DE19518252C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines metallenen Hosenrohres nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines metallenen Hosenrohres, wie für einen Mehrfluten-Abgaskrümmer, aus einem in ein teilbares Formwerkzeug eingelegten Rohrabschnitt nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, wobei in dem Rohrabschnitt ein Überdruck eines Druckmittels aufgebaut, gleichzeitig der Rohrabschnitt von seinen beiden Enden her axial gestaucht und mit Ausnahme von endseitigen, stutzenartigen Aushalsungen der gesamte zwischen den Aushalsungen liegende Rohrabschnitt ausgebaucht sowie mit einer Einschnürung versehen wird.

Ein solches Verfahren zum Herstellen von unter anderem Abgaskrümmern ist durch die DE-Z m und w 12-1994, Seiten 12 bis 15 und durch die DE-Z "Blech Rohre Profile 38 (1991)", 5, Seiten 379 bis 385 bekannt. Der zwischen den endseitigen, stutzenartigen Aushalsungen liegende Rohrabschnitt wird dort über seinen gesamten Umfang ballonartig bzw. kugelig ausgebaucht. Durch in dem Werkzeug bzw. den Formhälften radial angeordnete, einschnürend wirkende Preßstempel läßt sich der aufgeweitete Bereich des Werkstückes durchsetzen. Beim Herstellen von beispielsweise T-Fittings oder Kreuzstücken werden aus dem Rohrabschnitt radiale, domartige Ausbauchungen angeformt, indem die Formhälften des Formwerkzeuges mit entsprechenden Abzweigöffnungen ausgebildet sind, in die beim Aufbringen des beidseitigen Axialdruckes der von den Enden des Rohrabschnittes her gegeneinander arbeitenden Preßstempel das Material fließt.

Das Herstellen von Hosenrohren bzw. Rohr-/Doppelrohrkrümmern durch Innenhochdruckumformung ist aus der EP-A1-0 623 739 bekannt. Bei solchen Rohrkrümmern handelt es sich um komplizierte Geometrien, die einen großen Fertigungsaufwand und insbesondere die Durchmesser der aufgrund der Einschnürung entstehenden mindestens zwei Kanäle - und damit der Rohrenden des Fertigstückes - des Formstückes sowie der Durchmesser der Aushalsungen. Das in einem Einfachwerkzeug durch Innenhochdruck umgeformte Formstück besitzt eine hohe Konturtreue und Maßhaltigkeit, was folglich gleichermaßen für die nach dem Trennschnitt vorliegenden zwei konturgleichen Hosenrohre gilt; die Trennschnittbreite verteilt sich hälftig auf jedes Hosenrohr, so daß die Werkstoffausbringung nur unmaßgeblich beeinflußt wird. Um zwei Hosenrohre aus einem geraden Rohrabschnitt zu erzeugen, bedarf es nach dein Ablängen des Rohrabschnitts lediglich der Innenhochdruckumformung und eines Trennschnittes in der Mitte des Formstückes quer zu dessen Längserstreckung. In den abgasführenden Teilen liegen im wesentlichen keine Schweißnähte vor, denn verschweißt werden muß lediglich der von den Wandbereichen der Einschnürung(en) verbleibende Steg. Das Schweißen der Stegnaht läßt sich hierbei vorteilhaft in einem Zuge mit dem Schweißen der Verbindungsnähte von Verlängerungen der Rohrenden durchführen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Einschnürung ausgehend von einer im Querschnitt hundeknochenartigen Vorformkontur eines Vorformpreßlings hergestellt wird. Eine derartige Kontur eines Vorformpreßlings trägt dazu bei, auch bei sehr schwierigen Geometrien eine gleichmäßige Wanddickenverteilung mit entsprechender Konturtreue und Maßhaltigkeit des fertigen Formstückes zu erzielen und den ohnehin schon sehr hohen Verformungsgrad noch zu verbessern.

