DE102005058364A1

DE102005058364A1 - Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren

Info

Publication number: DE102005058364A1
Application number: DE200510058364
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Geißler; Theodor Ostermann; Lars Hartbecke; Thorsten Junge; Bernd Dr. Engel
Original assignee: HDE Solutions GmbH
Current assignee: FISCHER HYDROFORMING GMBH, 58706 MENDEN, DE
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren, im Wesentlichen bestehend aus einem Obergesenk und einem Untergesenk mit jeweils zugehöriger Kontur, mindestens einer Einrichtung zur Adaptierung des zu verformenden Rohres und einer hydraulischen Pumpeinrichtung, wobei die Einrichtung zur Adaptierung einen Aufnahmebereich aufweist, dessen Querschnitt im Wesentlichen genau dem Querschnitt des Endbereiches des zu verformenden Rohres entspricht. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren zu entwickeln, bei der aufgrund einer schonenden Behandlung der Rohrenden eine Endenbearbeitung nicht mehr notwendig ist. DOLLAR A Die Aufgabe wird gelöst, indem die Einrichtung zur Adaptierung einen in den Aufnahmebereich frei hineinragenden Adapterstopfen aufweist, und indem zwischen einer Außenumfangsfläche des Adapterstopfens und einer Innenumfangsfläche des Aufnahmebereiches mindesten teilweise ein passgenauer Adaptierungsraum zur Aufnahme des Rohrendbereiches gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren, im wesentlichen bestehend aus einem Obergesenk und einem Untergesenk mit jeweils zugehöriger Kontur, mindestens einer Einrichtung zur Adaptierung des zu verformenden Rohres und einer hydraulischen Pumpeinrichtung, wobei die Einrichtung zur Adaptierung einen Aufnahmebereich aufweist, dessen Querschnitt im Wesentlichen genau dem Querschnitt des Endbereiches des zu verformenden Rohres entspricht.
Eine derartige Vorrichtung ist aus dem druckschriftlich nicht belegbaren Stand der Technik bekannt. Meist weisen solche Vorrichtungen Einrichtung zur Adaptierung aus, bei der über eine Ringdichtung das Rohrende am Außenumfang abgedichtet wird. Bei derartigen Vorrichtungen stellt sich immer wieder die Problematik, dass es aufgrund der Ausbildung der Adaptierungseinrichtung sowie der Art der Abdichtung während der hydrostatischen Umformung zu Beschädigungen der Rohrenden kommt, wodurch nach der Umformung eine Endenbearbeitung notwendig wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine neue Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren zu entwickeln, bei der aufgrund einer schonenden Behandlung der Rohrenden eine Endenbearbeitung nicht mehr notwendig ist.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1, insbesondere den Merkmalen des Kennzeichenteils, wonach die Einrichtung zur Adaptierung einen in den Aufnahmebereich frei hineinragenden Adapterstopfen aufweist, und dass zwischen einer Außenumfangsfläche des Adapterstopfens und einer Innenumfangsfläche des Aufnahmebereiches mindestens teilweise ein passgenauer Adaptierungsraum zur Aufnahme des Rohrendbereiches gebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der wesentliche Vorteil, dass zwischen dem frei in das Rohr hineinragenden Adapterstopfen und der Innenumfangsfläche des Aufnahmebereiches ein auf die Form wie auch auf die Wandstärke des Rohrendes angepasster Adaptierungsraum vorhanden ist, wobei lediglich durch das Einschieben des Rohrendes bereits eine innenliegende Abdichtung erfolgt.

