DE10220422A1

DE10220422A1 - Verfahren zur Herstellung von Rohranschlüssen

Info

Publication number: DE10220422A1
Application number: DE10220422A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Rauschnabel
Original assignee: IFUTEC INGENIEURBUERO fur UMF
Current assignee: IFUTEC INGENIEURBUERO fur UMF
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-08-14

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß in einem Verfahrensschritt an einem Hohlkörper durch plastische Umformung des Hohlkörpers ein Wulst hergestellt wird, der sich an dem Hohlkörper von innen nach außen wölbt, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt ein Rohrelement von außen auf den Hohlkörper aufgesetzt und an dem Wulst ausgerichtet wird sowie in einem weiteren Verfahrensschritt das Rohrelement stoffschlüssig, insbesondere durch Widerstands- oder Kondensatorentladungsschweißen, mit dem Hohlkörper verbunden wird. DOLLAR A Anwendung beispielsweise zur Herstellung von Rohrverzweigungen an hydraulischen oder pneumatischen Rohrleitungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohranschlüssen sowie eine mittels des genannten Verfahrens herstellbare Rohrverzweigung.
Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rohranschlusses bekannt, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt ein angespitzter Bolzen mit einer auf der der Anspitzung abgewandten Seite angeordneten Sacklochbohrung versehen wird. Dieser Bolzen wird in einem nachfolgenden Schritt mittels Widerstandsschweißen stoffschlüssig mit einem Hohlkörper (Rohr) verbunden, wobei die Anspitzung während des Schweißvorganges gegen den Hohlkörper gedrückt und aufgeschmolzen wird. In einem weiteren Schritt wird der Bolzen vollends durchbohrt, wobei die Bohrung nachfolgend, insbesondere innenseitig, entgratet werden muß.

Aus dem Stand der Technik ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Rohranschlusses bekannt, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt ein Hohlkörper in Form eines ersten Rohres spanend durchbohrt und die Bohrung anschließend mittels eines durch die Bohrung eingeführten Werkzeuges von innen nach außen ausgehalst wird. In einem nachfolgenden Schritt wird ein entsprechend der Größe und Form des Halses ausgestaltetes Anschlußrohr mit dem Hals verschweißt. Das Verfahren ist bei Rohren mit kleinen Durchmessern nicht oder nur schwer durchführbar.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Rohranschlusses weist einen ersten Verfahrensschritt auf, in dem ein erstes Rohr mittels eines Stanzwerkzeuges perforiert wird. Anschließend wird ein zweites Rohr, das an einem stirnseitigen Ende eine an den (Außen-)Durchmesser des ersten Rohres angepasste Krümmung aufweist, an das erste. Rohr angesetzt und entlang einer sphärisch umlaufenden Schweißkante mit dem ersten Rohr verschweißt.

Nachteilig an den bekannten Verfahren ist meist, daß beide Rohre relativ aufwendig geformt und. umgeformt sowie nach oder vor dem Fügevorgang entgratet werden müssen. Ferner erfolgt eine meist schwierig zu bewerkstelligende Ausrichtung und Positionierung der Rohre gegeneinander.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem eine Bearbeitung der zu verbindenden Rohrstücke reduziert und/oder vereinfacht sowie ein Verbinden der Rohrstücke erleichtert ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen besonders einfach herstellbaren Rohranschluß zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Rohranschlüssen gelöst, bei dem in einem Verfahrensschritt an einem Hohlkörper durch plastische Umformung des Hohlkörpers an einer Umformstelle ein Wulst hergestellt wird, der sich an dem. Hohlkörper von innen nach außen wölbt, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt ein Rohrelement von außen auf den Hohlkörper aufgesetzt und an dem Wulst ausgerichtet wird sowie in einem weiteren Verfahrensschritt das Rohrelement stoffschlüssig mit dem Hohlkörper verbunden, wird. Dabei kann der Hohlkörper beispielsweise mittels eines Prägewerkzeuges oder durch Innenhochdruck- bzw. Explosionsumformen von innen nach außen derart verformt werden, daß sich eine vom Hohlkörper abragende Wölbung ergibt. Unter dem Wulst bildet sich eine Vertiefung in der Innenoberfläche des Hohlkörpers, die zur Aufnahme eines Grates und/oder einer Schweißnaht dienen kann. Zugleich dient der Wulst ausenseitig zur Ausrichtung des aufgesetzten Rohrabschnittes, wobei Werkstücktoleranzen ausgeglichen werden, und vorzugsweise zur Bildung einer näherungsweise linienförmig in einer Ebene liegenden Berührfläche zwischen Hohlkörper und Rohrelement.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Rohranschluß, wobei an einem Hohlkörper ein durch plastische Umformung hergestellter Wulst derart ausgestaltet ist, daß eine Vertiefung in der Innenoberfläche des Hohlkörpers gebildet ist, und ferner ein Rohrelement außenseitig auf den Wulst aufgesetzt und mit dem Hohlkörper stoffschlüssig verbunden ist. Die Vertiefung dient zur Aufnahme von herstellungsbedingten Materialanhäufungen, beispielsweise Schweißnähten und/oder Graten, so daß das Hauptvolumen des Hohlkörpers frei bleibt. Ferner unterstützt der Wulst eine exakte Positionierung des Rohrelements gegenüber dem Hohlkörper während des Herstellungsvorgangs.