DE102009044279A1

DE102009044279A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wandanschlussstücks

Info

Publication number: DE102009044279A1
Application number: DE200910044279
Authority: DE
Inventors: Walter Bauer; Manfred König
Original assignee: MAG Europe GmbH
Current assignee: Ffg Werke De GmbH
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-17
Also published as: US8826714B2; DE102009044279B4; US20110089682A1

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung von Wandanschlussstücken geht von einem dünnwandigen, rohrförmigen Rohling aus, der an mindestens einem, vorzugsweise beiden Enden zunächst im Durchmesser reduziert wird, die Wandstärke zu erhöhen. Damit wird die Basis zur weiteren Formgebung, beispielsweise zur Herstellung eines Anschlussbereichs (4) oder eines geschlossenen Endes (5) geschaffen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wandanschlussstücks und ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Wandanschlussstück.
Zur Herstellung von Pressfittings sind verschiedene Verfahren in Gebrauch, zu denen das Umformen in Gestalt des Stauchens, Aufweitens und Rollierens von rohrförmigen Rohlingen gehört. Zum Beispiel offenbart die EP 0 649 689 B1 ein Verfahren zum Herstellen von Pressfittings aus Kupfer. Die rohrförmigen Rohlinge werden dazu von einer Matrize aufgenommen. Ein in das Rohrende eingefahrener Stempel weitet das Rohrende auf. Außerdem wird das Rohrend axial zusammengestaucht, um seine Wandstärke wenigstens im Bereich einer später auszubildenden Ringwulst zu erhöhen. In einen nächsten Arbeitsschritt wird die Ringwulst von innen her rolliert, um die Wandstärke in diesem Bereich wieder zu reduzieren und einen gewünschten Dichtungssitz für einen O-Ring zu erzeugen.
Anders als Pressfittings benötigen Wandanschlussstücke jedoch kein aufgeweitetes Ende, sondern einen Mittelabschnitt dessen Durchmesser größer ist als der Enddurchmesser. Zur Herstellung solcher Wandanschlussstücke soll von einem möglichst dünnwandigen Material ausgegangen werden. Wenige Zehntel Millimeter Wandstärkenreduktion bedeuten bei Herstellung solcher Wandanschlussstücke in Großserie eine erhebliche Materialersparnis.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur einfachen und wirtschaftlichen Herstellung von Wandanschlussstücken anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst:
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Wandanschlussstücken geht von einem rohrförmigen Rohling aus. Dieser wird in einem ersten Arbeitsschritt an zumindest einem seiner Enden radial nach innen gestaucht, wodurch sich der Durchmesser eines Endbereichs reduziert. Durch die Durchmesserreduktion kommt es bei geeigneter Materialwahl, beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen zu einer Erhöhung der Wandstärke. Damit kann die Wandstärke des Ausgangsmaterials geringer gewählt werden, als eigentlich nötig, um eine am Rohrende geforderte Anschlussstruktur zu erzeugen. Durch die Durchmesserreduktion kommt die Wandstärke dann jedoch auf das nötige Maß.
An die Durchmesserreduktion schließt sich ein weiterer Arbeitsschritt an, der der Herstellung einer gewünschten Außenkontur dient. Diese kann beispielsweise eine Riffelung und Rändelung sein, die sich über einen gewissen axialen Abschnitt des dickenreduzierten Bereichs erstreckt. Der Umformschritt kann alternativ auch ein geschlossenes, zum Beispiel nahezu halbkugelförmiges Rohrende erzeugen. Die vorherige Erhöhung der Dicke der Wandstärke kann das Schließen des Rohrendes in dem nachfolgenden Umformschritt erleichtern. Wiederum ist es vorteilhaft, wenn als Material für das Wandanschlussstück Kupfer oder eine Kupferlegierung gewählt werden.
