DE102016124995A1

DE102016124995A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Rohrkomponente für einen Gasgenerator und Gasgenerator-Rohrkomponente

Info

Publication number: DE102016124995A1
Application number: DE102016124995.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Lücke; Leonhard Rose; Dirk Tegethoff; Marcel Wellpott; Darius Wrobel
Original assignee: Benteler Steel Tube GmbH
Current assignee: Benteler Steel Tube GmbH
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: US11235372B2; DE102016124995B4; US20180169732A1

Abstract

Eine erfindungsgemäße Rohrkomponente 1 weist einen Rohrkörper 2 mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 3 auf. Das Einziehen des Endabschnitts 3 erfolgt mit einer Formvorrichtung 6, bei der ein Außenwerkzeug 7 und ein Innenwerkzeug 8 zusammenwirken. Das Außenwerkzeug 7 besitzt eine trichterförmig konfigurierte Formkontur 9. Das Innenwerkzeug 8 umfasst eine Dornstange 13 mit einem an der Dornstange 13 angeordneten Kalibrierkörper 14. Das Innenwerkzeug 8 wird im Endabschnitt 3 des Rohrkörpers 2 positioniert. Das Außenwerkzeug 7 wird relativ zum Endabschnitt 3 verlagert, wobei der Endabschnitt 3 durch die Formkontur 9 des Außenwerkzeugs 7 im Durchmesser reduziert wird, bis eine Innenumfangsfläche 19 des Halsabschnitts 5 des Endabschnitts 3 an einer Stützfläche 18 des Innenwerkzeugs 7 anliegt. Anschließend wird das Innenwerkzeug 8 aus dem Endabschnitt 3 entfernt. Hierbei ist das Außenwerkzeug 7 fixiert und wird in seiner Position auf dem Endabschnitt 3 gehalten. Beim Herausziehen des Innenwerkzeugs 8 wird die Innenumfangsfläche des Halsabschnitts 5 durch den Kalibrierkörper 14 kalibriert, während eine Außenfläche des Halsabschnitts 5 durch das Außenwerkzeug 7 abgestützt ist. Anschließend wird das Außenwerkzeug 7 vom Endabschnitt 3 des Rohrkörpers 2 entfernt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Rohrkomponente für einen Gasgenerator und eine Gasgenerator-Rohrkomponente.
Rohrkomponenten für Gasgeneratoren der in Rede stehenden Art kommen bei Rückhaltesystemen von Fahrzeugen, insbesondere Insassenrückhaltesystemen von Kraftfahrzeugen, zum Einsatz. Insbesondere handelt es sich im Rahmen der Erfindung um Rohrkomponenten für Gasgeneratoren von Airbagsystemen, Gurtstraffersystemen oder auch für Motorhaubenanhebevorrichtungen (Hood Lifter).
Eine Rohrkomponente für einen Gasgenerator ist beispielsweise in der EP 0 874 744 B1 beschrieben. Die Rohrkomponente bildet ein rohrförmiges Gehäuse des Gasgenerators. Beide Enden des Rohrkörpers sind im Durchmesser reduziert und flaschenförmig eingezogen. An einem Ende ist eine becherförmige Brennkammer mit einer pyrotechnischen Ladung eingesetzt. Das andere Ende bildet eine Ausströmöffnung, die in eine Filterkammer mündet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrkomponente mit zumindest einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt ist in der EP 2 056 977 B1 beschrieben. Dort wird zunächst ein Innenwerkzeug mit einem Expander in einen Endabschnitt des Rohrkörpers eingeführt. Anschließend wird der Endabschnitt mit Hilfe eines Außenwerkzeugs komprimiert und im Durchmesser reduziert. Nachdem das Außenwerkzeug entfernt ist und der Endabschnitt nicht mehr mit dem Außenwerkzeug in Kontakt steht, wird das Innenwerkzeug mit dem Expander aus dem Endabschnitt durch das komprimierte Ende herausgezogen. Durch den Expander werden die Innenflächen des eingezogenen Endes plastisch verformt. Auf diese Weise sollen Restspannungen in dem komprimierten Endabschnitt reduziert werden.
Auch bei dem in der EP 0 188 086 A2 beschriebenen Verfahren wird der Endabschnitt eines Rohrkörpers mit Hilfe eines Außenwerkzeugs im Durchmesser reduziert und anschließend der Innendurchmesser des eingezogenen Endes mit Hilfe eines Dorns bzw. Kalibrierkopfes kalibriert und auf Maß gebracht.
