellten Kompressionsluftkanal auf, der in diesem definiert ist.
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Der Körper 38 ist durch einen Körperdrehzylinder 104, der als Drehmechanismus dient, winklig um 90° bewegbar. Wie in 1, 4 und 5 gezeigt ist, ist der Körperdrehzylinder 104 unterhalb des Körpers 38 angeordnet und weist einen Stab 106 auf, an welchem durch ein Kopplungselement 108 ein angetriebener Stab 110 gekoppelt ist, der sich parallel zu dem Körperdrehzylinder 104 erstreckt. Eine zweite Zahnstange 112 ist an dem angetriebenen Stab 110 angebracht. Ein bogenförmiges zweites Ritzel 116, welches im Eingriff mit der zweiten Zahnstange 112 gehalten ist, ist fest an einer Umfangsseitenwand eines röhrenförmigen Elements 114 des Körpers 38 angebracht. Wenn der Stab 106 des Körperdrehzylinders 104 in den in 5 durch die Pfeile Y1, Y2 angedeuteten Richtungen zurück und vor bewegt wird, so werden das röhrenförmige Element 114 und der Körper 38 in den durch die Pfeile B1, B2 angedeuteten Richtungen winklig bewegt.
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Eine Schelle 118 ist an einem oberen Abschnitt des Körpers 38 angebracht (siehe 4) und ein Stab 122 eines Körperhebe-/-senkzylinders 120, der als Hebe-/Senkmechanismus dient, weist ein distales Ende auf, das mit Spiel in der Schelle 118 untergebracht ist. Insbesondere ist das distale Ende des Stabs 122 von solcher Breite, dass ein Entfernen aus der Schelle 118 verhindert wird. Der Stab 122 hebt und senkt den Körper 38 indirekt über die Schelle 118.
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Der Körperhebe-/-senkzylinder 120 ist an einer oberen Endfläche der Halterung 40 angebracht und der Stab 122 erstreckt sich durch ein Durchgangsloch 124, das in der oberen Endfläche der Halterung 40 definiert ist. Anders ausgedrückt ist der Körperhebe-/-senkzylinder 120 umgekehrt und fest an der oberen Endfläche der Halterung 40 positioniert.
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Jeder der zweiten Haltemechanismen 22b ist von identischer Konstruktion (siehe 2). Daher sind identische Teile durch identische Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend nicht im Detail beschrieben.
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Die in 3 gezeigten Heizelektroden 24 sind in der Heizstation 14 angeordnet. Jede der Heizelektroden 24 ist auf das Werkstück 12 zu und von diesem weg bewegbar. Die unteren Heizelektroden 24 und die oberen Heizelektroden 24 sind an Positionen angeordnet, die einander über das Werkstück 12 hinweg zugewandt sind, so dass das Werkstück 12 in seiner Gesamtheit durch die vier Heizelektroden 24 erhitzt wird.
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Die Röhrenexpansionsstation 16, die Vorformungsstation 18 und die Hauptformungsstation 20, welche parallel zur Heizstation 14 angeordnet sind, weisen die Röhrenexpansionspressform 26 zum Expandieren des Werkstücks, die Vorformungspressform 28 zum Vorformen des Werkstücks und die Hauptformungspressform 30 zum Durchführen des Hauptformungsprozesses auf, welche jeweils darin angeordnet sind (siehe 3). Wie in 2 und 6 gezeigt ist, weist die Röhrenexpansionspressform 26 eine erste untere Pressform 130 und eine erste obere Pressform 132 auf. Ein erster unterer Pressformzylinder 134 ist an dem Hauptrahmen 32 gehalten und weist einen mit der ersten unteren Pressform 130 verbundenen Stab auf (siehe 1). Die erste untere Pressform 130 ist somit durch den ersten unteren Pressformzylinder 134 vertikal verlagerbar.
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Die Vorformungspressform 28 in der Vorformungsstation 18 und die Hauptformungspressform 30 in der Hauptformungsstation 20 sind im Wesentlichen von identischer Konstruktion wie die Röhrenexpansionspressform 26. Speziell weist die Vorformungspressform 28, wie in 1 und 6 gezeigt ist, eine zweite untere Pressform 180 und eine zweite obere Pressform 182 auf. Ein zweiter unterer Pressformzylinder 184 ist am Hauptrahmen 32 gehalten und weist einen mit der zweiten unteren Pressform 180 verbundenen Stab auf. In ähnlicher Weise weist die Hauptformungspressform 30 eine dritte untere Pressform 188 und eine dritte obere Pressform 190 auf. Ein dritter unterer Pressformzylinder 192 weist einen mit der dritten unteren Pressform 188 verbundenen Stab auf. Die zweite untere Pressform 180 und die dritte untere Pressform 188 sind durch die Zylinder 184, 192 vertikal verlagerbar (siehe 1).
