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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus
einem rondenförmigen
Werkstück,
insbesondere eine Drück-/Drückwalzmaschine,
mit einem Umformdorn, der um eine Drehachse drehend antreibbar gelagert
ist, einem Andrückelement,
das um die Drehachse drehbar und zum Einspannen des Werkstücks axial
relativ zum Umformdorn verschiebbar gelagert ist, und mindestens
einer Umformrolle, die axial und/oder radial zu dem Umformdorn zustellbar
ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus
einem rondenförmigen
Werkstück.
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Derartige
Hohlkörper
können
beispielsweise als Druckbehälter
Verwendung finden. Druckbehälter,
welche einen Fülldruck
von bis zu mehreren 100 bar standhalten müssen, werden für komprimierbare oder
flüssige
Gase eingesetzt, wie zum Beispiel CNG (komprimiertes natürliches
Gas), LNG (verflüssigtes natürliches
Gas) oder Hochdruckwasserstoffgas. Die Druckbehälter werden beispielsweise
in Kraftfahrzeugen als Druckgasflaschen für Erdgastanks und zur Wasserstoffversorgung
von Brennstoffzellen eingesetzt.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen
zur Herstellung von Druckbehältern
bekannt.
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Die
DE 25 17 971 lehrt beispielsweise,
Gasflaschen aus einem Block herzustellen. Dieser Block wird auf
einer Presse derart gelocht, dass ein Bodenteil stehen bleibt, und
so zu einem Hohlzylinder mit einem einseitigen Boden umgeformt.
Dieser Hohlzylinder wird weiterhin zu einem Gasflaschenrohling umgeformt
und danach zur Endform auf einer Drückwalzmaschine kalt abgestreckt.
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Die
DE 39 10 192 A1 schlägt vor,
durch Ablängen
von warm gefertigten Rohren gewonnene Rohrabschnitte über Warmumformung
zu einem geschlossenen Behälter
umzuformen. Beim Anformen des Bodens entsteht auf der Innenseite
im Bodenzentrum eine Stauchnase, die durch einen zusätzlichen
Verfahrensschritt mechanisch entfernt wird. Ferner ist es vorgesehen,
die Wanddicke des mittleren zylindrischen Teiles durch Kaltumformung
zu verringern. Da die verschiedenen Verfahrensschritte in der Regel
in unterschiedlichen Bearbeitungsstationen durchgeführt werden
müssen,
kann das vorbekannte Verfahren ebenfalls vergleichsweise aufwändig sein.
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Die
DE 197 11 844 B4 lehrt
ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters. Gemäß diesem
Verfahren wird aus zwei Ronden im Drückwalzverfahren jeweils ein
topfartiges Teil erstellt, wobei die topfartigen Teile anschließend zum
Behälter zusammengeschweißt werden.
Das Schweißen
kann das Festigkeits- und
Korrosionsverhalten des Werkstoffs negativ beeinflussen.
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Aus
der
DE 16 52 630 C ist
ein Verfahren zum Herstellen von Kochtöpfen mit zylindrischer Wandung
bekannt. Gemäß diesem
Verfahren ist vorgesehen, den Rand einer Ronde durch Drückwalzen zunächst zylindrisch
umzulegen und dann abzustrecken.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen
eines Hohlkörpers,
insbesondere eines Druckbehälters,
aus einem rondenförmigen
Werkstück
anzugeben, mit denen besonders beständige und dichte Hohlkörper einfach
und wirtschaftlich herstellbar sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass am Andrückelement mindestens eine Umformmatrize
angeordnet ist, welche relativ zum Umformdorn zum Umformen des Werkstücks axial
verfahrbar ist, und dass die Umformmatrize relativ zum Andrückelement
axial verschiebbar ist.
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Ein
erster Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, an
einer Drück-
und/oder Drückwalzmaschine
eine zusätzliche
Umformmatrize so anzuordnen, dass das Werkstück durch axiales Verfahren
der Matritze und/oder des Umformdorns in die Matrize gezogen werden
und dabei umgeformt werden kann. Dies ermöglicht es, das in der Maschine
eingespannte Werkstück
in ein und derselben Einspannung in einem Tiefzieh- oder Pressvorgang
und in einem Drück-
und/oder Drückwalzvorgang
umzuformen. Beispielsweise kann durch Tiefziehen oder Pressen in
der Umformmatrize ein Bodenbereich des Hohlkörpers angeformt werden und
durch anschließendes
Drückwalzen
ein zylindrischer Wandbereich und/oder ein Halsbereich des Hohlkörpers fertig
geformt werden.
