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Beschrieben
werden eine Vorrichtung zum hydraulischen Innenhochdruckumformen
eines mehrwandigen Verbundmetallrohres in einem ein Untergesenk
und ein Obergesenk aufweisenden Formwerkzeug, bei welcher das Obergesenk über mindestens
eine ein Hydraulikfluid enthaltende Kolben-Zylinder-Einheit mit
dem Pressenstößel einer Presse
begrenzt relativ beweglich koppelbar und der Zylinderraum der Kolben-Zylinder-Einheit
mit dem Innenraum des Verbundmetallrohres über einen Abdichtdorn, der
einen Abdichtbereich an einem offenen Ende des Verbundmetallrohres
abdichtet, verbindbar ist, wobei im Formwerkzeug Kanäle vorgesehen
sind, in die ein Medium während
des Innenhochdruckumformvorgangs entweichen kann und ein Verfahren
zum hydraulischen Innenhochdruckumformen eines mehrwandigen Verbundmetallrohres
mittels einer entsprechenden Vorrichtung.
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Aus
der
DE 200 16 937
U1 ist ein Bimetall-Rohr bekannt, bei dem in ein ferritisches
Außenrohr
ein Edelstahlinnenrohr im Innenhochdruckumformverfahren eingepresst
ist. Dabei wird das Innenrohr zunächst elastisch, dann plastisch
zwischen etwa 2 und 5% aufgeweitet, bis es an der Innenwand des
Außenrohres
anliegt. Anschließend
findet noch eine gemeinsame Aufweitung des Innen- und des Außenrohres
um etwa 0,5–1%
statt, wobei das Außenrohr
von einem zweigeteilten Außenwerkzeug gehalten
wird.
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Aus
der
DE 199 57 888
C2 ist eine Vorrichtung für ein Hochgeschwindigkeitsinnenhochdruckumformverfahren
für einwandige
Rohre bekannt. Dabei wird quasi ein hydraulisches Kissen zwischen
dem Obergesenk und dem Pressenstößel einer
Innenhochdruckumformpresse geschaffen. Dieses hydraulische Kissen
erlaubt dann eine Entkopplung der kontinuierlichen Stößelbewegung
von dem Formwerkzeug für
die Zeit der Hochdruckumformung eines rohrförmigen Bauteils im Bereich
des unteren Totpunktes. Gleichzeitig wird die Kolben-Zylinder-Einheit
dazu verwendet, das in der Kolben-Zylinder-Einheit enthaltene Fluid
unmittelbar zum Umformen des Bauteils zu nutzen. Dazu ist der Zylinder
der Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Innenraum des Bauteils fluidleitend
verbindbar. Aufgrund dessen können ein
separater Druckübersetzer
sowie zugehörige
hydraulische Aggregate und Komponenten entfallen. Die Geschwindigkeit
des Umformverfahrens wird dadurch signifikant erhöht. In der
DE 199 57 888 C2 wird
das Verfahren noch auf einer weggebundenen mechanischen Presse durchgeführt. Mittlerweile
sind jedoch auch die modernen Hydraulikpressen so schnell geworden,
dass die Integration der Druckerzeugung in den Pressenhub auch bei
diesen Pressen sinnvoll ist.
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Zudem
ist es aus der
DE
103 57 341 B4 bekannt, in einer Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung
eines Rohlings mit Hilfe eines Hochdruckfluids im Werkzeug Kanäle vorzusehen,
die im Aufnahmeraum für
den Rohling in dem Bereich münden, über den
sich der Rohling in Gebrauchslage erstreckt. Durch diese Kanäle ist Restfluid,
welches sich in dem den Rohling umgebenden Bereich des Aufnahmeraumes
befindet, aus dem Aufnahmeraum abtransportierbar. Die Anmeldung
befasst sich allerdings nicht mit der besonderen Problemstellung
bei Verbundmetallrohren.
