DE102011107450A1

DE102011107450A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Umformen eines Rohrs

Info

Publication number: DE102011107450A1
Application number: DE201110107450
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pieper
Original assignee: TRANSFLUID MASCHB GmbH; TRANSFLUID MASCHINENBAU GmbH
Current assignee: TRANSFLUID MASCHB GmbH; TRANSFLUID MASCHINENBAU GmbH
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2012-01-19
Also published as: ITMI20111310A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem eine Vorrichtung zum Umformen eines Rohrs (2), umfassend eine Hauptspannbackenanordnung (1A, 1B) zum Einspannen eines ersten Abschnitts des Rohrs (2); mindestens ein symmetrisches Aufweitwerkzeug (4, 5) zum symmetrischen Aufweiten eines an den ersten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Rohrs (2); eine Zwischenspannbackenanordnung (3A, 3B) zum Einspannen des symmetrisch aufgeweiteten Endabschnitts des Rohrs (2); sowie ein asymmetrisches Aufweitwerkzeug (6) zum asymmetrischen Aufweiten des eingespannten Endabschnitts. Erfindungsgemäß umfasst das asymmetrische Aufweitwerkzeug (6) ferner einen in den Endabschnitt des Rohrs (2) einführbaren, im Wesentlichen schiefkegelstumpfförmigen Bereich (6'), welcher einen ersten Durchmesser umfasst, der im Wesentlichen höchstens dem Innendurchmesser (Di) des nichtaufgeweiteten Rohrs (2) entspricht und einen zweiten Durchmesser umfasst, welcher im Wesentlichen einem durch das symmetrische Aufweitwerkzeug (4, 5) symmetrisch aufweitbaren Innendurchmesser (D1i, D2i) des Rohrs (2) entspricht. Ferner umfasst die Erfindung einen Aufweitwerkzeugsatz sowie ein Verfahren zum Umformen eines Rohrs (2).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Umformen bzw. Aufweiten eines Rohrs.
Stand der Technik
Häufig besteht die technische Notwendigkeit der Aufweitung eines Rohrs auf einen größeren Durchmesser. Symmetrische Aufweitungen von Metallrohren durch Umformen des Rohrs sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Bei solchen Verfahren werden zum Beispiel konusförmige Aufweitwerkzeuge axial in ein Rohr hinein gepresst, so dass sich das Rohr weitet.
Problematisch gestaltet sich allerdings insbesondere die Herstellung von Rohren mit großen asymmetrischen Aufweitungen. Soll zum Beispiel ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 32 mm auf 56 mm aufgeweitet werden und beträgt die Exzentrizität der Aufweitung zum Beispiel 6 mm, so konnte bisher diese Geometrie nicht als einteiliges Umformteil hergestellt werden.
In der Praxis wird daher ein kleineres Rohr asymmetrisch mit einem größeren Rohr schweißtechnisch oder löttechnisch verbunden. Diese Arten der Verbindung bringen allerdings einige Nachteile mit sich. So wird zum einen zum Aufweiten ein Schweißgerät oder Lötkolben benötigt und somit in jedem Falle ein Stromanschluss, ohne den eine Aufweitung nicht vor Ort erfolgen kann. Zum anderen können beim Löten oder Schweißen Verformungen oder gar Risse in dem Rohr auftreten und somit die Funktion des Rohrs beeinträchtigen. Ferner können bei beschichteten Rohren, wie zum Beispiel verzinkten Rohren, Beschichtungsschäden durch das Löten oder Schweißen auftreten, sodass die Verbindungsstellen zur Korrosion neigen und nach einer gewissen Zeit ein Rohrbruch auftreten kann. Ferner nimmt ein Schweißgerät samt seinem Zubehör wie Gasfalschen einen erheblichen Platz ein und kann in explosions- oder brandgefährdeten Bereichen nicht eingesetzt werden.
Die technische Aufgabe, welche sich aus dem obengenannten Stand der Technik ergibt, besteht darin eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines asymmetrisch aufgeweiteten Rohrs bereitzustellen, welches mindestens einen der obengenannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll das gewünschte Rohr schnell, einfach bzw. effizient hergestellt werden können und/oder eine gute Qualität bzw. Haltbarkeit im Bereich der Aufweitung aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Die oben beschriebene technische Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen eines Rohrs gemäß Anspruch 1 gelöst, welche eine Hauptspannbackenanordnung zum Einspannen eines ersten Abschnitts des Rohrs umfasst sowie mindestens ein symmetrisches Aufweitwerkzeug zum symmetrischen Aufweiten eines an den ersten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Rohrs. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Zwischenspannbackenanordnung zum Einspannen des symmetrisch aufgeweiteten Endabschnitts des Rohrs und ein asymmetrisches Aufweitwerkzeug zum asymmetrischen Aufweiten des eingespannten Endabschnitts, wobei das asymmetrische Aufweitwerkzeug einen in den Endabschnitt des Rohrs einführbaren, im Wesentlichen schiefkegelstumpfförmigen Bereich aufweist, welcher einen ersten Durchmesser umfasst, der im Wesentlichen höchstens dem Innendurchmesser des nichtaufgeweiteten Rohrs entspricht und einen zweiten Durchmesser umfasst, welcher im Wesentlichen einem durch das symmetrische Aufweitwerkzeug symmetrisch aufweitbaren Innendurchmesser des Rohrs entspricht.
