DE1602513C3 - Vorrichtung zum Aufweiten eines plastisch verformbaren röhrenförmigen Gegenstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufweiten eines plastisch verformbaren röhrenförmigen Gegenstandes zur Erzielung eines bestimmten Außenprofils, bestehend aus einer im Inneren des Gegenstandes anbringbaren und an eine Quelle hohen Druckes anschließbaren elastisch verformbaren hohlen Patrize, welche gegen eine Ausdehnung in axialer Richtung gesichert ist.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der USA.-Patentschrift 32 80 608 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine äußere Form vorgesehen, deren Innenprofil das Negativ des gewünschten Außenprofils des Enderzeugnisses darstellt, und an welcher das Rohr im Laufe des Verformungsvorgangs zur Anlage gelangt. Das Erfordernis einer derartigen äußeren Form ist aber in zweierlei Hinsicht von Nachteil. Einerseits ist die Herstellung eines Innenprofils verhältnismäßig kompliziert und kostspielig, und andererseits muß die äußere Form zweiteilig ausgebildet sein, wenn das Rohr mit Sicken versehen werden soll, da sich das aufgeweitete Rohr sonst nicht aus der Form entnehmen ließe. Außerdem nimmt eine solche äußere Form auch verhältnismäßig viel Platz in Anspruch, und das-Zusammenfügen bzw. Zerlegen der geteilten Form ist mit einem gewissen Zeitaufwand verbunden.

Aus der französischen Patentschrift 12 97 416 ist zwar bereits eine ähnliche Vorrichtung bekannt, welche ohne äußere Form auskommt, diese bekannte Vorrichtung eignet sich aber nur zu einem einfachen kugelförmigen Ausbauchen eines Rohres, d. h., es ist nicht möglich, dem Rohr ein bestimmtes Außenprofil, beispielsweise eine wellenförmige Kontur zu erteilen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Aufweiten eines plastisch verformbaren rohrförmigen Gegenstandes zur Erzielung eines bestimmten Außenprofils zu schaffen, welche billig in der Herstellung und unkompliziert im Gebrauch ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Patrize mit einem druckbeständigen Außenprofil versehen ist, welches dem gewünschten Profil des herzustellenden Gegenstandes entspricht.

Infolge der Verwendung einer Patrize mit einem druckbeständigen Außenprofil kann auf die Anordnung einer äußeren Form verzichtet werden, da sich der rohrförmige Gegenstand beim Aufweiten diesem Profil zwangläufig anpaßt und die gewünschte Kontur annimmt. Die Herstellung eines derartigen Außenprofils ist darüber hinaus auch billiger und einfacher als die Herstellung eines Innenprofils bei einer äußeren Form, und die Patrize kann auch einteilig ausgeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einiger in ίο den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. la und Ib eine Endansicht bzw. einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,
Fig.2a, 2b und 2c eine Endansicht, einen Axialschnitt bzw. eine Seitenansicht einer Patrize, die in der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung verwendet wird,

F i g. 3a und 3b eine Endansicht bzw. einen Axialschnitt einer inneren Patrize, die in der Vorrichtung gemaß F i g. 1 verwendet wird.

Fig.4a und 4b eine Endansicht bzw. einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,
F i g. 5a und 5b eine Endansicht bzw. einen Axialschnitt einer in der Vorrichtung gemäß F i g. 4 verwendeten Patrize,

F i g. 6 einen Axialschnitt einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig.7a und 7b eine Endansicht bzw. einen Axialschnitt der in der Ausführungsform gemäß F i g. 6 verwendeten Patrize.

