DE19532953A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Rohren mit inneren Wandverdickungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Rohren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3.

Bei der konstruktiven Auslegung von belasteten Teilen im Fahrzeugbau (z. B. im Fahrrad-/Motorradbau) werden rotationssymmetrische Teile (z. B. Rohre) benötigt, die möglichst leicht sein sollen, jedoch an den belasteten Stellen die notwendigen Widerstandsmomente aufweisen müssen. Dazu werden bei rohrförmigen Konstruktionsteilen z. B. innen die Enden verstärkt, die Wanddicken in der Mitte innen verstärkt, Längsrippen innen angebracht oder Kombinationen dieser Maßnahmen durchgeführt. Da die Außendimensionen dieser rohrförmigen Konstruktionsteile aus konstruktiven Gründen nicht verändert werden können, diese sogar teils genormt sind (z. B. bei Fahrrädern), werden diese Maßnahmen grundsätzlich zweckmäßigerweise bei den rohrförmigen Werkstücken innen angebracht.

Diese Maßnahmen zur Modifikation im Innenbereich der rotationssymmetrischen Teile sind allerdings schon seit langem bekannt und sind Stand der Technik. Jedoch sind die dazu erforderlichen Maßnahmen sehr aufwendig und zum Teil auch heute noch mit vertretbaren Kosten praktisch nicht darstellbar. So kann auch heute schon ein rohrförmiges Konstruktionsteil für Fahrräder mit beiderseitiger innerer Verdickung der Rohrenden hergestellt werden. Es bedarf dazu aber mehrerer aufwendiger Ziehvorgänge und das an jedem einzelnen Konstruktionsteil. Durch die verfahrensbedingten Toleranzen bei der herkömmlichen Herstellung dieser Teile kann der Gewichtsvorteil nicht voll genutzt werden wegen des großen Toleranzfeldes z. B. der Ungleichwandigkeit (Wanddickendifferenzen), da die geringste Wanddicke in die Konstruktionsberechnung eingehen muß.

Aus der gattungsgemäßen DE-P 44 46 919 ist ein Verfahren zum Abstreckdrücken von innenverzahnten Teilen beschrieben, wobei auf einem Drückdorn ein Werkstück angeordnet ist, welches durch Kraftbeaufschlagung von Drückrollen plastisch verformt wird. Eingehend ist das Gleichlaufdrückverfahren und das Gegenlaufdrückverfahren beschrieben.

Dabei erlaubt die Drückwalztechnik äußerste Ausnutzungen der Gewichtsvorteile durch geringste Wanddicken wegen der erzielbaren höchsten Verfestigungen der verwendeten Materialien (Stahl, Stahllegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Titan und Titanlegierungen, Kupfer und Kupfer­ legierungen, Edelstähle etc.) sowie der extremen Gleichwandigkeit der hergestellten Teile. Das Verfahren erlaubt insbesondere im Inneren der Werkstücke hervorragende Oberflächen, d. h. die Rauhigkeiten sind äußerst gering. Diese geringen Oberflächenrauhigkeiten gewährleisten besonderen Schutz gegen Risse, die von inneren Kerben bei z. B. Überbelastungen ausgehen können. Das Verfahren erlaubt darüber hinaus hohe Wiederholgenauigkeiten. Streuungen innerhalb der Werkstücke sind minimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit denen kostengünstig und toleranzgenau drückgewalzte Rohre mit inneren Wandverdickungen hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einer ersten Variante dadurch gelöst, daß ein Drückdorn verwendet wird, der aus einem maschinenspindelseitig befestigten ersten Drückdorn und einem reitstockseitig befestigten zweiten Drückdorn besteht, wobei beide Drückdorne an der Verbindungsstelle lösbar verbunden sind, daß beide Drückdorne an der Verbindungsstelle eine Konizität aufweisen, die der gewünschten Innenverdickung des fertigen Rohres entspricht, daß in einem ersten Arbeitsgang die Drückrollen an der Verbindungsstelle bis auf den gewünschten Außendurchmesser des fertigen Rohres eintauchen und in Maschinenspindelrichtung oder Reitstockrichtung arbeiten, daß in einem zweiten Arbeitsgang die Drückrollen zurück zur Verbindungsstelle gefahren werden und in entgegengesetzter Richtung arbeiten und daß anschließend die beiden Drückdorne getrennt werden, so daß das fertige Rohr entnommen werden kann.

Dies ist ein Verfahren, bei dem das Rohr als Rohteil nur einmal in die Maschine eingespannt werden braucht.

In einer alternativen Variante wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Drückdorn an der Maschinenspindelseite befestigt ist und in Reitstockrichtung eine Konizität aufweist, die der gewünschten Innenverdickung des fertigen Rohres entspricht, daß in einem ersten Arbeitsgang das Rohr als Rohteil auf den Drückdorn geschoben wird und die Drückrollen von der Spitze des Drückdorns in Richtung Maschinenspindel arbeiten, daß anschließend das halbfertige Rohr umgekehrt auf denselben oder einem anderen Drückdorn geschoben wird und daß in einen zweiten Arbeitsgang die Drückrollen wieder von der Spitze des Drückdorns in Richtung Maschinenspindel arbeiten.

