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Rohrleitungen
aus dünnwandigem
Blech werden in der Regel aus Teilstücken zusammengesetzt, die miteinander
zu verbinden sind. Die Verbindungsart beeinflusst ganz maßgeblich
die Wirtschaftlichkeit der Herstellung und der Montage der Teilstücke. Dies
gilt auch für
rohrförmige
Geräte
bzw. Geräte
mit rohrförmigen
Anschlüssen,
welche häufig
in derartige Rohrleitungen zu integrieren sind, und für aus Teilstücken zusammengesetzte
rohrförmige
Apparate.
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Bei
den Verbindungsarten unterscheidet man zwischen Steckverbindungen,
welche überwiegend
bei aus Teilstücken
zusammengesetzten Rohren mit kleinerem Durchmesser eingesetzt werden, und
Flanschverbindungen. Überwiegend
werden bei diesen Flanschverbindungen gesonderte Flansche hergestellt,
die am Rohrende angeschraubt, angenietet, angeschweißt oder
in ähnlicher
Weise befestigt werden.
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Nur
im geringeren Umfang werden die Flansche durch Umformen des Rohrendes
erzeugt.
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Die
einfachste Art eines angeformten Flansches ist der Stehbord, der
durch rechtwinkliges Umkanten des Rohrendes erzeugt wird. Daneben
sind Einrollungen bekannt, welche dadurch erzeugt werden, dass das
Rohrende zu einem im Querschnitt etwa kreisförmigen Wulst eingerollt wird.
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Der
Verbindung dieser als Stehbord oder Rollung ausgebildeten Flansche
dienen Spannringe mit U- oder V-förmigem Querschnitt, deren lichte Weite
dem Querschnitt der aneinander anliegenden Flansche angepasst ist.
Diese Spannringe müssen eine
erhebliche Steifigkeit aufweisen, da weder der Stehbord noch die
Rol lung das Rohr am Ende in radialer Richtung ausreichend aussteifen.
Eine größere radiale
Steifigkeit wird mit solchen Anformflanschen erzeugt, die durch
zweimaliges, rechtwinkliges Hochkanten des Rohrendes entstehen.
Solche Flansche werden – überwiegend
für Gerätegehäuse, insbesondere
Gehäuse
von Radialventilatoren, verwendet. Diese Flansche werden vor allem
mit über
den Umfang verteilten Schrauben miteinander verbunden.
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Jüngeren Datums
ist ein aus
DE 100
47 310 A1 bekanntes Verfahren zum Anformen eines Flansches
an das Ende eines dünnwandigen
Rohres, das zunächst
um 150° und
dann um 90° hochgekantet wird,
so dass ein Flansch mit einer kegeligen Außenfläche entsteht. Die an der Stoßstelle
zweier Rohrstücke
aneinander liegenden Flansche können
mit einem im Querschnitt V-förmigen
Spannring miteinander verbunden werden.
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Wegen
der stark gestiegenen Anforderungen an Dichtheit und glatte Innenflächen insbesondere
bei Luftleitungen für
die Lüftungs-,
Klima- und Absaugtechnik werden zunehmend Rohre mit einstückig angeformten
Flansch eingesetzt. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass die
Stärke
des den Flansch bildenden Materials zwangsläufig nur der Rohrwandstärke entspricht,
was häufig
für die
geforderte Stabilität
nicht ausreicht. Zur Verstärkung
des Flansches ist darum z. B. nach
DE 102 15 112 C1 vorgeschlagen worden, auf
das Ende des der Flanschbildung dienenden Rohrabschnitts einen Verstärkungsring aufzuschieben,
der die Wandstärke
des Flansches verdoppelt.
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Auch
diese Verstärkung
ist häufig
nicht ausreichend und noch unbefriedigend.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zum einstückigen
Anformen eines Flansches am Ende eines runden oder ovalen Rohres
aus dünnwandigem
Blech der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu
schaffen, mit welchem ein wesentlich stärkerer und wesentlich stabilerer
Flansch erzeugt werden kann. Nach dem mit Anspruch 1 angegebenen
Grundprinzip wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in einer ersten Verfahrensstufe
zur Materialansammlung das Ende eines axialen Teilabschnittes des
Rohres bei gleichzeitigem axialem Vorschub eines Vorformrollenwerkzeugs
zu einem Wulst umgeformt wird, worauf in einer zweiten Verfahrensstufe
zur Herstellung eines massiven Flansches der Wulst mit einem Fertigformrollenwerkzeug
verdichtet wird.
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Mit
diesem Verfahren, das mit vergleichsweise einfachen Werkzeugen durchführbar ist,
können massive
oder teilmassive Flansche mit einer wesentlich größeren Dicke
als der Wandstärke
des Rohres hergestellt werden.
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Im
einfachsten Fall wird nach Anspruch 2 das Vorformrollenwerkzeug
soweit vorgeschoben, dass ein mindestens einlagiger, im Querschnitt
im Wesentlichen kreisrunder Wulst entsteht, welcher in der zweiten
Verfahrensstufe zu einem teilmassiven Flansch verformt wird.