Bei einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sind erfindungsgemäß einander gegenüber liegend in der oberen und der unteren Formhälfte des Formwerkzeuges je ein Einschnürschieber angeordnet. Die Geometrie bzw. Abmessung der einander zugewandten Schiebernasen der gegeneinander arbeitenden Einschnürschieber bestimmt hierbei die Größe der Einschnürung(en) und damit den Kurvenradius der Rohrendenverzweigung(en). Je schmaler die elliptische Kontur der Schiebernasen ist, desto enger ist der einem herkömmlichen Biegeradius gleichzusetzende Kurvenradius der Rohrendenverzweigung.

Wenn die Einschnürschieber vorteilhaft abhängig vom Preßweg der beiden axial auf die Enden des Rohrabschnitts einwirkenden Preßstempel gesteuert sind, lassen sich die Umfangsaufweitung und die Einschnürungsverformung unter Einbeziehung des axial nachgeschobenen Materials gezielt aufeinander abstimmen.

Die Einschnürschieber sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung an ihren den Ausbauchungen des aufgeblasenen Rohrabschnitts zugewandten Seiten mit zur Endkontur des Formstückes in diesem Abschnitt komplementären Ausnehmungen versehen. Aufgrund der Ausnehmungen ergibt sich die in der Draufsicht augen- bzw. feigenähnliche Kontur der die Einschnürung bestimmenden Schiebernasen, und bei der Aufeinanderzubewegung der Einschnürschieber legen sich die korrespondierenden Rohrwandungen des Rohrabschnittes zunehmend mehr an die Begrenzungen der Ausnehmungen an, bis sie letztendlich bündig zur Anlage kommen, was durch die axial einwirkenden Preßstempel unterstützt wird. Die Ausbauchungen komplementieren im Zusammenspiel mit dem fortschreitenden Einschnüren der Wandungen des nicht aufgeblasenen Rohrabschnittes das die bei einem Hosenrohr zwei umfangsgeschlossene, zylindrische Kanäle gleicher Wandstärke aufweisende fertige Formstück.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der in den Zeichnungen anhand der Herstellung eines zwei Rohrenden aufweisenden Hosenrohres dargestellte Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 als Einzelheit in der Vorderansicht ein aus einem geraden Rohrabschnitt durch Innenhochdruckumformung mit zwei durch eine Einschnürung separierte Rohrkanäle ausgebildetes Formstück, wobei die durchgezogenen Linien des unteren Teils des Formstückes ein nach einem Trennschnitt eine Rohrendenverzweigung besitzendes erstes Fertigstück bzw. Hosenrohr und die gestrichelten Linien ein nach dem Trennschnitt vorliegendes zweites Fertigstück kennzeichnen;

Fig. 2 und 3 das Hosenrohr nach Fig. 1 in der Seitenansicht (Fig. 2) und in der Draufsicht (Fig. 3) gezeigt;

Fig. 4 die untere Hälfte eines zweiteiligen Formwerkzeuges einer Innenhochdruck-Umformpresse mit darin eingelegtem Rohrabschnitt, vor dem Umformen in der Draufsicht schematisch dargestellt;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende, den Rohrabschnitt während bzw. nach dem Umformen zeigende Darstellung;

Fig. 6 als Einzelheit das nach dem Umformvorgang aus dem Formwerkzeug entnommene, fertige Formstück vor dem Trennschnitt gezeigt;

Fig. 7 in der Draufsicht ein zweiteiliges Formwerkzeug mit darin angeordneten, axial gegeneinander arbeitenden Preßstempeln und quer dazu angeordneten, von oben und unten gegeneinander arbeitenden Einschnürschiebern;

Fig. 8 das Formwerkzeug nach Fig. 7 entlang der Linie VIII-VIII geschnitten;

Fig. 9 das Formwerkzeug nach Fig. 7 entlang der Linie IX-IX geschnitten;

Fig. 10 als Einzelheit in der Vorderansicht einen eine hundeknochenartige Vorformkontur aufweisenden Vorformpreßling;

Fig. 11 in schematischer Draufsicht eine andere Ausführung eines Vorformpreßlings;

Fig. 12 den Vorformpreßling nach Fig. 11 in der Seitenansicht;

Fig. 13 den mit einer augen- bzw. feigenähnlichen Einschnürung zu einem fertigen Formstück ausgebildeten Vorformpreßling nach Fig. 11, in schematischer Draufsicht dargestellt; und

Fig. 14 das Formstück nach Fig. 13 entlang der Linie XIV-XIV geschnitten.