Durch die obengenannte Vorrichtung können insbesondere aufgeweitete Rohre mit größerer Exzentrizität als bisher hergestellt werden, ohne dass dabei Risse oder relevante Schäden im Rohrmantel entstehen. Die Benutzung von Schweiß- oder Lötvorrichtungen entfällt vollständig.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Mantelfläche des schiefkegelstumpfförmigen Bereichs des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser einen Wendepunkt oder eine Wendelinie. Eine derart verlaufende Form der Mantelfläche des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs hat sich als besonders schonend für die Umformung herausgestellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst der schiefkegelstumpfförmige Bereich eine kreisförmige Deckfläche mit dem ersten Durchmesser sowie einen Umfang einer Grundfläche mit dem zweiten Durchmesser, wobei der Mittelpunkt des Umfangs der Grundfläche relativ zu einer durch den Mittelpunkt der Deckfläche senkrecht verlaufenden Achse exzentrisch verschoben ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der zweite Durchmesser zwischen 50% und 90% größer als der ursprüngliche Innendurchmesser des Rohrs und vorzugsweise zwischen 70% und 85% größer als der ursprüngliche Innendurchmesser des Rohrs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung beträgt die exzentrische Verschiebung zwischen 5% und 30% des ursprünglichen Innendurchmessers des Rohrs und bevorzugt zwischen 15% und 25% des ursprünglichen Innendurchmessers des Rohrs. Insbesondere in Kombination mit den obengenannten Durchmessern kann die Vorrichtung besonders qualitative Umformergebnisse erzeugen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung entspricht der zweite Durchmesser des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs im Wesentlichen dem größten Durchmesser des symmetrischen Aufweitwerkzeugs. Durch diese Maßnahme kann das umzuformende Rohr geschont werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst das asymmetrische Aufweitwerkzeug, sich an den schiefkegelstumpfförmigen Bereich anschließend, einen im Wesentlichen zylinderförmigen Bereich, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem zweiten Durchmesser des schiefkegelstumpfförmigen Bereichs entspricht. Durch einen solchen, zwar nicht notwendigen Bereich, wird die Aufweitung bzw. Umformung durch das asymmetrische Umformwerkzeug vereinfacht, da das Werkzeug durch einen solchen Bereich zumindest teilweise selbstführend ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Hauptspannbackenanordnung mindestens zwei Hauptspannbacken zum wenigstens bereichsweise konzentrischen Einspannen des ersten Rohrabschnitts. Es ist nicht unbedingt notwendig, dass die Spannbacken das Rohr am gesamten Umfang oder in vollständiger axialer Länge der Spannbacken umgreifen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Zwischenspannbackenanordnung mindestens zwei Zwischenspannbacken, welche im Wesentlichen einen zu dem schiefkegelstumpfförmigen Bereich des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs komplementär ausgeformten Hohlraum umfassen. Durch eine solche Ausformung der Zwischenspannbacken wird die Qualität der Umformung weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist das symmetrische Aufweitwerkzeug einen konischen Bereich zum Einführen in das Rohr auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst der konische Bereich einen Durchmesser, welcher höchstens dem Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten Rohrs entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung verläuft die Mantelfläche des Konus zwischen dessen kleinstem Durchmesser und dessen größtem Durchmesser im Wesentlichen linear. Durch diesen Verlauf kann eine übermäßige Materialbeanspruchung des Rohrs vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, umfasst diese zwei symmetrische Aufweitwerkzeuge, wobei das erste Aufweitwerkzeug einen im Wesentlichen konischen Bereich umfasst, dessen kleinster Querschnitt höchstens so groß ist wie der Innendurchmesser des aufzuweitenden Rohrs und das zweite Aufweitwerkzeug einen im Wesentlichen konischen Bereich umfasst, dessen kleinster Querschnitt höchstens so groß ist wie der Innendurchmesser des durch das erste symmetrische Aufweitwerkzeug aufgeweiteten Rohrs, jedoch größer ist als der größte Querschnitt des ersten symmetrischen Aufweitwerkzeugs. Durch eine mehrstufige bzw. gestaffelte Aufweitung mittels solcher Aufweitwerkzeuge, kann das Rohr bei der Umformung noch weniger belastet werden.