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper vor der plastischen Umformung an der Umformstelle erwärmt und/oder thermisch geschwächt. Dadurch wird die Umformbarkeit erhöht bzw. der nachfolgende Umformvorgang erleichtert. Vorzugsweise wird der Hohlkörper dabei mittels eines Lasers oder einer anderen Strahlungs- bzw. Wärmequelle punktuell stark erhitzt.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wandstärke des Hohlkörpers vor der plastischen Umformung an der Umformstelle insbesondere durch spanende Bearbeitung reduziert. Durch die vorgesehene Bearbeitung wird der Hohlkörper an der Umformstelle geschwächt, so daß der nachfolgende Umformvorgang erleichtert wird. Zur Bearbeitung des Hohlkörpers sind vorzugsweise ein Bohr-, Fräs- oder Sägewerkzeug bzw. ein Drehmeißel vorgesehen. Alternativ kann vor der plastischen Umformung auch eine spanlose Ausdünnung der Wandung des Hohlkörpers - beispielsweise mittels eines Prägewerkzeuges - vorgenommen werden.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper vor der plastischen Umformung insbesondere spanend perforiert. Entstehende Grate und Materialanhäufungen können in nachfolgenden Verfahrensschritten beseitigt, deformiert oder in die Vertiefung verschoben werden.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper gleichzeitig mit der plastischen Umformung insbesondere nicht-spanend perforiert. Zur Umformung des Hohlkörpers sind ein Prägestempel mit einem zusätzlichen Dorn und/oder ein Gegenhalter mit einem Dorn vorgesehen. Dadurch wird ein Verfahrensschritt eingespart und das Verfahren vereinfacht.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper im unmittelbaren Anschluß an die plastische Umformung insbesondere spanend perforiert. Dabei kann das Umformwerkzeug als Gegenhalter für einen Stanzstempel oder. Bohrer dienen.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper nach dem Verbinden von Hohlkörper und Rohrelement perforiert. Entstehende Gräte oder Materialanhäufungen müssen nicht in einem zusätzlichen Verfahrensschritt entfernt werden, solange sie außerhalb des Hauptvolumens des Hohlkörpers liegen.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wulst mittels eines den Hohlkörper von innen nach außen deformierenden Prägewerkzeuges oder Innenhochdruck- Umformwerkzeuges hergestellt. Materialanhäufungen und undefinierte Verformungen werden dabei von innen nach außen gedrückt bzw. außerhalb des Hauptvolumens des Hohlkörpers positioniert.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wulst mittels eines kugelförmigen Deformationselementes hergestellt, indem das Deformationselement von innen gegen den perforierten Abschnitt. des Hohlkörpers gedrückt wird. Dieser Verfahrensschritt wird nach einer Perforation des Hohlkörpers durchgeführt, wobei die Perforation vergrößert und Materialanhäufungen, Grate sowie undefinierte Verformungen nach außen gedrückt werden. Der Durchmesser des kugelförmigen Deformationselementes ist vorzugsweise größer als die in einem vorhergehenden Verfahrensschritt erzeugte Perforation des Hohlkörpers, so daß die Perforation mittels des kugelförmigen Deformationselementes aufgeweitet bzw. ausgehalst, gegebenenfalls jedoch auch durchstoßen werden kann. Dadurch lassen sich auch Hohlkörper in Form von Rohren mit kleinem Innendurchmesser verarbeiten.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das kugelförmige Deformationselement mit Hilfe einer vorzugsweise als Kanal ausgebildeten Führung an den perforierten Abschnitt herangebracht. Das kugelförmige Deformationselement hat dabei einen Durchmesser, der deutlich kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohres und wird von innen gegen den perforierten Abschnitt gedrückt, wobei die Führung eine exakte Positionierung des Deformationselementes sicherstellt und das Deformationselement ringsum umgibt. Vorzugsweise ist die Führung in einem an die Innenkontur des Hohlkörpers angepassten Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse zusätzlich als Gegenhalter bzw. Matrix für einen Stanzstempel dient.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper mittels eines Prägewerkzeuges deformiert, das einen gewölbten Prägestempel aufweist, auf dem ein spitzes Perforationselement aufgesetzt ist. Das spitze Perforationselement ist als Dorn oder Nadel konzipiert und durchstößt schon beim Prägevorgang den Hohlkörper, wobei der Kraftaufwand für die Umformung insbesondere bei großflächigen Umformungen reduziert wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper mittels eines Prägewerkzeuges deformiert, das einen gewölbten Prägestempel aufweist, in dem eine Aufnahmebohrung für einen den Hohlkörper von außen nach innen durchstoßenden Stanzstempel vorgesehen ist und der als Gegenhalter bzw. Matrize für den Stanzstempel dient. Das Prägewerkzeug weist somit eine Doppelfunktion auf, die die Herstellung vereinfacht und eine zusätzliche Matrize entbehrlich macht.