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Ein
weiterer Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, die
Umformmatrize axial verschiebbar am Andrückelement vorzusehen. Dies
ermöglicht
es, die Umformmatrize nach dem Tiefziehen oder Pressen von der Stirnfläche des
Andrückelementes
und dem Werkstück
zurückzuziehen,
so dass diese das Zu stellen der zumindest einen Umformrolle nicht
behindert. Hierdurch können insbesondere
auch Werkstückbereiche,
die zuvor durch Tiefziehen oder Pressen verformt wurden, anschließend durch
Drücken
oder durch Drückwalzen weiter
bearbeitet werden, ohne dass es erforderlich ist, das Werkstück erst
umständlich
umzuspannen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt somit eine besonders einfache, schnelle und damit wirtschaftliche
Herstellung des Hohlkörpers.
Gegenüber
anderen Umformverfahren können
Verfahrensschritte eingespart werden, etwa Zwischenglühen und
notwendiges Beizen und Bonsern zum Entzundern.
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Gegenüber der
Herstellung aus Rohren ist das erfindungsgemäße Verfahren deutlich billiger. Zudem
kann das als Ausgangsmaterial benötigte ebene Blech nicht nur
kostengünstiger
beschafft werden, sondern ist in einer hohen Vielfalt von Blechdicken
frei verfügbar.
Eine Beschränkung
des Behälterdurchmessers
auf angebotene Rohrquerschnitte besteht nicht. Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren
lassen sich so beliebige Durchmesser/Wanddicken-Verhältnisse
einstellen. Es ist somit eine hohe Flexibilität gegeben. Auch können einzelne
Bereiche des Behälters
in ihrer Wanddicke frei eingestellt werden. Gegenüber dem
Warmumformen durch Schmieden fallen für das erfindungsgemäße Verfahren
wesentlich geringere Investitionskosten an. Anders als notwendige
Schmiedeformen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit hoher Flexibilität für eine große Werkstückvielfalt
eingesetzt werden.
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Geeigneterweise
umgibt die Umformmatrize das Andrückelement ringartig. Die Umformmatrize weist
vorteilhafterweise eine Innenkontur auf, die sich mit zunehmendem
axialem Abstand vom ausgefahrenen Umformdorn verjüngt. Das
Andrückelement ist
vorzugsweise im Scheitel der Innenkontur der Umformmatrize ange ordnet.
Je nach gewünschter
Bodenform des Hohlkörpers
kann das Andrückelement beispielsweise
ein konvexe, eine konkave oder eine ebene Stirnfläche aufweisen.
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Die
Umformmatrize ist vorzugsweise so verschiebbar, dass sie in einer
Arbeitsposition axial über die
dem Umformdorn zugewandte Stirnfläche des Andrückelementes
hervorsteht und in einer Rückzugsposition
gegenüber
dieser Stirnfläche
axial zurückversetzt
ist. Geeigneterweise schließt
sich die Kontur der Stirnseite des Andrückelementes bei der Umformposition
der Umformmatrize stetig an die Innenkontur der Umformmatrize an.
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Die
Vielseitigkeit und Arbeitsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann dadurch erhöht
werden, dass im Umformdorn und/oder im Andrückelement ein Stempel angeordnet
ist, der zum Durchführen
eines Umformzuges stirnseitig aus dem Umformdorn beziehungsweise
dem Andrückelement vorschiebbar
ist. Ein solcher Stempel kann beispielsweise zum Anformen eines
Behälterhalses
verwendet werden. Vorzugsweise ist der Stempel axial, das heißt in Richtung
der Drehachse, verschiebbar, wobei die Drehachse geeigneterweise
mittig durch den Stempel verläuft.