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Wird,
wie mit Anspruch 3 vorgeschlagen ist, das Vorformrollenwerkzeug
soweit vorgeschoben, dass sich ein mindestens zweilagiger, im Querschnitt etwa
spiralförmiger
Wulst bildet, kann in der zweiten Verfahrensstufe dieser zu einem
im Wesentlichen massiven Flansch verdichtet werden.
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Setzt
man den Vorschub des Vorformrollenwerkzeuges nach Beendigung der
Wulstbildung, wie mit Anspruch 4 angegeben ist, fort, so wird die
Wand des Wulstes gestaucht, wodurch bei der sich anschließenden Fertigverformung
ein Flansch höherer Dichte
erzeugt wird.
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Weitere
Einzelheiten des Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 5 bis
9.
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Nach
diesem Verfahren lässt
sich ein rundes oder ovales Rohr aus dünnwandigem Blech mit einem
einstückig
angeformten zumindest teilmassiven Flansch herstellen, der, wie
mit Anspruch 10 angegeben ist, gegenüber der Wandstärke des
Rohres stärker
dimensioniert ist und vorzugsweise einen rechteckigen, quadratischen,
dreieck- oder trapezförmigen Querschnitt
mit abgerundeten Ecken aufweist.
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So
ist es gemäß Anspruch
11 möglich,
für ein Rohr
mit einer Wandstärke
in der Größenordnung von
0,5 bis 5 mm einen Flansch herzustellen, dessen mittlere in Axialrichtung
des Rohres gemessene Dicke der zwei- bis zehnfachen Stärke der
Rohrwandstärke
entspricht.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens wird gemäß Anspruch
12 eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche ein Vorformrollenwerkzeug
zur Herstellung des Wulstes, ein Fertigformrollenwerkzeug zur Herstellung
des massiven Flansches sowie eine Einspannvorrichtung für das Rohr
aufweist. Die Rollenwerkzeuge sind hierbei unverdrehbar, aber radial
und axial verschiebbar und die motorisch angetriebene Einspannvorrichtung
für das
Rohr verdrehbar, aber axial unverschiebbar an einem Gestell angeordnet.
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Bei
dieser Vorrichtung läuft
das mit einem Flansch zu versehende Rohr um, während die Rollenwerkzeuge bezüglich des
Rohres axial vorgeschoben werden.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel,
das Gegenstand des Anspruchs 13 ist, sind die Rollenwerkzeuge gemeinsam
auf einem motorisch angetriebenen, drehbar gelagerten Drehteller
radial und axial verschiebbar angeordnet, während die Einspannvorrichtung
für das
Rohr am Gestell axial nicht verschiebbar und nicht verdrehbar vorgesehen
ist.
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Bei
der Herstellung des Flansches mit dieser Vorrichtung laufen also
die Rollenwerkzeuge bei gleichzeitigem axialen Vorschub um das arretierte Rohr
um.
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Die
Ausbildung des Vorformrollenwerkzeuges ist in Anspruch 14 angegeben.
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Das
Fertigformrollenwerkzeug ist Gegenstand des Anspruchs 15.
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Weitere
konstruktive Einzelheiten der Rollenwerkzeuge sind mit den Ansprüchen 16,
17 und 18 angegeben.
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Zur
Einspannung des Rohres eignet sich eine Einspannvorrichtung, bei
welcher gemäß Anspruch
19 bzw. 20 radial verschiebbare Spannbacken an der Rohrinnenwand
kraftschlüssig
anliegen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
nach den Ansprüchen
21 und 22 dient der Einspannung eine elastisch verformbare Federscheibe,
deren Spannfinger gleichfalls kraftschlüssig mit der Innenwand des
Rohres in Eingriff gebracht werden können.
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Konstruktive
Maßnahmen,
z. B. zur Betätigung
der Einspannvorrichtung bzw. des Antriebs der Spanneinrichtung sind
mit den Ansprüchen
23 bis 25 gekennzeichnet.
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Zum
Einspannen relativ dünnwandiger
Rohre ist mit den Ansprüchen
26 und 27 ein Gegenhaltering vorgeschlagen.
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Zur
weiteren Rationalisierung der Herstellung eignet sich eine Vorrichtung
zum gleichzeitigen Anformen von Flanschen an beiden Rohrenden, wie sie
im Einzelnen mit Anspruch 28 gekennzeichnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Herstellung von Rohren aus Blech mit einstückig angeformten Flanschen
nach vorliegender Erfindung eignet sich besonders für eine vollautomatische
Fertigung. Zu diesem Zweck ist gemäß Anspruch 29 eine programmierbare
Schaltung zur Steuerung der Antriebe, Ventile und dergleichen Aggregate
nach vorgegebenen Fertigungsabläufen
notwendig.
