DE19529731A1

DE19529731A1 - Verfahren zur Herstellung von gewellten Metallrohren

Info

Publication number: DE19529731A1
Application number: DE1995129731
Authority: DE
Inventors: Christian Ing Lutz
Original assignee: Supervis
Current assignee: Supervis
Priority date: 1995-08-12
Filing date: 1995-08-12
Publication date: 1997-02-13
Also published as: EP0782891B1; DE59608440D1; BR9604092A; CA2182811C; CA2182811A1; EP0782891A2; EP0782891A3; JP4022273B2; ES2169777T3; KR970009918A; JPH09103826A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von gewellten Metallrohren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 sowie auf ein Teilwerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind zahlreiche Verfahren und Werkzeuge bekannt zur Herstellung von gewellten Metallroh ren. Solche Verfahren und Werkzeuge sind gezeigt und beschrieben in folgenden Druckschrif ten: DE-PS 30 35 234; DE-AS 24 07 226; DE-OS 20 27 638 (= GB-PS 13 41 744); DE-PS 28 51 944; DE-PS 29 09 142; DE-PS 32 24 308; EU-PS 298 832; FR-PS 2 176 707; GB-OS 2 268 429 und US-PS 1890039.

Nach der DE-PS 30 35 234 werden in das zu wellende Rohrstück auf einer Welle befindliche Wellenscheiben angebracht und außen an das Rohr korrespondierende, jedoch gegenüber den in neren Wellenscheiben versetzt angeordnete, ebenfalls auf einer Welle befindliche Wellenschei ben angestellt. Die sich drehenden Wellen werden gegeneinandergefahren und gleichzeitig wer den die Wellenscheiben achsial auf deren Wellen verschoben. Für Rohre mit kleinem Quer schnitt ist diese Maßnahme ungeeignet, da die die Wellenscheiben tragenden Rohre stark und somit groß dimensioniert sein müssen, damit sie die Arbeitsdrücke ohne Verformung aufnehmen können.

Nach der DE-AS 24 07 226 wird das vorerst glatte zylindrische Rohr in eine Matrize eingesetzt, deren Wandung gewellt ist. Dann wird in das zu verformende Rohr ein elastischer Preßkörper eingefügt, der von beiden Seiten her mittels Stempel zusammengedrückt wird, wodurch das Rohr abschnittsweise verformbar ist. Jede Wellung wird so in einem Arbeitsschritt geformt. Das ist ein sehr aufwendiges Verfahren und nur für dünnwandige Rohre verwendbar.

Nach der DE-OS 20 27 638 (=GB-PS 1 341 774) wird in das zu verformende Rohr ein radial spreizbarer Dorn eingesetzt, an den von außen radial sektorförmige Scheiben angepreßt werden. Durch das Zusammenwirken der äußeren Scheiben und des inneren Domes wird die gewünschte Wellung am Rohr erzeugt.

Nach den DE-PS 28 51 944 und 29 09 142 wird in einem Rohr durch Erzeugung eines Innen druckes und einer Faltung Welle nach Welle erzeugt. Dieses Verfahren und das zugehörende Werkzeug sind sehr aufwendig. Der Vorteil gegenüber den oben erwähnten Maßnahmen liegt darin, daß die Wandstärke des zylindrischen Ausgangsrohres auch im Bereich der Wellung bei behalten werden kann.

Die DE-PS 32 24 308 zeigt und beschreibt ein Werkzeug, mit dem an einem zylindrischen Aus gangsrohr Schritt für Schritt ein Wellental eingeprägt wird. An das so vorgeformte Rohr werden von außen Formstücke an den einzelnen Wellentälern angesetzt und dann wird im Rohr ein ho her hydraulischer Druck aufgebaut und das Rohrstück als Ganzes einer achsialen Druckkraft ausgesetzt und dabei verkürzt, wobei die zwischen den von den Formstücken gestützten Wellen tälern liegenden Rohrabschnitte nach außen ausgefaltet werden. Auch diese Maßnahme ist sehr aufwendig.