Die vorbeschriebenen Verfahren zur Herstellung von Rohrkomponenten mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt sind gängige Praxis. Gleichwohl besteht Bedarf, solche Rohrkomponenten fertigungstechnisch und qualitativ zu verbessern. Dies gilt insbesondere unter dem Aspekt, dass die Rohrkörper für Gasgeneratoren der hier in Rede stehenden Art sehr hohen Innendrücken bzw. Betriebsdrücken von ca. 600 bar oder höher standhalten müssen. Als Bauteil innerhalb von sicherheitsrelevanten Rückhaltesystemen unterliegen die Rohrkomponenten höchsten Anforderungen, insbesondere was die Belastbarkeit im Auslösefall eines Gasgenerators anbelangt, um ein unkontrolliertes Versagen zu verhindern.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrkomponente für einen Gasgenerator aufzuzeigen, welches die Herstellung von qualitativ insbesondere hinsichtlich der Dauerfestigkeit und der Materialermüdungsfestigkeit verbesserten Rohrkomponenten ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine qualitativ verbesserte Gasgenerator-Rohrkomponente zu schaffen.
Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe zeigt Anspruch 1 auf.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 7 charakterisiert.
Eine erfindungsgemäße Rohrkomponente für einen Gasgenerator ist Gegenstand von Anspruch 11.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Rohrkomponenten für Gasgeneratoren hergestellt. Diese Rohrkomponente weisen einen Rohrkörper aus einem hochfesten Stahlwerkstoff auf. Vorzugsweise sind die Rohrkörper aus einem warmgewalzten kaltgezogenen und vergüteten Rohrstrang abgelängt. Zumindest an einem Endabschnitt sind die Rohrkörper in ihrem Durchmesser reduziert und weisen einen sich verjüngenden Schulterabschnitt und einen Halsabschnitt auf. Die Umformung beim Einziehen des Endabschnitts, um diesen im Durchmesser zu reduzieren, umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Rohrkörpers;
- Positionieren des Rohrkörpers relativ zu einer Formvorrichtung, welche ein Außenwerkzeug und ein Innenwerkzeug umfasst;
- Verlagern des Innenwerkzeugs und des Außenwerkzeugs relativ zum Endabschnitt, wobei der Endabschnitt durch die Formkontur des Außenwerkzeugs unter Ausbildung des Schulterabschnitts im Durchmesser reduziert wird bis eine Innenumfangsfläche des Halsabschnitts an einer Stützfläche des Innenwerkzeugs anliegt;
- Halten des Außenwerkzeugs in seiner Position auf dem Endabschnitt und Entfernen des Innenwerkzeugs aus dem Endabschnitt, wobei die Innenumfangsfläche des Halsabschnitts durch eine an einem Kalibierkörper des Innenwerkzeugs ausgebildete Kalibrierfläche kalibriert wird, während eine Außenumfangsfläche des Halsabschnitts durch das Außenwerkzeug abgestützt wird und
- Entfernen des Außenwerkzeugs vom Endabschnitt des Rohrkörpers.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Rohrkomponenten mit eingezogenen Endabschnitten mit verbesserter Endgeometrie und optimierter Eigenspannungsverteilung im eingezogenen Endabschnitt. Eigenspannungen und Spannungsspitzen im eingezogenen Bereich werden reduziert. Die Rohrkomponenten besitzen einen homogenen Faserverlauf. Herstellungsbedingte Ungänzen an der Außen- und Innenumfangsfläche des Endabschnittes in Form und Größe werden vermieden und die Entstehung von Rissan- oder -fortsätzen vermindert. Nachteiligen Auswirkungen von Spannungsspitzen bzw. Spannungskonzentrationen und Rissen wird entgegengewirkt. Dies verhindert ein Bauteilversagen bei einem niedrigen Lastniveau in Folge der Überlagerung von Eigenspannungen mit der äußeren Last, insbesondere dem hohen Innendruck beim Auslösen des Gasgenerators. Weiterhin wird die Endgeometrie verbessert, da ein gleichmäßiger Verlauf von Wandstärke und Außendurchmesser im eingezogenen Endabschnitt sichergestellt werden kann. Insbesondere wird eine Rückfederung des umgeformten Werkstoffs nahe der Stirnseite des Rohrkörpers reduziert und damit ein Auftulpen vermieden. Dementsprechend können auch Nachbearbeitungsvorgänge vereinfacht und teilweise reduziert werden.