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Die oberen Pressformen 132, 182, 190 sind fest an dem Hauptrahmen 32 positioniert. Die Pressformen 130, 132, 180, 182, 188, 190 werden durch nicht gezeigte Heizmittel auf vorbestimmte Temperaturen geheizt.
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Die Aufweitungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform ist grundsätzlich in der vorstehend beschriebenen Art konstruiert. Betrieb und Vorteile der Aufweitungsvorrichtung 10 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf einen Aufweitungsprozess zum Formen einer geraden Röhre aus einer Aluminiumlegierung beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird die gerade Röhre durch das Bezugszeichen 12 bezeichnet, welches zur Bezeichnung des Werkstücks verwendet wurde.
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Wie beispielsweise in 3 gezeigt ist, sind die ersten und zweiten Haltemechanismen 22a, 22b jeweils in der Heizstation 14 und der Röhrenexpansionsstation 16 angeordnet. Nachdem die gerade Röhre 12 der Heizstation 14 zugeführt wurde, wird die gerade Röhre 12 durch die ersten Haltemechanismen 22a, 22a gegriffen.
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Die Heizelektroden 24 (siehe 3) werden zur Erhitzung mit Energie versorgt und zur geraden Röhre 12 hin bewegt. Schließlich werden die distalen Enden der Heizelektroden 14 in Anlage gegen die Umfangsseitenwand der geraden Röhre 12 gebracht, um die gerade Röhre 12 zu erhitzen.
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Die gerade Röhre 12 wird thermisch expandiert, wenn sie auf ungefähr 450° bis 550°C erhitzt wird. Das heißt, dass die Längsausdehnung der geraden Röhre 12 groß wird. Gemäß der ersten Ausführungsform werden die distalen Enden der Heizelektroden 24 in Anlage gegen die gerade Röhre 12 gehalten, während die Heizelektroden 24 in Längsrichtungen der geraden Röhre 12 verlagert werden. Daher werden die Heizelektroden 24, wenn die gerade Röhre 12 in Längsrichtung durch die thermische Expansion verlängert wird, entlang der Längsrichtungen der geraden Röhre 12 verlagert. In der Folge wird selbst dann, wenn die gerade Röhre 12 thermisch expandiert, verhindert, dass Bereiche der geraden Röhre 12, die durch die Heizelektroden 24 geklemmt sind, knicken/verbeulen.
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Die so erhitzte gerade Röhre 12 wird zu der Röhrenexpansionsstation 16 befördert (siehe 1 und 3), wenn die ersten Haltemechanismen 22a verlagert werden. Speziell werden die Körperhebe-/-senkzylinder 120 (siehe 4) betätigt, um die Stäbe 122 derselben zurückzuziehen. Im Ergebnis werden die Schellen 118 durch die Stäbe 122 gezogen, wodurch die Körper 38 angehoben werden.
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Danach werden die Stellmotoren 54 eingeschaltet, um das Drehen der Drehwellen 56 zu starten. Die ersten Ritzel 58, welche durch die Drehwellen 56 gedreht werden, drehen sich im Kämmeingriff mit den ersten Zahnstangen 60 und im Ergebnis beginnen die ersten Haltemechanismen 22a, sich zu der Röhrenexpansionsstation 16 hin zu verlagern. Dabei werden die ersten Haltemechanismen 22a durch die Führungsschienen 50, 52 geführt, die an den unteren Hilfsrahmen 34 und den oberen Hilfsrahmen 36 angebracht sind.