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Ein
besonderes Augenmerk liegt bei der Innenhochdruckumformung auf der
Abdichtung des Bauteils während
des Umformvorgangs. So beschreibt die
DE 101 34 321 C1 eine Abdichtanordnung
mit einem als flacher Stempel ausgeführten Abdichtdorn, bei welcher
die wirksame Kolbenfläche des
Druckkolbens in der Druckkammer größer ist als die Querschnittsfläche im Innenraum
des Endabschnitts des Werkstücks.
Auf diese Weise wird erreicht, dass der Abdichtdorn bei steigendem
Innendruck im Werkstück
immer eine Kraft gegen die Werkstückinnenseite ausübt, so dass
unabhängig vom
jeweiligen Innendruck die notwendige Abdichtkraft gewährleistet
ist. Diese Abdichtkraft kann dann zusätzlich dazu genutzt werden,
um Material in das Werkzeug bzw. in die Umformzone des Werkstücks nachzuführen.
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Verbundmetallrohre
werden auch in Kraftstoffleitungen eingesetzt wie in der
DE 40 03 384 C2 beschrieben.
Dort wird das Verbundmetallrohr durch ein Pressverbinden eines Innenrohres
aus rostfreiem Stahl mit einem Außenrohr aus Kohlenstoffstahl durch
Ziehen hergestellt und anschließendem
in einem Ofen erwärmt.
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Der
Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen eines Verbundmetallrohres
zu verbessern und mit einem entsprechenden Verfahren ein qualitativ
höherwertiges
Verbundmetallrohr herzustellen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1 und
5. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Demnach sind zur Umformung eines mehrwandigen Verbundmetallrohres
erfindungsgemäß im Abdichtbereich
Ausnehmungen vorgese hen, in die ein zwischen den einzelnen Rohrwänden des Verbundmetallrohres
befindliches Medium während des
Innenhochdruckumformvorgangs entweichen kann.
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Erfindungsgemäß wird ein
Hochgeschwindigkeitsinnenhochdruckumformen nach der
DE 199 57 888 C2 durchgeführt. Dies
hat den Vorteil, dass so schnell umgeformt wird, dass im Abdichtbereich
ein geringfügiges
Entweichen des Wirkmediums tolerabel ist. Die hohe Umformgeschwindigkeit
führt dazu, dass
selbst bei ungenau geschnittenen Rohrenden oder kleinen Spalten
im Abdichtbereich eine genügend
große
Dichtwirkung durch den entstehenden Strömungswiderstand im Wirkmedium
besteht. Unterstützt
werden kann dieser Effekt durch ein Umformen in einem Tauchbecken,
welches die Taktzeiten weiter erhöht, da das Verbundmetallrohr
nicht über den
Abdichtdorn befüllt
werden muss. Die Befüllung mit
dem Wirkmedium erfolgt dann bereits beim Eintauchen des Verbundmetallrohres
in das Tauchbecken. Über
den Abdichtdorn muss nur noch der Umformdruck aufgebaut werden,
wodurch schneller umgeformt werden kann. Zum anderen ist der Strömungswiderstand
im Tauchbecken höher
als in normaler Atmosphäre,
so dass während
des Umformvorgangs aus dem Verbundmetallrohr austretendes Wirkmedium
gebremst wird. Dies hat auch den Vorteil, dass das Wirkmedium mit
geringeren Geschwindigkeiten und dadurch in geringerer Menge entweicht als
an normaler Luft, wodurch der Prozess vereinfacht und die Arbeitssicherheit
erhöht
wird. Das Umformen im Tauchbecken ist allerdings nicht zwingend.