Die EU-PS 298 832 sieht einen radial aufspreizbaren, in das zu verformende Rohrstück einsetz baren Dorn mit einer Wellung vor, gegen welchen sektorförmige, sich über die Länge der Wel lung erstreckende, eine korrespondierende Wellung aufweisende Backen hämmernd bewegt werden. Die dadurch erzielte Verformung weist eine Wandstärke auf, die aufgrund der Streckung des Rohres im gewellten Bereich schwächer ist als die Stärke der unverformten Rohrwandung.

Auch die FR-PS 2 176 707 sieht einen radial aufspreizbaren Dorn mit einer gewellten Oberflä che vor. Als äußere Backen sind mehrere, das Rohr umgebende Zahnräder vorgesehen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Zähne der Zahnräder mit der Wellung des Dornes käm men. Diese Zahnräder sind auf einem Schlitten gelagert, der entlang des zu verformenden Roh res bewegt wird. Auch bei dieser Anordnung ist es unvermeidlich, daß im gewellten Bereich des Rohres das Material über Gebühr gestreckt wird.

Die GB-OS 2 268 429 zeigt und beschreibt einen aufspreizbaren Dorn, der in Achsrichtung in eine Vielzahl von Scheiben aufgeteilt ist, deren Oberfläche eine Wellung bilden. Dagegen sind sektorförmige, scheibenartige, äußere Backen anstellbar, die im Zusammenwirken mit dem er wähnten Dom die Wellung des Rohres formen. Eine damit vergleichbare Maßnahme offenbart und beschreibt die US-PS 1 890 039.

Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus, die darauf abzielt, ein Verfahren vorzu schlagen, mit dem eine sehr ausgeprägte Wellung erzielt werden kann, d. h. eine Wellung, bei der das Verhältnis der Höhe der Wellung zur Wellenlänge etwa 1 : 1 beträgt, wobei aus Stabilitäts gründen die Wandstärke des Ausgangsrohres auch im Bereich der Wellung im wesentlichen er halten bleibt. Erreicht wird dies durch jene Maßnahmen, die Gegenstand und Inhalt des kenn zeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 sind. Zweckmäßige Verfahrensschritte sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 festgehalten.

Um die vorgeformte Wellung zur gewünschten Wellung durch anschließenden Auffalten auszubilden, sind die Preßbacken in mehreren Ebenen paarweise vorgesehen und scheibenförmig ausgebildet und jeder Preßbacken weist eine halbkreisförmige Öffnung auf, wo bei die die Öffnung begrenzende Fläche stufenförmig abgesetzt ist und die Höhe des Absatzes zumindest der Höhe der durch die Auffaltung gebildeten Wellung entspricht.

Um die Erfindung zu veranschaulichen, wird sie anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Werkzeug zur Vorformung der Wellung;

Fig. 2 die vorgeformte Wellung am Rohr;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den für die Auffaltung der Wellung vorgesehenen Dom mit dem aufgesteckten vorverformten Rohr;

Fig. 4, 5 und 6 je einen Vertikalschnitt wie Fig. 3, jedoch mit den Preßbacken in verschiede nen Lagen während des Fertigungsvorganges;

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Preßbacken;
die Figuren haben zum Teil unterschiedliche Maßstäbe.

In ein vorerst zylindrisches Rohr 1 mit glatter Oberfläche, das beidseitig oder nur einseitig offen sein kann, wird ein Dorn 2 eingesetzt, der aus mehreren sektorförmig ausgebildeten Abschnitten 3 besteht, zwischen welchen zur radialen Spreizung ein Keilschaft 4 einfahrbar ist (Pfeil 5). Um das Rohr 1 herum sind ebenfalls sektorförmige äußere Backen 6 angeordnet. Über ihre Länge L sind die äußeren Backen 6 und auch die Abschnitte 3 des Domes 2 an den einander zugewandten Seiten mit gleichphasig liegenden und im wesentlichen gleich ausgebildeten Wellungen 7 und 8 ausgestattet, wobei die Wellenzüge dieser Wellung relativ schmale Wellentäler und langge streckte Wellenberge aufweisen.