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Die
Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann weiter dadurch erhöht
werden, dass die Umformmatrize mehrere Matrizenelemente aufweist,
die relativ zueinander axial verfahrbar sind. Hierdurch ist es möglich, in
derselben Einspannung nacheinander mehrere unterschiedliche Umformzüge durchzuführen. Geeigneterweise
sind die Matrizenelemente koaxial angeordnet und/oder umgeben einander
ringartig.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen eines Hohlkörpers
aus einem rondenförmigen
Werkstück
ist vorgesehen, dass durch Tiefziehen oder Pressen in einem Mittenbereich
des Werk stücks
ein Bodenbereich des Hohlkörpers
ausgeformt wird und ein Außenbereich
des in Rotation versetzten Werkstückes durch Zustellen zumindest
einer Umformrolle zu einer Zylinderform umgelegt, insbesondere drückgewalzt,
wird. Es kann dabei zunächst
auch eine konische oder trichterförmige Vorform etwa durch Projizier-Drückwalzen
gebildet werden. Diese Vorform wird dann in einen oder mehreren Arbeitsschritten
zur Zylinderform umgeformt.
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Das
Verfahren kann insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
durchgeführt werden,
wobei die in diesem Zusammenhang erläuterten Vorteile erzielt werden
können.
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Ein
weiterer Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, zum
Herstellen des Hohlkörpers
das rondenförmige
Werkstück
zunächst mittig
durch Einfahren in eine Umformmatrize zu bearbeiten. Der Außenbereich
des Werkstückes
kann dabei unverformt bleiben oder beispielsweise auch zu einer
bevorzugt kegelstumpfartigen Vorform umgelegt werden. In einem anschließenden Drück- oder Drückwalzverfahren
wird der Außenbereich
sodann zu einer Zylinderform umgelegt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es möglich,
einen Hohlkörper,
insbesondere einen Druckbehälter,
bei besonders geringem Gewicht, hoher Festigkeit und geringer Verunreinigung
im Behälterinneren
besonders energiesparend und wirtschaftlich herzustellen.
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Die
Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich
unter anderem aus der Verwendung von Ronden, die in fein gestuften
Dicken mit guter Oberflächenqualität und geringer
Toleranz kostengünstig
erhältlich
sind.
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Das
Tiefziehen oder Pressen kann nach der Erfindung einen oder mehrere
Umformzüge
beinhalten. Es kann nach der Erfindung bei stillstehendem, bevorzugt
auch bei rotierendem Werkstück
erfolgen.
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Die
Verfahrensgeschwindigkeit kann weiter dadurch erhöht werden,
dass das Tiefziehen oder Pressen des Mittenbereichs und das Umlegen
des Außenbereichs
in derselben Einspannung durchgeführt werden. Hierzu wird geeigneterweise
eine Drück-/Drückwalzmaschine
verwendet, bei der stirnseitig vor dem Umformdorn eine Umformmatrize
angeordnet ist. Bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet.
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Die
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens kann weiter dadurch erhöht werden,
dass beim Tiefziehen oder Pressen der Außenbereich, insbesondere trichterartig,
umgeformt wird. Gemäß dieser
Ausführungsform
wird der Außenbereich
beim Tiefziehen oder Pressen in eine Vorform gebracht und anschließend mittels
einer Umformrolle zur Zylinderform umgelegt. Das Werkstück wird
in der Regel vor dem Tiefziehen oder Pressen erwärmt wird. Der Außenbereich
ist dann besonders gut formbar. Unter einer trichterartigen Form
kann eine insbesondere rotationssymmetrische Form mit verjüngendem
Querschnitt verstanden werden, wobei die Wand im Längsschnitt
konvex, konkav oder gerade verlaufen kann, so dass insbesondere
eine Kegelform gegeben ist.
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Alternativ
kann auch vorgesehen sein, dass beim Tiefziehen oder Pressen der
Außenbereich
unverformt belassen wird. Dies kann insbesondere bei schwer bearbeitbaren
Werkstückmaterialien
oder bei großen
Rondenüberständen für durchmessergroße und lange
Druckbehälter
vorteilhaft sein.
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Eine
besonders hohe Qualität
des Hohlkörpers
kann dadurch erhalten werden, dass beim Tiefziehen oder Pressen
der Außenbe reich
abgestützt wird.
Hierzu kann beispielsweise ein bevorzugt ringförmiger Niederhalter vorgesehen
sein, der auf der der Umformmatrize abgewandten Seite an das Werkstück angelegt
wird. Zusätzlich
oder alternativ kann zumindest eine Stützrolle vorgesehen sein. Beispielsweise
kann zumindest ein Stützrollenpaar
vorgesehen sein, wobei dann das Werkstück geeigneterweise im Außenbereich
zwischen zwei benachbarten Stützrollen
des Stützrollenpaares
durchgeführt wird.