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Einzelheiten
des Verfahrens sowie der Vorrichtung zum einstückigen Anformen eines Flansches
am Ende eines runden oder ovalen Rohres sowie der nach diesem Verfahren
hergestellten Rohre mit angeformten Flanschen sind nachstehend anhand
von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen
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1 bis 4 Längsschnitte
der Rohrwandung mit angeformtem Flansch,
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5 bis 12 Längsschnitt
des Vorformrollenwerkzeuges mit dem mit einem Flansch zu versehenden
Ende des Rohres in verschiedenen Bearbeitungsstadien,
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10a, 11a vergrößerte Details
aus 10 bzw. 11,
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13 bis 17 Längsschnitt
des Fertigformrollenwerkzeuges mit dem mit einem Flansch zu versehenden
Ende eines Rohres in verschiedenen Bearbeitungsstadien,
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18 Axialschnitt
einer vollständigen
Vorrichtung zum einstückigen
Anformen eines Flansches nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
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19 Aufsicht
der Vorrichtung gemäß 18,
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20 perspektivische
Darstellung einer Vorrichtung zum einstückigen Anformen von Flanschen
an beide Enden eines Rohres,
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21 Axialschnitt
einer vollständigen
Vorrichtung zum einstückigen
Anformen eines Flansches nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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22 Aufsicht
der Vorrichtung gemäß 21,
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23 perspektivische
Darstellung eines Gegenhalteringes,
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24 perspektivische
Darstellung einer Federscheibe,
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25 perspektivische
Darstellung einer in das Ende eines Rohres eingesetzten Einspannvorrichtung
mit den Elementen gemäß 23 und 24.
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Mit
den 1 bis 4 sind vier verschiedene Möglichkeiten
von gemäß der Erfindung
herstellbaren Massivflanschen dargestellt. Wie die Figuren zeigen
sind an die Rohrwände 1 bis 4 eines
im Einzelnen nicht dargestellten Rohres Flansche 5 bis 8 angeformt,
welche je nach Verdichtung teilmassiv oder vollmassiv sind. Diese
Flansche können
nahezu beliebige Querschnittsformen aufweisen. Bevorzugt sind Flansche
mit trapezförmigem
Querschnitt 5, 6 oder 8, bzw. Flansche
mit rechteckförmigen
Querschnitt 7, die sich für eine Montage mit Spannringen besonders
gut eignen. Die Materialanhäufung
im Flanschprofil führt
zu einer außerordentlich
hohen radialen und axialen Flanschsteifigkeit.
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Die
Herstellung dieser Flansche erfolgt durch Umformung des Rohrendes 10 des
Rohres 11 in einem zweistufigen Verfahren:
In der
ersten Stufe, welche anhand der 5 bis 12 erläutert ist,
wird zunächst
durch ein spezielles Rollverfahren das Ende 10 des Rohres 11 zu
einem Wulst 17 umgeformt.
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In
einer zweiten Stufe, welche anhand der 13 bis 17 erläutert ist,
wird dieser vorgeformte Wulst in einem speziellen Walzverfahren
zu der gewünschten
Form des massiven oder teilmassiven Flansches verdichtet.
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Der
Herstellung des Wulstes dient das Vorformrollenwerkzeug 9,
das aus den achsparallel angeordneten Rollen 13 und 15 und
der mit ihrer Achse 14b senkrecht zu den Achsen 13c und 15d stehenden
Rolle 14 besteht. Die Rolle 13 ist so profiliert, dass
sie an ihrem oberen Ende einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 13a und
an diesem anschließend
einen gleichfalls zylindrischen Abschnitt 13b geringeren
Durchmessers aufweist.
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Die
Profilrolle 15 weist an ihrem oberen Ende gleichfalls einen
zylindrischen Abschnitt 15a und anschließend eine
im Querschnitt viertelkreisförmige Ringnut 15b und
anschließend
an diese einen zylindrischen Abschnitt 15c geringeren Durchmessers auf.
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Die
dritte Rolle der T-förmig
angeordneten Rollenkombination 9 ist so angeordnet und
bemessen, dass sie in den Zwischenraum zwischen den zylindrischen
Abschnitten 13b und 15c eingreift. Diese Rolle 14 weist
eine im Querschnitt halbkreisförmige Ringnut 14a auf.
Wie die Zeichnung erkennen lässt, bilden
Ringnuten 14a und 15b zusammen mit dem zylindrischen
Abschnitt 13a eine etwa im Querschnitt kreisförmige Formnut 16,
wobei die Durchmesser der Abschnitte 13a und 15a so
bemessen sind, dass zwischen den Rollen 13 und 15 ein
Aufnahmespalt 12 frei bleibt, dessen lichte Weite der Stärke der
Rohrwand 1 entspricht.
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Zur
Erzeugung des Wulstes in der ersten Stufe des Verfahrens wird das
Rohr 11 gegenüber dem
Vorformrollenwerkzeug 9 oder das Vorformwerkzeug 9 gegenüber dem
Rohr 11 in Drehung versetzt, wobei das Vorformrollenwerkzeug 9 bzw.
das Rohr 11 in Axialrichtung A gegen das Rohr 11 bzw. das
Vorformrohrwerkzeug 9 bewegt wird. Hierbei taucht die Wand 1 in
den Spalt 12 zwischen den Rollen 13 und 15 ein,
bis sie auf die halbkreisför mige Formnut 14a der
Rolle 14 trifft, wie in 6 dargestellt
ist.