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Wenn die ersten Haltemechanismen 22a die Röhrenexpansionsstation 16 erreichen, so werden die Stellmotoren 54 abgeschaltet und die ersten Ritzel 58 beenden ihre Drehung im Kämmeingriff mit den ersten Zahnstangen 60 und die ersten Haltemechanismen 22a beenden ihre Verlagerung. Die Körperhebe-/-senkzylinder 120 werden betätigt, um die Stäbe 122 zu verlängern, um die ersten Haltemechanismen 22a abzusenken, bis die gerade Röhre 12 schließlich zwischen der ersten unteren Pressform 130 und der ersten oberen Pressform 132 positioniert ist. Die erste untere Pressform 130 und die erste obere Pressform 132 sind durch die nicht gezeigten Heizmittel auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt.
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Wenn die ersten Haltemechanismen 22a zu der Röhrenexpansionsstation 16 hin verlagert werden, so werden die zweiten Haltemechanismen 22b, welche in der Röhrenexpansionsstation 16 angeordnet sind, zu der Vorformungsstation 18 hin verlagert (siehe 7). Andererseits wird eine zweite gerade Röhre 12 in der Heizstation 14 bereitgestellt.
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Anschließend wird der erste untere Pressformzylinder 134 betätigt, um die erste untere Pressform 130 zu der geraden Röhre 12 hin anzuheben. Die Pressform wird geschlossen und, wie in 8 gezeigt, die gerade Röhre 12 wird in einem Hohlraum 196 angeordnet, der durch die erste untere Pressform 130 und die erste obere Pressform 132 definiert ist. Der Hohlraum 196 weist einige Abmessungen auf, die größer sind als die gerade Röhre 12, so dass die Umfangsseitenwand der geraden Röhre 12 Abschnitte aufweist, die sowohl von der ersten unteren Pressform 130 als auch der ersten oberen Pressform 132 im Abstand angeordnet sind.
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Es wird dann komprimierte Luft durch die Kompressionsluftkanäle in den Stäben 64 in die gerade Röhre 12 eingeleitet, wodurch sich ein Druckaufbau in der geraden Röhre 12 entwickelt. Speziell wird die gerade Röhre 12 von ihrem Inneren aus durch die komprimierte Luft gepresst, wodurch Abschnitte der geraden Röhre 12, welche von der ersten unteren Pressform 130 und der ersten oberen Pressform 132 im Abstand angeordnet sind, beginnen, sich zu der ersten unteren Pressform 130 und der ersten oberen Pressform 132 hin zu expandieren.
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Die expandierten Abschnitte werden schließlich durch die erste untere Pressform 130 und die erste obere Pressform 132 gestoppt. Die Expansion wird gestoppt, wodurch ein erstes teilweise fertiges Produkt 200 geformt wird, welches komplementär zu dem Hohlraum 196 geformt ist, wie in 7 gezeigt.
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Während die gerade Röhre 12 auf diese Weise expandiert wird, wird aufgrund der Tatsache, dass die erste untere Pressform 131 und die erste obere Pressform 132 durch die Heizmittel erhitzt werden, verhindert, dass die Temperatur der geraden Röhre 12 absinkt.
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Wenn die gerade Röhre 12 expandiert wird, ohne dass ihre Längsabmessung unverändert bleibt, so wird die Wanddicke der geraden Röhre 12 reduziert. Um zu verhindern, dass die Wanddicke der geraden Röhre 12 reduziert wird, werden die Stäbe 64 vorwärts bewegt, wenn die gerade Röhre 12 expandiert wird. Daher wird die Wanddicke des ersten teilweise fertigen Produkts 200 nicht reduziert.
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Nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit, nachdem die Pressform geschlossen wurde, wird die komprimierte Luft durch die Kompressionsluftkanäle in den Stäben 64 ausgelassen. Die erste untere Pressform 130 wird abgesenkt, um die Pressform zu öffnen, wie in 7 gezeigt.
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Wenn der Röhrenexpansionsprozess abgeschlossen ist, so werden die ersten Haltemechanismen 22a, 22a zurückgezogen, um das erste teilweise fertige Produkt 200 freizugeben. Wie in 9 gezeigt ist, kehren die ersten Haltemechanismen 22a, 22a zu der Heizstation zurück und greifen die zweite gerade Röhre 12, und die zweiten Haltemechanismen 22b, 22b kehren zu der Röhrenexpansionsstation 16 zurück und greifen das erste teilweise fertige Produkt 200 (geformt aus der ersten geraden Röhre 12).
