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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umstülpen eines Rohrendes.
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Es ist bekannt, das Rohrende eines Rohrs entweder nach innen oder nach außen umzustülpen, um beispielsweise die Stabilität des Rohrs am Rohrende zu erhöhen. Das Rohr weist somit am Rohrende einen doppelwandigen Abschnitt auf, der sich über eine gewisse axiale Länge erstreckt.
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Ein Verfahren zum Umschlagen eines Rohrendes ist beispielsweise aus
DE 10 2007 051 331 A1 bekannt. Das Rohr wird bei diesem Verfahren gegen ein Werkzeug mit einer umlaufenden Rille gepresst. Beim Auftreffen auf die Rille wird der Rand des Rohrendes je nach Ausführung der Rille zunächst entweder nach außen oder nach innen gebördelt. In weiterer Folge wird durch eine Relativbewegung des Rohrs gegen das Werkzeug eine zweite Wand ausgebildet, die parallel zur ursprünglichen Wand des Rohrs verläuft. Das Rohrende wird sozusagen durch die umlaufende Rille des Werkzeugs um 180° auf einen kleineren oder größeren Durchmesser umgestülpt. Auf Grund der Umstülpung ist das nunmehr entstandene Ende des Rohrs abgerundet. Der Radius dieser abgerundeten Vorderkante wird durch die umlaufende Rille des verwendeten Werkzeugs vorgegeben.
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Aus
DE 38 18 173 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Rohr mittels eines Bördelkopfes radial eingebördelt wird. Das Rohrende wird jedoch nicht umgestülpt, so dass ein doppelwandiger Abschnitt am Ende des Rohrs entsteht. Das eingebördelte Rohrende wird bei diesem Verfahren lediglich mittels einer axial in dem Bördelkopf geführten Nadel auf einen bestimmten Innendurchmesser kalibriert. Da das Rohrende nicht nach innen umgestülpt wird, eignet sich dieses Verfahren daher nicht, wenn das Rohrende über einen längeren Abschnitt stabilisiert bzw. verstärkt werden soll.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Umstülpen eines Rohrendes weisen allesamt den Nachteil auf, dass das Rohrende nach dem Umstülpen abgerundet ist. Sofern beispielsweise eine ringförmig ausgebildete axiale ebene Anschlagfläche am Rohrende erwünscht ist, so muss das Rohrende nach dem Umstülpen spanend bearbeitet werden. Dies ist zum einen aufwendig und teuer und hat zum anderen zur Folge, dass eine eventuell auf dem Rohr vorhandene Korrosionsschutzschicht durch die spanende Bearbeitung verletzt wird. Sofern ein Korrosionsschutz erforderlich ist, so muss dieser nach der spanenden Bearbeitung des Rohrendes nachträglich aufgebracht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Umstülpen eines Rohrendes anzugeben, das eine von einem abgerundeten Rohrende abweichende Kontur des Rohrendes, insbesondere eine ebene axiale Anschlagfläche, ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn
- – das Rohrende zunächst radial eingebördelt wird,
- – das radial eingebördelte Rohrende in das Innere des Rohrs umgeschlagen wird, so dass am Ende des Rohrs ein doppelwandiger Rohrabschnitt entsteht,
- – das Rohr im Bereich des doppelwandigen Rohrabschnitts anschließend gestaucht wird, so dass sich eine äußere Wand des doppelwandigen Rohrabschnitts radial auswölbt,
- – und danach ein Kalibrierzug erfolgt, bei dem die Auswölbung durch Abziehen einer ersten Formhülse von dem Rohr zumindest teilweise rückgebildet wird, wobei es durch das Abziehen der ersten Formhülse zu einem Fließen des Materials am Rohrende kommt und das Rohrende dabei axial von einem Stützdorn abgestützt wird, dessen Form die gewünschte Kontur des Rohrendes vorgibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst einfach und kann sehr schnell durchgeführt werden. Da es lediglich aus Umformverfahrensschritten besteht, können auch Rohre bearbeitet werden, die korrosionsschutzbeschichtet sind, ohne die Korrosionsschutzschicht am Rohrende zu verletzen. Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das freie Rohrende durch das Abziehen der Formhülse und das dadurch bedingte Fließen des Materials am Rohrende nach Belieben umgeformt werden kann, so dass beispielsweise eine axiale ebene Anschlagfläche am Rohr entsteht. Der Ausgangsquerschnitt des unverformten Rohrs kann auch im Bereich der während des Verfahrens entstehenden Auswölbung durch das Abziehen der Formhülse wieder hergestellt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Stützdorn eine ringförmige ebene Anschlagfläche, an welcher das freie Ende des Rohrs während des Kalibrierzugs abgestützt ist. Dadurch kann auch am Rohrende eine ringförmige ebene Anschlagfläche erzeugt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Stützdorn einen Vorsprung, der in das Rohr eintaucht, und durch den eine innere Wand des doppelwandigen Rohrabschnitts während des Kalibrierzugs radial abgestützt wird. Dadurch kann auch die Innenkontur des doppelwandigen Rohrabschnitts am Rohrende beispielsweise auf einen gewissen Innendurchmesser kalibriert werden. Zudem kann durch entsprechende Formgebung des Vorsprungs des Stützdorns eine beliebige Innenkontur des doppelwandigen Rohrabschnitts erreicht werden. Beispielsweise wäre es denkbar, dass der Vorsprung ein Außengewinde aufweist, das sich beim Kalibrierzug in die innere Wand des doppelwandigen Rohrabschnitts eindrückt und dadurch ein Innengewinde im doppelwandigen Rohrabschnitt erzeugt. Das Rohr müsste in diesem Fall nach Beendigung des Verfahrens von dem Vorsprung des Stützdorns abgeschraubt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Innenkontur der ersten Formhülse in axialer Richtung zum Ende des Rohrs hin rampenförmig aufgeweitet sein, wobei ein kleinster Durchmesser der ersten Formhülse in etwa dem Ausgangsdurchmesser des Rohrs entspricht. Dadurch kann die Auswölbung, die auf Grund des Stauchvorgangs entstanden ist, durch Abziehen der ersten Formhülse auf einfache Art und Weise auf den ursprünglichen Außendurchmesser des unverformten Rohrs zurückgeführt werden. Durch die Rückführung wird der ursprünglich vorhandene kontinuierliche Querschnitt des Rohrs wieder hergestellt, wodurch auch die Stabilität des Rohrs in axialer Richtung wieder hergestellt wird. Zudem kann es erforderlich sein, dass das Rohr auf der gesamten Länge, also auch am Rohrende, einen einheitlichen Außendurchmesser aufweist. Auch dies kann durch die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erreicht werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Einbördeln des Rohrendes in axialer Richtung auf das Rohr eine zweite Formhülse aufgepresst, deren Innenkontur einen ersten Bördelradius aufweist, so dass eine Außenkontur des Rohrs nach dem Einbördeln am Rohrende ausgehend von einem unverformten Abschnitt den ersten Bördelradius beschreibt und auf eine Achse des Rohrs zuläuft. Dadurch kann das Rohrende äußerst schnell und präzise eingebördelt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Bördelradius der Außenkontur vor dem Umschlagen des Rohrendes auf einen kleineren zweiten Bördelradius reduziert wird, indem eine dritte Formhülse in axialer Richtung auf das Rohr aufgepresst wird. Das Einbördeln erfolgt somit zweistufig, wodurch ein kleinerer Bördelradius erreicht werden kann, als bei einem einstufigen Einbördelvorgang. Das Rohrende kann dadurch optimal für den darauf folgenden Verfahrensschritt vorbereitet werden, bei dem das Umschlagen des Rohrendes in das Innere des Rohrs erfolgt. Vorzugsweise ist die Innenkontur der dritten Formhülse topfförmig ausgebildet.
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in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das eingebördelte Rohrende mittels eines Formdorns in das Innere des Rohrs umgeschlagen, wobei der Formdorn eine Spitze aufweist und sich ausgehend von der Spitze in axialer Richtung aufweitet, und wobei der Formdorn in axialer Richtung mit seiner Spitze voran in das Rohr eingefahren wird. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das eingebördelte Rohrende äußerst schnell und präzise in das Innere des Rohrs umgeschlagen werden.