Aufgrund der Tatsache, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung statt einer Außenabdichtung nun eine Innenabdichtung erfolgt, kann die Innenumfangsfläche des Aufnahmebereiches eine durchgehende und umlaufende Unterstützungsfläche für die Außenumfangsfläche des Rohrendes ausbilden, wodurch erreicht wird, dass auch bei den hohen, auf die während der hydrostatischen Umformung auf das Rohrende einwirkenden Kräfte die Außenumfangsfläche des Rohrendes weitgehend unverändert bleibt. Dadurch wird auf besonders vorteilhafte Weise eine zusätzliche Endenbearbeitung überflüssig. Insbesondere wird der Endbereich trennnahtfrei ausgebildet. Dies wirkt sich positiv auf einen späteren Lötprozess während der Weiterverarbeitung aus.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Adapterstopfen als Einführhilfe im Übergang von seiner Stirnfläche zur Außenumfangsfläche eine umlaufende Anfasung auf. Hierdurch wird einerseits das Einfahren des Rohrendes in die Einrichtung zur Adaptierung vereinfacht, wobei andererseits auch dadurch Beschädigungen an der Stirnfläche des Rohrendes vermieden werden.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Adapterstopfen einen freien Endbereich auf, der konisch ausgebildet ist. Durch diesen konischen Endbereich wird zum einen, wie oben bereits dargelegt, das Einführen des Rohrendes in die Einrichtung zur Adaptierung vereinfacht und Beschädigungen an der Stirnfläche vermieden sowie zum anderen die Anlagefläche zwischen Adapterstopfen und Rohrende verringert. Dadurch werden die beim Einschieben des Rohrendes in die Einrichtung zur Adaptierung zu überwindenden Reibungskräfte kleiner.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Adaptierungsraum im Basisbereich des Adapterstopfens aufgrund des parallelen Verlaufes der Außenumfangsfläche des Adapterstopfens sowie der Innenumfangsfläche des Aufnahmebereiches in einem der Wandstärke des Rohrendes im Wesentlichen entsprechenden Abstand gebildet wird.

Bei dieser Ausführungsform findet auf vorteilhafte Weise die eigentliche Abdichtung lediglich in einem schmalen Basisbereich des Adapterstopfens statt, wobei einerseits die oben bereits genannten Vorteile auch auf diese Ausführungsform zutreffen und andererseits die zu überwindenden Reibungskräfte minimiert werden. Zu erwähnen bleibt, dass neben der innenliegenden Abdichtung im Basisbereich zusätzlich auch im Bereich der Stirnfläche des Rohrendes eine Abdichtung zwischen der Stirnfläche und der Einrichtung zur Adaptierung stattfindet.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zur Adaptierung aus einem auswechselbar an einem Zentralteil angeordneten Deckel, der den Aufnahmebereich für das Rohr aufweist und einem zwischen dem Aufnahmebereich des Deckels und einer passgenauen Ausnehmung des Zentralteiles auswechselbarer angeordneten Adapterstopfen gebildet ist.

Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf vorteilhafte Weise bei größerem Verschleiß im Bereich der Einrichtung zur Adaptierung ein Austausch der Verschleißteile dadurch herbeigeführt werden, dass lediglich der Adapterstopfen sowie ein den Adapterstopfen am Zentralteil der Einrichtung zur Adaptierung festlegender Deckel ausgewechselt wird. Dies verringert einerseits die Kosten und andererseits auch den Zeitaufwand für den Austausch der verschleißbehafteten Teile.

Auf vorteilhafte Weise kann bei der letztgenannten Ausführungsform darüber hinaus der Aufnahmebereich des Deckels zum Adapterstopfen eine umlaufende ringförmige Erweiterung aufweisen, an der der Adapterstopfen klemmend anliegt.

Letztlich wird auch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beansprucht, bei der die Innenumfangsfläche des Deckels im Eckbereich zu einer dem Gesenk gegenüberliegenden Fläche des Deckels umlaufend mit einer Fase versehen ist. Dadurch wird einerseits das Einfahren des Rohrendes in die Einrichtung zur Adaptierung weiter vereinfacht und zugleich auch Beschädigungen der Stirnflächen des Rohrendes vermieden. Hinzu kommt der Vorteil, dass dadurch im Übergangsbereich zwischen dem Gesenk und der Einrichtung zur Adaptierung ein Materialsammelraum vorhanden ist, der im Zuge der Kalibrierung des Rohres verdrängtes Material außerhalb des Endbereiches des Rohres aufnimmt