Im Endabschnitt des Rohrkörpers bzw. im ausgeformten Halsabschnitt des Rohrkörpers liegt ein neutraler Spannungszustand vor. Dies bezieht sich insbesondere auf die tangentialen Eigenspannungen im Halsabschnitt, und zwar sowohl am Außenumfang als auch am Innenumfang des Halsabschnitts. Insbesondere sind die tangentialen Eigenspannungen am Außenumfang des Halsabschnitts reduziert. Tangential bedeutet in Umfangsrichtung des Halsabschnitts. Hierdurch werden Auftulpungseffekte vermieden. Der Halsabschnitt weist eine hohe Geometriegenauigkeit auf mit weniger Exzentrizitäten. Auch kann eine gezieltere Wanddickeneinstellung im Endabschnitt bzw. Halsabschnitt des Rohrkörpers vorgenommen werden.
Für das Entfernen des Außenwerkzeugs vom Endabschnitt des Rohrkörpers sind nur geringe Kräfte notwendig gegenüber dem Entfernen eines Rohrkörpers mit hohen tangentialen Eigenspannungen in einem konventionell reduzierten Rohrende.
Da sowohl bei der Formgebung des Halsabschnitts als auch beim Entformen der Rohrkomponente aus der Formvorrichtung gegenüber der bisherigen Vorgehensweise geringerer Reibung bzw. verbesserte Reibungsverhältnisse vorliegen, ist eine verbesserte Oberflächenqualität am Halsabschnitt der Rohrkomponente zu erwarten.
Beim Umformvorgang zur Reduzierung des Durchmessers im Endabschnitt ist der Rohrkörper zweckmäßigerweise axial in eine Haltevorrichtung fixiert. Das Einziehen des Endabschnitts, um diesen im Querschnitt zu verjüngen, wird durch das Außenwerkzeug bewirkt. Das Innenwerkzeug ist abgestuft und weist zumindest zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf. An dem ersten Abschnitt des Innenwerkzeugs ist die Stützfläche ausgebildet. Diese stützt die Innenumfangsfläche des Halsabschnitts während des Einformprozesses ab. Ein zweiter Abschnitt des Innenwerkzeugs ist als Kalibrierkopf mit einer Kalibrierfläche ausgebildet. Mittels des Kalibrierkopfs wird der eingezogene Endabschnitt, insbesondere die Innenumfangsfläche des Halsabschnitts beim Herausziehen des Innenwerkzeugs aus dem Endabschnitt kalibriert und auf Maß gebracht. Dies erfolgt bei montiertem in seiner Position fixierten Außenwerkzeug.
Ein Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Verlagern von Innenwerkzeug und Außenwerkzeug relativ zum Endabschnitt zeitlich versetzt durchgeführt wird. Hierbei wird zunächst das Innenwerkzeug mit dem Kalibrierkörper in den Endabschnitt eingeführt und dort positioniert. Anschließend wird das Außenwerkzeug relativ zum Endabschnitt verlagert. Insbesondere wird das Außenwerkzeug hierbei über den Endabschnitt geschoben. Bei dieser Verlagerung wird der Endabschnitt im Durchmesser reduziert und eingezogen.
Weiterhin ist es möglich, dass das Verlagern des Innenwerkzeugs und des Außenwerkzeugs relativ zum Endabschnitt zeitlich parallel durchgeführt wird. Hierbei werden das Innenwerkzeug und das Außenwerkzeug gleichzeitig bewegt. Das Innenwerkzeug wird in den Endabschnitt eingeführt. Während dieser Einführbewegung des Innenwerkzeugs wird auch das Außenwerkzeug verlagert und formt hierbei den Endabschnitt ein.
Bei der Ausformung des Halsabschnittes gelangt die Innenumfangsfläche des Halsabschnitts zunehmend mit der Stützfläche des Innenwerkzeugs in Kontakt und gleitet an dieser entlang. Der Halsabschnitt wird bei der relativen Axialverlagerung zwischen der Stützfläche des Innenwerkzeugs und dem Außenwerkzeug und der hier vorgesehenen Stützzone aufgenommen. Hierbei erfolgt eine plastische Verformung des Halsabschnittes mit einer Zunahme der Wanddicke und einer Längenzunahme. Eine Wanddickeneinstellung des Halsabschnittes erfolgt in dem Formspalt, der durch den Ringraum zwischen der Stützfläche des Innenwerkzeugs und der Stützzone des Außenwerkzeugs vorgegeben ist. Durch die Plastifizierung des Werkstoffs des Rohrkörpers im Halsabschnitt wird ein besonders günstiger Verlauf der tangentialen Eigenspannung im Halsabschnitt erreicht, der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Kalibrierungsvorgang der Innenumfangsfläche des Halsabschnitts mit einer plastischen Verformung des Werkstoffs am Innenumfang zu einem qualitativ, insbesondere hinsichtlich der Dauerfestigkeit und der Materialermüdungsfestigkeit verbesserten Rohrkomponente führt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass beim Einformen des Endabschnitts die Wanddicke des Halsabschnitts gegenüber der Wanddicke des Rohrkörpers um 10 % bis 30 %, insbesondere um 15 % bis 25 % vergrößert wird. Diese Vergrößerung der Wanddicke im Halsabschnitt bewirkt eine Erhöhung der Dauerfestigkeit der Rohrkomponente und stellt eine zweckgerechte Werkstoffausnutzung sicher.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst wie bereits erläutert ein Außenwerkzeug und ein Innenwerkzeug.