In F i g. 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausbeulvorrichtung dargestellt, bei der eine Ausbeulpatrize 1 und eine innere Patrize 2 verwendet werden, wie in F i g. 2 und 3 veranschaulicht. Die Ausbeulpatrize 1 ist ein dickes Rohr aus einem harten elastischen Material, beispielsweise Gummi, das ein Außenprofil la aufweist, das dem konvexen und konkaven Profil eines herzustellenden Gegenstandes entspricht, und eine zentrale Bohrung aufweist, wie in F i g. 2 dargestellt. Die innere Patrize 2, die in die Ausbeulpatrize 1 eingesetzt wird, um das Lecken von Flüssigkeit zu verhindern und um die radiale Ausdehnungskraft auf Grund des hydraulischen Drucks auf die Ausbeulpatrize zu übertragen, besteht aus einem weichen elastischen Material, beispielsweise aus Gummi und hat die Form eines Schlauchs mit nach innen umgebogenen Enden (F i g.3). Ein Patrizenhalter 3 weist in der Mitte ein Loch 3a zum Einführen von Flüssigkeit in das Innere der inneren Patrize 2 auf, um auf diese Weise den hydraulischen Druck auf deren Innenseite zu übertragen. Die nach innen umgebogenen Teile 2a der inneren Patrize 2 liegen jeweils auf einen geringeren Durchmesser aufweisenden Teilen 36 des Schafts des Patrizenhalters 3, und die gegenüberliegenden Abschlußwände 2b der inneren Patrize .werden zwischen einem Flanschteil des Patrizenhalters und einer Abschlußplat-•te 4, die von einer auf das mit Gewinde versehene Ende des Patrizenhalters aufgeschraubten Mutter gehalten wird, festgehalten, wodurch verhindert wird, daß sich die innere Patrize in axialer Richtung ausdehnt und reißt, wenn der hydraulische Druck aufgebracht wird. Auf diese Weise wird die innere Patrize 2 unter dem aufgebrachten hydraulischen Druck nur in radialer Richtung ausgedehnt und dehnt durch die von innen ausgeübte Kraft die Ausbeulpatrize 1 radial nach außen aus. Die Ausbeulpatrize 1, die durch die innere Patrize

2 durch inneren Druck beaufschlagt wird, und die sich in radialer Richtung ausdehnt, weitet ihrerseits ein dünnes rohrförmiges Material 6 mittels des konkaven und konvexen Teils la auf und gibt dem Material ein entsprechend ausgebeultes konvexes und konkaves Profil. Nach Beendigung des Ausbeulens bzw. Aufweitens wird der hydraulische Druck entfernt, wodurch sich die Ausbeulpatrize 1 und die innere Patrize 2 zu ihrer ursprünglichen Form zusammenziehen. Daraufhin wird die Mutter 5 gelöst, und die Abschlußplatte 4 wird vom Patrizenhalter 3 entfernt, wodurch das aufgeweitete Produkt leicht herausgenommen werden kann.

Bei einem Versuch wurde ein nahtgeschweißtes Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 46 mm und einer Dicke von 0,15 mm auf einfache Wei- ι ^ se zu einem Produkt geformt, bei dem der Außendurchmesser des konvexen Teils 51 mm und der Außendurchmesser des konkaven Teils 49,2 mm betrug. Die bei diesem Versuch verwendete Ausbeulvorrichtung entspricht der in F i g. 1 dargestellten und weist folgende Kennzeichen auf: Die Ausbeulpatrize 1 ist aus einem harten Polyurethangummi hergestellt und weist ein zentrales Loch von 36 mm Durchmesser und eine Außenfläche mit konvexen Teilen von 44 mm Außendurchmesser und konkaven Teilen von 41 mm Außendurchmesser auf. Die innere Patrize 2 besteht aus einem stark nitrilhaltigen Gummi und hat einen zylindrischen Körper mit einem Außendurchmesser von 35,5 mm und einer Dicke von 2 mm, die an den entgegengesetzten Abschlußwänden 3 mm beträgt. An den jeweils nach innen umgebogenen Teilen la mit einer axialen Länge von 12 mm weist der Körper einen Innendurchmesser von 233 mm auf. Der Patrizenhalter 3 besteht aus Stahl und hat einen Schaftteil von 28 mm Durchmesser, der mit abgestuften, im Durchmesser reduzierten Teilen Zb mit einem Durchmesser von 24 mm versehen ist, um die nach innen umgebogenen Teile 2a der inneren Patrize aufzunehmen. Der Schaft ist mit einer Ölzuleitungsbohrung 3a mit einem Durchmesser von 6 mm entlang seiner Achse und einer Querbohrung 3c mit einem Durchmesser von 6 mm versehen, die die zentrale Bohrung 3a kreuzt Die Abschlußplatte 4 besteht aus Stahl.

