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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellunq
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hohler Körper, insbesondere rohrförmiger Körper aus einem dehnbaren
Werkstoff, beispielsweise einer Metallegierung, durch verformende Querschnittsver#nderung,
wobei ein etwa rohrförmiger Körper durch eine seine Form verändernde Matrize geführt
und dabei an seiner Innenseite abgestützt wird. Gemäß dem OE-Patent 283 249 erfolgt
die herstellung eines Rohres aus einem gelochten, in einer Richtung geschobenen
Rohling mittels aussen angreifender Walzen und einem innen angeordneten Dorn, auf
den sich das erzeugte Rohr abstützen kann. Dessen Wandstärke wird vom Abstand zwischen
den Walzen und dem Dorn bestimmt.
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Gemäß dem US-Patent 3 379 043 ist es bekannt, Kappen aus Ronden durch
hydraulisches Tiefziehen herzustellen, wobei die am Rand festgehaltene Ronde sowohl
in Achsrichtung als auch in radialer Richtung durch hohe hydraulische Kräfte (35
000 atü) beaufschlagt werden muß. Dabei muß aber auch ein hydraulischer Gegendruck
von aussen aufgebracht werden. Mit der Rohrherstellung hat diese Patentschrift nichts
zu tun.
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Die US-PS 2 847 957 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Kappen
aus Blech durch Tiefziehen unter Anwendung
von hydraulischen Axial-
und Radialkräften, die ebenfalls mit der Rohrherstellung nichts zu tun hat.
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Schließlich zeigt die FR-PS 1 159 685 ein Stangenziehverfahren zur
ilerstellung dünnwandiger Rohre, die von der Stange zuletzt hydraulisch abgezogen
werden. Bei allen bekannten Tiefziehverfahren ist das Tiefziehverhältnis begrenzt
durch die Faltenbildung und den zur Vermeidung der Faltenbildung notwendigen Niederhalte-Druck.
Zu hoher Niederhalte-Druck führt schließlich zum Einreißen vorwiegend am Beginn
des zylindrischen Teils des Tiefzuges.
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Beim Weiterschlag muß zusätzlich zum Niederhalte-Druck noch der ursprüngliche
zylindrische Teil senkrecht zur Ziehrichtung aufgebogen und auf der anderen Seite
wieder in Ziehrichtung gebogen werden. Es wurde schon versucht, zur Unterstützung
des Materialflusses radiale Kräfte auf die Ronde auszuüben, die aber durch eine
erhöhte Niederhaltekraft teilweise wieder kompensiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs erwähnte Verfahren so auszugestalten,
daß Rohre mit bestimmten Durchmessern und Wandstärken unter Anwendung hydraulischer
Kräfte hergestellt werden können, ohne daß ein allzu grosser Aufwand an Vorrichtungen,
Material und Zeit in Kauf genommen werden muß.
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Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache Vorrichtung
zur
Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
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Die Erfindung löst diese Aufgaben in erster Linie verfahrensmässig
dadurch, daß der an seiner Vorderseite geschlossene und mit Flüssigkeit gefüllte
Rohrkörper od. dgl.
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in einer umschliessenden Form in Richtung der querschnittsverändernden
Matrize vorgeschoben und in dieser einem durch die eingeschlossene Flüssigkeit erzeugten
Ziehvorgang unterworfen wird, durch welchen er gegebenenfalls sowohl auf eine geänderte
Aussenform als auch auf eine geringere Wandstärke gebracht wird. Durch geeignete
Wahl der Matrizenform hat man es daher in einfacher Weise in der Hand, die gewünschten
Rohrgrößen unter Anwendung eines hydraulischen Ziehvorganges herzustellen, ohne
daß andere hydraulische Gegenkräfte benötigt werden. Wird das Flüssigkeitsvolumen
in dem Rohrkörper konstant gehalten, so erfährt dessen im Bereich der Matrize jeweils
vorhandener Abschnitt eine konstante Dehnung durch den Ziehvorgang, so daß die Wandstärke
des entstehenden Rohres kleiner wird.