Bei diesem alternativen Verfahren muß das Rohr halbfertig umgedreht werden. Es können jedoch handelsübliche Drückwalzmaschinen verwendet werden.

Durch diese Verfahren ist mit einfachen Mitteln ein Rohr mit inneren Wandverdickungen herzustellen.

Erfindungsgemäß entspricht der Außendurchmesser der Drückdorne außerhalb des konischen Bereichs dem gewünschten Innendurchmesser des unverdickten Bereiches des fertigen Rohres.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drückdorn auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen. Das Profil kann auch nur auf bestimmten Abschnitten angebracht sein und besteht vorteilhafterweise aus Rippen und Nuten. Es ist jedoch jedes andere erdenkliche Profil möglich. Das Profil kann auch im konischen Bereich vorgesehen sein.

In spezieller Ausführungsform ist der Drückdorn zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck, wie z. B. ein Sechseck.

Erfindungsgemäß eignet sich dieses Verfahren und diese Vorrichtung besonders auch zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend eingehend beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den ersten Arbeitsgang eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung eines Rohres mit inneren Wandverdickungen;

Fig. 2 schematisch den ersten Arbeitsgang eines alternativen Verfahrens zur Herstellung eines Rohres mit inneren Wandverdickungen;

Fig. 3 schematisch den zweiten Arbeitsgang des Verfahrens nach Fig. 2;

Fig. 4 verschiedene Rohre mit unterschiedlichen inneren Profilen und

Fig. 5 einen Drückdorn mit einem Profil aus Rippen und Nuten.

Fig. 1 zeigt schematisch den ersten Arbeitsgang eines ersten Verfahrens zur Herstellung eines Rohres 3 mit inneren Wandverdickungen. Auf einer Drückwalzmaschine wird ein Drückdorn verwendet, der aus einem maschinenspindelseitig befestigten ersten Drückdorn 1a und einem reitstockseitig befestigten zweiten Drückdorn 1b besteht. Beide Drückdorne 1a, 1b sind an der Verbindungsstelle 4 lösbar miteinander verbunden. Hierzu ragt ein Zapfen 8 am zweiten Drückdorn 1b in eine entsprechende Bohrung im ersten Drückdorn 1a. Beide Drückdorne 1a, 1b weisen an der Verbindungsstelle 4 eine äußere Konizität 6 auf, die der gewünschten Innenverdickung des fertigen Rohres 3 entspricht.

Zuerst wird das Rohr 3 als Rohteil auf den maschinenspindelseitig befestigten ersten Drückdorn 1a geschoben. Anschließend wird der zweite Drückdorn 1b in das Rohr 3 geschoben bis zur Berührung an der Verbindungsstelle 4 mit dem ersten Drückdorn 1a. Durch Kraftbeaufschlagung der Drückrollen 2 wird das Rohr anschließend plastisch verformt. Hierzu arbeiten die Drückrollen 2 einmal von der Verbindungsstelle 4 in Richtung Maschinenspindelseite und anschließend von der Verbindungsstelle 4 in Richtung Reitstockseite. Natürlich kann der Vorgang auch umgekehrt erfolgen. Nachdem dieser zweite Arbeitsschritt durchgeführt ist, werden die Drückdorne 1a, 1b wieder getrennt und das fertige Rohr 3 kann entnommen werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Verfahren, bei dem das halbfertige Rohr umgedreht werden muß. Hierzu ist nur an der Maschinenspindelseite ein Drückdorn 1 befestigt, der in Reitstockrichtung eine äußere Konizität 6 aufweist. Das Rohr 3 wird auf diesen Drückdorn 1 geschoben und die Drückrollen 2 beginnen ihre Arbeit von der Spitze 7 des Drückdorns 1 in Richtung Maschinenspindelseite. Anschließend wird das halbfertige Rohr 3 umgekehrt auf denselben oder einen anderen Drückdorn 1 mit einer anderen Konizität 6 geschoben und die Drückrollen 2 arbeiten in einem zweiten Arbeitsgang wieder von der Spitze 7 in Richtung Maschinenspindel. Diesen zweiten Arbeitsgang zeigt Fig. 3.

Fig. 4 a, b, c zeigen drei verschiedene Rohre 3 mit jeweils unterschiedlicher Innenkontur. Fig. 4a zeigt ein Rohr 3 mit einem sechseckigen Querschnitt. Fig. 4b, c zeigen ein Rohr mit Rippen 10 und Nuten 11.

In Fig. 5 ist ein Drückdorn 1 mit Rippen 10 und Nuten 11 gezeigt. Es sind eine Vielzahl von Variationen dieser Drückdorne 1 möglich, die hier nicht alle dargestellt werden können.