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der erzeugte Wulst eine näherungsweise kugelig, kegelig oder parabolisch gewölbte Form derart auf, daß das Rohrelement an dem Wulst zentrierbar und/oder in einem von 90° abweichenden Winke gegenüber der Außenoberfläche des Hohlkörpers ausrichtbar ist. Dadurch wird eine besonders einfache und genaue Positionierung des Rohrelementes gegenüber dem Hohlkörper unabhängig von dessen Formtoleranzen ermöglicht. Zugleich wird zuverlässig eine weitgehend lückenlose - vorzugsweise linienförmige - Berührfläche zwischen Hohlkörper und Rohrelement erreicht, wodurch ein Fügevorgang erleichtert wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Hohlkörper als insbesondere zylindrisches Rohr ausgebildet, wobei in einem Verfahrensschritt durch plastische Umformung des Rohres zwei gegenüberliegende Wulste oder ein umlaufender Wulst hergestellt wird. Es ergibt sich eine in etwa symmetrische Anordnung der Wulste, so daß eine besonders gleichmäßige Kräfteverteilung bei der Umformung erreicht wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung und den Zeichnungen. Es zeigen
Fig. 1 eine Prinzipskizze zu einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine Prinzipskizze zu einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 eine Prinzipskizze zu einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 eine Prinzipskizze zu einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 5 eine Prinzipskizze zu einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6 eine Prinzipskizze zu einem sechsten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 7 eine Prinzipskizze zu einem siebenten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 8 eine Prinzipskizze zu einem achten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 9 eine Prinzipskizze zu einem neunten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 10 eine Prinzipskizze zu einem zehnten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 11 eine Prinzipskizze zu einem elften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 12 eine Prinzipskizze zu einem zwölften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 13 eine Prinzipskizze zu einem modifizierten zweiten Rohrelement zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Elemente und Merkmale eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung von Rohranschlüssen schematisch dargestellt. Ein Hohlkörper in Form eines ersten Rohrelementes 1 und ein zweites Rohrelement 2 werden mit Hilfe dieses Verfahrens miteinander verbunden. Beide Rohrelemente sind vorzugsweise aus demselben schweißfähigen, plastisch gut verformbaren metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einer zähen Aluminium- oder Stahllegierung.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem ersten. Ausführungsbeispiel wird ein mechanisch betätigtes Prägewerkzeug 3 verwendet. Das Prägewerkzeug 3 umfaßt eine Keilmechanik mit einer Keilscheibe 4, die in ein Spreizwerkzeug 5 eingesetzt ist, wobei das Spreizwerkzeug 5 durch ein Verschieben der Keilscheibe 4 in Richtung des Pfeiles F auseinandergedrückt und in eine Arbeitsposition gebracht werden kann. Eine Rückstellfeder, die das Spreizwerkzeug 5 in die Ruheposition zurückbringt, ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. An dem Spreizwerkzeug ist ein kegelstumpfförmiger Prägestempel 6 angeordnet.
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Prägewerkzeug 3 in das erste Rohrelement 1 eingeführt, wobei sich das Spreizwerkzeug 5 zunächst in seiner dargestellten Ruheposition befindet. Anschließend wird das Prägewerkzeug 3 positioniert und ausgerichtet. Nachfolgend wird das Spreizwerkzeug 5 über die Keilscheibe 4 in die Arbeitsposition gedrückt. In der Arbeitsposition des Spreizwerkzeuges 5 drückt sich der Prägestempel an einer Umformstelle U von innen nach außen gegen das erste Rohrelement 1 und verformt es plastisch derart, daß ein kegeliger Wulst 7 an der Außenseite des Rohrelementes 1 gebildet wird. Gleichzeitig ergibt sich eine trichterförmige Vertiefung V an der Innenseite des Rohrelementes 1.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das zweite Rohrelement 2 auf den Wulst 7 aufgesetzt, wobei die kegelige Form des Wulstes 7 eine Zentrierung und exakte Ausrichtung von erstem und zweitem Rohrelement gegeneinander sicherstellt. Dies erfolgt weitgehend unabhängig von anderen Werkstücktoleranzen. Vorzugsweise weist das zweite Rohrelement 2 einen Innendurchmesser auf, der gleich oder kleiner ist als der maximale zugängliche Außendurchmesser des Wulstes.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden erstes und zweites Rohrelement durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren wie Widerstands- oder Kondensatorentladungsschweißen, Löten oder Laserschweißen miteinander verbunden. Dabei erfolgt die Verbindung entlang einer ringförmigen Berührstelle 9. Als Alternative sind auch Klebeverfahren vorsehbar. Insbesondere mittels eines Kondensatorentladungsschweißverfahrens lassen sich Rohrelemente und Nippel aus Sintermaterial, Messing und/oder Edelstahl (ggf. auch als Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe miteinander - z. B. Messing mit Edelstahl) stoffschlüssig fügen.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das erste Rohrelement 1 an der Stelle des Wulstes 7 von außen nach innen mit einem Bohrer 8 perforiert. Dabei wird der Bohrer 8 axial durch das zweite Rohrelement 2 hindurchgeführt. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird das Perforieren des ersten Rohrelementes 1 mit einem Laser durchgeführt.