Das zwischen Dom 2 und den äußeren Backen 6 liegende, vorerst glatte Rohr 1 wird nun da durch vorgeformt, daß der Dom 2 radial aufgespreizt und die äußeren Backen 6 radial gegen den Dom 2 zugestellt werden (Pfeil 11), so daß dadurch das Rohr 1 über die Länge L eine wellenar tige Verformung erhält, die in Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab gezeigt ist. Aus dieser Dar stellung ist auch ersichtlich, daß die Wellentäler 9 relativ schmal sind, die Wellenberge 10 hin gegen langgestreckt. Bei dieser vorgeformten Wellung 20 nach Fig. 2 beträgt die Länge 1 einer Welle das Mehrfache ihrer Höhe H, beispielsweise das Drei- bis Vierfache.

Diese in Fig. 2 gezeigte Wellung 20 kann in einem Arbeitsschritt mit einem Werkzeug erreicht werden. Es ist aber auch möglich, mehrere Werkzeuge der in Fig. 1 gezeigten Art vorzusehen, wobei sich die einzelnen Werkzeuge dadurch unterscheiden, daß die Wellung der zusammenwir kenden Flächen von Werkzeugsatz zu Werkzeugsatz immer mehr ausgeprägt ist, d. h. die Höhe H der Wellung von Werkzeugsatz zu Werkzeugsatz immer größer wird. In der Regel wird ein zweifacher Werkzeugsatz ausreichen. Durch die relativ geringfügige Verformung, die diese Wellung 20 nach Fig. 2 aufweis, bleibt entlang der Wellung die Wandstärke des Rohres 1 im wesentlichen erhalten.

Das so vorgeformte Rohr 1, das im gezeigten Ausführungsbeispiel einseitig verschlossen ist und an seinem verschlossenen Ende einen Fortsatz 12 aufweist, wird nun auf einen zylindrischen Dom 13 mit glatter Oberfläche aufgesteckt, der zweckmäßigerweise aufgebaut ist, wie der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Dorn 2, nur daß hier die Außenflächen der einzelnen sektorförmigen Abschnitte - wie erwähnt - eine glatte Oberfläche besitzen. Dieser Dorn 13 wird radial durch Einschieben eines Keilschaftes so weit gespreizt, daß sein Außendurchmesser am Innendurchmesser der vorgeformten Wellung 20 anliegt. Mit anderen Worten, die Innenseite der Wellentäler 9 des vorgeformten Rohres 1 liegen an der zylindrischen glatten Oberfläche des Dornes 13 an.

Dieses in Fig. 3 gezeigte Werkzeug liegt im Bereich von Preßbacken 15, von denen einer in Fig. 7 in Draufsicht dargestellt ist. Diese rechteckigen Preßbacken 15, die mehrfach in verschiedenen Ebenen und in paarweiser Anordnung vorgesehen sind (Fig. 4), besitzen eine halbkreisförmige Öffnung 16, deren Begrenzungsfläche 17 stufenförmig abgesetzt ist, wobei die Höhe h zumin dest der Höhe entspricht, zu der die vorgeformte Wellung (Fig. 2) anschließend aufgefaltet wird. Diese paarweise Anordnung der Preßbacken 15 relativ zu dem in Fig. 3 gezeigten Werkzeug veranschaulicht die Fig. 4. Mittels hier nicht weiter dargestellter Führungs- und Stellglieder ist die Anordnung so getroffen, daß die vorspringenden Absätze der Preßbacken 15 in den Ebenen der Wellentäler 9 der vorgeformten Wellung 20 des Rohres 1 liegen. Diese Preßbacken 15 wer den nun gegen das auf dem Dorn 13 befindliche vorgeformte Rohr 1 gedrückt (Fig. 5), wobei die vorspringenden Absätze der Preßbacken 15 in die Wellentäler 9 fahren und die Preßbacken 15 dabei das Rohr umschließen.