Mit den verschiedenen vorstehend beschriebenen Werkzeuganordnungen können kaltdrückgewalzte Teile mit Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke hergestellt werden. Teils können die gewünschten Modifikationen im Inneren dieser Teile mit vertretbaren Kosten nur mit den beschriebenen Werkzeuganordnungen produziert werden. Bezogen auf die Fahrradindustrie bedeutet dies, daß mit dem Drückwalzverfahren hochfeste und dünnwandige Teile hergestellt werden können, die auf dem Sektor der Renn- und Rennsporträder sowie gegen Aluminiumräder eine gute Marktchance haben. Durch gute Gleichwandigkeiten, glatte Innenoberflächen und höchste Festigkeiten bei noch ausreichenden Dehnwerten werden dünnwandige und somit leichtere als heute übliche Bauteile möglich. Weiter erlauben die beschriebenen Vorrichtungen hohe Wiederholgenauigkeiten. Somit ist ein Teil wie das andere, da die Streuungen in den Werten minimal sind. Die Verfahren erlauben durch Variationen im Umformgrad und natürlich durch die Modifikationen im Inneren der Teile partiell unterschiedliche Widerstandsmomente und Festigkeiten. D.h., es besteht die Möglichkeit, die Stelle mit der höchsten Belastung den entsprechenden Widerstandsmomenten und Festigkeiten individuell zuzuordnen. Auch können beispielsweise an einem Teil höchste Festigkeiten an der einen Stelle und an einer anderen Stelle höchste Dehnwerte kombiniert werden. Schließlich erlauben die Vorrichtungen die Herstellung konischer Teile, partiell konischer Teile, kombiniert ggf. mit partiell unterschiedlich starken Wanddicken, sowie mit innen angebrachten Rippen oder Nuten in einem Arbeitsgang. Alle diese Vorteile ergeben Kosteneinsparungen bei der Herstellung rohrförmiger Teile mit den beschriebenen Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von drückgewalzten Rohren (3) mit einem Drückdorn (1) und einer oder mehreren Drückrollen (2), wobei das Rohr (3) zwischen dem Drückdorn (1) und den Drückrollen (2) angeordnet ist und durch Kraftbeaufschlagung der Drückrollen (2) plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Drückdorn (1) verwendet wird, der aus einem maschinenspindelseitig befestigten ersten Drückdorn (1a) und einem reitstockseitig befestigten zweiten Drückdorn (1b) besteht, wobei beide Drückdorne (1a, 1b) an der Verbindungsstelle (4) lösbar verbunden sind,
• - daß beide Drückdorne (1a, 1b) an der Verbindungsstelle (4) eine Konizität (6) aufweisen, die der gewünschten Innenverdickung des fertigen Rohres (3) entspricht,
• - daß in einem ersten Arbeitsgang die Drückrollen (2) an der Verbindungsstelle (4) bis auf den gewünschten Außendurchmesser des fertigen Rohres (3) eintauchen und in Maschinenspindel­ richtung oder Reitstockrichtung arbeiten,
• - daß in einem zweiten Arbeitsgang die Drückrollen (2) zurück zur Verbindungsstelle (4) gefahren werden und in entgegengesetzter Richtung arbeiten und
• - daß anschließend die beiden Drückdorne (1a, 1b) getrennt werden, so daß das fertige Rohr (3) entnommen werden kann.

2. Verfahren zur Herstellung von drückgewalzten Rohren (3) mit einem Drückdorn (1) und einer oder mehreren Drückrollen (2), wobei das Rohr (3) zwischen dem Drückdorn (1) und den Drückrollen (2) angeordnet ist und durch Kraftbeaufschlagung der Drückrollen (2) plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Drückdorn (1) an der Maschinenspindelseite befestigt ist und in Reitstockrichtung eine Konizität (6) aufweist, die der gewünschten Innenverdickung des fertigen Rohres (3) entspricht,
• - daß in einem ersten Arbeitsgang das Rohr (3) als Rohteil auf den Drückdorn (1) geschoben wird und die Drückrollen (2) von der Spitze (7) des Drückdorns (1) in Richtung Maschinenspindel arbeiten,
• - daß anschließend das halbfertige Rohr (3) umgekehrt auf denselben oder einen anderen Drückdorn (1) geschoben wird und
• - daß in einem zweiten Arbeitsgang die Drückrollen (2) wieder von der Spitze (7) des Drückdorns (1) in Richtung Maschinenspindel arbeiten.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Drückdorne (1, 1a, 1b) außerhalb des konischen Bereichs dem gewünschten Innendurchmesser des unverdickten Bereiches des fertigen Rohres (3) entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn (1, 1a, 1b) auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil aus Rippen (10) und Nuten (11) besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn (1, 1a, 1b) zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck ist.

7. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren und diese Vorrichtung zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder verwendet wird.