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Bei
weiterem Vorschub des Vorformrollenwerkzeuges 9 bzw. des
Rohres 11 wird der äußere Rand 10 der
Rohrwand 1 mittels der Ringnut 14a der Rolle 14 zu
einem etwa halbkreisförmigen
Wulst 17 umgebördelt,
wie in 7 dargestellt ist. Bei weiterem Vorschub des Rollenwerkzeuges 9 in
Richtung A bzw. des Rohres 11 gelangt der äußere Rand 10 des Rohres 11 in
die im Querschnitt viertelkreisförmige Ringnut 15b der
Rolle 15, wodurch der Rand 10 schließlich zu
einem im Querschnitt kreisförmigen Wulst
umgeformt wird. Dieser Verfahrensabschnitt ist in 8 veranschaulicht.
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Wird
der Vorschub des Rollenwerkzeugs 9 in Richtung des Pfeils
A bzw. des Rohres 11 – selbstverständlich bei
weiterer relativer Drehung zwischen Rollenwerkzeug und Rohr 11 – fortgesetzt,
so entsteht aus dem zunächst
im Querschnitt etwa kreisförmigem
Wulst 17 ein im Querschnitt etwa spiralförmigen Wulst 17,
wie dies die 9, 10 und 10a veranschaulichen.
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An
sich eignet sich dieser Wulst bereits für die Herstellung eines teilmassiven
Flansches in der zweiten Verfahrensstufe.
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Soweit
eine größere Materialdichtheit
für einen
vollmassiven Flansch erzielt werden soll, ist aus der in den 10 bzw. 10a dargestellten
Position der Axialvorschub des Vorformrollenwerkzeuges 9 in Richtung
des Pfeils A bzw. des Rohres 11 fortzusetzen. Da, bedingt
durch den nunmehr höheren
Rollwiderstand, keine weitere Einrollung erfolgt, werden die äußeren Windungen
des Wulstes 17 wegen der Eingrenzung in der Formnut 16,
welche ein Ausweichen des Materials verhindert, gestaucht, so dass
sich die Materialdicke der Wulstwindungen vergrößert, wie die 11 und 11a erkennen lassen.
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Der
Vorschub des Vorformrollenwerkzeuges 9 bzw. des Rohres 11 wird
beendet, wenn für
die erforderliche Steifigkeit des Flansches ausreichend viel Material
des Außenrandes 10 des
Rohrendes umgeformt und gestaucht ist.
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Nach
Beendigung des Axialvorschubes des Vorformrollenwerkzeuges 9 bzw.
des Rohres 1 sowie der Relativdrehung zwischen Vorformrollenwerkzeug 9 und
Rohr 11 wird zur Beendigung dieser ersten Verfahrensstufe
zunächst
die Rolle 15 vom Rohr 11 in Richtung des Pfeils
B radial wegbewegt und arretiert. Anschließend sind die Rollen 13 und 14 gemeinsam mit
der Rolle 15 entgegen der Vorschubrichtung und parallel
zur Achse des Rohres 11 in die Ausgangsstellung, also in
Richtung des Pfeils C, zurückzuziehen,
wo sie bis zur Bearbeitung des nächsten
Rohres verbleiben.
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Erst
bei der nächsten
Bearbeitung ist die Rolle 15 wieder radial entgegen der
Richtung des Pfeils B einzufahren, zu arretieren und gemeinsam mit
den Rollen 13 und 14 entgegen der Richtung des
Pfeils C axial vorzuschieben.
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Für die Herstellung
des Wulstes bei aus Stahlblech bestehenden Rohren mit einer Wandstärke von
0,5 mm bis 5 mm hat sich eine Geschwindigkeit für den axialen Vorschub des
Vorformrollenwerkzeuges 9 bzw. des Rohres 11 in
der Größenordnung von
0,1 bis 2 mm pro Rohrumdrehung als vorteilhaft erwiesen.
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Die
zweite Verfahrensstufe zur Fertigstellung des teil- oder vollmassiven
Flansches ist anhand der 13 bis 17 erläutert.
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Das
Fertigformrollenwerkzeug 18 besteht aus zwei Profilrollen 19 und 20,
welche gegeneinander und bezüglich
der Wandung 1 des Rohres 11 winklig derart aus
der in 13 dargestellten Position bewegbar
sind, dass sie schließlich
die in 16 dargestellte Endposition
einnehmen.
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Die
Rollen 19 und 20 weisen im Querschnitt etwa V-förmige Ringnuten
auf, welche durch die winklig zueinander stehenden Ringflächen 19a und 19b bzw. 20a und 20b begrenzt
sind.
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Diese
Ringflächen
sind so angeordnet und dimensioniert, dass sie in der Endposition
der Formrollen 19 und 20, wie dies aus 16 erkennbar
ist, einen dem gewünschten
Querschnitt des Flansches 5 entsprechenden Raum sowie einen
notwendigen Aufnahmespalt 21 für die Rohrwand 1 bilden.