Ein in Fig. 1 gezeigtes, durch Innenhochdruckumformung hergestelltes fertiges Formstück 1 besitzt eine erste und eine zweite Aushalsung 2 bzw. 3 sowie zwei durch eine hinsichtlich ihrer Kontur mit einer Feige bzw. einem Auge zu vergleichende Einschnürung 4 aus einem geraden Rohrabschnitt 5 (vgl. Fig. 4) hergestellte zylindrische Rohrkanäle 6, 7. Durch einen mittigen Trennschnitt quer zur Längsachse 8 des Formstückes 1 werden aus dem einen Formstück 1 im Endeffekt zwei baugleiche Fertigstücke bzw. Hosenrohre 9 gewonnen, von denen das eine zur Verdeutlichung in dick durchgezogenen Linien und das andere in gestrichelten Linien dargestellt ist. Das Hosenrohr 9 weist zwei durch den Kurvenradius 10 der Einschnürung 4 voneinander beabstandete, nach dem Trennschnitt von den Rohrkanälen 6, 7 übrigbleibende Rohrenden 11, 12 auf. Diese sind durch einen Quersteg 13 (vgl. Fig. 3) miteinander verbunden, der sich durch die Einschnürung 4 an der oberen und unteren Seite des Formstückes 1 bzw. Hosenrohres 9 ergibt, da die gegenüberliegenden Wandbereiche 14 des Rohrabschnitts 5 (vgl. Fig. 4) beim Einschnürvorgang in möglichst eine Berührungslage aneinandergedrückt werden, in der sie verbleiben. Der offene Steg 13 wird durch eine Schweißnaht verschlossen, die sich folglich nicht in dem gegebenenfalls Abgas führenden Teil des Hosenrohres 9, nämlich der Aushalsung 2 bzw. 3 und den Rohrenden 11, 12, befindet.

Zum Herstellen des Formstückes 1 wird der von einem Rohrstrang abgelängte, zylindrische, gerade Rohrabschnitt 5 in ein zweiteiliges, aus einer oberen Formhälfte 15 und einer unteren Formhälfte 16 bestehendes Formwerkzeug 17 (vgl. Fig. 8) einer im einzelnen nicht gezeigten, als solche hinlänglich bekannten Innenhochdruck-Umformpresse eingelegt, wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, in der die untere Formhälfte 16 dargestellt ist. Wie in den Fig. 4 und 5 näher zu erkennen ist, weisen die Formhälften 15, 16 des Formwerkzeuges 17 eine Innenkontur bzw. Gravur 18 auf, die der des fertigen Formstückes 1 entspricht. Die Umfangsaufweitung des Rohrabschnittes 5 sowie das Ausbilden der einander gegenüberliegenden, durch den Steg 13 voneinander getrennten Einschnürungen 4 ist in vereinfachter Weise in Fig. 5 dargestellt, in der die Pfeile 19 bedeuten, daß der Rohrabschnitt 5 von seinen beiden Enden her mit einer Axialkraft gestaucht wird, worüber sich auch das Ausformen der Aushalsungen 2, 3 beeinflussen läßt. Das fertige Formstück 1, das mit dem gemäß Fig. 1 weitgehend übereinstimmt, ist in Fig. 6 gezeigt. Beim Umformvorgang, mit dem sich eine gleiche Wanddickenverteilung des Formstückes 1 erreichen läßt, lassen sich die Durchmesser D1 und D2 und damit deren Verhältnis zueinander sowie die Länge L der Aushalsungen 2, 3 von vornherein festlegen und beliebig variieren; darüber hinaus kann auch die Wanddicke d (vgl. Fig. 1) der Aushalsung 2 bzw. 3 gegenüber den sonstigen Wandbereichen des Formstückes 1 verstärkt werden, falls das gewünscht wird.