Bei den genannten Verfahrensschritten entstehende Grate, Materialanhäufungen und/oder undefinierte Verformungen lassen sich in der Vertiefung V unterbringen, soweit sie nicht mit einfachen Mitteln (z. B. Spülen, Sandstrahlen etc.) aus dem hergestellten Rohrsystem entfernt werden können. Eine Nachbearbeitung der Füge- und Perforationsstelle U ist nicht, zwingend erforderlich; das zylindrische Hauptvolumen H des ersten Rohrelements 1 wird durch das Fügen und Perforieren nicht beeinträchtigt und bleibt auch ohne Nachbearbeitung in seinem vollen Querschnitt zugänglich.
In Fig. 2 ist eine Prinzipskizze zu einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 vorgesehen.
Abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt das erste Rohrelement 1 mittels eines Stanz- oder Bohrwerkzeuges perforiert. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird an dem ersten Rohrelement 1, d. h. an dem perforierten Abschnitt des Rohrelementes 1, ein kegeliger Wulst 10 derart herausgeprägt, daß die Perforation mittels des Prägevorgangs - der im übrigen dem für das erste Ausführungsbeispiel geschilderten Prägevorgang entspricht aufgeweitet wird und am äußeren Ende des Wulstes 10 zu liegen kommt. Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird nachfolgend das zweite Rohrelement 2 auf dem Wulst positioniert und mit dem Wulst 10 verschweißt. Dabei dient der kegelige Wulst wiederum zur exakten Ausrichtung des zweiten Rohrelementes 2, zur Erzeugung einer ringförmigen Berührstelle 9 zwischen erstem und zweitem Rohrelement sowie zur Unterbringung von Materialanhäufungen etc. in der Vertiefung V außerhalb des zylindrischen Hauptvolumens H des ersten Rohrelementes 1.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird der Wulst mittels eines näherungsweise zylindrischen Prägestempels derart geprägt, daß er an seinem offenen äußeren Ende zylindrisch ausläuft. Nachfolgend wird das zweite Rohrelement 2, dessen Innendurchmesser geringfügig größer gewählt ist als der Außendurchmesser des Wulstes, auf den Wulst aufgesteckt, ggf. aufgeschrumpft und/oder mit dem Wulst verlötet.
In Fig. 3 ist eine Prinzipskizze zu einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen. Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 vorgesehen.
Abweichend von den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 wird mit Hilfe eines kugelig gewölbten Prägewerkzeuges in einem Verfahrensschritt ein kugeliger Wulst 11 an dem ersten Rohrelement 1 angebracht. Unter dem kugeligen Wulst ist eine entsprechende kugelige Vertiefung V in der Innenoberfläche des Rohrelementes 1 gebildet. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann der Wulst 11 auch mittels Innenhochdruck- oder Explosionsumformverfahren erzeugt werden. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das zweite Rohrelement 2 auf den Wulst aufgesetzt und in einem geeigneten Winkel α zur Außenoberfläche 1a des ersten Rohrelementes 1 ausgerichtet. Als geeigneter Winkel α kann ein von 90° abweichender Winkel insbesondere zwischen 60° und 120° vorgesehen sein. Vorliegend entspricht der Winkel α dem (kleinsten) Winkel zwischen den Hauptachsen der Rohrelemente. 1 und 2. Nachfolgend werden die Rohrelemente 1 und 2 entlang der ringförmigen. Berührfläche 9 verschweißt.
In Fig. 4 ist eine Prinzipskizze zu einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 vorgesehen.
Abweichend von den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 3 wird mit Hilfe eines Prägewerkzeuges 3, das prinzipiell gleich aufgebaut ist wie das zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 geschilderte Prägewerkzeug, in einem Verfahrensschritt nicht nur ein kugeliger Wulst 12 geprägt, sondern gleichzeitig das erste Rohrelement 1 perforiert. Dazu ist auf dem Spreizwerkzeug 5 ein halbkugelförmiger Prägestempel 6 und auf dem Prägestempel 6 ein zusätzlicher spitzer Dorn 13 angeordnet. Der Dorn kann als beliebig angespitzter zylindrischer, kegelförmiger, pyramidenförmiger oder speerförmiger Körper ausgestaltet sein. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Prägestempel als spitzer Kegel oder als Kegelstumpf mit einer aufgesetzten spitzen Pyramide ausgebildet. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel wird der Wulst 12 mittels eines Explosions- oder Innenhochdruckumformverfahrens hergestellt, bei dem über eine entsprechend gelochte Matrize eine Perforation des Rohrelementes 1 zugelassen wird.