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Die Erfindung besteht auch darin, daß das Flüssigkeitsvolumen während
des Vorschubes des Rohrkörpers entweder konstant gehalten, verringert oder vergrössert
wird. Wird es verringert, so komst es zu einer kleineren, wird es vergrössert, so
kommt es zu einer grösseren Dehnung des Materials und somit zu einer wesentlich
kleineren Wandstärke
bzw. zu einer Wandstärke des Rohres, die nur
geringfügig kleiner als die des Ausgangsproduktes ist.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß die Flüssigkeit im Rohrkörper
um eine zur Vorschubgeschwindigkeit proportionalen Menge verringert wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens weist eine
den Rohrkörper umschliessende Form und eine Matrize auf, die mit dieser verbunden
ist und den Querschnitt des Rohrkörpers verändert, wenn dieser die Matrize passiert.
Erfindungsgemäß liegt der in der Form angeordnete, an einer Seite geschlossene,
mit Flüssigkeit gefüllte Rohrkörper einerseits gegen einen konischen Abschnitt der
mit einem zylindrischen Auslaß od. dgl. versehenen Matrize an, andererseits ist
er von einem hydraulisch betätigbaren, in die Form eingreifenden und gegen seinen
freien Stirnrand anliegenden Vorschubkolben beaufschlagbar.
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Damit ist eine einfache Vorrichtung geschaffen, mit welcher die beiden
wesentlichen Verfahrensschritte, nämlich Vorschieben und gleichzeitiges Ziehen ausgeführt
werden können.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Vorschubkolben
selbst einen Kanal für die Zufuhr bzw. Abfuhr der Füllflüssigkeit auf.
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Die Erfindung besteht aber auch darin, daß der Kanal des Vorschubkolbens
mit einem Zylinder zur Aufnahme der Abspritzflüssigkeit
in Verbindung
steht, dessen Kolben silber ein Zahnstangengetriebe mit einer der Vorschubkolbengeschwindigkeit
proportionalen Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung bewegbar ist. Das Zahnstangengetriebe
kann dabei so ausgelegt und der Zylinder so bemessen sein, daß durch eine bestimmte
Aufnahme der Abspritzflüssigkeit im Zylinder das Flüssigkeitsvolumen mit der Volumensänderung,
die durch das entstehende Rohr hervorgerufen wird, verringert wird. Diese dem Vorschub
proportionale Volumensregelung kann auch auf rein hydraulischem Wege erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß der Vorschubkolben im Bereich
seines Kanals von einer in diesem abgedichteten Stange durchsetzt ist, welche einen
Stopfen trägt, der während des Vorschubes des Kolbens gegen die Innenseite des gebildeten
Rohres und zwar am Ende des konischen Abschnittes der Matrize gepreßt ist. Damit
wird erreicht, daß die Innenseite des gebildeten Rohres ausreichend geglättet wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es möglich, daß zwecks
Steuerung des Flüssigkeitsvolumens der Rohrkörper über den Vorschubkolben mit einem
einstellbaren Druckventil in Verbindung steht, wobei gegebenenfalls ein Druckwandler
zwischengeschaltet ist. Andererseits besteht die Erfindung darin, daß der am Rohrkörper
anliegende
Vorschubkolben über ein Joch an Hydraulikzylinderkolben
angeschlossen ist und über diese einfache Vorrichtung die Vorschubkraft auf den
Rohrkörper überträgt.
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Schließlich besteht die Erfindung auch darin, daß der Kanal im Vorschubkolben
mit dem Zylinder zur Aufnahme der Abspritzflüssigkeit über eine flexible Leitung
in Verbindung steht, so daß letzterer ortsfest angeordnet werden kann.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen
näher veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
schematisch; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine besonders ausgebildete Matrize
im Schnitt und Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Matrize im Schnitt.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 besteht vor allem aus einer Form 1 zur
Aufnahme eines Rohrkörpers 2, aus welchem ein Rohr mit kleinerem Druckmesser hergestellt
werden soll.