Eine konkrete Ausführung des bei der Herstellung eines Hosenrohres zum Einsatz kommenden Formwerkzeuges 17 ist des näheren in den Fig. 7 bis 9 dargestellt. Zwischen der oberen und der unteren Formhälfte 15, 16 angeordnete Preßstempel 20 bringen die von beiden Enden her auf den Rohrabschnitt 5 einwirkende Axialkraft 19 auf. Der in Fig. 8 in der linken Zeichnungshälfte dargestellte Preßstempel 20 ist außerdem mit einer Füllbohrung 21 ausgebildet, über die das zum Aufblasen des Rohrabschnittes 5 benötigte Druckmittel in das Rohrinnere eingeleitet wird; der gegen die Rohrwandungen wirkende Innendruck wird in den Fig. 8 und 9 durch die Pfeile 22 verdeutlicht. Sowohl in der oberen Formhälfte 15 als auch in der unteren Formhälfte 16 ist jeweils ein Einschnürschieber 23 angeordnet; diese wirken im Ausführungsbeispiel von oben und unten auf die ihnen zugewandten Wandbereiche 14 des Rohrabschnittes 5 ein und bringen die einander gegenüberliegenden Wandbereiche 14 des Rohrabschnittes 15 in eine Deckungslage (vgl. Fig. 3), so daß sich in dem Rohrabschnitt 5 eine Einschnürung 4 ausbildet. Damit diese die in Fig. 7 ersichtliche, gestrichelt dargestellte Kontur ähnlich einer Feige bzw. eines Auges erhält (vgl. auch die Fig. 1 und 5), sind die Einschnürschieber 23 an ihren vorderen Enden mit diese Kontur festlegenden Ausnehmungen 24 versehen. Die gerundeten Ausnehmungen 24 grenzen Schiebernasen 25 ein, deren Kontur derjenigen der Einschnürungen 4 entspricht.

In der oberen Hälfte von Fig. 8 ist die Ausgangsposition der Preßstempel 20 und Einschnürschieber 23 bei Preßbeginn und in der unteren Hälfte von Fig. 8 nach dem Auspressen des Rohrabschnittes 5 zu dem fertigen Formstück 1 (vgl. die Fig. 1 und 6) dargestellt. An der Stellung des Einschnürschiebers 23 in der unteren Zeichnungshälfte von Fig. 8 ist zu erkennen, daß sich in der Schieberendposition die Rohrwandung des Rohrabschnittes 5 an die Begrenzungen der Ausnehmungen 24 anschmiegt, wodurch die Rohrkanäle 6, 7 (vgl. Fig. I) bzw. die nach dem Trennschnitt daraus hervorgehenden Rohrenden 11, 12 des Hosenrohres 9 (vgl. Fig. 3) entstehen. Dies wird auch aus der Fig. 9 deutlich, in der in der oberen Zeichnungshälfte die Kontur des Formstückes nach dem Aufweiten und in der unteren Zeichnungshälfte nach dem Auspressen gezeigt ist; während des Auspressens zu dem fertigen Formstück 1 vergrößert sich dessen Umfang gegenüber dem Umfang des Rohlings nach dem Aufweiten (vgl. die obere Hälfte von Fig. 9).