In Fig. 5 ist eine Prinzipskizze zu einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 vorgesehen.
Abweichend von den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 4 wird mit Hilfe eines Prägewerkzeuges 3 an dem ersten Rohrelement 1 ein kugeliger oder parabolischer Wulst 14 herausgeprägt und gleichzeitig das Rohrelement 2 mittels eines Stanzstempels 16 perforiert. Dazu ist an dem Spreizwerkzeug 5ein entsprechender halbkugel- oder paraboloidförmiger Prägestempel 6 angeordnet, in dem eine Aufnahmebohrung 15 vorgesehen ist für den das Rohrelement 1 von außen nach innen durchstoßenden Stanzstempel 16. Die Aufnahmebohrung 15 ist L- förmig fortgesetzt, so daß der Stanzbutzen aus dem Spreizwerkzeug 5 entfernt werden kann. Bei dem kombinierten Stanz-/Prägevorgang dient der Prägestempel 6 gleichzeitig als Gegenhalter bzw. Matrize für den Stanzstempel 16.
In Fig. 6 ist eine Prinzipskizze zu einem sechsten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 vorgesehen.
Abweichend von den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 5 werden mittels eines prinzipiell ähnlich wie das Prägewerkzeug 3 in Fig. 1 aufgebauten Prägewerkzeuges an dem ersten Rohrelement 1 zwei identische symmetrisch gegenüberliegende kegelige Wulste 17 ausgeformt. Durch die gegenüberliegende Anordnung der Wulste 17 ergibt sich während des Herstellungsprozesses ein besonders vorteilhafter Kraftausgleich. Entsprechend dem im ersten Ausführungsbeispiel geschilderten Verfahren können ein oder zwei weitere Rohrelemente 2 auf je einen Wulst 17 aufgesetzt und mit diesem vorzugsweise durch Schmelzschweißen verbunden werden. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel sind mehrere Wulste bezüglich der Hauptachse des Rohrelementes 1 rotationssymmetrisch ausgebildet.
In Fig. 7 ist eine Prinzipskizze zu einem siebten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind, die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 vorgesehen.
Entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird bei dem Verfahren gemäß Fig. 7 in einem ersten Verfahrensschritt das erste Rohrelement 1 mittels eines Stanzstempels (nicht dargestellt) perforiert.
Abweichend von den Verfahren gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen wird als Gegenhalter für den Stanzstempel ein an den Innendurchmesser des Rohrelementes 1 angepasstes zylindrisches Gehäuse 18 in das Hauptvolumen H des Rohrelementes 1 eingeführt, in dem eine Aufnahmebohrung 19 für den abgetrennten Stanzbutzen 20 vorgesehen ist. Nach dem Stanzen wird das Gehäuse 18 in axialer Richtung in dem Rohrelement 1 derart verschoben, daß eine Öffnung 21a einer gekrümmten kanalförmigen Führung 21, die innerhalb des Gehäuses 18 angeordnet ist, unterhalb der erzeugten Perforation zu liegen kommt. In der Führung 21 ist ein kugelförmiges Deformationselement 22 geführt, wobei die Führung eine exakte Positionierung des Deformationselementes sicherstellt und das Deformationselement ringsum umgibt.
Das kugelförmige Deformationselement 22 wird zur plastischen Umformung des Rohrelementes 1 vorzugsweise mit hoher Geschwindigkeit durch die Führung bewegt. Es weist einen größeren Durchmesser als die erzeugte Perforation auf und wird, von innen derart gegen das Rohrelement 1 gedrückt, daß ein Wulst 23 erzeugt wird. Da dieser Verfahrensschritt nach der Perforation des Hohlkörpers durchgeführt wird, wird die Perforation bei der Umformung vergrößert und Materialanhäufungen, Grate sowie undefinierte Verformungen werden nach außen gedrückt. Es wird eine Vertiefung V in der Innenoberfläche des Rohrelementes 1 erzeugt. Der Durchmesser des kugelförmigen Deformationselementes 22 ist vorzugsweise so gewählt, daß die Perforation mittels des kugelförmigen Deformationselementes aufgeweitet bzw. ausgehalst, gegebenenfalls jedoch auch durchstoßen werden kann. Der Durchmesser des Deformationselementes 22 sollte ferner deutlich kleiner als der Innendurchmesser des Rohrelementes 1 sein.
Mit dem genannten Verfahren lassen sich insbesondere auch Rohre mit kleinem Innendurchmesser bearbeiten. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist anstelle des kugelförmigen Deformationselementes eine Kugelkette in der Führung 21 geführt. Dabei sind die Kugeln der Kugelkette geringfügig größer als die erzeugte Perforation.
In Fig. 8 ist eine Prinzipskizze zu einem achten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum siebten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bzw. Fig. 7 vorgesehen.