Das Außenwerkzeug weist eine trichterförmig konfigurierte Formkontur auf mit einer Einführzone, einer Reduzierzone und einer Stützzone.
Die Stützzone ist vorzugsweise zylindrisch gestaltet. Die Stützzone kann auch leicht konisch gestaltet sein mit einer Neigung von wenigen Grad.
Beim Aufschieben des Außenwerkzeugs auf den noch unverformten Endabschnitt eines Rohrkörpers nimmt die Einführzone das Rohrende auf. Die Reduzierzone ist geometrisch sich in Richtung zur Stützzone verjüngend konfiguriert. Dies kann konusartig oder konisch und/oder mit einer gekrümmten Kontur erfolgen.
Das Innenwerkzeug umfasst einen Dorn mit einer an dem Dorn angeordneten bzw. ausgebildeten Kalibrierkörper. Am Kalibrierkörper ist eine Kalibrierfläche ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist die Kalibrierfläche durch die Mantelfläche eines Zylinderabschnitts des Kalibrierkörpers gebildet.
Weiterhin bildet ein Abschnitt des Dorns eine Stützfläche. An der Stützfläche stützt sich beim Einziehvorgang des Endabschnitts das Rohrende unter Ausbildung des Halsabschnittes ab. Gleichzeitig ist der Halsabschnitt beim Einziehvorgang an seinem Außenumfang durch die Stützzone des Außenwerkzeugs in radialer Richtung gefesselt und abgestützt.
Eine praktische Ausgestaltung sieht vor, dass der Dorn mit einer Dornstange zusammenwirkt. Der Dorn ist unmittelbarer Bestandteil der Dornstange oder mit dieser gekoppelt. Der Kalibrierkörper besitzt einen gegenüber dem Durchmesser der Dornstange größeren Durchmesser. Die Stützfläche und der Abschnitt des Dorns, der die Stützfläche bildet, ist Bestandteil der Dornstange.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist der Kalibrierkörper am freien Ende der Dornstange angeordnet.
Weiterhin vorteilhaft geht der Kalibrierkörper über einen konisch ausgebildeten Übergangsabschnitt in die Dornstange über.
Eine erfindungsgemäße Rohrkomponente für einen Gasgenerator weist einen Rohrkörper mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt auf. Der Endabschnitt besitzt einen sich verjüngenden Schulterabschnitt und einen Halsabschnitt. Vorzugsweise ist der Halsabschnitt zylindrisch gestaltet. Der Halsabschnitt weist an einer Oberfläche eine Eigenspannung auf, welche maximal 5% von der mittleren Zugfestigkeit des Werkstoffs des Rohrkörpers abweicht und die Abweichung maximal 50 MPa beträgt.
Durch die erfindungsgemäße Herstellung werden innere Spannungen in der Rohrkomponente und insbesondere im Halsabschnitt kompensiert. Die Ausformung des Halses erfolgt in einer Art und Weise, dass keine bzw. nur unwesentliche nachteilige tangentiale Eigenspannungen auftreten.
Eigenspannungen sind mechanische Spannungen, die in einem Körper herrschen, an dem keine äußeren Kräfte angreifen und der sich im thermischen Gleichgewicht befindet. Sie können durch plastische Verformungen innerhalb des Körpers verursacht werden. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise und insbesondere die Abstützung bei der Ausführung des Halses und dem Kalibriervorgang beim Herausziehen des Dorns führt zu einer Kompensation bzw. deutlichen Verringerung der Eigenspannungen.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise führt zu einer Reduzierung des Fehlerwachstums im umgeformten bzw. eingezogenen Halsabschnitt. Die Eigenspannungen im Halsabschnitt sind neutral. Dies ist nachweisbar und auch messbar. Im Halsabschnitt entsteht keine bzw. wenn überhaupt, eine weniger ausgeprägte Auftulpung. Ein Axial-Einschlitzversuch zeigt die neutralisierten Eigenspannungen, da der Halsabschnitt beim bzw. nach dem Aufschlitzen nahezu kaum noch aufweitet oder aufspringt. Als Methode für die Bestimmung der Eigenspannung im Halsabschnitt der Rohrkomponente ist die sogenannte Ringzerlegemethode nach ASTM E1928-07 geeignet.