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Der Rohrkörper 2 ist auf einer Seite mit einer Kappe 3 abgeschlossen,
mit welcher er nach dem Einbringen in die
Form 1 an einem konischen
Abschnitt 4 einer mit der Form 1 verbundenen Matrize 5, wie mit strichpunktierten
Linien angedeutet, anliegt.
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Andererseits liegt der Rohrkörper 2 mit seinem freien Stirnrand 6
gegen einen Vorschubkolben 7 an, der in die Form 1 eingreift und über ein Joch 8
und Kolben 9, 10 mit hydraulisch beaufschlagbaren Zylindern 11, 12 in Bewegungsverbindung
steht.
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Der Vorschubkolben 7 besitzt einen zentralen Kanal 13, über welchen
dem Inneren des Rohrkörpers 2 Flüssigkeit, z.B. Wasser oder öl, zugeführt werden
kann. Der Kanal 13 kann über eine flexible Leitung 14 mit einem ortsfesten Zylinder
15 zur Aufnahme der Abspritzflüssigkeit verbunden sein, dessen Kolben 16 mit einer
Zahnstange 17 versehen ist, welche in ein Zahnrad 18 eines Getriebes 19 eingreift.
Das Zahnrad 18 sitzt auf einem grösseren Zahnrad 20 bewegungsschlüssig, in welches
eine andere Zahnstange 21 eingreift, die ihrerseits mit dem Joch 8 des Vorschubkolbens
7 verbunden ist und dessen Bewegungen mitmacht.
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Wenn der Vorschubkolben 7 mit Hilfe der beiden Hydraulikzylinder 11,
12 in Richtung des Pfeiles 22 bewegt wird und dadurch den mit einer Fldssigkelt
23 gefüllten Rohrkörper 2 ebenfalls in Richtung des Pfeiles 22 innerhalb
der
Form 1 verschiebt, so wird der Rohrkörper 2 trotz der Stauchung des Materials, die
er im konischen Abschnitt 4 der Matrize 5 erfährt, gedehnt werden, weil das Volumen
der Flüssigkeit 23, die ja im Rohrkörper 2 eingeschlossen ist, konstant bleibt und
aus diesem Grund der Rohrkörper 2 einem Ziehvorgang unterworfen wird. Das geschlossene
Ende 3 des Rohrkörpers 2 wird dabei durch den reduzierten zylindrischen Abschnitt
24 der Matrize 5 mit kleinerem Durchmesser D2 austreten, wobei die in Richtung des
Pfeiles 25 wirksame hydraulische Kraft der Flüssigkeit 23 die Ziehwirkung auf das
im nachfolgenden konischen Abschnitt 4 befindliche Rohrmaterial bestimmt.
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Da die nachgeschobene Rohrkörperoberfläche kleiner ist als die neu
entstehende Oberfläche, hat das entstehende Rohr nicht nur einen kleineren Durchmesser
D2, sondern auch eine kleinere Wandstärke als der Rohrkörper 2.
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Will man die Dehnung und damit die Wandstärke des entstehenden Rohres
beeinflussen, muß während des Nachschiebens das Flüssigkeitsvolumen in genau definierter
Weise verkleinert (oder auch vergrössert) werden. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten:
Mit dem Joch 8 wird gleichzeitig die Zahnstange 21 vorgeschoben. Die Zahnstange
21 greift in das Zahnrad 20 ein und dreht dieses exakt in Abhängigkeit des Vorschubes.