Abweichend von den vorherigen Ausführungsbeispielen wird bei dem Verfahren gemäß Fig. 8 das erste Rohrelement 1 mittels eines Lasers 24 oder einer anderen Strahlungsquelle an der Umformstelle U vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb der halben Schmelztemperatur des Materials des Rohrelements 1 erhitzt. Dadurch wird das Rohrelement 1 punktuell geschwächt, so daß eine unmittelbar anschließende bzw. gleichzeitig erfolgende plastische Umformung erleichtert ist (Warmumformung).
Die Warmumformung erfolgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines, zylindrischen Gehäuses 18, das in das. Hauptvolumen H des Rohrelementes 1 eingeführt wird und in dem eine gekrümmte kanalförmige Führung 21 angeordnet ist. Die Führung weist endseitig eine Öffnung 21a auf, die beim Umformvorgang unterhalb der erwärmten Umformstelle U zu liegen kommt. In der Führung 21 sind mehrere kugelförmige Deformationselemente 22 geführt, wobei die Führung eine exakte Positionierung der Deformationselemente sicherstellt und die Deformationselemente ringsum umgibt.
Die kugelförmigen Deformationselemente 22 werden zur plastischen Umformung des Rohrelementes 1 vorzugsweise mit großer Kraft von einem Stempel 25 durch die Führung 21 von innen gegen die Umformstelle U gedrückt. Dabei wird entsprechend den vorherigen Ausführungsbeispielen ein Wulst mit einer kugeligen Vertiefung an der Innenseite des Rohrelementes 1 erzeugt (nicht dargestellt). Gegebenenfalls kann das Rohrelement 1 mittels der Deformationselemente 22 gleichzeitig mit der plastischen Umformung perforiert werden. Ferner kann während des Umformvorgangs ein Gegenhalter an der Außenseite des Rohrelementes 1 vorgesehen sein.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird das Rohrelement vor und/oder während des Umformvorgangs mittels eines Brenners bzw. eines Schweißgerätes punktuell stark, d. h. auf eine Temperatur bis nahe der Schmelztemperatur des Materials des Rohrelementes erhitzt.
In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel wird das Rohrelement vor dem Umformvorgang in einem Induktionsofen erwärmt.
In Fig. 9 ist eine Prinzipskizze zu einem neunten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum zweiten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bzw. Fig. 2 vorgesehen.
Abweichend von den vorherigen Ausführungsbeispielen wird bei dem Verfahren gemäß Fig. 9 vor der plastischen Umformung die Wandstärke des ersten Rohrelementes 1 mittels eines Bohrers 26, eines Drehmeißels oder eines Fräsers an der Umformstelle U spanabhebend reduziert. Dadurch wird das Rohrelement 1 punktuell geschwächt, so daß ein anschließender Umformvorgang erleichtert ist.
Bei dem Verfahren gemäß Fig. 9 erfolgt die Umformung des Rohrelementes 1 beispielhaft mittels einer "partiellen" Innenhochdruckumformung. Dabei wird ein zylindrisches Gehäuse 27 in das Hauptvolumen H des Rohrelementes 1 eingeführt, wobei in dem Gehäuse ein Druckkanal 28 angeordnet ist, dessen endseitige Austrittsöffnung 28a während des Umformvorgangs direkt unterhalb der Umformstelle U zu liegen kommt (nicht dargestellt). Die Austrittsöffnung 28a des Druckkanals kann in nicht dargestellter Weise mit Dichtungselementen zwischen Gehäuse 27 und Rohrelement 1 abgedichtet sein.
Zur plastischen Umformung des Rohrelementes 1 wird in den Druckkanal 28 ein kompressibles oder inkompressibles Fluid eingebracht, das kurzzeitig unter hohen Druck gesetzt und durch die Austrittsöffnung 28a an der Umformstelle U von innen gegen das Rohrelement 1 gepreßt wird. Abhängig vom maximalen Druck der Innenhochdruckumformung sowie vom Grad des Schwächung des Rohrelementes 1 kann mittels der Umformung eine mehr oder weniger starke Perforation des Rohrelementes 1 erzielt werden.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel erfolgt die plastische Umformung nach einem der vorherigen Verfahren.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird die Wand des Rohrelementes an der Umformstelle U vor dem geschilderten Umformvorgang wenigstens partiell mittels eines Prägewerkzeuges durch spanlose Deformierung ausgedünnt. Eine Ausdünnung kann ausschließlich an der Umformstelle U oder auch über einen größeren Teil des Umfangs des Rohrelementes erfolgen. Als Prägewerkzeug sind zylindrische oder hohlzylindrische Stempel vorsehbar, wobei beim Prägevorgang vorzugsweise zur Stabilisierung ein Gegenhalter (Stützdorn) in das Rohrelement eingeführt ist. Alternativ kann die Wand des Rohrelementes an der Umformstelle vor dem eigentlichen Umformvorgang mit einem Dorn abgestreckt werden.
In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel wird die Wand des Rohrelementes an der Umformstelle U mit einer. Lochsäge kreisförmig reduziert und/oder perforiert.
In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel wird die Wand des Rohrelementes an der Umformstelle U vor und/oder bei dem Umformvorgang punktuell erwärmt.