Bevorzugt beträgt die erste symmetrische Aufweitung zwischen 30% und 60% des ursprünglichen Rohrdurchmessers und die zweite Aufweitung zwischen 70% und 90% (bevorzugt zwischen 70% und 85%) des ursprünglichen Rohrdurchmessers. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, ist diese zum im Wesentlichen linearen Aufeinanderzubewegen und Aneinanderanpressen der Hauptspannbacken und/oder der Zwischenspannbacken zum Einspannen des Rohrs ausgebildet. Die Realisierung solcher Führungen bzw. Klemmungen an sich, ist dem Fachmann bekannt. Diese können zum Beispiel durch elektrische, pneumatische oder hydraulische Antriebe realisiert werden, aber auch durch rein mechanische Mittel, wie zum Beispiel mit einem von Hand zustellbaren Zwingensystem.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung liegt die Bewegungsrichtung(/führung) der Zwischenspannbacken im Wesentlichen parallel zur Richtung der exzentrischen Verschiebung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, umfasst diese weiterhin ein Steuerungssystem, wobei die Vorrichtung sowie das Steuerungssystem ausgebildet sind zum: Einspannen des ersten Rohrabschnitts durch die Hauptspannbackenanordnung; Aufweiten eines an den ersten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Rohrs durch mindestens eines der symmetrischen Aufweitwerkzeuge; Einspannen des symmetrisch aufgeweiteten Endabschnitts des Rohrs mit der Zwischenspannbackenanordnung; sowie zum asymmetrischen Aufweiten des eingespannten Endabschnitts durch Einführen des symmetrischen Aufweitwerkzeugs in den Endabschnitt des Rohrs.
Ferner umfasst die Erfindung auch einen erfindungsgemäßen Aufweitwerkzeugsatz zum asymmetrischen Aufweiten eines Rohrs definierten Durchmessers. Solch ein Satz umfasst insbesondere mindestens ein symmetrisches Aufweitwerkzeug zum symmetrischen Aufweiten eines Endbereichs des Rohrs auf einen zweiten Durchmesser und ein asymmetrisches Aufweitwerkzeug zum asymmetrischen Aufweiten des Endabschnitts, wobei das asymmetrische Aufweitwerkzeug einen in den Endabschnitt des Rohrs einzuführenden, im Wesentlichen schiefkegelstumpfförmigen Bereich aufweist, welcher einen ersten Durchmesser umfasst, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten Rohrs entspricht und einen zweiten Durchmesser umfasst, welcher im Wesentlichen einem durch das symmetrische Aufweitwerkzeug symmetrisch aufweitbaren Innendurchmesser des Rohrs entspricht.
Zudem ist die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Umformen eines Rohrs gerichtet, vorzugsweise mit der Vorrichtung oder dem Aufweitwerkzeugsatz gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsformen. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Ein Einspannen eines ersten Abschnitts des Rohrs; ein symmetrisches Aufweiten eines an den ersten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Rohrs; ein Einspannen des symmetrisch aufgeweiteten Endabschnitts des Rohrs; und ein asymmetrisches Aufweiten des eingespannten Endabschnitts durch Einführen eines asymmetrischen Aufweitwerkzeugs in den Endabschnitt des Rohrs.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Aufweiten eines Rohrs mit einer Umformmaschine, nach dem das Rohr zunächst durch Hauptspanbacken gespannt wird und in einem weiteren Schritt mit einem Aufweitwerkzeug um ein bestimmtes Maß symmetrisch (vor-)aufgeweitet wird und in einem nächsten Schritt mit einem weiteren Aufweitwerkzeug um ein bestimmtes Maß symmetrisch größer aufgeweitet wird. Ferner wird das Rohr mittels Zwischenspannbacken asymmetrisch gespannt und anschließend mit einem asymmetrischen Aufweitwerkzeug endgültig auf die gewünschte Form und Größe gebracht. Insbesondere kann die Umformmaschine, um eine solche Umformung auszuführen neben der Hauptklemmung noch eine vorgeschaltete (stabil geführte) Klemmung, aufweisen.