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Vorteilhafterweise wird der dazu erforderliche Formdorn durch den Stützdorn gebildet. Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Werkzeuge zur Durchführung des Verfahrens erheblich reduziert werden. Außerdem wird dadurch eine Beschleunigung des Verfahrens erreicht, da ein Werkzeugwechsel zum Austausch des Formdorns gegen einen Stützdorn nicht erforderlich ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Rohr im Bereich des Rohrendes mittels einer vierten Formhülse radial abgestützt, wenn das Rohrende in das Innere des Rohrs umgeschlagen wird. Dadurch wird verhindert, dass sich die äußere Wand des doppelwandigen Rohrabschnitts beim Umstülpen des Rohrendes verformt und beispielsweise nach außen wölbt. Mit der vierten Formhülse kann somit auch sichergestellt werden, dass die innere Wand des doppelwandigen Rohrabschnitts bei entsprechender Dimensionierung des zum Umschlagen verwendeten Formdorns nach dem Umschlagen direkt an der äußeren Wand anliegt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Stauchung mittels eines Dome, mit dem eine axial gerichtete Presskraft auf das freie Ende des Rohrs ausgeübt wird. So kann die Stauchung äußerst schnell und einfach durchgeführt werden.
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Vorzugsweise wird auch der zur Stauchung verwendete Dorn durch den Stützdorn gebildet. So sind zur Durchführung des Verfahrens wenige Werkzeugwechsel erforderlich, wodurch das Verfahren günstig wird und zudem sehr schnell durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: ein Rohr sowie eine Formhülse zur Verdeutlichung eines ersten Verfahrensschritts, bei dem das Rohrende eingebördelt wird,
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2: das Rohr aus 1 zusammen mit einer weiteren Formhülse zur Verdeutlichung eines weiteren Verfahrensschrittes, ebenfalls zur Einbördelung des Rohrendes,
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3: das Rohr aus den 1 und 2 zusammen mit einer weiteren Formhülse und einem Formdorn zur Verdeutlichung eines weiteren Verfahrensschrittes, bei dem das Rohrende in das Innere des Rohrs umgeschlagen wird,
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4: das Rohr aus 3 nach Abschluss des in 3 gezeigten Verfahrensschritts,
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5: eine Detailansicht des Rohrs aus 4,
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6: das Rohr zusammen mit einer weiteren Formhülse und dem bereits in den 3 und 4 gezeigten Dorn zur Verdeutlichung eines weiteren Verfahrensschrittes, bei dem das Rohr gestaucht wird,
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7: eine Darstellung mit den Komponenten aus 6 zur Verdeutlichung eines weiteren Verfahrensschrittes, bei dem die in 6 gezeigte Formhülse nach der Stauchung von dem Rohr abgezogen wird, und
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8: eine Detailansicht des fertig bearbeiteten Rohrs.
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Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sämtliche 1 bis 8 zeigen das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete Rohr sowie die dafür verwendeten Werkzeuge jeweils im Längsschnitt.
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In 1 ist der erste Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das links abgebildete Rohr 1 befindet sich im noch unverformten Zustand. Es weist eine Achse 26 sowie ein unverformtes Rohrende 10 auf. Ferner ist das Rohr 1 über die gesamte Länge hohlzylindrisch ausgebildet und weist daher über die gesamte Länge einen konstanten Durchmesser auf.
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Zum Einbördeln des Rohrendes 10 wird auf das Rohr von rechts eine Formhülse 14 aufgepresst, die am linken Ende 16 eine Öffnung aufweist, in die das Rohr 1 mit seinem unverformten Rohrende 10 eintauchen kann. Die an die Öffnung anschließende Innenkontur 15 der Formhülse 14 ist über eine gewisse Länge zylindrisch ausgebildet und entspricht in ihrem Durchmesser dem Außendurchmesser des unverformten Rohrs 1. Am rechten Ende läuft die Innenkontur der Formhülse 14 sacklochförmig bzw. topfförmig zu. Die zylindrische Innenkontur 15 geht dabei in einem Bördelradius R1 in den Boden des Sacklochs über.