Bei dem Versuch wurden die Ausbeulpatrize 1 und die innere Patrize 2 auf dem Patrizenhalter 3 zusammengebaut, das Rohr 6 aus nahtgeschweißtem rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 46 mm und einer Dicke von 0,15 mm wurde auf die Ausbeulpatrize 1 aufgebracht, und daraufhin wurde die Abschlußplatte 4 auf dem Ende des Schafts befestigt und durch die Mutter 5 festgeklemmt, wie in F i g. 1 dargestellt. Nachdem die Ausbeulvorrichtung so zusammengebaut war, wurde ein Öldruck von 40 kg/cm² über die Ölzuleitungsbohrung 3a des Halters etwa eine Sekunde lang aufgebracht Durch Aufbringen dieses Innendrucks wurden die innere Patrize 2 und dementsprechend die Ausbeulpatrize 1 elastisch radial nach außen ausgedehnt, wodurch das auf der Ausbeulpatrize 1 befindliche Rohr 6 von innen radial nach außen entsprechend dem konvexen und konkaven Profil der Außenfläche der Ausbeulpatrize ausgebeult bzw. aufgeweitet wird. Das geformte Produkt wies eine Form auf, bei der der Außendurchmesser der konvexen Teile 51 mm und der Außendurchmesser der konkaven Teile 49,2 mm betrug.

Bei diesem Ausbeulverfahren betrug der auf die innere Patrize 2 ausgeübte Außen- und Innendruck jeweils etwa 40 kg/cm² und der auf die Ausbeulpatrize 1 ausgeübte Innendruck betrug etwa 40 kg/cm² und der Außendruck 27 kg/cm-. Da diese Drücke geringer waren als die Elastizitätsgrenze des Gummis, trat kein Zerreißen in den beiden Gummipatrizen auf. Auf Grund des Außendrucks von 27 kg/cm² verringerte sich die Höhe des konvexen Teils der Ausbeulpatrize elastisch nur um etwa 10%. Dadurch, daß die Ausbeulpatrize ein Profil aufwies, das für die elastische Verformung entsprechend ausgebildet war, konnte ein sehr genaues Produkt erzielt werden.

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausbeulvorrichtung ist in F i g. 4 veranschaulicht, und die dabei verwendete Ausbeulpatrize ist in F i g. 5 dargestellt. Die Ausbeulpatrize 1 in F i g. 5 ist ebenfalls aus einem harten elastischen Material, z. B. Gummi, hergestellt und ist ebenfalls ein dickes Rohr mit einem dem konvexen und konkaven Profil eines herzustellenden Gegenstandes entsprechendem Außenprofil und einer zentralen Bohrung, wie in F i g. 5 dargestellt. Die Ausbeulpatrize in diesem Beispiel weist zusätzlich eine ringförmige Lippe 16 an ihren entgegengesetzten Enden auf, die dazu dient, das Lecken der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit zu verhindern. Die entgegengesetzten Enden der Ausbeulpatrize 1 liegen in entsprechenden Ausnehmungen in zwei Abschlußplatten 2 und 3, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Umfangsdurchmesser der Lippe. Die Abschlußplatte 2 ist mit einer Ölzuleitungsbohrung 2a entlang ihrer Achse versehen.

Zum Ausbeulen bzw. Aufweiten wird ein dünnes rohrförmiges Material 6 einer Länge, die etwas kürzer ist als die Ausbeulpatrize 1, auf diese aufgebracht und die beiden Enden des Rohrmaterials werden in die Ausnehmungen der Abschlußplatten 2 und 3 eingesetzt, die ihrerseits mit Hilfe von Bolzen, die sich durch gegenüberliegende Löcher in den beiden Abschlußplatten hindurch erstrecken, oder durch andere geeignete Mittel zusammengehalten werden. Wenn Flüssigkeit unter hohem Druck durch die Bohrung 2a der Abschlußplatte 2 eingeführt wird, wird der hydraulische Druck gleichmäßig auf die Lippe Ib, die Endwände Ic und die Innenwand der zentralen Bohrung id ausgeübt, und dadurch dehnt sich die Ausbeulpatrize 1 in radialer Richtung aus, während sie sich gleichzeitig in axialer Richtung zusammenzieht. In diesem Zustand werden die Lippen 16 flüssigkeitsdicht gegen die Wände der Ausnehmungen gedrückt, wodurch das Lecken von Flüssigkeit verhindert wird. Durch die radiale Ausdehnung der Ausbeulpatrize 1 wird das dünne Rohrmaterial 6 von innen her aufgeweitet, so daß es sich dem konvexen und konkaven Profil la der Ausbeulpatrize anpaßt. Nach Beendigung des Ausbeulvorgangs wird der Druck entfernt, wodurch die Ausbeulpatrize elastisch in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt Durch Entfernen einer der Abschlußplatten von der Ausbeulpatrize kann das Endprodukt leicht herausgenommen werden.