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Das
hohe Umformtempo ermöglicht
auch den Einsatz an sich und unter anderem aus der
DE 101 34 321 C1 bekannter
flacher Stempel als Abdichtdorne. Diese flachen Stempel wurden nämlich bisher
in der Großserienfertigung
kaum eingesetzt, weil aufgrund der Fertigungstoleranzen der Rohrenden
mit einer zu hohen Ungenauigkeit abgedichtet werden musste, so dass
zu hohe Ausschussraten produziert wurden. Mit dem eingangs genannten Hochgeschwindigkeitsumformverfahren
ist ein geringfügiges
Entweichen des Wirkmediums während des
Umformverfahrens jedoch unproblematisch. Daher ist es auch möglich, den
flachen Stempel als Abdichtdorn in der Großserienfertigung einzusetzen oder
sogar im Abdichtbereich Ausnehmungen vorzusehen, in die ein zwischen
den einzelnen Rohrwänden
eines Verbundmetallrohres befindliches Medium während des Innenhochdruckumformvorgangs
entweichen kann. Dies ist über
verschiedene Stempelgeometrien möglich.
Je nach Stempelgeo metrie kann es sinnvoll sein, das Entweichen eines
unerwünschten
Mediums zwischen den einzelnen Rohrwänden eines Verbundmetallrohres über Ausnehmungen
oder Kanäle
im Formwerkzeug zu unterstützen.
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In
einer ersten Ausführungsvariante
erfolgt die Abdichtung des Verbundmetallrohres über den Abdichtdorn erfindungsgemäß allein
durch Kontaktdichtung über
eine flache Stempelgeometrie. Der Dichtungseffekt ohne zusätzliche
Dichtungsmittel wird durch die sehr hohe Geschwindigkeit des Wirkmediums
erzielt. Dabei kann es genügen,
wenn der Außendurchmesser
des Abdichtdorns nicht größer als
der Außendurchmesser
des Innenrohres des Verbundmetallrohres ist. Dadurch wird nur das
Innenrohr, nicht aber eine weitere äußere Rohrlage des Verbundmetallrohres
abgedichtet, wodurch ein zwischen diesen äußeren Rohrwänden befindliches Medium ungehindert
aus den Zwischenräumen
entweichen kann. Aufgrund der schwer einzuhaltenden Toleranzen wird
aber bevorzugt ein Außendurchmesser des
Abdichtdorns gewählt,
der größer als
der Außendurchmesser
oder gleich dem Außendurchmesser des
umgeformten Verbundmetallrohres ist. Um ein Entweichen des in den
Zwischenräumen
der einzelnen Rohre befindlichen Mediums sicherzustellen, ist das
Formwerkzeug mit mindestens einem Entlüftungskanal versehen, wobei
der Entlüftungskanal
bevorzugt sich konisch verjüngend
in Richtung des Verbundmetallrohres verläuft, um den Gegendruck niedrig
zu halten. Korrespondierend zu dem jeweiligen Entlüftungskanal
ist in die äußeren Rohrwände des Verbundmetallrohres
ein Entlüftungsloch
eingebracht, wobei die Rohrwand des Innenrohres des Verbundmetallrohres
ungelocht ist. Das Entlüftungsloch
sollte so klein wie möglich
ausgeführt
sein, um eine unerwünschte
Umformung des Innenrohres während
der Druckbeaufschlagung zu vermeiden. Allerdings kann zur einfacheren
Positionierung auch eine Entlüftungsrille
oder ähnliches
vorgesehen werden. Das Entlüftungsloch
befindet sich bevorzugt am Anfang oder am Ende des Verbundmetallrohres,
da die Rohrenden nach Fertigstellung des Verbundmetallrohres abgeschnitten
werden können.