Die Erfindung betrifft des Weiteren auch ein Verfahren zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren, mittels einer Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung, im Wesentlichen bestehend aus einem Obergesenk und einem Untergesenk mit jeweils zugehöriger Kontur, mindestens einer Einrichtung zur Adaptierung des zu verformenden Rohres und einer hydraulischen Pumpeinrichtung, wobei die Einrichtung zur Adaptierung einen Aufnahmebereich aufweist, dessen Querschnitt im Wesentlichen genau dem Querschnitt des Endbereiches des zu verformenden Rohres entspricht und wobei die Einrichtung zur Adaptierung einen in den Aufnahmebereich frei hineinragenden Adapterstopfen aufweist und zwischen einer Außenumfangsfläche des Adapterstopfens und einer Innenumfangsfläche des Aufnahmebereiches mindestens teilweise ein passgenauer Adaptierungsraum zur Aufnahme des Rohrendbereiches gebildet ist.

Ausgehend von der bereits oben genannten Aufgabe ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe aus den Merkmalen des Anspruches 8, insbesondere aus den Merkmalen des Kennzeichenteils, wonach das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

i. das zu verformende Rohr wird in die Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung eingelegt,
ii. die Einrichtungen zur Adaptierung fahren teilweise bis zum Erreichen einer Befüllungsstellung zusammen, bei der die Rohrenden bereits teilweise in einen Adaptierungsraum eingetaucht sind,
iii. vollständiges Zusammenfahren der Einrichtungen zur Adaptierung bei anschließender oder gleichzeitiger Längenkalibrierung der zu verformenden Rohre sowie Schließen des Gesenkes,
iv. Innenhochdruckumformung bei hohem Druck,
v. Öffnen des Gesenkes sowie Auseinanderfahren der Einrichtungen zur Adaptierung,
vi. Entnahme des verformten Rohres.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat nicht nur die bereits oben auch zur Vorrichtung genannten Vorteile hinsichtlich der schonenden Behandlung des Rohrendes, sondern darüber hinaus auch den zusätzlichen Vorteil, dass hierdurch ebenfalls auf sehr schonende und keine Endenbearbeitung hervorrufende Weise eine Längenkalibrierung der zu hydroformierenden Rohre herbeigeführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf vorteilhafte Weise nach dem Verfahrensschritt ii. und vor dem Verfahrensschritt iii. gemäß Anspruch 8 eine Befüllung des zu verformenden Rohres bei geringem Druck stattfinden. Damit wird bei der Hydroformierung von Rohren ein Zeitvorteil erzielt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung,

2 eine Querschnittsdarstellung gemäß Schnittlinie II-II in 1,

3 eine Schnittdarstellung durch die Einrichtung zur Adaptierung in Kombination mit der Ansicht eines verformten Rohres,

4a und 4b vergrößerte Teildarstellungen des in 3 mit IV gekennzeichneten Kreisbereiches mit und ohne Rohr,

5 eine Schnittdarstellung der Einrichtung zur Adaptierung einschließlich eines zu verformenden Rohres und

6 eine Ansichtszeichnung gemäß Ansichtspfeil VI in 3.