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Das erste teilweise fertige Produkt 200 wird zu der Vorformungsstation 18 geliefert, und zwar in gleicher Weise, wie die gerade Röhre 12 von der Heizstation 14 zur Röhrenexpansionsstation 16 geliefert wird (siehe 10). Speziell werden die Körperhebe-/-senkzylinder 120 (siehe 4) der zweiten Haltemechanismen 22b aktiviert, um die Körper 38 anzuheben, und es werden dann die Stellmotoren 54 eingeschaltet, um zu bewirken, dass sich die ersten Ritzel 58 auf den ersten Zahnstangen 60 drehen. Die zweiten Haltemechanismen 22b werden zu der Vorformungsstation 18 verlagert. Dabei werden die zweiten Haltemechanismen 22b ebenfalls durch die Führungsschienen 50, 52 geführt.
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Wenn das erste teilweise fertige Produkt 200 so geliefert wird, so wird es zwischen der zweiten unteren Pressform 180 und der zweiten oberen Pressform 182 angeordnet. Danach werden die Stellmotoren der Körperhebe-/-senkzylinder 120 abgeschaltet, wodurch die Körperhebe-/-senkzylinder 120 in einen so genannten servo-freien Zustand gebracht werden. Wenn eine äußere Kraft auf die Stäbe 122 der Körperhebe-/-senkzylinder 120 ausgeübt wird, so werden die Stäbe 122 um eine Verlagerung abhängig von der Größe der äußeren Kraft zurück und vor bewegt.
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Es wird dann nur der zweite untere Pressformzylinder 184 betätigt, um die zweite untere Pressform 180 anzuheben, um das erste teilweise fertige Produkt 200 zu der zweiten oberen Pressform 182 hin zu pressen.
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Da die Körperhebe-/-senkzylinder 120 in dem servo-freien Zustand gehalten werden, werden die Stäbe 64 der zweiten Haltemechanismen 22b parallel zur Vertikalrichtung angehoben, wie durch die gedachten Linien in 4 angedeutet, wenn das erste teilweise fertige Produkt 200 durch die zweite untere Pressform 180 gepresst wird.
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Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, erhält das erste teilweise fertige Produkt 200 selbst dann, wenn es nach oben gepresst wird, keinen Widerstand von den Körperhebe-/-senkzylindern 120. Daher kann das erste teilweise fertige Produkt 200 in einfacher Weise nahe an die zweite obere Pressform 182 gebracht werden. Da die zweiten Haltemechanismen 22b vertikal verlagerbar sind, wird das gepresste erste teilweise fertige Produkt 200 nicht aus den zweiten Haltemechanismen 22b freigegeben. Dementsprechend entweicht keine komprimierte Luft aus dem Bereich zwischen dem ersten teilweise fertigen Produkt 200 und den zweiten Haltemechanismen 22b.
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Unmittelbar bevor die zweite untere Pressform 180 an das erste teilweise fertige Produkt 200 stößt, wird komprimierte Luft von den Kompressionsluftkanälen in die Stäbe 64 geführt. Der Druck, unter welchem die komprimierte Luft zugeführt wird, kann auf ein Niveau eingestellt werden, welches nicht groß genug ist, um das erste teilweise fertige Produkt 200 zu expandieren.
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Wenn die zweite untere Pressform 180 gegen das erste teilweise fertige Produkt 200 stößt, wird ein Hohlraum 202 wie in 11 gezeigt, definiert. Das erste teilweise fertige Produkt 200 wird teilweise in eine elliptische Querschnittsform gequetscht, wodurch ein zweites teilweise fertiges Produkt 204 erzeugt wird, das in 10 gezeigt ist.
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Das Quetschen (Vorformen) schreitet voran, wenn die zweite untere Pressform 180 sich der zweiten oberen Pressform 182 nähert. Während des Quetschens befinden sich die Stellmotoren 54 in einem servo-freien Zustand, das heißt die Kräfte auf die Drehwellen 56 der Stellmotoren 54 sind reduziert. Daher sind die zweiten Haltemechanismen 22b während des Quetschens in der Richtung (Horizontalrichtung) verschiebbar, in der die Stationen 14, 16, 18 nebeneinander gestellt sind.
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Wenn das Quetschen abgeschlossen ist, so wird die komprimierte Luft ausgelassen und der zweite untere Pressformzylinder 184 wird aktiviert, um die zweite untere Pressform 180 abzusenken. Die Pressform wird geöffnet und da die Körperhebe-/-senkzylinder 120 in dem servo-freien Zustand gehalten sind, kehrt das zweite teilweise fertige Produkt 204 in seine Anfangsposition zurück.