Sind die Rohrenden bereits auf Endmaß konfiguriert, kann das Entlüftungsloch
beispielsweise auch zugeschweißt
werden. Es ist vorteilhaft, wenn die äußeren Rohrwände mit dem Innenrohr des Verbundmetallrohres
durch einen Schweißpunkt
geheftet sind, um ein Wegrutschen der äußeren Rohrwände zu vermeiden, da das die
Entlüftungskanäle verschließen könnte.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Abdichtdorn umfangsseitig mit mindestens einer Aussparung
versehen, in deren Bereich ein Verschließen durch Abdecken oder gar
Plastifizieren der äußeren Wände des
Verbundmetallrohres während des
Abdichtvorgangs ausgeschlossen ist und durch die ein zwischen den
einzelnen Rohrwänden
des Verbundmetallrohres befindliches Medium während des Innenhochdruckumformvorgangs
entweichen kann. Im Prinzip kann auch dieser erfindungsgemäße Abdichtdorn
die Geometrie des flachen Stempels aufweisen. Allerdings stellen
die Ausnehmungen sicher, dass die Zwischenräume der einzelnen Rohrwänden des
Verbundmetallrohres während
des Umformvorgangs so geöffnet
bleiben, dass das darin befindliche Medium entweichen kann. Wieder
ist es aufgrund der hohen Umformgeschwindigkeiten zulässig, dass
im Abdichtbereich auch eine geringe Menge des Wirkmediums aus dem
Innenrohr entweicht. Die Ausnehmungen können nämlich die Abdichtwirkung zum
Innenrohr herabsetzen. Das Obergesenk und das Untergesenk sind in
ihrer Bauteillänge
so kurz, dass die Ausnehmungen des Abdichtdorns nicht vollständig abgedeckt
werden. Die Ausnehmungen verlaufen zweckmäßigerweise geradlinig in Achsrichtung
des Abdichtdornes.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist ein Abdichtdorn vorgesehen, dessen Außendurchmesser kleiner als
der Innendurchmesser des Verbundmetallrohres ist, so dass der Abdichtdorn
in das Innenrohr einführbar
ist und ein zwischen den einzelnen Rohrwänden des Verbundmetallrohres
befindliches Medium während
des Innenhochdruckumformvorgangs ungehindert entweichen kann. Diese
Abdichtdornvariante kann bei dem gattungsgemäßen Hochgeschwindigkeitsumformen auch
zum Abdichten einwandiger Rohre verwendet werden, ihren besonderen
Pfiff entwickelt sie aber gerade bei einem Verbundmetallrohr, weil
die äußeren Rohrwänden unverschlossen
bleiben. Zum besseren Einfahren des Abdichtdornes in das Innenrohr weist
der Abdichtdorn in einer weiteren Variante stirnseitig eine Einführabschrägung oder
Fase auf, daran schließt
sich der Abdichtbereich an. Hinter dem Abdichtbereich ist eine Abschrägung vorgesehen,
die zu einem gezielten Druckabbau bei einem während des Innenhochdruckumformvorgangs
geringfügig aus
dem Innenrohr des Verbundmetallrohres entweichenden Hydraulikfluid
führt.
Dabei verläuft
der sich an die Einführabschrägung oder
Fase anschließende Abdichtbereich
parallel zu der zylindrischen Innenwand des Innenrohres. Ein kleiner
Spalt ist zwischen dem Innenrohr und dem Abdichtdorn unvermeidbar. Der
sich an den Abdichtbereich anschließende Bereich wird zum gezielten
Druckabbau ebenfalls abgeschrägt,
wobei der Druck noch so hoch ist, dass eine Umformung stattfindet.
Der Bereich hinter dieser Abschrägung
ist praktisch druckfrei. Die hintere Abschrägung des Abdichtdorns dient
außerdem
zur gezielten Abführung
des zwischen den einzelnen Rohrwänden
befindlichen unerwünschten
Mediums während
des Innenhochdruckumformvorgangs. Dabei tritt trotz des zum Einführen des
Abdichtdorns unvermeidlichen kleinen Spalts, der sich zwischen dem
Innenrohr und dem Abdichtdorn im Abdichtbereich befindet, durch
den aufgrund der hohen Umformgeschwindigkeiten entstehenden Strömungswiderstand nur
eine geringfügige
Menge an Wirkmedium aus.