Grundsätzlich werden Eigenspannungen mittels zerstörungsfreien oder zerstörenden Verfahren ermittelt. Bei den zerstörenden Methoden (Sägeschnittverfahren, Bohrlochmethode, Ringkernmethode) wird eigenspannungsbehaftetes Material mechanisch oder mittels Elektroerosion abgetragen. Die dabei freigesetzten Eigenspannungen führen zu einer Deformation des umliegenden Materials. Die auftretenden Deformationen sind mit konventionellen Methoden, beispielsweise über Dehnungsmessstreifen messbar.
Bei den zerstörungsfreien Methoden (z. B. Röntgenografische Systeme) wird die Verzerrung des Metallgitters infolge der herrschenden Spannungen ermittelt.
Bei der Herstellung der Rohrkomponente können darüber hinaus eine Auszugs- und Drückkraft-Überwachung am Außenwerkzeug relativ zum Rohr durchgeführt werden. Praktische Versuche haben gezeigt, dass die ermittelten Kraftwerte deutlich unter bisher üblichen Werten liegen. Hierbei ist festzustellen, dass sich der Halsabschnitt eines erfindungsgemäßen Rohrkörpers beim Entfernen des Außenwerkzeugs nicht oder nur geringfügig aufweitet.
Im Rahmen der Erfindung wird es für die Praxis als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Rohrkörper der Gasgenerator-Rohrkomponente aus einem Stahlwerkstoff besteht und dieser Stahlwerkstoff eine Zugfestigkeit von 750 MPa bis 1.200 MPa, insbesondere von 800 MPa bis 1.050 MPa besitzt.
Beim Einziehen des Endabschnitts zur Reduzierung des Durchmessers wird die Wand des Rohrkörpers gegen die Stützfläche des Innenwerkzeugs gedrückt. Tangentiale Zugspannungen infolge fehlender Abstützung des sich hierbei ausbildenden Halsabschnitts beim Einziehen werden so reduziert. Hierdurch können ein Riss- und/oder Fehlerwachstum und auch möglicherweise aus den Ziehvorgängen bei der Herstellung der Rohrkörper vorhandenen Fehler eliminiert, zumindest jedoch deutlich reduziert werden.
Die Erfindung ermöglichst insbesondere die Herstellung von Rohrkomponenten für Gasgeneratoren mit hoher Maßhaltigkeit sowie hohem Belastungsvermögen und Festigkeit. Auch können enge Toleranzbereiche im Bereich des eingezogenen Endabschnitts eingehalten werden.
Beim Kalibrieren durch den Kalibrierkopf beim Entfernen des Innenwerkzeugs aus dem Endabschnitt wird das Außenwerkzeug festgehalten. Durch das feste Außenwerkzeug wird die Lage des Rohrkörpers beim Formvorgang fixiert und eine aufwändige und möglicherweise für die Rohroberfläche nachteilige Einspannung des Rohrkörpers vermieden.
In der Stützzone weist das Außenwerkzeug einen durchgehend einheitlich zylindrischen Innenumfang auf. Im Zusammenwirken mit der Abstützung des Halsabschnitts innen an der Stützfläche des Innenwerkzeugs können Eigenspannungen im Halsabschnitt und auch am Übergang vom Schulterabschnitt zum Halsabschnitt deutlich reduziert werden. Dies ist gerade für die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung als Gasgenerator-Rohrkomponente vorteilhaft.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 technisch vereinfacht im Schema die Herstellung einer erfindungsgemäßen Rohrkomponente für einen Gasgenerator mit der Darstellung von sieben Verfahrensschritten und
2 ebenfalls technisch vereinfacht im Schema eine alternative Vorgehensweise bei der Herstellung eines Rohrkörpers für einen Gasgenerator.

Einander entsprechende Bauteile und Bauteilkomponenten sind in den 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt die Herstellung einer Rohrkomponente 1 für einen Gasgenerator mit der Darstellung von sieben Verfahrensschritten.
Die Rohrkomponente 1 weist einen Rohrkörper 2 mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 3 auf (siehe hierzu die Darstellung von Schritt 7)). Der Endabschnitt 3 besitzt einen sich verjüngenden Schulterabschnitt 4 und einen Halsabschnitt 5. Von dem Rohrkörper 2 und der Rohrkomponente 1 ist jeweils nur ein Ausschnitt dargestellt.