Mit der Vorrichtung ist es möglich das obengenannte Bauteil als einteiliges Umformteil herzustellen. Obwohl das Rohr geschweißt ist, entstehen bei diesem Verfahren durch die stufenweise Umsetzung keine Risse. Auch Oberflächenbeschädigungen eines verzinkten Rohres entstehen nicht.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden kurz die Figuren der Ausführungsbeispiele beschrieben. Weitere Details sind der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum asymmetrischen Umformen eines Rohrs;
2 das Einspannen des Rohrs mittels Hauptspannbacken der Vorrichtung;
3 das symmetrische Aufweiten des Rohrs;
4 ein weiteres symmetrisches Aufweiten des Rohrs;
5 das Einspannen des Rohrs mittels Zwischenspannbacken der Vorrichtung;
6 das asymmetrische Aufweiten bzw. Umformen des Rohrs;
7 die Form des Rohrs vor und nach den Umformschritten gemäß den 2 bis 6; und
8 eine perspektivische Darstellung des symmetrisch aufgeweiteten Rohrs.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umformen eines Rohrs 2. Die Vorrichtung umfasst dabei bevorzugt zwei Hauptspannbacken 1A, 1B zum (festen) Einspannen eines Rohrs 2 sowie zwei Zwischenspannbacken 3A, 3B zum Einspannen eines Endbereichs des Rohrs 2. Ferner umfasst die Vorrichtung bevorzugt drei verschiedene Aufweitwerkzeuge 4, 5, 6.
Die (Haupt)spannbacken 1A, 1B können bevorzugt zweiteilig ausgebildet sein und jeweils eine rinnenartige Aussparung umfassen, sodass das Rohr 2 durch Einspannen mit den Hauptspannbacken 1A, 1B durch diese zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung anliegend umschlossen wird.
Die (Zwischen)spannbacken 3A und 3B können bevorzugt ebenfalls zweiteilig ausgebildet sein, nämlich mit einer unteren Spannbacke 3A und einer oberen Spannbacke 3B. Die Begriffe ”oben” und ”unten” dienen dabei lediglich zur relativen Beschreibung und dürfen nicht einschränkend verstanden werden. Beide Zwischenspannbacken umfassen bevorzugt ebenfalls jeweils rinnenartige Aussparungen, deren Form im Wesentlichen komplementär zu der Form des weiter unten im Detail beschriebenen Aufweitwerkzeugs 6 ist.
Die Aufweitwerkzeuge 4, 5 sind sogenannte symmetrische Aufweitwerkzeuge, welche entlang der Mittenachse x des Rohrs 2 in ein Ende des Rohrs 2 einführbar sind, um das Rohr 2 symmetrisch aufzuweiten. Dabei umfassen diese Aufweitwerkzeuge ein Ende 4, 5' bzw. einen Bereich 4', 5', welcher eine im Wesentlichen konische Form aufweist oder anders ausgedrückt, die Form eines Kegels oder Kegelstumpfs aufweist, der mit seiner Verjüngung voran in das Rohr 2 einführbar ist. Der beschriebene Bereich 4', 5' kann somit als rotationssymmetrisch angesehen werden. An den Bereich mit dem größten Umfang des Kegels bzw. Kegelstumpfs, kann sich bevorzugt ein Bereich anschließen, welcher eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, die im Wesentlichen denselben Durchmesser wie die Basis des Kegels bzw. des Kegelstumpfs aufweist. Es ist allerdings nicht notwendig, dass ein symmetrisches Aufweitwerkzeug 4, 5 einen solchen Bereich aufweist. Zum Beispiel könnte das symmetrische Aufweitwerkzeug 4, 5 auch angrenzend an den konischen bzw. kegel(stumpf)förmigen Bereich 4', 5' einen Bereich mit einem kleineren Durchmesser und beliebigem Querschnitt aufweisen. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zwei symmetrische Aufweitwerkzeuge 4, 5, welche nacheinander in das Rohr 2 eingeführt werden können. Somit kann in einem ersten Schritt das Rohr 2 symmetrisch durch das erste Aufweitwerkzeug 4 auf einen Durchmesser D1_i (Innendurchmesser) geweitet werden und in einem zweiten Schritt, wiederum symmetrisch, durch ein weiteres Aufweitwerkzeug 5, jedoch mit größerem Durchmesser auf einen Durchmesser D2_i (Innendurchmesser) geweitet werden. Es könnten auch noch mehrere weitere symmetrische Aufweitwerkzeuge oder aber auch lediglich eines zur Verwendung kommen.