Es kann auch zumindest eine Umformrolle zugestellt werden, welche
das Werkstück
stützt.
Sofern zum stützen
Rollen vorgesehen sind, wird das Werkstück beim Tiefziehen oder Pressen
geeigneterweise langsam gedreht.
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Besonders
gut definierte Wanddicken ergeben sich nach der Erfindung dadurch,
dass das Werkstück
im Bereich der Zylinderform während
des Umlegens oder in zumindest einem weiteren Rollenüberlauf
abgestreckt wird. Es kann eine definierte Wandstärke oder eine definierte Kaltverfestigung
eingestellt werden.
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Ferner
kann es vorteilhaft sein, dass beim Abstrecken in einem Endbereich
der Zylinderform, insbesondere durch Spaltverstellung, eine Wanddickenänderung
hergestellt wird. Eine geringe Wanddickenreduzierung kann zur Herstellung
eines Behälterhalses
und/oder eines Anschlussstückes
zum Befüllen
eingesetzt werden. Die Randdicke wird bevorzugt mehrstufig ausgebildet.
Vorteilhafterweise wird dies dann vorgesehen, wenn die Wanddicke
der Zylinderform gering ist und/oder im Verhältnis zur Ausgangsdicke des
Werkstücks
wesentlich verdünnt
ist.
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Ein
besonders vielseitiges Verfahren ist dadurch gegeben, dass beim
Tiefziehen oder Pressen die Wandstärke im Mittenbereich geändert wird.
Dies kann durch eine entsprechende Gestaltung des Andrückelements
und/oder der Umformmatrize, des Umform dorns sowie der Umformgeschwindigkeiten und/oder
der Umformkraft erreicht werden. Es kann auch die Wandstärke erhöht werden.
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Insbesondere
dann, wenn im Bodenbereich des Hohlkörpers ein Behälteranschluss
vorgesehen werden soll, ist es vorteilhaft, dass beim Tiefziehen oder
Pressen eine als gelochte Ronde mit angeformter Nase ausgebildete
Vorform verwendet wird. Grundsätzlich
können
beispielsweise Vorformen aus geprägten Ronden mit oder ohne Mittenbohrung,
mit oder ohne Nasen, mit oder ohne angeformtem Behälterboden
und/oder kegelartige oder napfartige Vorformen verwendet werden.
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Vorzugsweise
kann durch Reduzieren der Wanddicke Material gewonnen werden, welches
zu einer verdickten Nase angeformt wird.
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Beispielsweise
zum Herstellen eines bodenseitigen Behälteranschlusses kann alternativ
oder zusätzlich
vorgesehen sein, dass, insbesondere nach dem Tiefziehen oder Pressen,
im Bodenbereich mittels zumindest einer Rolle Material abgenommen und
zu einem Flansch geformt wird. Dieser Verfahrensschritt, der geeigneterweise
in derselben Einspannung wie das Tiefziehen oder Pressen und/oder das
Umlegen durchgeführt
wird, kann aber auch vor dem Tiefziehen oder Pressen vorgesehen
sein. Vorzugsweise wird mittels zumindest einer Spaltrolle Material
abgetrennt, welches dann, insbesondere durch zumindest eine gekammerte
Umformrolle, beispielsweise zu einem Behälteranschluss, Verbindungsstück oder
Flaschenhals angeformt werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, dass das Werkstück vor dem Tiefziehen oder
Pressen insbesondere auf eine Umformtemperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur
erwärmt
wird. Zusätzlich oder
alternativ kann eine Erwärmung
vor oder nach dem Umlegen, dem Abstrecken und/oder einem Einziehen
der Zylinderform vorgesehen sein. Dies kann durch bekannte Heizein richtungen,
etwa Gasbrenner oder Induktionsheizeinrichtung, erfolgen. Bevorzugt kann
auch der Umformdorn und/oder die Matrize durch eine interne Heizeinrichtung
beheizt werden.