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Bei
der Herstellung des Verbundmetallrohres als Halbzeug wird der Abstand
zwischen Außendurchmesser
des Innenrohrs und Innendurchmesser des nächsten Rohres möglichst
klein gewählt,
wobei der mühelose
Einschub des Innenrohres in das nächste Rohr noch gewährleistet
sein muss. Dann werden die einzelnen Rohre ineinander geschoben. Dies
gilt dann analog auch für
alle weiteren Rohre. Wird der Spalt zwischen den einzelnen Rohren
zu groß gewählt, besteht
die Gefahr, dass die Rohrwände
nach dem Innenhochdruckumformen nicht miteinander verbunden sind.
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Wenn
an das Rohr besondere Anforderungen an die Qualität, zum Beispiel
Korrosionsfestigkeit, gestellt werden, so besteht zweckmäßigerweise das
innere Rohr und/oder eine äußere Rohrlage
aus einem qualitativ hochwertigen Werkstoff, zum Beispiel Edelstahl.
Dabei kann ein Verbundmetallrohr beispielsweise aus einem äußeren Rohr
mit der notwendigen Festigkeit und einem Innenrohr aus einer qualitativ
hochwertigen Legierung mit den geforderten Oberflächeneigenschaften
aufgebaut sein. Umgekehrt kann zur Herstellung eines Verbundmetallrohres
mit einer hochwertigen Außenoberfläche ein äußeres Rohr
aus einem höhenwertigem
Werkstoff gewählt
werden, das Innenrohr liefert dann die notwendige Festigkeit. Auf
die erfindungsgemäße Weise können auch
Verbundmetallrohre hergestellt werden, bei denen ein mittleres Rohr
die notwendige Festigkeit bereitstellt und sowohl eine äußere Rohrlage
als auch das Innenrohr eine hochwertige Legierung aufweisen. Dabei
kann jeweils der Werkstoff der Rohrlage, welche die notwendige Festigkeit
garantieren muss, freier im Hinblick auf beispielsweise Korrosionsbeständigkeit
ausgewählt
werden. Die restlichen Rohrlagen können freier in Hinblick auf
die Festigkeit ausgewählt
werden. Die einzelnen Rohre des Verbundmetallrohres liegen nach
der Innenhoch druckumformung quasi medienfrei aufeinander und sind
kaum noch voneinander zu trennen. Dadurch erfüllen die erfindungsgemäß hergestellten
Verbundmetallrohre höhere
Qualitätsanforderungen
als herkömmliche
im Innenhochdruckumformverfahren hergestellte Verbundmetallrohre.
Insbesondere ist die Korrosionsanfälligkeit zwischen den einzelnen
Rohrwänden
gemildert. Auch der Kraftschluss zwischen den Rohren ist größer als
bisher. Diese Qualitätsvoraussetzungen
sind insbesondere beim Einsatz der Rohre im Automobilsektor, beispielsweise
in der Abgasanlage eines Autos, wichtig.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1a–c drei
Varianten eines Verbundmetallrohres (1a, 1b, 1c)
im Querschnitt mit Detaildarstellungen des Rohraufbaues
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2 das
Verbundmetallrohr (1b) im Querschnitt mit Detaildarstellung
eines Schweißpunktes (7)
zwischen zwei Rohrlagen (10, 12)
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3 ein
erfindungsgemäßes Obergesenk (20)
und ein erfindungsgemäßes Untergesenk
(21), einen Abdichtdorn (40) und das Verbundmetallrohr (1b)
im Längsschnitt
sowie eine Detaildarstellung eines Ausschnitts des Abdichtbereiches
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4 einen
Schnitt A-A durch einen erfindungsgemäßen Abdichtdorn (41)
mit einer Aussparung (5), einem Obergesenk (200)
und dem Verbundmetallrohr (1b) und einen Querschnitt des
Abdichtdornes (41) mit einem darüberliegenden Querschnitt des
Verbundmetallrohres (1b)
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5 einen
Längsschnitt
durch ein Obergesenk (200) und ein Untergesenk (210)