Ferner umfasst die Vorrichtung ein Werkzeug 6 zum asymmetrischen Aufweiten des Rohrs 2. Dieses Werkzeug 6 kann in ein durch die symmetrischen Aufweitwerkzeuge 4, 5 aufgeweitetes Rohr 2 eingeführt werden. Dabei weist das Werkzeug 6 an seinem in das Rohr 2 einzuführenden Ende bevorzugt einen im Wesentlichen schief/schräg-konischen Bereich 6' bzw. einen schiefkegelförmigen oder schief-kegelstumpfförmigen Bereich 6' auf. Betrachtet man die Mantelfläche eines solchen schiefen Kegelstumpfes 6, so verläuft die Form der Mantelfläche zwischen der Grundfläche bzw. Basis des Kegelstumpfes hin zur Deckfläche bzw. Spitze mit bevorzugt einem Wendepunkt bzw. einer Wendelinie. Insbesondere umfassen die Begriffe kegelstumpfförmig oder schiefkegelstumpfförmig nicht nur gerade bzw. lineare Verbindungen zwischen der Basis/Grundfläche und der Deckfläche/Spitze sondern schließen auch geschwungene Mantelflächen ein. Ferner ist die Deckfläche bevorzugt im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, wobei deren Außendurchmesser höchstens dem Innendurchmesser D_i des unaufgeweiteten (ursprünglichen/aufzuweitenden) Rohrs 2 entspricht. Auch die Grundfläche des Kegelstumpfs ist bevorzugt im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, wobei deren Außendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser D1_i, D2_i der endgültigen bzw. gewünschten Rohraufweitung entspricht. Bevorzugt entspricht der Durchmesser der Grundfläche des Kegelstumpfs dem maximalen Aufweitungsdurchmesser der symmetrischen Aufweitwerkzeuge 4, 5. Darüber hinaus kann sich an den beschriebenen, schiefkegelstumpfförmigen Bereich 6' ein im Wesentlichen zylindrischer Bereich 6'' anschließen, welcher im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser aufweist wie der maximale angrenzende schiefkegelige Bereich 6'. Der Bereich 6'' kann insbesondere für eine gute Führung und zur Vereinfachung der Pressung durch die Zwischenspannbacken 3A, 3B dienen.
2 zeigt das Einspannen des Rohrs 2 mit Hilfe der beiden Hauptspannbacken 1A und 1B. Dabei wird das Rohr 2 insbesondere derart eingespannt, dass es sich nicht mehr axial und/oder radial bewegen kann bzw. immobilisiert ist. Das Rohr 2 ist in diesem, ersten Schritt noch in seinem Durchmesser D_i, D_a unverändert (siehe auch 7a). Die weiteren dargestellten Bauteile der Vorrichtung entsprechen jenen aus der 1 und sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Gleiches gilt für die im Folgenden beschriebenen 3 bis 6.
Gemäß 3 wird das Rohr 2 mit dem Aufweitwerkzeug 4 um ein bestimmtes Maß im Wesentlichen symmetrisch (vor-)aufgeweitet (siehe auch 7b). Dabei wird das Werkzeug 4 in einen Endbereich des Rohrs 2 eingeführt bzw. hineingepresst, welcher an den durch die Hauptspannbacken 1A, 1B eingespannten Bereich angrenzt und wodurch sich das Rohr 2 auf den größten Durchmesser D1_i des eingeführten symmetrischen Aufweitwerkzeugs 4 weitet. Dieser Durchmesser kann dem Durchmesser der Basis des oben beschriebenen Konus, Kegels bzw. Kegelstumpfs entsprechen.
Gemäß 4 wird das Rohr 2 mit einem zweiten Aufweitwerkzeug 5 um ein bestimmtes Maß, im Wesentlichen symmetrisch, weiter (größer) aufgeweitet (siehe auch 7c). Dazu wird das bereits oben beschriebene, symmetrische Aufweitwerkzeug 5 verwendet. Insbesondere wird, ähnlich wie in 3 für eine erste Aufweitung beschrieben, das zweite symmetrische Aufweitwerkzeug 5 in den Endbereich des Rohrs 2 gepresst. Sowohl für die erste symmetrische Pressung als auch für die zweite symmetrische Pressung werden dabei die symmetrischen Aufweitwerkzeuge bevorzugt bis an den Einspannbereich der Hauptspannbacken 1A, 1B bewegt. Insbesondere kommen gemäß den 2, 3 und 4 die Zwischenspannbacken 3A, 3B noch nicht zum Einsatz.
5 zeigt eine Detailansicht der Einspannung bzw. Klemmung des bereits durch die symmetrischen Aufweitwerkzeuge 4, 5 aufgeweiteten Bereichs des Rohrs 2. Dabei wird das Rohr 2 mit den Zwischenspannbacken 3A und 3B (asymmetrisch) gespannt. Insbesondere sind die beiden Zwischenspannbacken linear bzw. senkrecht zur Achse des Rohrs x (stabil) geführt bzw. können in eine solche Richtung gepresst bzw. zugefahren werden. Insbesondere können die Zwischenspannbacken 3A, 3B parallel zur Richtung der exzentrischen Verschiebung e geführt sein. Im Allgemeinen kann die Umformmaschine (die Vorrichtung) somit neben der Hauptklemmung (Hauptspannbacken) noch eine vorgeschaltete und (stabil) geführte Klemmung (Zwischenspannbacken) aufweisen.