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Durch das Aufpressen der Formhülse 14 auf das Rohrende 10 des Rohrs 1 wird das Rohrende 10 radial nach innen in Richtung der Achse 26 des Rohrs eingebördelt. Das im ersten Verfahrensschritt eingebördelte Rohr ist in 2 dargestellt. Man kann erkennen, dass das Rohrende 10 nun radial auf die Achse 26 des Rohrs zuläuft, wobei die Außenkontur 17 des unverformten Rohrs über den Bördelradius R1, der durch die Formhülse 14 vorgegebenen ist, in das radial auf die Achse 26 zulaufende Rohrende 10 übergeht.
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Durch Aufpressen der in 2 dargestellten Formhülse 18 wird der Bördelradius R1 des Rohrendes 10 auf einen kleineren Radius reduziert. Die in 2 dargestellte Formhülse 18 ist dazu ebenfalls sacklochförmig ausgebildet und weist eine Innenkontur 19 auf, die zunächst ausgehend vom linken Ende 20 der Formhülse konusförmig verjüngt ist auf den Außendurchmesser des unverformten Rohrs, und daran anschließend einen zylindrischen, sacklochförmig endenden Abschnitt umfasst. im Gegensatz zur Formhülse 14 aus 1 ist am Übergang zu dem Boden des Sacklochs, welcher einen axialen ebenen Anschlag für das Rohrende 10 ausbildet, kein bzw. ein erheblich kleinerer Bördelradius vorgesehen.
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Das Ergebnis des in 2 dargestellten Verfahrensschritts ist in 3 dargestellt. Das Rohrende 10 reicht nun noch etwas weiter an die Achse 26 des Rohrs heran, wobei der in 2 dargestellte Bördelradius R1 auf den erheblich kleineren Radius R2 reduziert ist. Die Wand des Rohrs knickt somit am eingebördelten Rohrende 10 um 90° radial nach innen in Richtung der Achse 26 ab.
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3 verdeutlicht außerdem den darauffolgenden Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das eingebördelte Rohrende 10 nach innen in das Rohr 1 umgeschlagen bzw. umgestülpt wird. Zum Umstülpen des eingebördelten Rohrendes 10 wird ein Dorn 7 verwendet, der ausgehend von einer ringförmig ausgebildeten ebenen axialen Anschlagfläche 8 einen in Richtung des Rohrs weisenden Vorsprung 9 mit einem spitzen Ende 21 aufweist. Der Vorsprung 9 ist unmittelbar anschließend an den Anschlag 8 zylindrisch ausgebildet und läuft von dort nippelförmig auf die Spitze 21 zu. Zum Umschlagen des Rohrendes 10 wird der Dorn 7 mit seiner Spitze 21 voran zunächst konzentrisch zur Achse 26 des Rohrs 1 gegen das eingebördelte Rohrende 10 gepresst und in weiterer Folge in das Rohr 1 eingeführt, so dass das eingebördelte Rohrende 10 durch die Außenkontur des Dorns 7, die sich von der Spitze 21 zum zylindrischen Abschnitt 9 aufweitet, in das Innere des Rohrs 1 umgeschlagen wird.
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Die Endstellung dieses Verfahrensschrittes ist in 4 dargestellt. Der zylindrische Abschnitt 9 des Dorns 7 ist in der Endstellung vollständig in das Innere des Rohrs eingetaucht. Durch das Umstülpen des Rohrendes ist ein doppelwandiger Abschnitt 2 entstanden, an dessen innerer Wand 3 der zylindrische Abschnitt 9 des Dorns 7 anliegt. Das neue Rohrende 10 liegt ferner in axialer Richtung direkt am axialen ebenen Anschlag 8 des Dorns 7 an. Wie die 3 und 4 zeigen, wird das Rohr 1 während des Einpressens des Dorns 7 außen zumindest im vorderen Bereich mittels einer weiteren Formhülse 22 radial abgestützt, um zu verhindern, dass das Rohr durch Einpressen des Dorns außen eine Formänderung erfährt. Die Formhülse 22 weist ein linkes Ende 24 sowie ein rechtes Ende 25 auf. Die Innenkontur 23 der Formhülse 22 ist ausgehend vom linken Ende 24 rampenförmig verjüngt und liegt schließlich am rechten Ende 25 über eine gewisse axiale Erstreckung am Außendurchmesser des Rohrs 1 an. Durch die rampenförmige Ausgestaltung kann die Formhülse 22 nach Beendigung des in den 3 und 4 dargestellten Verfahrensschritts leicht wieder von dem Rohr 1 abgezogen werden.