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Bei
der Verfahrensstufe zur Fertigstellung des Flansches werden die
Rollen 19 und 20 gemeinsam aus ihrer in 13 dargestellten
Position zunächst
parallel zur Rohrachse in Richtung des Pfeils D auf den Wulst 17 des
Rohres 11 zu bewegt, bis die Rolle 19 mit ihrer
Ringfläche 19b die
Unterkante des Wulstes 17 berührt, wie in 14 dargestellt
ist. Hierauf wird die Rolle 20 schräg in Richtung des Pfeils E,
also gegen die Rohrwand 1 und den Wulst 17, bewegt,
bis sie, wie 15 zeigt, mit ihrer Ringfläche 20c die
Wand 1 und mit ihrer Ringfläche 20b die Oberseite
des Wulstes 17 berührt,
Letzterer wird hierbei zur Bildung der inneren Schrägfläche des Flansches
verformt. In dieser Position wird die Rolle 20 arretiert.
Die weitere Ausformung des Flansches erfolgt mittels der Formrolle 19,
welche nun aus der in 15 dargestellten Position schräg in Richtung des
Pfeils F gegen die arretierte Rolle 20 bewegt wird, bis
sie die Innenseite der Rohrwand mit ihrer Ringfläche 19a berührt und
den Wulst mittels der Ringfläche 19b zu
dem in 16 dargestellten Flansch 5 verdichtet
hat.
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Je
nach Dimensionierung der Ringflächen 19a und 19b bzw. 20a und 20b lassen
sich Flansche unterschiedlichen Profils und unterschiedlicher Abmessung
herstellen.
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Nach
Fertigstellung des Flansches 5 werden die Rollen aus ihrer
in 16 dargestellten Position zuerst in Richtung der
Pfeile G und H zurückgezogen,
wie in 17 angedeutet ist.
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Die
Rollen 19 und 20 des Fertigformrollenwerkzeuges 18 können nunmehr
gemeinsam entgegen der Vorschubrichtung parallel zur Rohrachse in Richtung
des Pfeils I in die Ausgangsstellung zurückgezogen werden. Für einen
erneuten Fertigungsvorgang sind sie bereit.
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Für die Vorschubrichtungen
E und F hat sich ein Winkel von etwa 45° als vorteilhaft erwiesen. Praktikabel
sind auch noch Winkel in einem Bereich von 45° ± 30°. Bei Winkeln außerhalb
dieses Bereiches ist die Materialumformung jedoch mangelhaft.
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Wie
bei der ersten Verfahrensstufe sind auch bei der zweiten Verfahrensstufe
die Rollen nicht angetrieben, vielmehr laufen sie frei um.
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Sie
müssen
sowohl radial als auch axial hochbelastbar gelagert sein. Hierfür eignen
sich vor allem Kegelrollenlager.
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Die
Geschwindigkeit für
axialen Vorschub des Fertigformrollenwerkzeuges 18 bzw.
des Rohres 11 liegt vorteilhafterweise in der Größenordnung
von 0,1 bis 2 mm pro Umdrehung des Rohres bzw. des Werkzeuges 18.
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Die
Abmessungen der Rollen des Vorformrollenwerkzeuges und der Rollen
des Fertigformrollenwerkzeuges sowie der Axialvorschub beim Vorformvorgang
müssen
so aufeinander abgestimmt sein, dass teil- oder vollmassive Flansche
mit abgerundeten Kanten entstehen.
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Stimmen
diese Verhältnisse
nicht, entstehen entweder zu scharfkantige oder gar mit Grat behaftete
bzw. zu hohle Flansche.
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Grundsätzlich kann
bei richtiger Dimensionierung der Werkzeuge nahezu jeder Flanschquerschnitt
unabhängig
von der Rohrwanddicke erzeugt werden, wobei bevorzugt Wanddicken
in der Größenordnung
von 0,5 bis 5 mm sind. Somit lässt
sich das Verfahren auch für
die Herstellung von Flanschen bei rohrähnlichen Geräten und
Apparaten einsetzen.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer vollständigen
Vorrichtung zum Anformen eines Flansches an ein Rohr 11 ist
mit den 18 und 19 veranschaulicht.
Bei dieser Vorrichtung sind die anhand der 5 bis 17 im
Einzelnen erläuterten Rollenwerkzeuge 9 und 18 auf
Werkzeugschlitten 24 und 25 radial verschiebbar
an der Grundplatte 23 eines Gestells 37 angebracht.