In Fig. 10 ist eine Prinzipskizze zu einem zehnten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein Hohlkörper in Form eines ersten Rohrelementes 1 und ein zweites Rohrelement 2' werden miteinander verbunden. Beide Rohrelemente sind vorzugsweise aus demselben schweißfähigen, plastisch gut verformbaren metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einer zähen Aluminium- oder Stahllegierung. Das zweite Rohrelement 2' weist vorzugsweise ein angespitztes geschlossenes Endstück 2a' auf.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem zehnten Ausführungsbeispiel wird ein Schweißbrenner oder Laser 29 verwendet, mit dem das zweite Rohrelement 2' an seinem Endstück 2a' mit dem ersten Rohrelement 1 verschweißt wird. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel werden die Rohrelemente mittels Widerstands- oder Kondensatorentladungsschweißverfahren miteinander verbunden. Unmittelbar anschließend an den Schweißvorgang, zu einem Zeitpunkt an dem die Verbindungsstelle S noch erwärmt ist, wird das zweite Rohrelement 2' quer zur Achsrichtung des ersten Rohrelementes 1 nach außen gezogen (Pfeil F), so daß an der Verbindungsstelle S ein Wulst in der Wand des ersten Rohrelementes 1 gebildet wird (nicht dargestellt). Dabei fungiert das zweite Rohrelement 2' als Hebel bzw. Angriffselement für die Umformung des ersten Rohrelementes 1. Der Wulst beinhaltet entsprechend den vorherigen Ausführungsbeispielen eine Vertiefung an der Innenseite des ersten Rohrelementes 1. Die genannte Warmumformung kann durch ein "partielles Innenhochdruckumformen" entsprechend dem neunten Ausführungsbeispiel unterstützt sein.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die Verbindungsstelle S mittels eines durch das zweite Rohrelement 2' eingeführten Bohrers spanend perforiert, wobei nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhandene Materialanhäufungen, Grate und Deformationen in der Vertiefung zu liegen kommen und nicht in das Hauptvolumen H des ersten Rohrelementes 1 hineinragen.
In Fig. 11 ist eine Prinzipskizze zu einem elften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum sechsten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und Fig. 6 vorgesehen.
Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 wird bei dem Verfahren gemäß Fig. 11 das erste Rohrelement 1 mittels einer Umformvorrichtung 30 in Richtung der Pfeile F gestaucht. Dadurch wird das Rohrelement 1 derart deformiert, daß ein ringförmig umlaufender Wulst 31 mit nach außen gewölbtem Querschnitt gebildet wird. Entsprechend dem im sechsten Ausführungsbeispiel geschilderten Verfahren können ein oder zwei weitere Rohrelemente auf den Wulst 31 aufgesetzt und mit diesem vorzugsweise durch Schmelzschweißen verbunden werden.
In Fig. 12 ist eine Prinzipskizze zu einem zwölften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Das Verfahren wird grundsätzlich ähnlich wie das zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren durchgeführt. Für gleichwirkende Elemente sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 vorgesehen.
Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird bei dem Verfahren gemäß Fig. 12 das erste Rohrelement 1 mittels eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 32, 33 deformiert. Das Innenhochdruck-Umformwerkzeug umfaßt im wesentlichen das erste Rohrelement 1 umgreifende Gegenhalter 32 sowie Stempel 33. Bei der Innenhochdruckumformung ist innerhalb des ersten Rohrelementes 1 ein inkompressibles Fluid L, insbesondere Wasser oder ein synthetisches Öl, oder ein Elastomer vorgesehen, das mit zwei Stempeln 33 in Richtung der Pfeile F unter Druck gesetzt wird. Dadurch wird das Rohrelement 1 derart deformiert, daß ein kuppelförmiger Wulst 34 gebildet wird. Entsprechend dem im ersten Ausführungsbeispiel geschilderten Verfahren kann ein Rohrelement auf den Wulst 34 aufgesetzt und mit diesem vorzugsweise durch Schmelzschweißen verbunden werden.
In Fig. 13 ist ein gegenüber den in den vorgenannten Ausführungsbeispielen dargestellten zweiten Rohrelementen 2 bzw. 2' modifiziertes zweites Rohrelement 2" dargestellt. Das zweite Rohrelement 2" weist eine Hauptbohrung 2b" sowie eine quer zur Hauptbohrung ausgerichtete Anschlußbohrung 2a" auf. Das zweite Rohrelement 2" ist mit seiner Anschlußbohrung 2a" auf einen am ersten Rohrelement 1 geformten Wulst 35 aufgesetzt und derart ausgerichtet, daß die Hauptbohrung 2b" achsparallel zur Achse des ersten Rohrelementes 1 verläuft. Der Wulst 35 weist eine vor oder mit der plastischen Umformung des ersten Rohrelementes 1 erzeugte Perforation auf.