6 zeigt nun den Vorgang, durch den das Rohr 2 mit dem asymmetrischen Aufweitwerkzeug 6 (endgültig) auf die gewünschte Form und Größe gebracht wird (siehe auch 7d und 8a bis 8c), insbesondere durch Einführen des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs 6 in den bereits zuvor durch die symmetrischen Aufweitwerkzeuge 4, 5 aufgeweiteten Bereich des Rohrs 2. Wiederum wird das Aufweitwerkzeug 6 bevorzugt bis zu dem durch die Hauptspannbacken 1A, 1B eingeklemmten Bereich des Rohrs 2 geführt.
In 7 sind die verschiedenen Durchmesser des Rohrs 2 im Verlauf des Umformvorgangs schematisch dargestellt.
7a zeigt das Rohr 2, wobei dessen Innendurchmesser D_i gestrichelt dargestellt ist und dessen Außendurchmesser D_a als durchgezogene Linie. Die Wandstärke des Rohrs 2 ist mit d und die Mittelachse bzw. Rotationssymmetrieachse des Rohrs 2 ist mit x gekennzeichnet. Im Folgenden wird der Effizienz halber nicht weiter die Wanddicke d des Rohrs eingegangen, die sich nur unwesentlich im Laufe der Umformungen verändern kann.
7b zeigt das Rohr 2 nach dem ersten symmetrischen Aufweiten. In dem durch die Hauptspannbacken eingespannten Bereich weist das Rohr 2 weiterhin den Durchmesser D_a auf. In dem durch das erste symmetrische Aufweitwerkzeug 4 aufgeweiteten Bereich weist das Rohr 2 hingegen den maximalen Durchmesser D1_a auf. Zwischen dem Bereich mit maximalen Durchmesser D1_a und dem Bereich mit dem ursprünglichen Durchmesser D_a weist das Rohr 2 eine Form auf, welche im Wesentlichen der des Konus 4' des ersten symmetrischen Aufweitwerkzeugs entspricht. Bei dieser Betrachtung wird zum Zweck der vereinfachten Darstellung die Dicke d des Rohrs 2 vernachlässigt. Der Fachmann kann jedoch selbstverständlich die Dicke d des Rohrs 2 berücksichtigen.
7c zeigt das Rohr 2 nachdem es ein weiteres Mal auf den Außendurchmesser D2_a symmetrisch aufgeweitet wurde.
7d entspricht einer Darstellung des Rohrs 2 nachdem dieses durch das asymmetrische Aufweitwerkzeug 6 aufgeweitet wurde. Demnach wurde der auf den Durchmesser D2_i/D2_a aufgeweitete Bereich des Rohrs 2 um eine Strecke e radial zur Richtung x versetzt. Die entsprechende Mittelachse E des aufgeweiteten Bereichs weist somit eine Exzentrizität e zu dem nicht aufgeweiteten Bereich des Rohrs 2 auf.
Der Übergangsbereich zwischen dem Bereich mit Durchmesser D2_i/D2_a und dem nicht aufgeweiteten Bereich mit dem Durchmesser D_i/D_a weist im Wesentlichen einen Wendepunkt bzw. eine Wendelinie auf. Ferner ist die Form dieses Übergangsbereichs im Wesentlichen komplementär zu der des schiefkegelförmigen Aufweitwerkzeugs 6 bzw. zu der Form dessen Bereichs 6'. Die Wandstärke des Rohrs 2 wurde wiederum der Klarheit halber nicht betrachtet. Der Fachmann kann jedoch generell eine beliebige Wandstärke des Rohrs 2 leicht berücksichtigen und die Außendurchmesser des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs 6 und/oder der Zwischenspannbacken 3A, 3B aufeinander abstimmen, sodass die Zwischenspannbacken 3A, 3B sowohl das Rohr 2 als auch das in das Rohr 2 eingeführte bzw. eingepresste asymmetrische Aufweitwerkzeug (vollständig) umfassen bzw. umschließen können (siehe auch 6).
8 offenbart weitere Ansichten des hergestellten (endgültigen) Rohrs 2. Insbesondere zeigt 8a nochmals das asymmetrisch aufgeweitete Rohr 2. Die dargestellten Bereiche 60' und 60'' des Rohrs 2 sind im Wesentlichen als komplementär (oder mit anderen Worten entsprechend) zu den Bereichen 6' und 6'' des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs 6 anzusehen.
8b verdeutlicht noch einmal die Exzentrizität e des aufgeweiteten (im Wesentlichen zylindrischen) Bereichs 60'' relativ zu dem nichtaufgeweiteten, angrenzenden Rohrbereich.