Der Radialverstellung dienen Verstellspindeln 32. Die Rollen 13 bis 15 des Vorformrollenwerkzeuges 19 und
die Rollen 19 und 20 des Fertigformrollenwerkzeuges 18 sind
an den jeweiligen Schlitten 24 und 25 mittels
nicht dargestellter Vorschubeinrichtungen axial und radial in der
anhand der in den 5 bis 17 erläuterten
Weise verschiebbar angebracht.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 18 wird
zum Zwecke der Flanschherstellung das Rohr 11 gegenüber dem
Gestell 37 in Drehbewegung versetzt, während die die Rollenwerkzeuge 9 und 18 tragenden
Schlitten 24, 25 feststehend sind. Die mit den Verstellspindeln 32 oder
gegebenenfalls mit pneumatischen oder hydraulischen Zylindern radial
verschiebbaren Schlitten 24 und 25 sind über ausreichend
stabile und genaue Führungsschienen 36 mit der
Grundplatte 23 des Gestells 37 verbunden. Die frei
laufenden Rollen 13 bis 15 des Vorformrollenwerkzeuges 9 bzw. 19 und 20 des
Fertigformrollenwerkzeuges 18 sind in auf den Schlitten 24 und 25 aufgebauten
Blöcken
gelagert und mit nicht dargestellten Führungen in der anhand der 5 bis 17 erläuterten
Weise verfahrbar. Als Antrieb dienen nicht dargestellte, in die
Blöcke
integrierte Hydraulik- oder Pneumatikzylinder bzw. Gewindespindeln
mit Getriebe- oder Servomotoren.
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Der
Einspannung des Rohres 11 dient eine allgemein mit 31 bezeichnete
Spannscheibe, welche aus einer Grundscheibe 33 mit auf
dieser strahlenförmig
radial verschiebbar angeordneten Spannsegmenten 34 besteht,
die genauer in der Aufsicht gemäß 19 erkennbar
sind. Die Grundscheibe 33 ist von einer zentralen Hohlwelle 26 getragen,
welche in dem an der Unterseite der Grundplatte 23 befestigten Lagerblock 27 gelagert
ist. Kegelrollenlager 27a dieses Lagerblocks 27 nehmen
die sehr hohen radialen und axialen Belastungen auf.
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Der
Betätigung
der Spannscheibe 31 dient eine die Hohlwelle 2b durchsetzende
Zugstange 29, an derem oberen Ende ein in Form eines kegelförmigen Mehrfachkantes 35 ausgebildeter
Spannkonus angebracht ist, der an den inneren Spannbackenenden 34a der
Spannbacken 34 anliegt. Bei Axialbewegung der Zugstange 29 nach
unten mittels eines doppelt wirkenden Zylinders 30 werden
folglich die Spannbackensegmente 34 radial nach außen bewegt und
legen sich kraftschlüssig
an die Innenwand des einzuspannenden Rohres 11 an. Zum
Lösen des Rohres 11 ist
die Zugstange 29 mittels des Zylinders 30 in der
Gegenrichtung vorzuschieben. In den Spannbackensegmenten 34 eingebaute,
nicht dargestellte Rückzugfedern
sorgen für
die Rückführung der
Spannbackensegmente 34, so dass das Rohr 11 wieder
freigegeben wird.
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Dem
Drehantrieb der Einspannvorrichtung dient ein im Gestell 37 angeordneter
Antriebsmotor 28, dessen Ritzel 28a mit einem
am inneren Ende der Hohlwelle 26 angebrachten Zahnrad 28b im
Eingriff ist.
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Anstelle
von Zahnradantrieben sind auch Ketten- oder Zahnriemenantriebe geeignet.
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Mittels
der Vorrichtung gemäß 18 und 19 gestaltet
sich der Fertigungsablauf wie folgt.
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Vor
Beginn der Fertigung sind die Vorform- und Fertigformrollenwerkzeuge 9 und 18 mittels
der Schlitten 24 und 25 entsprechend dem Durchmesser des
mit einem Flansch zu versehenden Rohrstückes 11 einzustellen
und in die anhand der 5 bis 17 erläuterten
Grundstellungen zu fahren.
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Das
Rohr 11 wird derart über
die Spannscheibe 31 geschoben, dass der für die Bearbeitung erforderliche
axiale Teilabschnitt 11a die Unterkante der Spannscheibe 31 überragt.
In dieser Position wird das Rohr durch Spreizen der Spannbackensegmente 34 festgespannt
und anschließend
mittels des Antriebsmotors 28 in Drehung bei einer Drehzahl
zwischen 20 und 300 U/min versetzt.
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Mittels
des Vorformrollenwerkzeuges 9 wird der Wulst angeformt
wie anhand der 5 bis 12 vorstehend
erläutert
ist. Hieran schließt
sich die zweite Bearbeitungsstufe, nämlich die Herstellung des teil-
oder vollmassiven Flansches mittels des Fertigformrollenwerkzeuges 18 ohne
Unterbrechung der Drehung des Rohres 11 an. Dieser Vorgang
ist vorstehend anhand der 14 bis 17 beschrieben.
Nach Fertigstellung des Flansches wird auch das Fertigformrollenwerkzeug 18 in
die Grundstellung zurückgefahren.
Die Drehung wird gestoppt. Nach Lösen der Spannscheibe 31 kann
das Rohr 11 mit einem angeformten Flansch gemäß 1 bis 4 der
Vorrichtung entnommen werden.
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In
der Zeichnung nicht dargestellt sind Antriebselemente, Ventile und
dergleichen Aggregate für
die programmierte Steuerung der gesamten Vorrichtung, welche einen
vollautomatischen Fertigungsablauf nach vorgegebenen Daten ermöglichen. Diese
Aggregate und die Steuerung sind in dem vorzugsweise mit einem Blechgehäuse verkleideten
Gestell 37 untergebracht.