Der Rohrkörper 2 hat einen Außendurchmesser D1. Der Halsabschnitt 5 des eingezogenen Endabschnitts 3 hat einen Außendurchmesser D2.
Das Einziehen des Endabschnitts 3 des Rohrkörpers 2, um diesen im Durchmesser zu reduzieren, erfolgt in einer Formvorrichtung 6, welche ein Außenwerkzeug 7 und ein Innenwerkzeug 8 umfasst. Auch von dem Außenwerkzeug 7 und dem Innenwerkzeug 8 ist nur ein Ausschnitt dargestellt. Es versteht sich, dass das Außenwerkzeug 7 rotationssymmetrisch um die Mittellängsachse ML ausgeführt ist. Dies gilt ebenfalls für die Rohrkomponente 1.
Das Außenwerkzeug 7 besitzt eine trichterförmig konfigurierte Formkontur 9. Die Formkontur 9 umfasst eine Einführzone 10, eine Reduzierzone 11 und eine sich an die Reduzierzone 11 anschließende zylindrisch gestaltete Stützzone 12. Von der Einführzone 10 verjüngt sich die Formkontur 9 über die Reduzierzone 11 in Richtung zur Stützzone 12. Die Reduzierzone 11 hat hierbei einen gekrümmten Wandverlauf.
Das Innenwerkzeug 8 umfasst eine Dornstange 13 mit einem am freien Ende der Dornstange 13 angeordneten Dorn D, der einen Kalibrierkörper 14 bildet. Der Kalibrierkörper 14 ist zylindrisch gestaltet und sitzt an seiner Mantelfläche eine Kalibrierfläche 15. Der Durchmesser D_K des Kalibrierkörpers 14 ist größer als der Durchmesser D_S der Dornstange 13. Der Kalibrierkörper 14 geht über einen konisch ausgebildeten Übergangsabschnitt 16 in die Dornstange 13 über. Ein Abschnitt 17 des Dorns D bzw. der Dornstange 13 bildet eine Stützfläche 18. Die Stützfläche 18 ist Teil der Außenumfangsfläche der Dornstange 13.
Als Ausgangsprodukt für die Herstellung der Rohrkomponente 1 wird ein Rohrkörper 2 bereitgestellt. Der Rohrkörper 2 ist von einem warmgewalzten kaltgezogenen und vergüteten Rohrstrang als Rohrstück auf die notwendige Länge abgetrennt.
Der Rohrkörper 2 wird relativ zur Formvorrichtung 6 positioniert (Schritt 1)) und axial durch eine hier nicht dargestellte Haltevorrichtung gehalten.
Im Anschluss daran wird das Innenwerkzeug 8 relativ zum Endabschnitt 3 des Rohrkörpers 2 verlagert und in den Endabschnitt 3 eingeführt (Schritt 2)). Das Einführen des Innenwerkzeugs 8 in den Endabschnitt 3 ist durch den Pfeil P1 verdeutlicht. Der Kalibrierkörper 14 des Innenwerkzeugs 8 wird im Rohrkörper 2 positioniert und das Innenwerkzeug 8 in dieser Position festgehalten.
Anschließend wird das Außenwerkzeug 7 relativ zum Endabschnitt 3 in Richtung von Pfeil P2 verlagert und hierbei auf den Endabschnitt 3 geschoben (Schritt 3)).
Bei der Verlagerung des Außenwerkzeugs 7 relativ zum Endabschnitt 3 wird dieser durch die Formkontur 9 des Außenwerkzeugs 7 unter Ausbildung des Schulterabschnitts 4 im Durchmesser reduziert. Mit fortschreitender Durchmesserreduzierung gelangt eine Innenumfangsfläche 19 des Halsabschnitts 5 an der Stützfläche 18 des Innenwerkzeugs 8 zur Anlage. Gleichzeitig schiebt sich die Stützzone 12 an der Außenumfangsfläche 20 des Halsabschnitts 5 über diesen (Schritt 4)). Während des Einziehvorgangs ist der Halsabschnitt 5 innen durch die Stützfläche 18 an der Dornstange 13 des Innenwerkzeugs 8 und außen durch die Stützzone 12 abgestützt.
Nachdem der Einziehvorgang abgeschlossen ist, wird das Innenwerkzeug 8 aus dem Endabschnitt 3 des Rohrkörpers 2 herausgezogen. Dieser Vorgang ist sowohl in Schritt 4) als auch in Schritt 5) durch den nach links gerichteten Pfeil P3 verdeutlicht.