8c zeigt schließlich eine dreidimensionale Darstellung des asymmetrisch aufgeweiteten Rohrs 2.
Bezugszeichenliste

1A: Hauptspannbacke unten
1B: Hauptspannbacke oben
2: Rohr
3A: Zwischenspannbacke unten
3B: Zwischenspannbacke oben
4: symmetrisches Aufweitwerkzeug
4: Konus des symmetrischen Aufweitwerkzeugs
5: symmetrisches Aufweitwerkzeug
5': Konus des symmetrischen Aufweitwerkzeugs
6: Asymmetrisches Aufweitwerkzeug
6': Konus des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs
6'': zylinderförmiger Bereich des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs
60: asymmetrisch aufgeweiteter Rohrbereich
60': schiefkegelfömiger Bereich des aufgeweiteten Rohrs
60'': zylinderförmiger Bereich des aufgeweiteten Rohrs
E: Mittenachse des asymmetrischen aufgeweiteten Rohrbereichs
e: Exzentrizität/(senkrechter) Abstand zwischen den Achsen E und x
d: Wandstärke des Rohrs
D_a: Außendurchmesser des nichtaufgeweiteten Rohrs/Rohrbereichs
D_i: Innendurchmesser des nichtaufgeweiteten Rohrs/Rohrbereichs
D1_a: Außendurchmesser des erstmalig aufgeweiteten Rohrs
D1_i: Innendurchmesser des erstmalig aufgeweiteten Rohrs
D2_a: Außendurchmesser des wiederholt aufgeweiteten Rohrs
D2_i: Innendurchmesser des wiederholt aufgeweiteten Rohrs
x: Mittenachse/Längsachse eines nichtaufgeweiteten Bereichs des Rohrs

Claims

Eine Vorrichtung zum Umformen eines Rohrs (2) umfassend: eine Hauptspannbackenanordnung (1A, 1B) zum Einspannen eines ersten Abschnitts des Rohrs (2); mindestens ein symmetrisches Aufweitwerkzeug (4, 5) zum symmetrischen Aufwerten eines an den ersten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Rohrs (2); eine Zwischenspannbackenanordnung (3A, 3B) zum Einspannen des durch das symmetrische Aufweitwerkzeug (4, 5) symmetrisch aufgeweiteten Endabschnitts des Rohrs (2); ein asymmetrisches Aufweitwerkzeug (6) zum asymmetrischen Aufweiten des durch die Zwischenspannbackenanordnung (3A, 3B) eingespannten Endabschnitts, wobei das asymmetrische Aufweitwerkzeug (6) einen in den Endabschnitt des Rohrs (2) einführbaren, im Wesentlichen schiefkegelstumpfförmigen Bereich (6') aufweist, welcher einen ersten Durchmesser umfasst, der im Wesentlichen höchstens dem Innendurchmesser (D_i) des nichtaufgeweiteten Rohrs (2) entspricht und einen zweiten Durchmesser umfasst, welcher im Wesentlichen einem durch das symmetrische Aufweitwerkzeug symmetrisch aufweitbaren Innendurchmesser (D1_i, D2_i) des Rohrs (2) entspricht.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Mantelfläche des schiefkegelstumpfförmigen Bereichs (6') des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs (6) zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser einen Wendepunkt oder eine Wendelinie aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der im Wesentlichen schiefkegelstumpfförmige Bereich (6') eine kreisförmige Deckfläche mit dem ersten Durchmesser umfasst sowie einen Umfang einer Grundfläche mit dem zweiten Durchmesser, wobei der Mittelpunkt (E) des Umfangs der Grundfläche relativ zu einer durch den Mittelpunkt der Deckfläche senkrecht verlaufenden Achse (x) exzentrisch verschoben ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der zweite Durchmesser zwischen 50% und 90% größer ist als der ursprüngliche Innendurchmesser (D_i) des Rohrs (2) und vorzugsweise zwischen 70% und 90% größer ist als der ursprüngliche Innendurchmesser (D_i) des Rohrs (2).