Die in dem ersten Umformschritt zu erzeugende Durchmesserreduktion kann sich auf einen konischen Bereich des Rohrendes beschränken. Dieser kann dann in dem weiteren Umformschritt zu einem beispielsweise halbkugelförmigen Endabschluss geformt werden. Alternativ kann der durchmesserreduzierte Bereich eine gewisse axiale Länge haben, in der er etwa zylindrisch geformt ist. Hier kann dann in dem weiteren Umformschritt die gewünschte Außenprofilierung erzielt werden. Dazu wird das Rohrende zum Beispiel von einer Matrize mit einer innen entsprechend profilierten Bohrung aufgenommen. Vorzugsweise wird ist diese Matrize längs geteilt. Ein in das durchmesserreduzierte Rohrende einzutreibender Dorn weitet dann das Rohrende wieder soweit auf, dass das Material des Rohrendes dazu gezwungen wird, das Innenprofil der Matrizenbohrung einzunehmen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aufweitung von zwei gegenläufigen Stempeln vorgenommen, von denen einer durch den vorbereiteten Rohling hindurch endwärts und der andere von außen her in das Rohrende eingefahren werden bis beide Dorne sich berühren. Vorzugsweise wird dann noch ein weiterer Bewegungshub durchgeführt, in dem die beiden aneinander liegenden Dorne dann axial so verstellt werden, dass die Stirnflächen der Dorne aus dem Endbereich herauskommen. Auf diese Weise wird die Ausbildung von Stufen oder Schultern am Innenumfang des durchmesserreduzierten und dann wieder etwas aufgeweiteten Endbereichs des Wandanschlussstücks vermieden.
Die vorbeschriebenen Arbeitsschritte dienen zum Beispiel der Herstellung eines Schlauchanschlussbereichs an dem Wandanschlussstück. Nach Herstellung des Wandanschlussbereichs können an den insoweit bearbeiteten Rohling weitere Arbeitsschritte vorgenommen werden, wie beispielsweise das Anbringen von mindestens einer Biegung und/oder das Schließen des anderen Endes des Wandanschlussstücks.
Zum Schließen eines Endes des Wandanschlussstücks wird dieses beispielsweise konisch angestaucht, um die Wandstärke des Wandanschlussstücks insbesondere an seinem freien Ende zu erhöhen. Außerdem wird dort der Durchmesser soweit reduziert, dass das Nachfolgende in einem Reibvorgang erfolgende Schließen des Rohrendes relativ schnell, das heißt in wenigen Sekunden absolviert werden kann. Der Reibvorgang zum Reibschweißen und damit zum Verschließen eines auf einen Minimaldurchmesser verengten verbleibenden Lochs fühen.
Zum Schließen des Rohrendes wird der drehende Rohling an seinem zu schließenden Ende mit einem Reibkörper in Berührung gebracht. Vorzugweise handelt es sich dabei um einen dabei seinerseits ebenfalls rotierenden vorzugsweise rotationssymmetrischen Reibkörper, beispielsweise in Form einer zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Platte oder einer zylindrischen Platte mit kegelstumpfförmigen oder gerundeten Rand. Vorzugweise dreht der Reibkörper um eine Drehachse, die parallel zu der Drehachse des Rohlings ist. Vorzugsweise wird der Abstand der beiden Drehachsen während des Reibvorgangs verändert, zum Beispiel reduziert. Die Drehzahlen des Rohlings und des Reibkörpers sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass zwischen dem Rohrende und dem Reibkörper Gleitreibung entsteht. Die Drehzahlen sind demnach so gewählt, dass sie von dem sich aus dem Durchmesserverhältnis ergebenden Übersetzungsverhältnis abweichen.
Ein entsprechend hergestelltes Wandanschlussstück zeichnet sich durch eine geringe Wandstärke und somit durch ein geringes Gewicht und einen geringen Materialverbrauch aus. Andererseits weist dieses Wandanschlussstück zum Beispiel einen soliden Schlauchanschlussbereich auf, der mit PE-Schlauchleitungen oder ähnlichen in der Wasserinstallation verwendeten schlauchartigen Rohren in Verbindung bringbar ist.
Das Wandanschlussstück kann außerdem ein geschlossenes, beispielsweise halbkugelförmiges Ende aufweisen, das es bei der Installation gestattet, Leitungen, die an derartigen Wandanschlussstücken enden, nach Vervollständigung der Installation unter Wasser und unter Druck zu setzen. Das geschlossene Rohrende bleibt dabei dicht und lässt kein Wasser austreten. Soll jedoch an der betreffenden Stelle eine Wasserentnahmestelle entrichtet werden, kann das geschlossene Rohrende durch eine entsprechende Trennvorrichtung, beispielsweise eine Metallsäge oder einen anderen Metallschneider abgetrennt und mit einem Hahn oder sonstigen Anschluss versehen werden. In der Zeichnung sind ein Wandanschlussstück und verschiedene Stufen eines Verfahrens zur Herstellung des Wandanschlussstücks veranschaulicht. Es zeigen:
1 ein Wandanschlussstück in schematisierter Seitenansicht,
2 einen ersten Arbeitsschritt bei der Formung eines Endes des Wandanschlussstücks,
3 und 4 einen weiteren in mehreren Teilschritten ablaufenden Arbeitsschritt zur weiteren Ausformung des Endes des Wandanschlussstücks,
5 den Rohling bei der Herstellung des Wandanschlussstücks nach dem Biegevorgang in schematisierter Seitenansicht und
6 einen Umformschritt zum Herstellen eines Endverschlusses an dem Wandanschlussstück durch reibendes Rollieren in schematisierter Darstellung.