Beim Entfernen des Innenwerkzeugs 8 wird das Außenwerkzeug 7 in seiner Position auf dem Endabschnitt 3 festgehalten. Die Innenumfangsfläche 19 des Halsabschnitts 5 wird durch die am Kalibrierkörper 14 des Innenwerkzeugs 8 ausgebildete Kalibrierfläche 15 kalibriert. Gleichzeitig wird die Außenumfangsfläche 20 des Halsabschnitts 5 durch das Außenwerkzeug 7 in der Stützzone 12 abgestützt. Beim Kalibrieren wird die Innenumfangsfläche 19 des Halsabschnitts 5 plastisch gering verformt und auf genaues Innenmaß gebracht. Durch die äußere Abstützung in der Stützzone 12 des Außenwerkzeugs 7 wird auch die Außenumfangsfläche 20 des Halsabschnitts 5 auf Maß gebracht.
Nachdem das Innenwerkzeug 8 aus dem Endabschnitt 3 entfernt und der Kalibriervorgang abgeschlossen ist, wird das Außenwerkzeug 7 vom Endabschnitt 3 des Rohrkörpers 2 entfernt, wie dies durch den Pfeil P4 verdeutlicht ist (Schritt 6)).
Die Darstellung von Schritt 7) zeigt den fertig ausgeformten Endabschnitt 3 bei entfernter Formvorrichtung 6.
Eine alternative Vorgehensweise bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Rohrkomponente 1, dessen Rohrkörper 2 einen im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 3 aufweist, ist in der 2 dargestellt. Die Schritte 1) sowie 4) bis 7) entsprechen der zuvor erläuterten Vorgehensweise, so dass auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet wird.
Der Unterschied zur anhand der 1 beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass die Verlagerung von Innenwerkzeug 8 und Außenwerkzeug 7 relativ zum Endabschnitt 3 in den Schritten 2) und 3) zeitparallel erfolgt. Das Außenwerkzeug 7 und das Innenwerkzeug 8 werden zeitlich parallel entsprechend der Pfeile P1 und P2 in Richtung zum Endabschnitt 3 bewegt. Hierbei wird das Innenwerkzeug 8 in das Innere des Endabschnitts 3 eingeführt (Pfeil P1) und dort positioniert. Gleichzeitig wird auch das Außenwerkzeug 7 gemäß dem Pfeil P2 verlagert und auf den Endabschnitt 3 aufgeschoben. Bei dieser Bewegung wird der Endabschnitt 3 durch die Formkontur 9 des Außenwerkzeugs 7 im Durchmesser reduziert, bis das Außenwerkzeug 7 seine Endposition auf dem Endabschnitt 3 erreicht und die Innenumfangsfläche 19 des Halsabschnitts 5 an der Stützfläche 18 des Innenwerkzeugs 8 anliegt. Der Halsabschnitt 5 ist innen durch die Stützfläche 18 an der Dornstange 13 des Innenwerkzeugs 8 und außen durch die Stützzone 12 des Außenwerkzeugs 7 abgestützt.
Es versteht sich, dass das Innenwerkzeug 8 dem Außenwerkzeug 7 voreilend in den Endabschnitt 3 bewegt wird, derart, dass dabei der Kalibrierkörper 14 des Innenwerkzeugs 8 nicht mit der Innenumfangsfläche des Rohrendes 3 kollidiert.
Sowohl die Dornstange 13 und die Stützfläche 18 als auch die Stützzone 12 sind zylindrisch ausgeführt. Der Halsabschnitt 5 wird in den Spalt zwischen Außendurchmesser der Stützfläche 18 und dem Innendurchmesser der Stützzone 12 ausgeformt und bei der Ausformung und Kalibrierung gestützt.