In den Zeichnungen ist insgesamt eine Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet.
Eine derartige Vorrichtung wird gemäß 1 aus einem Obergesenk 11 und einem Untergesenk 12 jeweils mit nicht dargestellter Kontur sowie zwei Einrichtungen zur Adaptierung 13 eines zu verformenden Rohres 14 gebildet.
In der 2 erkennt man die beiden beabstandet gegenüberliegenden Einrichtung zur Adaptierung 13 sowie ein dazwischen angeordnetes Rohr 14. Auf der linken Seite ist eine vollständige Einrichtung zur Adaptierung 13 dargestellt, die aus einem Zentralteil 15 mit Hauptdruckmittelkanal 16, einem ringförmigen Gehäuse 17, einem Adapterstopfen 18 und einem Deckel 19 gebildet wird. Der Deckel 19 weist einen auf die Form des zu verformenden Rohres 14 abgestimmten Aufnahmebereich A auf. Der Adapterstopfen 18 ist in einer passgenauen Ausnehmung 20 des Zentralteils 15 angeordnet, die man gut in der rechten Einrichtung zur Adaptierung 13 der 2 erkennen kann. Der Adapterstopfen 18 wird darüber hinaus über die mittels Schrauben 21 am Zentralteil 15 befestigten Deckel 19 an der Einrichtung zur Adaptierung 13 gesichert.
Anhand der 3 bis 6 lässt sich der oben beschriebene grundsätzliche Aufbau der Einrichtungen zur Adaptierung 13 und insbesondere auch das Zusammenwirken von Adapterstopfen 18 und Deckel 19 im Einzelnen beschreiben.
In den 3, 4a und 4b erkennt man zunächst einmal im Einzelnen die Ausbildung des Adapterstopfens 18. Dieser in der Ausnehmung 20 passgenau angeordnete und über eine zusätzliche Dichtung 22 abgedichtete Adapterstopfen 18 weist im Anschluss an den Hauptdruckmittelkanal 16 einen Druckmittelkanal 23 mit verringertem Durchmesser auf, der sich dann in drei Teil-Druckmittelkanäle 24 verzweigt, welche an eine Stirnfläche 25 eines Konus 26 des Adapterstopfens 18 münden.
Wie in den Ausschnittsvergrößerungen gemäß 4a und 4b zu sehen, weist der Deckel 19 eine ringförmige Ausnehmung 27 auf, in die eine Schulter 28 des Adapterstopfens 18 eingreift, so dass der Adapterstopfen 18 zwischen dieser ringförmigen Ausnehmung 27 und der passgenauen Ausnehmung 20 im Betriebszustand lagegenau gehalten ist.
Zum Gesenk 11/12 weisend ist der Adapterstopfen 18, wie die 4a und 4b ebenfalls zeigen, mit dem Konus 26 versehen, der einen Basisbereich 29 aufweist. Der Basisbereich 29 ist mit einer Außenumfangsfläche U versehen, die in einem konstanten Abstand a von einer inneren Umfangsfläche 30 des Deckels 19 verläuft. Die beabstandeten Flächen 30 und U bilden den eigentlichen Adaptierungsraum 31 aus, weil der Abstand a der vorgenannten Flächen 30 und U im Wesentlichen der Wanddicke a' des Rohres 14 entspricht.
Der Deckel 19 ist des Weiteren gesenkseitig mit einer umlaufenden Fase 32 versehen (s. 4b), welche im Zusammenhang mit der Kalibrierung (Stauchung) des zu verformenden Rohres 14 als Materialsammelraum dient. Darüber hinaus ist noch eine Ausgleichsrippe 33 zu erkennen, die in der nicht dargestellten Kontur des Gesenkes 11/12 vorgesehen ist und ebenfalls zum Ausgleich eines Materialüberschusses im Zusammenhang mit der Kalibrierung (Stauchung) des zu verformenden Rohres gedacht ist.
Wie in 4b dargestellt, kann das Rohr 14 vor der Hydroformierung in den passgenauen Aufnahmebereich A des Deckels 20 eingeschoben werden, wobei der Konus 25 des Adapterstopfens 18 sowie die umlaufende Fase des Deckels 19 als Einführhilfe fungieren. Das Rohr 14 stößt letztlich mit seiner Stirnfläche 34 an die Schulter 28 des Adapterstopfens 18 an, wobei während der Hydroformierung eine innenliegende Abdichtung im Basisbereich 29 und eine zusätzliche stirnseitige Abdichtung im Bereich der Stirnfläche 34 des Rohres 14 stattfindet.
In der 5 erkennt man in einer anderen Schnittdarstellung noch besser die Form des Konus 25 des Adapterstopfens 18 sowie den Basisbereich 29 mit der Außenumfangsfläche U. Die Form des Basisbereiches 29 ist passgenau an den lichten Querschnitt q des Rohres 14 angepasst.
Letztlich zeigt die 6 die Stirnansicht der Einrichtung zur Adaptierung 13 und insbesondere den Deckel 19 mit den Befestigungsschrauben 21 sowie den auf die Form des Rohres 14 abgestimmten Aufnahmebereich A im Deckel 19 nebst der Stirnfläche 26 des Konus 25 einschließlich der Teil-Druckmittelkanäle 24.