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5 zeigt eine Detailansicht des in 4 dargestellten Rohrs 1 mit fertig umgestülptem Rohrende. Man kann deutlich erkennen, dass durch das Umstülpen des Rohrendes der doppelwandige Abschnitt 2 entstanden ist, dessen innere Wand 3 direkt an der äußeren Wand 4 anliegt. Damit innere Wand 3 und äußere Wand 4 direkt aufeinander zu liegen kommen, muss der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 9 des in den 3 und 4 dargestellten Dorns 7 so bemessen sein, dass zwischen zylindrischem Abschnitt 9 und Formhülse 22 ein radialer Abstand besteht, welcher der Materialstärke des doppelwandigen Abschnitts 2 entspricht. In 5 ist ferner deutlich zu erkennen, dass das nunmehr entstandene neue Rohrende 10' aufgrund des Umschlags stark abgerundet ist.
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6 zeigt einen darauffolgenden Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Rohr im Bereich des doppelwandigen Abschnitts 2 gestaucht wird. Für die Stauchung kommt der bereits in den 3 und 4 dargestellte Stützdorn 7 zum Einsatz. Nachdem die in den 3 und 4 dargestellte Stützhülse 22 von dem Rohr abgezogen ist, kann das Rohr im vorderen Bereich gestaucht werden, indem mittels des Stützdorns 7 bzw. dessen Anschlagfläche 8 eine axial gerichtete Presskraft auf das freie Ende 10' des Rohrs ausgeübt wird. Damit sich die aufgrund der Stauchung bewirkte Auswölbung 5 im vorderen Bereich des Rohrs ausbildet, wird der hintere linke Bereich des Rohrs mittels einer weiteren Formhülse 6 radial abgestützt. Die Formhülse 6 weist ein linkes Ende 13 sowie ein rechtes Ende 12 auf. Die Innenkontur 11 der Formhülse 6 verläuft ausgehend vom linken Ende 13 zunächst zylindrisch und ist anschließend zum rechten Ende 12 hin rampenförmig erweitert. In der linken Hälfte liegt die Formhülse 6 direkt am Außendurchmesser 1 an und bildet somit in diesem Bereich eine Stützhülse aus. Die in 6 dargestellte Auswölbung 5, die aufgrund der Stauchung des Rohrs entsteht, ist aus Anschaulichkeitsgründen überzeichnet dargestellt.
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Im letzten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in 6 dargestellte Formhülse 6 nach rechts von dem Rohr 1 abgezogen. Dieser Verfahrensschritt ist in 7 dargestellt. Das Rohrende 10' wird dabei von dem Stützdorn 7 axial abgestützt. Durch die rampenförmige Ausgestaltung der Innenkontur 11 der Formhülse 6 wird die Auswölbung 5 beim Abziehvorgang radial nach innen in Richtung der Achse 26 des Rohrs zurückgedrückt. Hierbei kommt es auch zu einem Fließprozess des Materials am Rohrende 10', wodurch das Material dort gegen den axialen Anschlag 8 des Stützdorns 7 gepresst wird. Das in 5 dargestellte abgerundete Rohrende 10' wird somit umgeformt, wobei die Form des in 8 dargestellten fertigen Rohrendes 10'' durch den Anschlag 8 des Stützdorns 7 vorgegeben wird. Aufgrund der ringförmig ausgebildeten ebenen axialen Anschlagfläche 8 des Stützdorns 7 weist auch das fertige Rohrende 10'' eine ebene axiale Anschlagfläche auf.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch andere Formen des Rohrendes durch den Anschlag des Stützdorns vorgegeben werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Umformung von Rohren mit großen Wandstärken. Ferner wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren lediglich exemplarisch anhand eines Rohrs mit zylindrischem Querschnitt veranschaulicht ist. Es können jedoch auch Rohre mit davon abweichendem Querschnitt, so zum Beispiel rechteckige Rohre, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007051331 A1 [0003]
- DE 3818173 A1 [0004]