Mit sämtlichen genannten Verfahren sind Rohranschlüsse herstellbar, bei denen an einem Hohlkörper in Form eines Rohrelementes ein durch plastische Umformung hergestellter Wulst derart ausgestaltet ist, daß eine Vertiefung in der Innenoberfläche des Rohrelementes gebildet ist. Diese Vertiefung grenzt an das zylindrische Hauptvolumen des Rohrelementes an und dient zur Aufnahme von Graten, Materialanhäufungen und undefinierten Verformungen, die bei einem Anfügen eines zweiten Rohrelementes an das erste Rohrelement sowie beim Perforieren des ersten Rohrelementes entstehen können. Als Fügeverfahren zwischen den beiden Rohrelementen sind stoffschlüssige Fügetechniken, insbesondere Schmelzschweißverfahren vorgesehen.
Ein derartiger Rohranschluß kann insbesondere als hydraulisches oder pneumatisches Rohrleitungselement ausgestaltet sein, wobei in dem als Zylinder dienenden ersten Rohrelement ein Kolben geführt ist, der zur hydraulischen oder pneumatischen Kraftübertragung einsetzbar ist. Der Rohranschluß ist einfach und kostengünstig herstellbar und kann leicht von dem Kolben überfahren werden, da das Hauptvolumen des Zylinders bereits bei der Herstellung frei bleibt von unerwünschten Materialansammlungen und eine Gratbildung im Zylinder wirkungsvoll vermieden wird.
Die Merkmale der lediglich beispielhaft beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nahezu beliebig miteinander kombinieren, so daß sich weitere vorteilhafte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Rohranschlüssen, bei dem
in einem Verfahrensschritt an einem Hohlkörper (1) durch plastische Umformung des Hohlkörpers ein Wulst (7, 10, 11, 12, 14, 17, 23) hergestellt wird, der sich an dem Hohlkörper (1) von innen nach außen wölbt,
in einem nachfolgenden Verfahrensschritt ein Rohrelement (2) von außen auf den Hohlkörper (1) aufgesetzt und an dem Wulst ausgerichtet wird sowie
in einem weiteren Verfahrensschritt das Rohrelement (2) stoffschlüssig, insbesondere durch Widerstands- oder Kondensatorentladungsschweißen, mit dem Hohlkörper (1) verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) vor der plastischen Umformung an der Umformstelle (U) erwärmt und/oder thermisch geschwächt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Hohlkörpers 1 vor der plastischen Umformung an der Umformstelle (U) insbesondere durch spanende oder spanlose Bearbeitung reduziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) vor der plastischen Umformung insbesondere spanend perforiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) gleichzeitig mit der plastischen Umformung insbesondere nicht-spanend perforiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) im unmittelbaren Anschluß an die plastische Umformung insbesondere spanend perforiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) nach dem Verbinden von Hohlkörper und Rohrelement (2) perforiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst mittels eines den Hohlkörper von innen nach außen deformierenden Prägewerkzeuges oder Innenhochdruck- Umformwerkzeuges (27, 28, 32, 33, 34) hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst (7, 10, 11, 12, 14, 17, 23) mittels eines kugelförmigen Deformationselementes (22) hergestellt wird, indem das Deformationselement von innen gegen den perforierten Abschnitt des Hohlkörpers (1) gedrückt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Deformationselement (22) mit Hilfe einer vorzugsweise als Kanal ausgebildeten Führung (21) an den perforierten Abschnitt herangebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) mittels eines Prägewerkzeuges (3) deformiert wird, das einen gewölbten Prägestempel (6) aufweist, auf dem ein spitzes Perforationselement (13) aufgesetzt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) mittels eines Prägewerkzeuges (3) deformiert wird, das einen gewölbten Prägestempel (6) aufweist, in dem eine Aufnahmebohrung (15) für einen den Hohlkörper (1) von außen nach innen durchstoßenden Stanzstempel (16) vorgesehen ist und der als Gegenhalter bzw. Matrize für den Stanzstempel dient.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Wulst (7, 10, 11, 12, 14, 17, 23) eine näherungsweise kugelig, kegelig oder parabolisch gewölbte Form derart aufweist, daß das Rohrelement (2) an dem Wulst zentrierbar und/oder in einem von 90° abweichenden Winkel (α) gegenüber der Außenoberfläche des Hohlkörpers (1) ausrichtbar ist.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) als insbesondere zylindrisches Rohr ausgebildet ist, wobei in einem Verfahrensschritt durch plastische Umformung des Rohres zwei gegenüberliegende Wulste (17) oder ein umlaufender Wulst hergestellt wird.

15. Rohranschluß, insbesondere hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
an einem Hohlkörper (1) ein durch plastische Umformung hergestellter Wulst (7, 10, 11, 12, 14, 17, 23) derart ausgestaltet ist, daß eine Vertiefung in der Innenoberfläche des Hohlkörpers (1) gebildet ist, und ferner
ein Rohrelement (2) außenseitig auf den Wulst aufgesetzt und mit dem Hohlkörper stoffschlüssig verbunden ist.

16. Rohranschluß nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) als insbesondere hydraulischer Zylinder gestaltet ist, in dem ein Kolben geführt ist.