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die exzentrische Verschiebung (e) des Mittelpunktes (E) des Umfangs der Grundfläche zwischen 5% und 30% Prozent des ursprünglichen Innendurchmessers (D_i) des Rohrs (2) liegt und bevorzugt zwischen 15% und 30% des ursprünglichen Innendurchmessers (D_i) des Rohrs (2) liegt.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Durchmesser des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs (6) im Wesentlichen dem größten Durchmesser des symmetrischen Aufweitwerkzeugs (4, 5) entspricht.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das asymmetrische Aufweitwerkzeug (6), sich an den schiefkegelstumpfförmigen Bereich (6') anschließend, einen im Wesentlichen zylinderförmigen Bereich (6'') umfasst, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem zweiten Durchmesser des schiefkegelstumpfförmigen Bereichs (6') entspricht.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hauptspannbackenanordnung (1A, 1B) mindestens zwei Hauptspannbacken (1A, 1B) zum wenigstens bereichsweise konzentrischen Einspannen des ersten Rohrabschnitts umfasst.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenspannbackenanordnung (3A, 3B) mindestens zwei Zwischenspannbacken (3A, 3B) umfasst, welche im Wesentlichen einen zu dem schiefkegelstumpfförmigen Bereich (6') des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs (6) komplementär ausgeformten Hohlraum umfassen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das symmetrische Aufweitwerkzeug (4, 5) einen im Wesentlichen konischen Bereich (4', 5') zum Einführen in das Rohr (2) aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der konische Bereich (4', 5') einen Durchmesser umfasst, welcher höchstens dem Innendurchmesser (D_i) des ursprünglichen Rohrs (2) entspricht.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Mantelfläche des Konus (4', 5') zwischen dessen kleinstem Durchmesser und dessen größtem Durchmesser im Wesentlichen linear verläuft.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zwei symmetrische Aufweitwerkzeuge (4, 5) umfasst und das erste Aufweitwerkzeug (4) einen im Wesentlichen konischen Bereich (4') umfasst, dessen kleinster Querschnitt höchstens so groß ist wie der Innendurchmesser (D_i) des aufzuweitenden Rohrs (2) und das zweite Aufweitwerkzeug (5) einen im Wesentlichen konischen Bereich (5') umfasst, dessen kleinster Querschnitt höchstens so groß ist wie der Innendurchmesser des durch das erste symmetrische Aufweitwerkzeug aufgeweiteten Rohrs (2), jedoch größer ist als der größte Querschnitt des ersten symmetrischen Aufweitwerkzeugs (4).
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zum im Wesentlichen linearen Aufeinanderzubewegen und Aneinanderanpressen der Hauptspannbacken (1A, 1B) und/oder der Zwischenspannbacken (3A, 3B) zum Einspannen des Rohrs (2) ausgebildet ist.
Die Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 3 und 14, wobei die Bewegungsrichtung der Zwischenspannbacken (3A, 3B) im Wesentlichen parallel zur Richtung der exzentrischen Verschiebung (e) liegt.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Steuerungssystem, wobei die Vorrichtung sowie das Steuerungssystem ausgebildet sind zum: Einspannen des ersten Rohrabschnitts durch die Hauptspannbackenanordnung (1A, 1B); Aufweiten eines an den ersten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Rohrs (2) durch mindestens eines der symmetrischen Aufweitwerkzeuge (4, 5); Einspannen des symmetrisch aufgeweiteten Endabschnitts des Rohrs (2) durch die Zwischenspannbackenanordnung (3A, 3B); und zum asymmetrischen Aufweiten des eingespannten Endabschnitts durch Einführen des asymmetrischen Aufweitwerkzeugs (6) in den Endabschnitt des Rohrs (2).
Ein Aufweitwerkzeugsatz zum asymmetrischen Aufweiten eines Rohrs (2) definierten Durchmessers, umfassend: mindestens ein symmetrisches Aufweitwerkzeug (4, 5) zum symmetrischen Aufweiten eines Endabschnitts des Rohrs (2) auf einen größeren Durchmesser; und ein asymmetrisches Aufweitwerkzeug (6) zum asymmetrischen Aufweiten des Endabschnitts, wobei das asymmetrische Aufweitwerkzeug (6) einen in den Endabschnitt des Rohrs (2) einführbaren, im Wesentlichen schiefkegelstumpfförmigen Bereich (6') aufweist, welcher einen ersten Durchmesser umfasst, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser (D_i) des nichtaufgeweiteten Rohrs (2) entspricht und einen zweiten Durchmesser umfasst, welcher im Wesentlichen einem durch das symmetrische Aufweitwerkzeug symmetrisch aufweitbaren Innendurchmesser des Rohrs (D1_i, D2_i) entspricht.
Verfahren zum Umformen eines Rohrs (2), vorzugsweise mit der Vorrichtung oder dem Aufweitwerkzeugsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: a) Einspannen eines ersten Abschnitts des Rohrs (2); b) Symmetrisches Aufweiten eines an den ersten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Rohrs (2); c) Einspannen des symmetrisch aufgeweiteten Endabschnitts des Rohrs (2); d) asymmetrisches Aufweiten des eingespannten Endabschnitts durch Einführen eines asymmetrischen Aufweitwerkzeugs (6) in den Endabschnitt des Rohrs (2).