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Die
Vorrichtung gemäß 18 und 19 eignet
sich nur zum Anformen eines Flansches an einem Ende eines Rohres 11.
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Aus
wirtschaftlichen Gründen,
insbesondere bei geraden Rohrstücken,
kann es vorteilhaft sein, gleichzeitig Flansche an beiden Enden
des Rohrstückes
anzuformen.
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Diesem
Zweck dient die in 20 dargestellte Vorrichtung,
bei welcher zwei Anformeinheiten 38, deren Aufbau der Vorrichtung
nach 18 und 19 entspricht,
in einem Rohrgestell 39 horizontal liegend angeordnet sind,
so dass deren Spannscheiben 31 einander gegenüberliegen.
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Wenigstens
eine der beiden Anformeinheiten 38 ist den in Tragschienen 41 mit
Hilfe angetriebener Gewindespindeln 40 horizontal in Richtung des
Doppelpfeils K verschiebbar. Somit kann der Abstand der beiden Anformeinheiten 38 entsprechend der
Rohrlänge
eingestellt werden, wobei zum Einlegen und Entnehmen des Rohres 11 wenigstens
eine Anformeinheit 38 axial zu verschieben ist.
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Eine
andere Variante zur Herstellung eines einstückig an das Rohr anzuformenden
Flansches, die als Anformeinheit 42 bezeichnet ist, ist
mit den 21 und 22 veranschaulicht.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel,
das insbesondere zur Bearbeitung von nicht geradlinig verlaufenden
Rohrstücken
geeignet ist, ist das Rohr während
der Bearbeitung feststehend, während
die Rollenwerkzeuge 9 und 18 auf einem vom Getriebemotor 45 angetriebenen
und um die Achse des Rohres 11 umlaufenden Drehteller 43 angebracht
sind.
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Die
Vorrichtung zum Einspannen des Rohres 11 ist in gleicher
Weise aufgebaut wie die bei der Vorrichtung gemäß 18 und 19 vorgesehene. Auch
hier dient der Festlegung des Rohres 11 eine Spannscheibe 31 mit
Spannbackensegmenten 34, welche mit Hilfe eines Mehrfachkantes 35,
der Zugstange 29 und dem Zylinder 30 radial verschiebbar sind.
Die die Spannbackensegmente 34 tragende Grundscheibe 33 ist
am oberen Ende der von der Zugstange 29 durchsetzten Hohlwelle 26 angebracht.
Die Hohlwelle 26 ist anders als bei der Vorrichtung gemäß 18 und 19 fest
mit der Grundplatte 23 des Gestells 37 verbunden.
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Der
Drehteller 43 ist um die Hohlwelle 26 verdrehbar.
Auf seiner Unterseite ist er mit einem Zahndrehkranz 44 ausgestattet, der
mit dem Ritzel 45a des Getriebemotors 45 in Betrieblicher
Verbindung steht.
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Auf
dem Drehteller 43 sind die mit Verstellspindeln 32 radial
verschiebbaren Schlitten 24 und 25 mit den Rollenwerkzeugen 9 und 18 angeordnet, deren
Aufbau und Konstruktion derjenigen nach 18 und 19 entsprechen.
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Die
mit den 21 und 22 dargestellte Anformeinheit 42 eignet
sich vor allem zum Anformen des Flansches an Formstücke oder
sperrige Rohre, da diese beim Anflanschvorgang nicht in Drehung versetzt
werden müssen.
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Beim
einseitigen Anformen eines Flansches mit den Vorrichtungen nach 18 und 19 bzw. 21 und 22 kommt
es auf ein sehr stabile Einspannung des Rohres 11 mittels
der Spannscheibe 31 an, da das Rohr 11 nicht nur
radial zu spannen sondern gegen die Wirkung der axial verfahrbaren Rollenwerkzeuge 9 und 18 festzuhalten
ist. Andernfalls ist eine vollständige
und fehlerfreie Ausformung der Flansche nicht möglich. Bei gleichzeitigem Anformen
des Flansches an beiden Rohrenden der Vorrichtung gemäß 20 ist
die Einspannung weniger kritisch, da sich die axial wirkenden von
den Rollenwerkzeugen ausgeübten
Kräfte
gegenseitig aufheben.
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Besonders
kritisch ist das Einspannen relativ dünnwandiger Rohre bei einseitiger
Flanschanformung, da die in das Rohr einzusetzende Spannscheibe 31 mit
ihren Spannbackensegmenten 34 bei höherem Druck der Spannbackensegmente
das Rohr radial verformen kann. Eine Reduzierung des in radialer
Richtung wirkenden Druckes ist aber nur begrenzt möglich, da
das Rohr bei Bearbeitung durch die Reibungskraft verdrehsicher fest
gelegt sein muss.
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Für das einseitige
Anformen von Flanschen an dünnwandige
Rohre ist darum eine mit den 23 bis 25 veranschaulichte
abgewandelte Einspannvorrichtung vorgeschlagen.