Bei einem Versuch wurde ein Rohr aus nahtgeschweißtem rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser yon 46 mm und einer Dicke von 0,15 mm in der oben beschriebenen Vorrichtung aufgeweitet und zu einem Gegenstand geformt, der einen konvexen Außendurchmesser von 51 mm und einen konkaven Außendurchmesser von 49,2 mm aufwies. Die bei dem Versuch verwendete Vorrichtung, die in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist, weist folgende Daten auf: Die Patrize 1 ist aus einem harten Polyurethangummi hergestellt und hat eine zentrale Bohrung id von 20 mm Durchmesser. Der konvexe Teil ihrer Außenfläche hat einen Außen-

durchmesser von 44 mm. der konkave Teil einen Außendurchmesser von 42 mm und die Lippen einen Umfangsdurchmesser von 45 mm. Die Abschlußplatten 2 und 3 sind jeweils aus Stahl hergestellt und sind mit Ausnehmungen mit einem Durchmesser von 44 mm versehen. Das Rohr 6 aus nahtgeschweißtem rostfreiem Stahl wurde auf die so hergestellte Ausbeulpatrize 1 aufgebracht, deren beide Enden daraufhin in die Ausnehmungen der Abschlußplatten 2 und 3 eingesetzt wurden, die ihrerseits durch Bolzen 4 und Muttern 5. wie in F i g. 4 dargestellt, miteinander verbunden wurden. Nun wurde ein Öldruck von 100 kg/cm² durch die ölzuleitungsbohrung 2a der Abschlußplatte etwa eine Sekunde lang aufgebracht. Durch Aufbringen dieses inneren Drucks wurde die Ausbeulpatrize 1 elastisch radial nach außen aufgeweitet, wodurch das auf der Patrize 1 befindliche Rohr 6 von innen radial nach außen entsprechend dem konvexen und konkaven Außenprofil der Patrize aufgeweitet wurde. Der so hergestellte Gegenstand wies eine Form auf, bei welcher der Außendurchmesser der konvexen Teile 51 mm und der Außendurchmesser der konkaven Teile 49,2 mm betrug.

Bei diesem Ausbeulverfahren betrugen der auf die Patrize ausgeübte Seiten- bzw. Axialdruck und der Innendruck jeweils etwa 100 kg/cm² und der ausgeübte Außendruck etwa 27 kg/cm². Da diese Drücke niedriger waren als die Elastizitätsgrenze des Gummis, trat kein Zerreißen in der Ausbeulpatrize 1 auf. Die Höhe der konvexen Teile der Ausbeulpatrize verringerte sich elastisch nur um etwa 10% auf Grund des Außendrucks von 27 kg/cm². Dadurch, daß die Ausbeulpatrize ein Profil aufwies, das für die elastische Verformung entsprechend ausgebildet war, wurden beste Ergebnisse erzielt. ■

Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausbeulvorrichtung zeigt F i g. 6, und die zugehörige Patrize ist in F i g. 7 dargestellt. Die Ausbeulpatrize 1 in F i g. 7 besteht wieder aus einem harten elastischen Material, z. B. Gummi und ist wieder ein dickes Rohr mit einem Außenprofil la, ib, das dem konvexen und konkaven Profil eines ■ herzustellenden Gegenstands entspricht, und mit einer abgestuften zentralen Bohrung le, if, wie in F i g.7 dargestellt, wobei die konvexen und konkaven Teile gleiche Profile mit gleichen Durchmessern haben können, während die Teile 1 e und 1/ der zentralen Bohrung verschiedene Durchmesser aufweisen, um verschiedene Ausdehnungen über ihre Längen zu bewirken. Die übrigen Einzelheiten der Ausbeulvorrichtung sind die gleichen wie bei der zweiten Ausführungsform.