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Während der Vorformungsprozess auf diese Weise durchgeführt wird, um das zweite teilweise fertige Produkt 204 in der Vorformungsstation 18 herzustellen, kann die zweite gerade Röhre 12 kontinuierlich in der Heizstation 14 erhitzt werden, wie in 10 gezeigt ist.
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Das freigelegte zweite teilweise fertige Produkt 204 wird dann an die Hauptformungsstation 20 befördert, und zwar in gleicher Weise wie das erste teilweise fertige Produkt 200 von der Röhrenexpansionsstation 16 zu der Vorformungsstation 18 gefördert wurde. Speziell werden die Körperhebe-/-senkzylinder 120 (siehe 4) der zweiten Haltemechanismen 22b aktiviert, um die Körper 38 in gleicher Weise wie oben beschrieben anzuheben. Dann werden die Stellmotoren 54 eingeschaltet, um zu bewirken, dass sich die ersten Ritzel 58 auf den ersten Zahnstangen 60 drehen. Die zweiten Haltemechanismen 22b werden zu der Hauptformungsstation 20 hin verlagert, während sie an den Führungsschienen 50, 52 geführt werden.
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Während der Förderung des zweiten teilweise fertigen Produkts 204 werden die Körperdrehzylinder 104 (siehe 5) aktiviert. Wie in 12 gezeigt ist, werden dann, wenn die Stäbe 106 in die durch den Pfeil Y2 angedeutete Richtung zurückgezogen werden, die angetriebenen Stäbe 110 zurückgezogen und die im Eingriff mit den zweiten Zahnstangen 112 gehaltenen zweiten Ritzel 116 werden in der durch den Pfeil B2 angedeuteten Richtung um 90° gedreht. Der Körper 38 und der Haltemechanismus 22 werden dann in der durch den Pfeil B2 angedeuteten Richtung um 90° gedreht. Das zweite teilweise fertige Produkt 204 wird ebenfalls um 90° winklig bewegt. Speziell umfasst das zweite teilweise fertige Produkt 204 bei Fertigstellung der Vorformung einen Abschnitt, welcher von horizontal-länglicher, elliptischer Querschnittsform ist (siehe 11). Wenn die Körper 38 gedreht werden, so wird der Abschnitt des zweiten teilweise fertigen Produkts 204 in seiner elliptischen Querschnittsform vertikal-länglich.
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Wenn die Förderung des zweiten teilweise fertigen Produkts 204 abgeschlossen ist, so wird das zweite teilweise fertige Produkt 204 zwischen der dritten unteren Pressform 188 und der dritten oberen Pressform 190 angeordnet. Anschließend werden die Körperhebe-/-senkzylinder 120 in der gleichen Weise wie oben beschrieben in einen servo-freien Zustand gebracht.
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Dann wird der dritte untere Pressformzylinder 192 aktiviert, um die dritte untere Pressform 188 anzuheben, um das zweite teilweise fertige Produkt 204 zu der dritten oberen Pressform 190 hin zu pressen.
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Da zu diesem Zeitpunkt die Körperhebe-/-senkzylinder 120 wie beim Vorformungsprozess in dem servo-freien Zustand gehalten werden, werden die Stäbe 64 der zweiten Haltemechanismen 22b parallel zur vertikalen Richtung angehoben, wie durch die gedachten Linien in 4 gezeigt ist, wenn das zweite teilweise fertige Produkt 204 durch die dritte untere Pressform 188 gepresst wird.
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Dementsprechend kann das zweite teilweise fertige Produkt 204 in einfacher Weise nahe an die dritte obere Pressform 190 gebracht werden. das zweite teilweise fertige Produkt 204, welches durch die dritte untere Pressform 188 gepresst wird, wird nicht von den Stäben 64 befreit.
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Unmittelbar bevor die dritte untere Pressform 188 gegen das zweite teilweise fertige Produkt 204 stößt, wird komprimierte Luft von den Kompressionsluftkanälen in den Stäben 64 zugeführt.
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Wenn die dritte untere Pressform 188 gegen das zweite teilweise fertige Produkt 204 stößt, so wird ein Hohlraum 206 definiert, wie in 13 gezeigt ist. Das zweite teilweise fertige Produkt 204 wird teilweise gequetscht, wodurch ein endgültig geformtes Produkt 208 erzeugt wird, das in 14 gezeigt ist.