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Weiterhin
ist es erfindungsgemäß, dass
nach dem Umlegen und insbesondere nach dem Abstrecken der Zylinderform
der Endbereich der Zylinderform durch Zustellen mindestens einer
Ein ziehrolle eingezogen wird und, insbesondere unter Ausbildung eines
Behälterhalses,
verschlossen wird. Hierdurch kann der Hohlkörper wirtschaftlich und schnell
als Gasbehälter
ausgebildet werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, die schematisch
in den Zeichnungen dargestellt sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 bis 5 Verfahrensschritte
bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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6 den
Verfahrensschritt der 3 bei einer unterschiedlich
ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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7 bis 10 Verfahrensschritte
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
ersten Variante mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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11 den
Verfahrensschritt der 7 bei einer unterschiedlich
ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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12 bis 17 Verfahrensschritte
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
zweiten Variante mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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18 und 19 Verfahrensschritte
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
dritten Variante mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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20 und 21 Verfahrensschritte
einer vierten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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22 bis 26 Verfahrensschritte
einer fünften
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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27 bis 29 eine
weitere Verfahrensvariante gemäß der Erfindung;
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30 bis 32 eine
andere Verfahrensvariante gemäß der Erfindung;
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33 bis 35 eine
weitere Ausführungsform
nach der Erfindung zum Umformen einer Materialansammlung an einen
Behälter;
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36 bis 38 Verfahrensschritte
einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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39 bis 42 Verfahrensschritte
einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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43 Verfahrensschritte
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
weiteren Variante;
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44 und 45 Verfahrensschritte
bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
weiteren Variante;
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46 abschließende Verfahrensschritte bei
der Herstellung eines Gasbehälters.
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Gleich
oder ähnlich
wirkende Elemente sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben
Bezugszeichen gekennzeichnet. Die verschiedenen Verfahrensvarianten
kennen grundsätzlich
frei kombiniert werden.
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Verfahrensschritte
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel sind
in den 1 bis 5 dargestellt. Gemäß dem dargestellten
Verfahren wird ein rondenförmiges Werkstück 1 zunächst in
einer Zuführeinrichtung 51 mit
Halterung auf Umformtemperatur erwärmt (1). Hierzu
kann die Zuführeinrichtung 51 beispielsweise
einen Ofen, eine Flammenerzeugungseinrichtung und/oder eine Induktionsanlage
aufweisen.
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Anschließend wird
das Werkstück 1 in
eine als Drück-/Drückwalzmaschine
ausgebildete, erfindungsgemäße Vorrichtung
eingespannt (2). Die Drück-/Drückwalzmaschine weist einen
Umformdorn 11 sowie ein Andrückelement 18 auf,
das dem Umformdorn 11 stirnseitig gegenüberliegt. Umformdorn 11 und
Andrückelement 18 sind
um eine Drehachse 10 drehend antreibbar und axial relativ
zueinander verschiebbar an einem nicht dargestellten Maschinenbett
angeordnet.
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Das
Andrückelement 18 ist
von einer ringartigen Umformmatrize 40 umgeben, die relativ
zum Andrückelement 18 zwischen
einer in 2 und 3 dargestellten
Umformposition und einer in den 4 und 5 dargestellten
Rückzugsposition
verschiebbar ist. In der Umformposition ragt die Umformmatrize 40 axial über das
Andrückelement 18 in Richtung
auf den Umformdorn 11 vor. Das Andrückelement 18 und die
Umformmatrize 40 können
insbesondere als hydraulisch betätigbare
Presseinheit ausgeführt
sein.
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Wie
in 2 dargestellt wird das Werkstück 1 zwischen dem
Umformdorn 11, der die Innenform des fertigen Hohlkörpers, zumindest
seines Bodens, aufweist, und der Umformmatrize 40, die
zusammen mit dem Andrückelement 18 die
Außenform
des fertigen Hohlkörpers,
zumindest im Bereich des Behälterbodens,
aufweist, eingespannt. Je nach gewünschter Form des Bodens des
Hohlkörpers
kann das Andrückelement 18 stirnseitig
konkav (3), konvex (6)
oder eben (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Insbesondere kann
eine bogen- oder kreisförmige
Kontur vorgesehen sein.
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Wie
in 3 dargestellt, wird der Umformdorn 11 anschließend axial
in die Umformmatrize 40 eingefahren, wobei diese relative
Bewegung vorzugsweise durch gleichzeitiges Verfahren des Andrückelements 18 und
der Umformmatrize 40 am Maschinenbett bei feststehendem
Umformdorn 11 durchgeführt
wird.