Bezugszeichenliste

1 -: Rohrkomponente
2 -: Rohrkörper
3 -: Endabschnitt
4 -: Schulterabschnitt
5 -: Halsabschnitt
6 -: Formvorrichtung
7 -: Außenwerkzeug
8 -: Innenwerkzeug
9 -: Formkontur
10 -: Einführzone
11 -: Reduzierzone
12 -: Stützzone
13 -: Dornstange
14 -: Kalibrierkörper
15 -: Kalibrierfläche
16 -: Übergangsabschnitt
17 -: Abschnitt von 13
18 -: Stützfläche
19 -: Innenumfangsfläche
20 -: Außenumfangsfläche
D -: Dorn
D1 -: Außendurchmesser zu 2
D2 -: Außendurchmesser zu 5
D_K-: Durchmesser von 14
D_S -: Durchmesser von 13
D_H -: Wanddicke von 5
D_R -: Wanddicke von 2
P1 -: Pfeil 1
P2 -: Pfeil 2
P3 -: Pfeil 3
P4 -: Pfeil 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0874744 B1 [0003]
EP 2056977 B1 [0004]
EP 0188086 A2 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Rohrkomponente (1) für einen Gasgenerator, welche einen Rohrkörper (2) mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt (3) aufweist, wobei der Endabschnitt (3) einen sich verjüngenden Schulterabschnitt (4) und einen Halsabschnitt (5) besitzt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Bereitstellen eines Rohrkörpers (2); - Positionieren des Rohrkörpers (2) relativ zu einer Formvorrichtung (6), welche ein Außenwerkzeug (7) und ein Innenwerkzeug (8) umfasst; - Verlagern des Innenwerkzeugs (8) und des Außenwerkzeugs (7) relativ zum Endabschnitt (3), wobei der Endabschnitt (3) durch die Formkontur (9) des Außenwerkzeugs (7) unter Ausbildung des Schulterabschnitts (4) im Durchmesser reduziert wird bis eine Innenumfangsfläche (19) des Halsabschnitts (5) an einer Stützfläche (18) des Innenwerkzeugs (8) anliegt; - Halten des Außenwerkzeugs (7) in seiner Position auf dem Endabschnitt (3) und Entfernen des Innenwerkzeugs (7) aus dem Endabschnitt (3), wobei die Innenumfangsfläche (19) des Halsabschnitts (5) durch eine an einem Kalibrierkörper (14) des Innenwerkzeugs (7) ausgebildete Kalibrierfläche (15) kalibriert wird, während eine Außenumfangsfläche (20) des Halsabschnitts (5) durch das Außenwerkzeug (7) abgestützt wird und - Entfernen des Außenwerkzeugs (7) vom Endabschnitt (3) des Rohrkörpers (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlagern des Innenwerkzeugs (8) und des Außenwerkzeugs (7) relativ zum Endabschnitt (3) zeitlich versetzt durchgeführt wird, wobei zunächst das Innenwerkzeug (8) bzw. der Kalibrierkörper (14) des Innenwerkzeugs (8) in den Endabschnitt (3) eingeführt sowie positioniert wird und anschließend das Außenwerkzeug (7) relativ zum Endabschnitt (3) verlagert wird, wozu insbesondere das Außenwerkzeug (7) auf den Endabschnitt (3) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlagern des Innenwerkzeugs (8) und des Außenwerkzeugs (7) relativ zum Endabschnitt (3) zeitlich parallel durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurchgekennzeichnet, dass der Endabschnitt (3) bei der Ausbildung des Halsabschnitts (5) an der Stützfläche (18) des Innenwerkzeugs (8) entlang gleitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Rohrkörpers (2) an der Innenumfangsfläche (19) des Halsabschnitts (5) beim Kalibrieren plastisch verformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Formen des Endabschnitts (3) die Wanddicke (D_H) im Halsabschnitt (5) gegenüber der Wanddicke (D_R) des Rohrkörpers (2) um 5 % bis 25 %, insbesondere um 8 % bis 15 %, vergrößert wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung ein Außenwerkzeug (7) und ein Innenwerkzeug (8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenwerkzeug (7) eine trichterförmig konfigurierte Formkontur (9) aufweist mit einer Einführzone (10), einer Reduzierzone (11) und einer Stützzone (12), wobei sich die Formkontur (9) von der Einführzone (10) über die Reduzierzone (11) zur Stützzone (12) verjüngt und das Innenwerkzeug (8) einen Dorn (D) mit einem Kalibrierkörper (14) umfasst, wobei an dem Kalibrierkörper (14) eine Kalibrierfläche (15) ausgebildet ist und ein Abschnitt (17) des Dorns (D) eine Stützfläche (18) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (D) an einer Dornstange (13) angeordnet ist und der Kalibrierkörper (14) einen gegenüber dem Durchmesser (Ds) der Dornstange (13) größeren Durchmesser (D_K) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierkörper (14) über einen Übergangsabschnitt (16) in die Dornstange (13) übergeht.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierkörper (14) am freien Ende der Dornstange (13) angeordnet ist.
Rohrkomponente für einen Gasgenerator, welche einen Rohrkörper (2) mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt (3) aufweist, wobei der Endabschnitt (3) einen sich verjüngenden Schulterabschnitt (4) und einen Halsabschnitt (5) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsabschnitt (5) an einer Oberfläche eine Eigenspannung aufweist, welche maximal 5% von der mittleren Zugfestigkeit des Werkstoffs des Rohrkörpers (2) abweicht und die Abweichung maximal 50 MPa beträgt.