mit einem Abdichtdorn (42) und dem Verbundmetallrohr (1b)
sowie einen Detailausschnitt des Abdichtbereichs
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Anhand
der 1a bis 1c werden
drei Varianten eines Verbundmetallrohres (1a, 1b, 1c) dargestellt. 1a zeigt
ein Verbundmetallrohr (1a) aus zwei Einzel komponenten (10, 11),
wobei ein dünnes
Innenrohr (11) aus einem hochwertigen Werkstoff und ein äußeres, tragendes
Rohr (10) aus einem minderwertigen Werkstoff besteht. Auf
diese Weise können
z. B. auf ihrer Innenseite gegen aggressive, in den Rohren geführte Medien
beständige
Verbundmetallrohre hergestellt werden. Im dargestellten Beispiel
ist die Wandstärke
des Innenrohres (11) geringer als die des äußeren Rohres
(10), wobei die Wandstärkenabstufung
noch wesentlich größer sein kann,
als in der Zeichnung dargestellt. 1b zeigt ein
Verbundmetallrohr (1b) aus drei Einzelkomponenten. Das
mittlere Rohr (10) aus einem minderwertigem Werkstoff dient
als Grundrohr und liefert die notwendige Festigkeit. Die zu beiden
Seiten anliegenden Rohrlagen (11, 12) sind aus
einem hochwertigen Werkstoff. Dieser Spezialfall von drei Schichten,
davon zwei identische Innen- und Außenschichten, wird auch als
Sandwichverbund bezeichnet. 1c zeigt
ein Verbundrohr (1c) aus zwei Einzelkomponenten, wobei
das dünne
Außenrohr
(12) aus einem hochwertigen Werkstoff besteht und das innere,
tragende Rohr (10) aus einem minderwertigen Werkstoff hergestellt
ist. Im dargestellten Beispiel ist die Wandstärke des Außenrohres (12) geringer
als die des Innenrohres (10), wobei die Wandstärkenabstufung
noch wesentlich größer sein
kann, als in der Zeichnung dargestellt.
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Vor
dem Hochgeschwindigkeitsinnenhochdruckumformen sind die Durchmesser
der einzelnen Rohre (10, 11 und 12) so,
dass diese mühelos
ineinander geschoben werden können,
wobei jedoch möglichst
wenig Luft zwischen den Rohren verbleibt. Beim Innenhochdruckumformen
kommt es zu einer Durchmesserzunahme der Rohre (10, 11 und 12). Weil
die Rohre (10, 11, 12) ineinander stecken,
kann die Zunahme des Innendurchmessers der äußeren Rohre (10, 12)
nur jeweils gleich der Zunahme des Außendurchmessers des inneren
Rohres (10, 11) sein, und es bleiben elastische
Kräfte übrig, die
im inneren Rohr (10, 11) als Druckkräfte und
im äußeren Rohr
(10, 12) als Zugkräfte wirken und eine entsprechende
Flächenpressung
zwischen beiden zur Folge haben. Dadurch entsteht eine hochfeste
Verbindung zwischen den einzelnen Rohrlagen (10, 11, 12).
Der wesentliche Vorteil eines Verbundmetallrohres liegt darin, dass
nicht das gesamte Verbundmetallrohr (1a, 1b und 1c)
aus hochwertigen und dadurch teureren Werkstoffen bestehen muss.
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In 2 wurde
zwischen dem dünnen
Außenrohr
(12) und dem mittleren Rohr (10) des Verbundmetallrohres
(1b) zur Fixierung ein Schweißpunkt (7) gesetzt.
Die Fixie rung des dünnen
Außenrohres
(12) verhindert ein Wegrutschen des dünnen Außenrohres (12) von
dem mittleren Rohr (10).
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3 zeigt
im Querschnitt ein Obergesenk (20) und ein Untergesenk
(21), einen Abdichtdorn (40) mit einem Zuführkanal
(6) für
ein Wirkmedium und ein Verbundmetallrohr (1b). Das Obergesenk (20)
und das Untergesenk (21) sind mit jeweils einem konischen
Entlüftungskanal
(3) versehen. Der Entlüftungskanal
(3) verläuft
sich konisch verjüngend
in Richtung Verbundmetallrohr (1b), um den Gegendruck niedrig
zu halten, damit ein unerwünschtes
Medium aus den Spalten (8) zwischen den einzelnen Rohren
(10, 11, 12) besser entweichen kann.