In 1 ist ein Wandanschlussstück 1 veranschaulicht, das zum Beispiel in der häuslichen Wasserinstallation Anwendung finden kann. Es wird durch ein zum Beispiel rechtwinklig abgewinkeltes Rohr gebildet, das zwei Schenkel 2, 3 aufweist. Der Schenkel 3 wird beispielsweise mit einem in einer Wand liegenden Schlauch oder Rohr verbunden. Der Schenkel 2 ragt beispielsweise aus der Wand heraus. Der Schenkel 3 kann an seinem Ende mit einem Anschlussbereich 4 versehen sein, der dem Anschluss eines wasserleitenden PE-Rohrs, PE-Schlauchs oder anderweitigen Schlauchs oder Rohrs dient. An dem anderen Schenkel 2 ist vorzugsweise ein geschlossenes Ende 5 ausgebildet. Dieses geschlossene Ende 5 dichtet die Wasserleitung nach Außen ab. Soll an der betreffenden Stelle eine Wasserentnahmestelle eingerichtet werden, kann das geschlossene Ende 5 abgeschnitten oder aufgebohrt werden, um eine weitere Leitung, einen Hahn oder dergleichen anzubringen.
Das Wandanschlussstück 1 besteht aus relativ dünnwandigem Rohr, beispielsweise Kupferrohr. Insbesondere ist die Wandstärke der Schenkel 2, 3 und des zwischen den Schenkeln 2, 3 liegenden Bogens 6 geringer als in dem Anschlussbereich 4 oder auch an dem geschlossenen Ende 5.
Zur Herstellung des Wandanschlussstücks 1 wird von einem Rohrstück aus dünnwandigem Rohr, beispielsweise Kupferrohr oder auch einem anderen Metallrohr ausgegangen, dessen Ende 7, wie 2 zeigt, zunächst radial nach innen gestaucht wird. Dazu dient ein Umformwerkzeug 8. Dieses kann einteilig ausgebildet sein und eine axiale Bohrung aufweisen. Diese ist in einen ersten, relativ weiten zylindrischen Abschnitt 9, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Schenkels 3 entspricht, einen zweiten an den ersten Abschnitt 9 anschließenden, zum Beispiel kegelstumpfförmigen Abschnitt 10 und einen dritten Abschnitt 11 unterteilt, der wiederum zylindrisch ist und glatt an den Abschnitt 10 anschließt. Der Durchmesser des Abschnitts 11 ist deutlich geringer als der Durchmesser des Abschnitts 9.
Das Umformwerkzeug 8 kann auch in Längsrichtung in zwei oder mehr Teile unterteilt sein, wobei die einzelnen Teile dann radial beweglich und mit einem Antrieb versehen sind, um sie nach innen zu bewegen und dadurch das Rohrende 7 zu komprimieren. Durch die Reduktion des Durchmessers D von dem Durchmesser des Abschnitts 9 auf dem geringeren Durchmesser des Abschnitts 11 in dem Anschlussbereich 4 wird die Wandstärke W des Anschlussbereichs 4 erhöht. Ist dies erreicht, wird der Rohling einer weiteren Bearbeitung unterzogen, die in 3 veranschaulicht ist. Das Ende 7 des Rohlings bzw. Schenkels 3 wird nun wiederum von einem Formwerkzeug 12 aufgenommen, das im Bereich des Anschlussstücks 4 mit einer innen profilierten Bohrung 13 versehen ist. Das Formwerkzeug 12 ist vorzugsweise ein- oder mehrfach längs unterteilt. Entsprechende Trennflächen verlaufen vorzugsweise parallel zu einer Mittelachse 14 der Bohrung 13.
Zur weiteren Formgebung werden nun zwei Stempel 15, 16 herangezogen. Diese wirken auf die Innenseite des Anschlussbereichs 4 ein, um diesen radial nach außen zu verlagern. Die beiden Dorne 15, 16 werden dazu gegenläufig bewegt. Der Dorn 15 fährt durch die Mündung des Anschlussbereichs 4 in diesen ein. Der Dorn 16 wird durch die Länge des vorzugsweise noch vollkommen geraden Rohlings gefahren. Beide Dorne 5, 6 sind mit einer Antriebseinrichtung, wie beispielsweise Hydraulikzylindern oder dergleichen verbunden. Sie weisen jeweils einen wesentlichen zylindrischen Mantel 17, 18 auf, der sich in der Nähe ihrer Stirnflächen 19, 20 geringfügig konisch verjüngt und dazu entsprechende Kegelstumpfflächen 21, 22 aufweist.