Claims

Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren, im Wesentlichen bestehend aus einem Obergesenk und einem Untergesenk mit jeweils zugehöriger Kontur, mindestens einer Einrichtung zur Adaptierung des zu verformenden Rohres und einer hydraulischen Pumpeinrichtung, wobei die Einrichtung zur Adaptierung einen Aufnahmebereich aufweist, dessen Querschnitt im wesentlichen genau dem Querschnitt des Endbereiches des zu verformenden Rohres entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Adaptierung (13) einen in den Aufnahmebereich (A) frei hineinragenden Adapterstopfen (18) aufweist, und dass zwischen einer Außenumfangsfläche (29) des Adapterstopfens (18) und einer Innenumfangsfläche (30) des Aufnahmebereiches (A) mindestens teilweise ein passgenauer Adaptierungsraum (39) zur Aufnahme des Rohrendbereiches gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapterstopfen (18) als Einführhilfe im Übergang von seiner Stirnfläche (26) zur Außenumfangfläche eine umlaufende Anfasung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapterstopfen (18) einen freien Endbereich (25) aufweist, der konisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Adaptierungsraum (31) im Basisbereich (29) des Adapterstopfens (18) aufgrund des parallel beabstandeten Verlaufes der Außenumfangsfläche (29) des Adapterstopfens (18) sowie der Innenumfangsfläche (30) des Aufnahmebereiches (A) in einem der Wandstärke (a') des Rohrendes im Wesentlichen entsprechenden Abstand (a) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Adaptierung (13) aus einem auswechselbar an einem Zentralteil (15) angeordneten Deckel (19), der den Aufnahmebereich (A) für das Rohr (14) aufweist und einem zwischen dem Aufnahmebereich (A) des Deckels (19) und einer passgenauen Ausnehmung (20) des Zentralteiles (15) auswechselbarer angeordneten Adapterstopfen (18) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (A) des Deckels (19) zum Adapterstopfen (18) weisend eine umlaufende, ringförmige Ausnehmung (27) aufweist, an der der Adapterstopfen (18) klemmend anliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangfläche (30) des Deckels (19) im Eckbereich zu einer dem Gesenk gegenüberliegenden Fläche des Deckels (19) umlaufend mit einer Fase (32) versehen ist.
Verfahren zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren, mittels einer Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung, im Wesentlichen bestehend aus einem Obergesenk und einem Untergesenk mit jeweils zugehöriger Kontur, mindestens einer Einrichtung zur Adaptierung des zu verformenden Rohres und einer hydraulischen Pumpeinrichtung, wobei die Einrichtung zur Adaptierung einen Aufnahmebereich aufweist, dessen Querschnitt im Wesentlichen genau dem Querschnitt des Endbereiches des zu verformenden Rohres entspricht und wobei die Einrichtung zur Adaptierung einen in den Aufnahmebereich frei hineinragenden Adapterstopfen aufweist und zwischen einer Außenumfangsfläche des Adapterstopfens und einer Innenumfangsfläche des Aufnahmebereiches mindestens teilweise ein passgenauer Adaptierungsraum zur Aufnahme des Rohrendbereiches gebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: i. das zu verformende Rohr wird in die Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung eingelegt, ii. die Einrichtungen zur Adaptierung fahren teilweise bis zum Erreichen einer Befüllungsstellung zusammen, bei der die Rohrenden bereits teilweise in einen Adaptierungsraum eingetaucht sind, iii. vollständiges Zusammenfahren der Einrichtungen zur Adaptierung bei gleichzeitiger Längenkalibrierung der zu verformenden Rohre sowie Schließen des Gesenkes, iv. Innenhochdruckumformung bei hohem Druck, v. Öffnen des Gesenkes sowie Auseinanderfahren der Einrichtungen zur Adaptierung, vi. Entnahme des verformten Rohres.
Verfahren zur Innenhochdruckumformung von metallischen Rohren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt ii. und vor dem Verfahrensschritt iii. gemäß Anspruch 8 eine Befüllung des zu verformenden Rohres bei geringem Druck stattfindet.