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Zur
Verhinderung der Rohrdehnung unter der Wirkung der Spannscheibe,
also zur Erzeugung eines Gegenhaltes, ist ein Gegenhaltering 46 vorgesehen,
der in Höhe
der Spannscheibe auf der Außenseite
des Rohres 11 anzubringen ist. Zu diesem Zweck ist der
Gegenhaltering 46 zweiteilig ausgebildet. Seine beiden
Teile 46a und 46b sind nach Aufschieben auf das
Rohr 11 zum Beispiel mittels Verschraubung an 47 miteinander
verbindbar. Anstelle einer zweiten Verschraubung kann auch eine
gelenkige Verbindung der Teilstücke 46a und 46b zum
Beispiel mittels eines Scharniers oder dergleichen vorgesehen sein.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist als Spannscheibe eine nach Art einer Tellerfeder ausgebildete,
kegelförmige
Federscheibe 48 vorgesehen, welche mittels radialer Schlitzungen 49 in
strahlenförmig
von der mittleren Bohrung 51 radial verlaufende Spannfinger 50 unterteilt
ist. Diese Federscheibe 48 sitzt auf einer in das Rohrinnere
einzubringenden Gegenhalteplatte 53, welche am oberen Ende
der Hohlwelle 26 befestigt ist. Der Betätigung der Federscheibe 48 dient
wiederum eine die Hohlwelle 26 und die Gegenhalteplatte 53 axial
durchsetzende Zugstange 29, deren oben gelegenes Ende die
mittige Bohrung 51 der Federscheibe 48 durchsetzt
und mit dieser mittels einer Mutter 54 verbunden ist.
-
Wird
auf die Zugstange 29 mittels eines nicht dargestellten
Zylinders Zug ausgeübt,
werden die Spannfinger 50 gespreizt und legen sich kraftschlüssig an
die Innenwand des Rohres 11 an, wobei sie sich bei entsprechendem
Zug in der Rohrwand ver krallen. Dies ist möglich, da der Gegenhaltering 46 das
radiale Ausweichen der Rohrwand verhindert und damit das Rohr 11 festlegt.
Die Federscheibe 48 ermöglicht
eine Vervielfachung der über
die Zugstange 29 aufgebrachten Zugkraft, wobei die Spreizkraft der
Federscheibe 48 um so größer ist, je flacher der Kegelwinkel
der Federscheibe 48 ist.
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- 1
- Rohrwand
- 1a
- innere
Wandfläche
- 1b
- äußere Wandfläche
- 2,
3, 4
- Rohrwand
- 5,
6, 7, 8
- Flansch
- 9
- Vorform-rollenwerkzeug
- 10
- äußerer Rand
bzw. Kante des Rohrendes
- 11
- Rohr
- 11a
- axialer
Teilabschnitt
- 11b
- Rohrachse
- 12
- Aufnahmespalt
zwischen den Rollen 13 und 15
- 13
- Rolle
des Vorformrollenwerkzeuges 9
- 13a
- zylindrischer
Abschnitt
- 13b
- zylindrischer
Abschnitt
- 13c
- Achse
- 14
- Rolle
des Vorformrollenwerkzeuges 9
-
-
- 14a
- Ringnut
- 14b
- Achse
- 15
- Rolle
des Vorformrollenwerkzeuges 9
- 15a
- zylindrischer
Abschnitt
- 15b
- Ringnut
- 15c
- zylindrischer
Abschnitt
- 15d
- Achse
- 16
- Formnut
- 17
- Wulst
- 18
- Fertigformrollenwerkzeug
- 19
- Formrolle
- 19a,
19b
- Ringflächen
- 20
- Formrolle
- 20a,
20b,
-
- 20c
- Ringflächen
- 21
- Aufnahmespalt
- 22
-
- 23
- Grundplatte
- 24
- Werkzeugschlitten
- 25
- Werkzeugschlitten
- 26
- Hohlwelle
- 27
- Lagerblock
- 27a
- Kegelrollen
- 28
- Antriebsmotor
- 28a,
28b
- Zahnräder
- 29
- Zugstange
- 30
- doppelt
wirkender Zylinder
- 31
- Spannscheibe
- 32
- Verstellspindeln
- 33
- Grundscheibe
- 34
- Spannbackensegmente
-
-
- 34a
- innere
Spannbackenenden
- 35
- kegelförmiger Mehrfachkant,
Spannkonus
- 36
- Führungsschienen
- 37
- Gestell
- 38
- Anformeinheit
- 39
- Rohrgestell
- 40
- Gewindespindeln
- 41
- Tragschienen
- 42
- Anformeinheit
- 43
- Drehteller
- 44
- Zahndrehkranz
- 45
- Getriebemotor
- 45a
- Zahnrad
- 46
- Gegenhaltering
- 46a,
46b
- Teile
des Gegenhalteringes 46
- 47
- Verschraubung
- 48
- Federscheibe
- 49
- Schlitzung
- 50
- Spannfinger
- 51
- Bohrung
- 52
- Federspannscheibe
- 53
- Gegenhalteplatte
- 54
- Mutter
- A
bis K
- Pfeile
zur Bezeichnung von Bewegungsrichtungen