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Wie aus 13 verständlich ist, ist die Presskraft, die in dem Hauptformungsprozess angewendet wird, zum Pressen der vertikalen länglichen elliptischen Form kleiner als zum Pressen der horizontalen länglichen elliptischen Form. Die Presskraft, die in dem Hauptformungsprozess ausgeübt wird, kann somit durch Drehen des zweiten teilweise fertigen Produkts reduziert werden. Da die horizontale Abmessung des zweiten teilweise fertigen Produkts 204 klein ist, kann die Breite der Hauptformungspressform 30, welche der horizontalen Abmessung des zweiten teilweise fertigen Produkts 204 entspricht, reduziert werden.
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In dem Hauptformungsprozess sind die zweiten Haltemechanismen 22b horizontal bewegbar, wenn das zweite teilweise fertige Produkt 204 geformt wird, falls die Stellmotoren 54 in einem servo-freien Zustand gehalten werden.
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Wenn der Hauptformungsprozess abgeschlossen ist, so wird die komprimierte Luft ausgelassen und die Werkstückgreifzylinder 62 werden betätigt. Speziell werden die Stäbe 64 in der in 4 durch den Pfeil X2 angedeuteten Richtung zurückgezogen, wodurch das endgültig geformte Produkt 208 von den zweiten Haltemechanismen 22b, 22b an die dritte untere Pressform 188 freigegeben wird.
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Anschließend wird der dritte untere Pressformzylinder 192 aktiviert, um die dritte untere Pressform 188 mit dem darauf angeordneten endgültig geformten Produkt 208 abzusenken.
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Das endgültig geformte Produkt 208, welches auf der dritten unteren Pressform 188 angeordnet ist, wird durch einen Roboter ergriffen, der eine Entnahmespannvorrichtung aufweist. Ein Auswerfer an der dritten unteren Pressform 188 wird betätigt, um das endgültig geformte Produkt 208 aus der dritten unteren Pressform 188 freizugeben. Das freigegebene endgültig geformte Produkt 208 wird durch den Roboter entnommen und wird dann einem nächsten Prozess zugeführt.
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Zur gleichen Zeit, zu der das zweite teilweise fertige Produkt 204 der Hauptformungsstation 20 durch die Verlagerung der zweiten Haltemechanismen 22b zugeführt wird, wird die gerade Röhre 12 der Röhrenexpansionsstation 16 durch die Verlagerung der ersten Haltemechanismen 22a zugeführt, wie in 14 gezeigt ist. Anders ausgedrückt wird zum selben Zeitpunkt, zu dem der Hauptformungsprozess an dem zweiten teilweise fertigen Produkt 204 ausgeführt wird, der Röhrenexpansionsprozess an der geraden Röhre 12 durchgeführt. Eine dritte gerade Röhre 12 wird in der Heizstation 14 bereitgestellt.
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Wenn der Hauptformungsprozess an dem zweiten teilweise fertigen Produkt 204 abgeschlossen ist, wie oben erwähnt, so geben die zweiten Haltemechanismen 22b das endgültig geformte Produkt 208 (die erste gerade Röhre 12) frei und die ersten Haltemechanismen 22a geben das erste teilweise fertige Produkt 200 (die zweite gerade Röhre 12) frei. Wie in 15 gezeigt ist, wird das endgültig geformte Produkt 208 ausgestoßen und die ersten Haltemechanismen 22a, 22a kehren zu der Heizstation 14 zurück, um die dritte gerade Röhre 12 zu greifen, und die zweiten Haltemechanismen 22b, 22b kehren zu der Röhrenexpansionsstation 16 zurück, um das erste teilweise fertige Produkt 200 zu greifen. Anschließend wird eine der vorstehenden Prozedur ähnliche Prozedur wiederholt.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die gerade Röhre 12 als ein Werkstück durch die ersten Haltemechanismen 22a, 22a oder die zweiten Haltemechanismen 22b, 22b gehalten und werden zwischen die Pressformen 26, 28, 30 gefördert. Somit müssen die Pressformen 26, 28, 30 nicht bewegt werden.