Auf
dem Zahnrad 20 sind Wechsel-Zahnräder 18 montiert, die der Zahnstange 17 eine der
Geschwindigkeit des Vorschubkolbens 7 direkt proportionale Geschwindigkeit in Gegenrichtung
verleihen. Da die Zahnstange 17 ein Teil des Kolbens 16 des im Durchmesser wesentlich
grösseren Zylinders 15 ist, wird durch diesen über die flexible Leitung 14 das sogenannte
Abspritzvolumen aus dem Rohrkörper 2 entsprechend der durch das Getriebe 19 und
die Größe des Zylinders 15 bestimmten Bewegung des Kolbens 16 aufgenommen.
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Eine zweite Möglichkeit der Flüssigkeits-Volumens-Steuerung ist das
direkte Abspritzen über ein nicht dargestelltes einstellbares Druckventil am Vorschubkolben
7, wobei ein Druckwandler zwischengeschaltet ist. Aufgrund der Temperatur-Abhängigkeit
der Viskosität der Füllflüssigkeit 23 ist das dargestellte mechanische Zahnstangen-System
unempfindlicher.
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Für eine Glättung des entstehenden Rohres auf der Innenseite kann
ein Stopfenzug notwendig sein.
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Durch den Kanal 13 des Vorschubkolbens wird nicht nur die Füllflüssigkeit
23, sondern auch der auf einer langen Stange befestigte Stopfen 26 eingebracht.
Über die am Kolbenende dynamisch abgedichtete Stange wird der Stopfen 26 während
des Vorschubes an die Rohrinnenseite im Bereich des konischen Abschnittes 4 gepreßt.
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Bei entsprechend großer Schiebegeschwindigkeit kann auch ein "schwimmender"
Stopfen aufgrund des durch den sehr engen Spalt entstehenden Druckabfalles fest
an die Innenseite der Rohrwand angelegt werden. Die Anpreßkraft und damit der Glätteffekt
kann durch die Kolbenvorschubgeschwindigkeit gesteuert werden. Allerdings ist darauf
zu achten, daß die AnpreSkraft nicht so groß wird, daß der Druck hinter dem Stopfen
für die notwendige Zugwirkung zu klein wird und damit der Kalibriereffekt verloren
geht.
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Das Verhältnis von Matrizenwinkel zu Stopfenwinkel spielt dabei eine
entscheidende Rolle. Der durch die durchgedrückte Emulsion entstehende "Schmiereffekt"
ergibt eine besonders schöne Oberfläche des entstehenden Rohres.
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In Anlehnung an das Stülpziehen kann man gemäß Fig. 2 und nach der
Erfindung ein Stülp-Drückziehen als Ergänzung des hydromechanischen Tiefziehens
durchführen, so daß eine Verformung von Teilen mit grösseren Wandstärken ermöglicht
wird. Ausgangspunkt ist dabei sowie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 die einseitig
geschlossene Kappe 27 bzw. das einseitig geschlossene Rohr. Die beim DrUck-Ziehen
vorhandene Querschnittsänderung, d.h. Reduzieren von aussen, wird gemäß Fig. 2 beim
Stülp-Drückziehen durch Eindringen eines Körpers 28 der Matrize 29 in das Innere
der Kappe 27 bewirkt. Sämtliche Volumensteuerungs-Überlegungen des Drück-Ziehens
nach Fig. 1 gelten auch beim Stülp-Drückziehen
nach Fig. 2. Auf
diese Weise können Teile mit einer inneren Einbeulung, z.B. Radnaben 30, hergestellt
werden.
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Wenn der Vorschubkolben 31 gemäß Fig. 3 einen Rohransatz 32 hat, der
gegen den Rand 33 der einseitig geschlossenen Kappe 34 innerhalb der Matrize 35
angelegt und in Richtung des Pfeiles 36 bewegt wird, so kommt es infolge der eingeschlossenen
Flüssigkeit 37 und des Vorsprunges 38 zu einer Verformung der Kappe 34, durch welche
schließlich ein geflanschter dickwandiger hochfester Teil 39 entsteht.