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Beim
Einfahren des Umformdorns 11 wird in einem Umformzug in
einem Mittenbereich 4 des Werkstücks 1 der Bodenbereich
des Hohlkörpers ausgeformt.
Gleichzeitig wird ein radial weiter außen liegender Außenbereich 5 zu
einem Kegelmantel umgeformt (3).
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Anschließend (4)
wird die Umformmatrize 40 am Andrückelement 18 axial
vom Umformdorn 11 zurückgezogen
und damit aus dem Arbeitsbereich genommen. Das Andrückelement 18,
das im Zentrum der Umformmatrize 40 angeordnet ist und
stirnseitig eine verglichen mit der Umformmatrize 40 durchmesserkleinere
Andrückscheibe
aufweist, drückt
weiterhin das Werkstück 1 im
Bodenbereich gegen den Umformdorn 11.
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Der
Umformdorn 11, das Andrückelement 18 und
das dazwischen eingespannte Werkstück 1 werden sodann
um die Drehachse 10 in Rotation versetzt und mindestens
eine als Drückwalzrolle
ausgebildete Umformrolle 31 wird an das Werkstück 1 zugestellt.
In mindestens einem Drückwalzüberlauf
wird der Außenbereich 5 zu
einer Zylinderform 8 an den Umformdorn 11 angelegt,
abgestreckt und mittels einer nicht dargestellten Abstreifvorrichtung
vom Umformdorn 11 abgestreift (5). Dieses
Verfahren ist insbesondere bei mittlerer Rondendicke, gut umformbaren
Material und mittleren Rondenüberstand
einsetzbar.
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Für eine bessere
Umformung kann bei der Bearbeitung mit der zumindest einen Umformrolle 31 eine
Nacherwärmung
vorgesehen werden.
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Eine
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in den 7 bis 10 erläutert. Im
Gegensatz zur zuvor beschriebenen Ausführungsform, bei der während des
Pressens und/oder Tiefziehens das gesamte Werkstück 1 umgeformt wird,
bleibt bei dem in 7 dargestellten Umformzug des
Ausführungsbeispiels
der 7 bis 10 der Außenbereich 5 des Werkstücks 1 unverformt,
das heißt,
es wird nur ein Teil des Werkstücks
verformt.
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Erst
in einem weiteren Schritt (8 und 9)
wird der Außenbereich 5 durch
mindestens eine als Drückwalzrolle
ausgebildete Umformrolle 31 zunächst zylindrisch umgelegt und
in mindestens einem Rollenüberlauf
(10) anschließend
durch Drückwalzen
auf Fertigmaß abgestreckt.
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Diese
Verfahrensvariante ist besonders bei kleineren Rondenüberständen und
damit für
kleinere Behälter
geeignet.
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Auch
in diesem Fall kann das Andrückelement 18 je
nach gewünschter
Bodenform konvex (11) oder konkav (7)
ausgebildet sein.
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Eine
weitere Verfahrensvariante, die insbesondere bei großen Werkstückdicken
und/oder schwer zu bearbeitenden Materialien geeignet ist, ist in 12 bis 17 dargestellt.
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Auch
bei dieser Verfahrensvariante wird im anfänglichen Umformzug das Werkstück nur im
Mittenbereich 4 umgeformt, während der radial weiter außen liegende
Außenbereich 5 unverformt
bleibt (12 und 13).
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Danach
wird durch Drücken
oder Projizieren eine trichterförmige
Vorform hergestellt (14 und 15), deren
Mantel sich zum Öffnungsbereich
hin erweitert. Die trichterförmige
Vorform kann eine konstante oder veränderliche Wandstärke aufweisen.
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Durch
weiteres Drücken
(16) wird der Außenbereich 5 des Werkstück 1 an
den Umformdorn 1 angelegt und zu einer Zylinderform 8 umgeformt.
Hierbei kann sichergestellt werden, dass für ein späteres Anformen eines zweiten
Behälterbodens
sowie eines hieran angeordneten Anschlussstückes genügend Material zur Verfügung steht.
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Anschließend (17)
wird die Zylinderform 8 durch Drückwalzen in mindestens einem Überlauf auf
Fertigmaß abgestreckt.
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Eine
weitere Verfahrensvariante ist in 18 und 19 dargestellt.