Die Durchmesser der zylindrischen Mantelflächen 17, 18 können miteinander übereinstimmen oder unterschiedlich festgelegt sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser der Mantelfläche 18 etwas größer als der Durchmesser der Mantelfläche 17. Entsprechend ist der von der Kegelstumpffläche 22 festgelegte Kegel etwas steiler als der von der Kegelstumpffläche 21 festgelegte Kegel. Außerdem ist die Kegelstumpffläche 22 in Axialrichtung kürzer als die Kegelstumpffläche 21.
Zur Durchführung des den Dornen 15, 16 zugeordneten Umformvorgang werden die Dorne 15, 16 aufeinander zu, von unterschiedlichen Seiten her in den Anschlussbereich 4 gefahren, wie es 3 zeigt. Die beiden Stirnflächen 19, 20 treffen sich dabei innerhalb des Anschlussbereichs 4. Durch das Einfahren der Dorne 15, 16 in den Anschlussbereich 4 wird dieser radial aufgeweitet. Das hier vorhandene Material ist nun in die Profilierung der Bohrung 13 des Formwerkzeugs 12 ein. Das gegensinnige Arbeiten der Dorne 15, 16 verhindert dabei, dass eine Materialwulst durch den Anschlussbereich 4 hindurch geschoben wird.
Liegen beide Dorne 15, 16 mit ihren Stirnseiten aneinander an, werden sie gemeinsam unter Beibehaltung ihrer Stirnflächenanlage axial verstellt, so dass die aneinander anliegenden Stirnflächen 19, 20 aus dem Anschlussbereich 4 heraus in den Schenkel 3 verlagert werden. Damit wird die Erzeugung einer glatten stufen- und absatzlosen zylindrischen Wandungsfläche an den Innenumfang des Anschlussbereichs 4 ermöglicht.
Wie 4 zeigt, wird der Anschlussbereich 4 somit auf seiner ganzen axialen Länge von der zylindrischen Mantelfläche 17 überstrichen und geformt.
Nachdem der in 4 veranschaulichte Zustand erreicht worden ist, werden die Dorne 15, 16 aus dem Schenkel 3 entfernt und das Wandanschlussstück 1 mit fertig gestelltem Anschlussbereich 4 kann entnommen werden. Es weist außen die von der Profilierung der Bohrung 13 vorgegebene Form auf. Diese kann wie in 1 angedeutet ist Rippen umfassen, die zusätzlich mit einer Rändelung versehen sind.
Wie ersichtlich, gehört zur Bearbeitung eines Anschlussbereichs 4 zunächst die Durchmesserreduktion unter Erhöhung der Wandstärke und dann die Formgebung, das heißt die Außenprofilierung des Anschlussbereichs 5. Die Herstellung des geschlossenen Endes 5 umfasst ebenfalls zwei Arbeitsschritte, von denen der erste eine Durchmesserreduktion und Erhöhung der Wandstärke beinhaltet und der zweite die weitere Formgebung. Die Vorgehensweise ist in den 5 und 6 veranschaulicht. Zunächst wird der noch gerade Rohling, an dem der Anschlussbereich 4 hergestellt worden ist, wie aus 5 ersichtlich mit einer Biegung versehen, so dass der Bogen 6 hergestellt ist. Der Schenkel 2 ist dabei an seinem Ende noch offen. Spätestens jetzt wird das äußere Ende des Schenkels 2 zum Beispiel kegelstumpfförmig gestaucht. Der äußere Rand 23 des Schenkels 2 wird dabei radial nach Innen bewegt. Es bleibt eine kleine Öffnung. Der kegelstumpfförmige Bereich hat insbesondere an dem Rand 23 eine erhöhte Wandstärke. Es folgt nun ein weiterer in 6 veranschaulichter Umformschritt. In diesem wird der zuvor erzeugte kegelstumpfförmige oder anderweitig im Durchmesser sich verjüngende Endbereich 24 geschlossen. Dazu wird der Schenkel 2 in eine Vorrichtung eingespannt und um seine Mittelachse bewegt. Eine Drehvorrichtung legt dabei die Richtung und Drehzahl fest. Zum Schließen des Endes wird ein Reibwerkzeug 25 genutzt. Dieses ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Es kann einen zylindrischen oder scheibenförmigen Kopf 26 aufweisen, der an seiner Oberseite eine Planfläche 27 trägt. Der Übergang von seinem zylindrischen Mantel zu der Planfläche 27 kann durch eine konische oder gewölbte Ringfläche 28 gebildet sein. Das Reibwerkzeug 25 ist vorzugsweise um eine Drehachse 29 angetrieben, die zu der Drehachse des Schenkels 2 parallel orientiert ist. Eine Antriebseinrichtung legt Drehrichtung und Drehzahl des Reibwerkzeugs 25 fest. Vorzugsweise drehen das Reibwerkzeug 25 und der Schenkel 2 gegensinnig. Die Drehzahlen sind dabei so festgelegt, dass an dem Berührungspunkt des