Bei einem Versuch wurde ein Rohr 6 aus nahtgeschweißtem rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 46 mm und einer Dicke von 0,15 mm mit einer Ausbeulvorrichtung ausgebeult bzw. aufgeweitet und zu einem Gegenstand geformt, dessen erste konvexe und konkave Teile einen konvexen Außendurchmesser von 51 mm und einen konkaven Außendurchmesser von 49.2 mm haben und dessen zweiter konvexer und konkaver Teil einen konvexen Außendurchmesser von 55 mm und einen konkaven Außendurchmesser von 53.2 mm hat. Die bei diesem Versuch verwendete Ausbeulvorrichtung ist in den F i g. 6 und 7 dargestellt und weist folgende Daten auf: Die Ausbeulpatrize· 1 besteht aus einem harten Polyurethangummi. Ihre zentrale Bohrung besteht aus Teilen Ie mit einem Durchmesser von 20 mm und einem Teil if mit einem Durchmesser von 23 mm. Die konvexen Teile la, ib ihrer Außenfläche haben einen Außendurchmesser von 44 mm und die konkaven Teile la, ib einen Außendurchmesser von 42 mm, während die Lippen Ic einen Umfangsdurchmesser von 45 mm und eine Dicke von 2 mm haben. Die Abschlußplatten 2 und 3 sind jeweils aus Stahl hergestellt und sind mit Ausnehmungen mit einem Durchmesser von 44 mm versehen. Das Rohr 6 wurde auf die Ausbeulpatrize 1 aufgebracht, deren beide Enden daraufhin in die Ausnehmungen der Abschlußplatten 2 und 3 eingesetzt wurden, die ihrerseits durch Bolzen 4 und Muttern 5, wie in F i g. 6 gezeigt, fest verbunden wurden. Nach so erfolgten Zusammenbau der Vorrichtung wurde ein Öldruck von 100 kg/cm² über die Ölzuleitungsbohrung 2a der Abschlußplatte 2 etwa eine Sekunde lang aufgebracht. Bei diesem Verfahren wurde das Rohr 6 zu einem Gegenstand aufgeweitet, bei dem die Außendurchmesser der konvexen bzw. konkaven Teile la 51 mm bzw. 49,2 mm und die Außendurchmesser der konvexen bzw. konkaven Teile ib 55 bzw. 53,2 mm betrugen.

Bei diesem Ausbeulverfahren betrug der auf die Ausbeulpatrize ausgeübte Seiten- bzw. Innendruck etwa 100 kg/cm² und der auf die konvexen Teile la und ib ausgeübte Außendruck betrug etwa 27 bzw. 28 kg/cm². Da diese Drücke geringer waren als die Elastizitätsgrenze des Gummis, trat kein Zerreißen in der Ausbeulpatrize 1 auf. Die Höhe der konvexen Teile der Ausbeulpatrize verringerte sich elastisch auf Grund der Außendrücke von 27 bzw. 28 kg/cm² nur um etwa 10%. Deshalb wurde dadurch, daß die Ausbeulpatrize ein Profil aufwies, das für die elastische Verformung entsprechend ausgebildet war, ein äußerst genaues Endprodukt erzielt.

Hierzu 2'Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   !. Vorrichtung zum Aufweiten eines plastisch verformbaren röhrenförmigen Gegenstandes zur Erzielung eines bestimmten Außenprofils, bestehend aus einer im Inneren des Gegenstandes anbringbaren und an eine Quelle hohen Druckes anschließbaren elastisch verformbaren hohlen Patrize, welche gegen eine Ausdehnung in axialer Richtung gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Patrize (1) mit einem druckbeständigen Außenprofil (la, Ib) versehen ist, welches dem gewünschten Profil des herzustellenden Gegenstandes (6) entspricht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Patrize über deren Länge konstant ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Patrize über deren Länge differiert.