Anschließend fährt ein Preßstempel 18 gegen das zuoberst liegende Preßbackenpaar und drückt die vorerst voneinander distanziert liegenden Preßbacken 15 (Fig. 5) zusammen. Die in der Reihe zuunterst liegenden Preßbacken 15 sind durch ein Widerlager abgestützt, das hier durch die Pfeile 19 angedeutet ist (Fig. 6). Durch dieses Zusammenpressen und Zusammenfahren der Preßbacken 15 werden die vorerst flachen Wellenberge 10 zusammengefaltet unter gleichzeiti ger Verkürzung der Wellenlänge 1, so daß dadurch ein Rohr mit einer ausgeprägten Wellung ent steht. Unter einer ausgeprägten Wellung im Sinne der gegenständlichen Erfindung wird eine Wellung verstanden, bei der das Verhältnis der Wellenlänge zur Höhe der Wellung ca. 1 : 1 be trägt.

Ist die Wellung auf diese Weise ausgeformt (Fig. 6), so fährt der Preßstempel 18 hoch und die Preßbacken 15 werden seitlich ausgefahren (Fig. 4), so daß in der Folge nach radialer Verjün gung des Domes 13 durch Zurückziehung des Keilschaftes das fertig geformte Rohr abgenom men werden kann.

Für die Führungs- und Stellglieder der Preßbacken gibt es verschiedene konstruktive Lösungen, die nicht Gegenstand dieser Erfindung sind und die daher hier auch nicht weiter dargestellt und beschrieben sind.

Das zu verformende Rohr 1 kann einschichtig sein oder einen mehrschichtigen Aufbau aus meh reren ineinander geschobenen Rohren aufweisen.

Bezugszeichenliste

1 zylindrisches Rohr
2 Dom
3 sektorförmiger Abschnitt
4 Keilschaft
5 Pfeil
6 Backen
7 Wellung
8 Wellung
9 Wellental
10 Wellenberg
11 Pfeil
12 Fortsatz
13 Dom
14 sektorförmiger Abschnitt
15 Preßbacken
16 halbkreisförmige Öffnung
17 Begrenzungsfläche
18 Preßstempel
19 Pfeil
20 Wellung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von gewellten Metallrohren, wobei in das zu wellende, vorerst glatte, zylindrische Metallrohr ein radial spreizbarer Dorn mit einer in seiner Achsrichtung verlaufenden Wellung eingebracht wird und mit - bezogen auf das Metallrohr - äußeren, ge gen das Rohr zuzustellenden Backen mit einer zur Wellung des Domes zumindest annä hernd korrespondierenden Wellung eine erste Wellung eingeprägt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß in das so vorgeformte Rohr (1) ein radial spreizbarer Dorn (13) mit einem Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der vorgeformten Wellung (20) entspricht, eingesetzt wird, und daß in die Wellentäler (9) der vorgeformten Wellung (20) radial von außen scheibenförmige, voneinander vorerst distanzierte, das Rohr (1) umschließende Preß backen (15) angestellt und diese Preßbacken (15) anschließend achsial unter Auffaltung der Wellung (20) des Rohres (1) zusammengedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverformung der Wellung (20) des Rohres (1) in mehreren, gleichartigen Arbeitsschritten mit Werkzeugen (Dornen (2) und Backen (6)) unterschiedlich hoher Wellungen (7, 8) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorverformung eine Wellung (20) erzeugt wird, bei der die Länge (1) einer Welle das Mehrfache ihrer Höhe (H), beispielsweise das Drei- bis Vierfache beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorverformung eine Wellung (20) erzeugt wird, bei der die Länge (l₁) der nach dem Inneren des Rohres gerich teten Wellentäler (9) nur einen Bruchteil der Länge (l₂) der nach außen gerichteten Wellen berge (10) entspricht, beispielsweise 0,3 bis 0,6 beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformte Wellung (20) in der Folge so weit aufgefaltet wird, daß das Verhältnis von Wellenlänge zu ihrer Höhe ca. 1 : 1 beträgt.

6. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Preßbacken (15) in mehreren Ebenen paarweise vorgesehen und scheibenförmig ausgebildet sind und jeder Preßbacken eine halbkreisförmige Öffnung (16) aufweist, wobei die die Öffnung (16) begrenzende Fläche (17) stufenförmig abgesetzt ist und die Höhe (h) des Absatzes zumindest der Höhe der durch die Auffaltung gebildeten Wellung entspricht.

7. Gewelltes Rohr, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.