Schenkels 2 und der Ringfläche 28 bzw. Planfläche 27 unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten vorhanden sind, so dass es zu einer Gleitreibung zwischen dem Reinwerkzeug 25 und der betreffenden Stelle des Endbereichs 24 kommt. Es kommt zu einem gemischten Reib/Rollier-Vorgang währenddessen das verbleibende Loch am Ende des Endbereichs 24 sich immer mehr verengt und letztendlich in einem Reibschweißvorgang geschlossen wird. Dazu wird der Abstand zwischen der Drehachse des Schenkels 2 und der Drehachse 29 beispielsweise mittels einer entsprechenden Verstelleinrichtung kontrolliert, zum Beispiel kontinuierlich verstellt. Es entsteht das nahezu halbförmige geschlossene Ende 5.
Das Verfahren zur Herstellung von Wandanschlussstücken geht von einem dünnwandigen, rohrförmigen Rohling aus, der an mindestens einem, vorzugsweise beiden Enden zunächst im Durchmesser reduziert wird, die Wandstärke zu erhöhen. Damit wird die Basis zur weiteren Formgebung, beispielsweise zur Herstellung eines Anschlussbereichs 4 oder eines geschlossenen Endes 5 geschaffen.
Bezugszeichenliste

1: Wandanschlussstück
2, 3: Schenkel
4: Anschlussbereich
5: geschlossenes Ende
6: Bogen
7: Ende
8: Umformwerkzeug
9, 10, 11: Abschnitte
12: Formwerkzeug
13: Bohrung
14: Mittelachse
15, 16: Dorne
17, 18: zylindrische Mantelfläche
19, 20: Stirnfläche
21, 22: Kegelstumpfflächen
23: Rand
24: Endbereich
25: Reibwerkzeug
26: Kopf
27: Planfläche
28: Ringfläche
29: Drehachse
30: Berührungspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0649689 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wandanschlussstückes (1), mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Rohrabschnitts mit einem vorgegebenen einheitlichen Durchmesser (d), Reduzieren des Durchmessers (d) an zumindest einem Ende (7) des Rohrabschnitts unter Erhöhung der Wandstärke (w) in dem durchmesserreduzierten Abschnitt, Umformen wenigstens eines Endes (7) des durchmesserreduzierten Abschnitts zu einer gewünschten Endform.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umformschritt eine Außenprofilierung des durchmesserreduzierten Abschnitts zur Erzeugung eines Schlauchanschlussbereiches (4) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durchmessesrreduzierte Abschnitt zur Außenprofilierung in eine innen profilierte Bohrung (13) einer Form (12) eingesetzt und von innen her in Radialrichtung nach außen verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verformung zur Herstellung der Außenprofilierung mindestens ein Dorn (15) axial in den durchmesserreduzierten Abschnitt eingefahren wird, dessen Außendurchmesser den Innendurchmesser des durchmesserreduzierten Abschnitts übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dorn (15) ein zweiter Dorn (16) entgegenbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Dorne (15, 16), nachdem sie sich mit ihren Stirnseiten (19, 20) berühren, unter Beibehaltung der Berührung der Stirnseiten (19, 20) axial verfahren werden, so dass die Stirnseiten (19, 20) aus dem durchmesserreduzierten Ende herausbewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umformschritt ein Endverschluss des durchmesserreduzierten Abschnitts erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Endverschlusses der Rohrabschnitt um eine erste Drehachse gedreht und mit einem Reibelement (25) in Berührung gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement ein um eine zweite Drehachse (29) drehend angetriebener Körper (26) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehachse parallel zueinander orientiert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt und der Drehkörper (26) während des Umformvorgangs radial zueinander bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung ausschließlich in Radialrichtung stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (2) und der Drehkörper (26) gegensinnig drehend angetrieben sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (25) eine ebene, zu seiner Drehachse rechtwinklig orientierte Stirnfläche (27) aufweist.
Wandanschlussstück (1), hergestellt nach einem der vorstehenden Ansprüche.