Das Entlüftungsloch
(13) in den äußeren Rohrwänden (10, 12)
wird so klein wie möglich
gewählt,
um eine unerwünschte
Umformung des Innenrohres (11) während der Druckbeaufschlagung
zu vermeiden. Der Abdichtdorn (40) kommt unmittelbar mit
der Stirnfläche
(14) des Verbundmetallrohres (1b) zur Anlage und
dichtet sowohl das Innenrohr (11) als auch die beiden äußeren Rohre
(10, 12) allein durch Kontaktdichtung ohne zusätzliche
Dichtungsmittel ab. 3 zeigt die gesamte Anordnung
vor dem Innenhochdruckumformvorgang. Die einzelnen Rohre (10, 11, 12)
des Verbundmetallrohres (1b) sind noch nicht fest miteinander
verbunden. In den Zwischenräumen
(8) befindet sich ein Medium, sei es Luft, Verschmutzungen,
Wasser oder ein anderes Wirkmedium, welches beim Einlegen des Verbundmetallrohres (1b)
in das geöffnete
Werkzeug in einem Tauchbecken eingedrungen ist. Nach dem Einlegen
und Zufahren des Werkzeugs wird das Innenrohr (11) des Verbundmetallrohres
(1b) mit Druck beaufschlagt. Wird in einem Tauchbecken
umgeformt, ist das Innenrohr (11) bereits mit Wirkmedium
befüllt. Über den
Zuführkanal
(6) des Abdichtdorns (40) wird weiteres Wirkmedium
zugeführt,
was den Druck im Innenrohr (11) bis zum geforderten Umformdruck
anwachsen läßt. Das
Innenrohr (11) expandiert und legt sich an das mittlere
Rohr (10) an, bis auch das mittlere Rohr (10)
so weit zur Expansion gezwungen ist, dass das mittlere Rohr (10)
sich an das äußerste Rohr
(12) anlegt. Während
der Expansion wird das in den Zwischenräumen (8) befindliche
Medium verdrängt
und kann durch das Entlüftungsloch
(13) in die Kanäle
(3) entweichen. Dabei verhindert der Schweißpunkt (7)
ein Verdrehen oder Verrutschen der einzelnen Rohre (10, 12)
zueinander. Dies soll sicherstellen, dass die Entlüftungskanäle (13)
nicht verschlossen werden. Das Innenrohr (11) ist ungelocht,
denn das Wirkmedium soll nicht aus dem Innenrohr (11) während des
Innenhochdruckumformvorgangs austreten. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass
geringfügige
Mengen des Wirkmediums aus dem Innenrohr (11) an der Stirnfläche (14)
des Verbundmetallrohres (1b) trotz des Abdichtdorns (40)
herausdringen. Aufgrund der hohen Umformgeschwindigkeit ist diese
Menge für
den Innenhochdruckumformvorgang jedoch unschädlich.
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4 zeigt
einen Schnitt durch einen weiteren Abdichtdorn (41) mit
Aussparungen (5) und einen darübergelegten Schnitt durch ein
Verbundmetallrohr (1b) sowie einen Schnitt A-A durch Abdichtdorn
(41), Obergesenk (200) und Verbundmetallrohr (1b).
Das Obergesenk (200) ist in seiner Bauteillänge so kurz, dass
die lokale Aussparung (5) nicht vollständig abgedeckt wird. Die Aussparung
(5) stellt sicher, dass die mittlere und äußere Rohrlage
(10, 12) des Verbundmetallrohres (1b) über den
Abdichtdorn (41) nicht vollständig abgedichtet werden, so
dass während
des Innenhochdruckumformvorgangs ein unerwünschtes Medium aus den Rohrzwischenräumen entweichen
kann. Die Aussparungen (5) verlaufen zweckmäßigerweise
geradlinig in Achsrichtung des Abdichtdornes (41). Der
Innhochdruckkanal (6) befindet sich zur gleichmäßigen Innenhochdruckbeaufschlagung
mittig zu dem Verbundmetallrohr (1b).