Auch bei dieser Verfahrensvariante wird beim Pressen oder Tiefziehen
zunächst lediglich
der Mittenbereich 4 des Werkstücks 1 umgeformt. Um
eine Faltenbildung im Außenbereich 5 des Werkstücks 1 beim
Umformen zu vermeiden, ist nach dieser Verfahrensvariante vorgesehen,
das Werkstück 1 während des
Umformzuges langsam zu drehen und den Außenbereich 5 mittels
Stützrollen 61, 62 abzustützen. Die
Stützrollen 61, 62 bilden
ein Stützrollenpaar,
wobei eine Stützrolle 61 das
Werkstück 1 seitens
des Andrückelements 18 abstützt und eine
benachbarte Stützrolle 62 seitens
des Umformdorns 11. Die Drehachsen der Stützrollen 61, 62 verlaufen
dabei senkrecht zur Drehachse 10 des Werkstücks 1.
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Eine
weitere Verfahrensvariante, bei der das Werkstück 1 während des
Umformzuges abgestützt wird,
ergibt sich aus den 20 und 21. Bei
dieser Verfahrensvariante wird zum Abstützen des Außenbereichs 5 des
Werkstücks 1 beim
ersten Umformzug auf der Seite des Andrückelementes 18 eine Umformrolle 31 an
den Außenbereich 5 des
Werkstücks 1 zugestellt
und das Werkstück 1 langsam
rotiert.
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Für die in
den 22 bis 24 dargestellte Verfahrensvariante
wird eine Vorrichtung verwendet, bei der mittig im Umformdorn 11 ein
axial relativ zum Umformdorn 11 verfahrbarer Stempel 13 vorgesehen ist.
Im Andrückelement 18 ist
eine dem Stempel 13 korrespondierende Ausnehmung 14 vorgesehen.
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Bei
der in den 22 bis 26 gezeigten Verfahrensvariante
werden vor dem Drückwalzen zwei
Umformzüge
durchgeführt.
Beim ersten Umformzug (23) wird, wie bei den zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispielen,
das Andrückelement 18 zusammen
mit der umgebenden Umformmatrize 40 axial am Maschinenbett
vorgeschoben und dabei der gegenüber
liegende Umformdorn 11 unter Verformung des Werkstücks 1 in
die Umformmatrize 40 eingeschoben.
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Im
anschließenden
zweiten Umformzug (24) wird der Stempel 13 stirnseitig
aus dem Umformdorn 11 heraus in die Ausnehmung 14 eingefahren.
Bei diesem Umformzug aus dem Umformdorn 11 heraus in Richtung
des Andrückelements 18 kann eine
Behälternase
angeformt werden. Diese Behälternase
kann gegebenenfalls anschließend
durch eine Umformrolle auf Maß gebracht
werden.
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Gemäß 25 wird
die Umformmatritze rückgezogen,
um einen Freiraum für
eine nachfolgende Umformrolle 31 zu bilden. Gemäß 26 wird ein
gezielter Wanddickenverlauf 28 durch Spaltverstellung der
Umformrolle 31 beim Abstrecken hergestellt.
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Für das in
den 22 bis 26 erläuterte Verfahren
wird geeigneterweise eine mittig gelochte Ronde verwendet.
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Alternativ
zu dem vorausgegangenen Verfahrensschritt gemäß 26 kann
gemäß den 27 bis 29 mittels
einer Umformrolle 31 der äußere Rand des Werkstücks 1 durch
Projizieren in axialer Richtung zu einer konischen Form umgeformt werden,
wie in 28 gezeigt ist. Anschließend kann gemäß 29 mittels
der Umformrolle 31 das so vorgeformte Werkstück auf den
Umformdorn 11 umgelegt und in seiner Wanddicke abgestreckt
und zu der Zylinderform 8 endgeformt werden.
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Eine
weitere Alternative ist in den 30 bis 32 gezeigt.
Im Unterschied zu der vorausgehend beschriebenen Verfahrensvariante
wird das Werkstück 1 mittels
der Umformrolle 31 zu einer glocken- oder trichterförmigen Vorform
in ein oder mehreren Rollenüberläufen umgeformt,
wie 31 anschaulich zu entnehmen ist. Anschließend erfolgt,
wie bei dem vorausgegangenen Verfahren, das Umlegen und Endformen
der Zylinderform 8 mittels der Umformrolle 31.