Aufgrund der Formgebung der Gravur 18 in dem Formwerkzeug 17 der geschlossenen Formhälften 15, 16 entstehen an zwei zueinander diametralen Seiten Ausbauchungen 26, 27, wie in Fig. 12 gezeigt, während der übrige Umfang des Rohrabschnittes 5 unverändert bleibt. Diese Kontur liegt auch bei den vorbeschriebenen Fig. 1 bis 10 vor, wobei dort allerdings mit der Aufweitung einhergehend die Einschnürungen 4 hergestellt werden, d. h. das Aufweiten und Ausformen zu dem fertigen Formstück 1 findet in einem einstufigen Arbeitsgang statt. Statt einer einstufigen Herstellung in einem einzigen Werkzeug läßt sich der Vorformpreßling 27 nach Fig. 11 in einem zweiten, nicht gezeigten Formwerkzeug zu der Endform des fertigen Formstückes 1 gemäß Fig. 13 umformen, d. h. die Einschnürung 4 wird in einem separaten Arbeitsgang in dem Vorformpreßling 27 ausgebildet; auch in diesem Fall liegen nach dem Trennschnitt quer zur Längsachse 8 des Formstückes 1 zwei wie bereits in den Fig. 2 und 3 gezeigte, baugleiche Hosenrohre 9 vor (vgl. Fig. 14).

Schließlich ist es möglich, einen in Fig. 10 gezeigten Vorformpreßling 28 zu einem fertigen Formstück 1 auszubilden, der als Ausgangskontur ein hundeknochenartiges Profil besitzt und somit schon von vornherein voreingeschnürte Wandbereiche 14 aufweist. Die Umfangslänge des Vorformpreßlings 28 ist geringfügig kürzer als die Umfangslänge des endgepreßten, in Fig. 10 durch strichpunktierte Linien angedeuteten fertigen Hosenrohres 9, des die aus den während des Umformens entstandenen Rohrkanälen 6, 7 durch einen Trennschnitt gewonnenen Rohrenden 11, 12 besitzt. Ganz gleich jedoch, ob ein ein- oder ein zweistufiges Herstellungsverfahren gewählt und ein gerader Rohrabschnitt oder ein Vorformpreßling zum Einsatz kommt, so ergibt sich doch aufgrund der durch die Einschnürschieber erreichten Einschnürungen eine sehr enge, durch herkömmliches Biegen nicht mögliche Rohrendenverzweigung des Hosenrohres.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines metallenen Hosenrohres, wie für einen Zweifluten-Abgaskrümmer, aus einem in ein teilbares Formwerkzeug eingelegten Rohrabschnitt nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, wobei in dem Rohrabschnitt ein Überdruck eines Druckmittels aufgebaut, gleichzeitig der Rohrabschnitt von seinen beiden Enden her axial gestaucht und mit Ausnahme von endseitigen, stutzenartigen Aushalsungen der gesamte zwischen den Aushalsungen liegende Rohrabschnitt ausgebaucht sowie mit einer Einschnürung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der an zwei zueinander diametralen Seiten ausgebauchte Rohrabschnitt mittig zwischen den Ausbauchungen eingeschnürt wird, bis die einander gegenüberliegenden Wandbereiche des eingeschnürten Rohrabschnitts sich weitestgehend berühren, worauf das aus dem Formwerkzeug entnommene Formstück in seinem Einschnürbereich durch einen anschließenden Trennschnitt quer zur Längsachse in zwei baugleiche Fertigstücke unterteilt wird und diese an dem von den gegenüberliegenden Wandbereichen der Einschnürung gebildeten Steg verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer im Querschnitt hundeknochenartigen Vorformkontur eines Vorformpreßlings die Einschnürung hergestellt wird.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegend in der oberen und der unteren Formhälfte (15, 16) des Formwerkzeugs (17) je ein Einschnürschieber (23) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürschieber (23) abhängig vom Preßweg der beiden axial auf die Enden des Rohrabschnitts (5) einwirkenden Preßstempel (20) gesteuert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürschieber (23) an ihren den Ausbauchungen (26) des Rohrabschnitts (5) zugewandten Seiten mit zur Endkontur des Formstückes (1) komplementären, gerundeten Ausnehmungen (24) versehen sind.