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5 zeigt
eine bevorzugte Variante eines weiteren Abdichtdornes (42).
Wiederum ist der Zustand vor einem Umformvorgang abgebildet. Der
Außendurchmesser
des zylindrische Abdichtdorns (42) ist kleiner als der
Innendurchmesser des Innenrohrs (11) des Verbundmetallrohres
(1b), so dass der Dorn (42) vollständig in
das Innenrohr (11) einführbar
ist. Zur vereinfachten Einführung
ist in vorteilhafter Weise der Abdichtdorn (42) stirnseitig
mit einer Abschrägung
oder Fase (421) versehen. An die Fase (421) schließt sich
der eigentliche Abdichtbereich (422) an. Um den Abdichtdorn
(42) in das Innenrohr (11) einführen zu
können,
verbleibt zwischen dem Abdichtbereich (422) und dem Innenrohr
(11) ein unvermeidbarer Spalt (9), durch den Wirkmedium
während
des Innenhochdruckumformvorgangs ausdringen kann. Aufgrund der hohen
Umformgeschwindigkeiten ist dieses jedoch für die Umformung unschädlich. Im Prinzip
kann mit dem Abdichtdorn (42) auch jedes herkömmliche
einwandige Rohr abgedichtet werden. An den Abdichtbereich (422)
schließt
sich ein Druckabfallbereich (423) an, der dazu dient, bei
aus dem Innenrohr (11) austretendem Wirkmedium den Druck unmittelbar
zu mildern. Die Detailzeichnung zeigt den Druckverlauf in den verschiedenen
Zonen (A, B, C, D) des Abdichtdorns (42). Die X-Achse entspricht
der Abwicklung bzw. dem Längenverlauf
des Dorns, die Y-Achse zeigt den Druck P an. Im Bereich A befindet sich
die Fase (421). Dieser Druckzustand entspricht dem Umformdruck
im Innenrohr (11). Bereich B entspricht dem Abdichtbereich
(422). Trotz des kleinen Spaltes (9) zwischen
Innenrohr (11) und dem Abdichtdorn (42) im Abdichtbereich
(422) ist der Strömungswiderstand
im Spalt (9) so groß,
dass nur ein geringer Druckabfall entsteht. Im Bereich C ist der Abdichtdorn
(42) zum gezielten Druckabbau abgeschrägt (423), wobei ein
Druckabfall stattfindet, aber der Druck noch ausreicht, um das Verbundmetallrohr (1b)
umzuformen. Auf dem letzten Stück
der Abschrägung
(423) außerhalb
des Verbundmetallrohres (1b) in der Zone D fällt der
Druck gegen Null. Unerwünschtes
Medium kann während
der Innenhochdruckumformung aus den Rohrspalten (8) zwischen dem
Innenrohr (11) und den äußeren Rohren
(10, 12) entweichen, weil die Spalte (8)
durch den Abdichtdorn (42) nicht abgedichtet werden.
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- 1a
- Verbundmetallrohr
- 1b
- Verbundmetallrohr
- 1c
- Verbundmetallrohr
- 3
- Entlüftungskanal
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Zuführkanal
- 7
- Schweißpunkt
- 8
- Spalt
- 9
- Spalt
- 10
- Rohr
- 11
- Innenrohr
- 12
- Außenrohr
- 13
- Entlüftungsloch
- 14
- Stirnfläche
- 20
- Obergesenk
- 21
- Untergesenk
- 40
- Abdichtdorn
- 41
- Abdichtdorn
- 42
- Abdichtdorn
- 200
- Obergesenk
- 210
- Untergesenk
- 421
- Einführabschrägung oder
Fase
- 422
- Abdichtbereich
- 423
- Abschrägung