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Gemäß der ersten Ausführungsform sind die Pressformen 26, 28, 30 nebeneinander angeordnet. Die Vorrichtung weist daher keine komplizierte Struktur auf und die Pressformen 26, 28, 30 müssen nicht beweglich installiert werden. Da keine Notwendigkeit besteht, die Pressformen 26, 28, 30, welche schwer sind, zu bewegen, wird die Zykluszeit verkürzt.
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Die erste Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, dass aufgrund der Tatsache, dass die Vorrichtung dafür eingerichtet ist, das Werkstück 12 zwischen den Pressformen 26, 28, 30 zu fördern, die Vorrichtung eine einfachere Struktur aufweist, einfacher arbeitet und eine kürzere Zykluszeit bis zum Erhalt des endgültig geformten Produkts 208 aufweist, als dann, wenn das Werkstück 12 zwischen den Pressformen 26, 28, 30 durch einen Roboter gefördert wird.
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Gemäß der ersten Ausführungsform können ferner zwei gerade Röhren 12, 12 gleichzeitig geformt werden. Daher wird die Zykluszeit verkürzt.
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Eine Aufweitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. 16 ist eine Draufsicht, welche schematisch von oben eine Aufweitungsvorrichtung 210 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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Die Aufweitungsvorrichtung 210 ist nach Maßgabe der Aufweitungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform konstruiert, mit der Ausnahme, dass sie einen Satz von Haltemechanismen 212 aufweist, welche von identischer Struktur wie die ersten und zweiten Haltemechanismen 22a, 22b sind. Verschiedene Bauteile sind gleich konstruiert und arbeiten in gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform.
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In der Aufweitungsvorrichtung 210 gemäß der zweiten Ausführungsform greifen die Haltemechanismen 212, 212 ein Werkstück und werden zwischen den Stationen 14, 16, 18, 20 verlagert. Speziell wird eine gerade Röhre 12 zuerst durch die Haltemechanismen 212, 212 in der Heizstation 14 gegriffen und durch die Heizelektroden 24 geheizt. Die Haltemechanismen 212 werden zu der Expansionsstation 16 in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform verlagert, um die gerade Röhre 12 zu der Röhrenexpansionsstation 16 zu fördern.
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Die gerade Röhre 12 wird dann in der Röhrenexpansionsstation 16 expandiert, so dass ein erstes teilweise fertiges Produkt 202 hergestellt wird. Das erste teilweise fertige Produkt 202 wird zu der Vorformungsstation 18 gefördert, wenn die Haltemechanismen 212 zu der Vorformungsstation 18 verlagert werden.
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Das erste teilweise fertige Produkt 202 wird in der Vorformungsstation 18 vorgeformt, wobei ein zweites teilweise fertiges Produkt 204 hergestellt wird. Das zweite teilweise fertige Produkt 204 wird zu der Hauptformungsstation 20 befördert, wenn die Haltemechanismen 212 zu der Hauptformungsstation 20 verlagert werden. Schließlich wird der Hauptformungsprozess an dem zweiten teilweise fertig gestellten Produkt 204 in der Hauptformungsstation 20 ausgeführt, wodurch ein endgültig geformtes Produkt 208 hergestellt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, kann das Werkstück zwischen den Pressformen 26, 28, 30 durch nur den einzigen Satz von Haltemechanismen 212, 212 befördert werden.
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In den vorstehenden Ausführungsformen wird komprimierte Luft in die gerade Röhre 12 eingeleitet. Das Werkstück ist nicht auf die gerade Röhre 12 beschränkt, deren Querschnittsform kreisförmig ist, sondern kann ein hohles Element sein, dessen Querschnittsform polygonal ist.
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In der ersten sowie auch der zweiten Ausführungsform weist die Aufweitungsvorrichtung die Heizstation 14, die Röhrenexpansionsstation 16, die Vorformungsstation 18 und die Hauptformungsstation 20 auf. Beide Aufweitungsvorrichtungen 10 und 210 können jedoch so eingerichtet sein, dass sie keine Heizstation 14 aufweisen.
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In der zweiten Ausführungsform können die Röhrenexpansionsstation 16 und die Hauptformungsstation 20 eine Aufweitungsvorrichtung bilden. Falls notwendig, kann die Heizstation 14 hinzugefügt sein.
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In jedem Fall können die Haltemechanismen 22a, 22b, 212 in wenigstens einer Richtung aus horizontaler Richtung und vertikaler Richtung verschoben werden.