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Gemäß den 33 bis 35 ist
eine Verfahrensvariante dargestellt, bei welcher an dem Werkstück 1 mittels
einer Umformrolle 31 eine mittige Materialansammlung 3 ausgeformt
werden kann, welche beispielsweise für einen Behälteranschluss verwendet werden
kann. In einem Außenbereich
des Werkstücks
wird die Umformrolle 31 in die Wand des Werkstücks eingedrückt und
in Richtung auf das Andrückelement 18 verfahren.
Hierdurch wird das verdrängte
oder teilweise abgetrennte Material vom Andrückelement 18 verschoben,
welches erfindungsgemäß in axialer
Richtung ausweichen und so einen Freiraum für die Materialansammlung 3 bilden
kann. In die Materialsammlung 3 kann etwa eine Gewindebohrung
für ein
Ventilelement eingebracht werden.
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Gemäß der Verfahrensvariante
der 36 bis 38 wird
als Werkstück 1 beim
Tiefziehen oder Pressen eine als gelochte Ronde mit angeformter Nase 2 ausgebildete
Vorform verwendet. Diese wird in der Zuführeinrichtung 51 (36)
erwärmt.
Anschließend
wird durch einen Umformzug (37 und 38)
der Behälterboden
ausgebildet.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
weist das Andrückelement 18 eine
stirnseitige Aufnehmung 14 auf, welche die Nase 2 beim
Umformzug aufnimmt. Die Nase 2 kann beim fertigen Hohlkörper als
Behälteranschluss
dienen.
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Bei
der Verfahrensvariante der 39 bis 42 werden
das Tiefziehen oder Pressen zum Anformen des Bodenbereiches des
Hohlkörpers (40)
und das anschließende
Umlegen des Außenbereiches 5 (42)
in unterschiedlichen Einspannungen durchgeführt. Dabei kann sowohl vor dem
Tiefziehen oder Pressen als auch vor dem Drückwalzen jeweils ein Erwärmungsschritt
vorgesehen sein (39 beziehungsweise 41).
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 43 ist in der Zuführeinrichtung 51 eine
Aufheizvorrichtung mit Halterung sowie ein Umformwerkzeug vorgesehen.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 44 und 45 wird
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet, bei der die Umformmatrize 40 zwei koaxial angeordnete
Matrizenelemente 41, 42 aufweist, die relativ
zueinander axial verschiebbar sind.
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Während des
in 44 dargestellten ersten Umformzuges ist das äußere Matrizenelement 42 so angeordnet,
dass es stirnseitig mit dem inneren Matrizenelement 41 fluchtet.
Hierdurch wird das Werkstück 1 in
seinem Außenbereich 5 durch
das Matrizenelement 42 abgestützt. Der Umformdorn 11 wird
dabei zum Umformen des Mittenbereichs 4 in das erste Matrizenelement 41 eingefahren.
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In
einem weiteren, in 45 dargestellten Umformzug wird
das innere, erste Matrizenelement 41 vom Umformdorn 11 zurückgezogen
und das zweite, äußere Matrizenelement 42 vorgeschoben. Hierdurch
dringt der Umformdorn 11 auch in die konische Öffnung des
zweiten Matrizenelements 42 ein, wobei der Außenbereich 5 des
Werkstücks 1 trichterförmig umgelegt
wird.
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Anschließend kann
auch das äußere Matrizenelement 42 vom
Umformdorn 11 zurückgefahren werden
und der Außenbereich 5 durch
Drückwalzen zylindrisch
umgelegt werden.
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46 zeigt
einen weiteren Verfahrensschritt, der zum Verschließen des
Hohlkörpers
im Anschluss an das Ausformen der Zylinderform 8 vorgesehen
sein kann. Bei diesem Verfahrensschritt wird das Werkstück 1 auf
Umformtemperatur erhitzt, seitens seines Bodenbereiches mittels
eines Spannfutters in eine Drück-Einziehmaschine
eingespannt und in Rotation ver setzt. Der Endbereich 7 des
Werkstücks 1 wird
dann, gegebenenfalls unter weiterer Wärmezufuhr, durch eine schwenkbare
Einziehrolle 38 in mindestens einem Überlauf zu einem Behälterhals
mit Nase (46 rechts) oder ohne Nase (46 Mitte)
verschlossen. Dabei kann die Wanddicke des Behälterhalses dünner, gleich
dick oder dicker als die Ausgangsdicke des Werkstückes gewählt werden.