DE19715351A1

DE19715351A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von metallischen Hohlkörpern mit Beul-Struktur

Info

Publication number: DE19715351A1
Application number: DE19715351A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Steingroever
Original assignee: Magnet Physik Dr Steingroever GmbH
Current assignee: Magnet Physik Dr Steingroever GmbH
Priority date: 1997-04-12
Filing date: 1997-04-12
Publication date: 1998-10-15
Also published as: US5964127A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von metalli schen Hohlkörpern mit Beul-Struktur und bezieht sich außerdem auf Vorrichtungen mit einer Hochstromschleife zum Durchführen solcher Verfahren.

Aus DE 23 30 479 C3 ist ein zerlegbarer Magnetfeld-Konzen trator zum Umformen von metallischen Werkstücken mittels eines Magnet-Impulses bekannt.

Neuerdings werden für die verschiedensten technischen Anwen dungszwecke insbesondere rohrförmige Hohlkörper mit einer Beul-Struktur benötigt, beispielsweise für einen Einsatz in Wärmetauschern, wobei durch die Beul-Struktur an den Wärmetauscherrohren eine stärkere Verwirbelung des Wärmetau schermediums und damit ein verbesserter Wärmeübergang erzielt werden soll.

Die Herstellung solcher rohrförmigen Hohlkörper mit Beul struktur mittels mechanischer Einrichtungen ist äußerst ar beitsintensiv und damit kostspielig.

Aber auch die Verformung von rohrförmigen metallischen Hohl körpern mit Beul-Strukturen mittels eines Magnetfeld-Konzen trators bietet erhebliche technische Schwierigkeiten, ins besondere wenn die hergestellten Werkstücke eine gleichmäßig hohe Fertigungsgenauigkeit haben sollen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von metallischen Hohlkörpern mit Beul-Struktur zu schaffen, bei dem in einfacher Weise mittels aufeinander folgender Magnet-Impulse am Umfang der Hohlkörper regelmäßig geformte Beul-Strukturen hergestellt werden können, ohne daß die so bearbeiteten Werkstücke im Bereich außerhalb der Beul- Strukturen verformt werden, wobei sich dieses Verfahren ins besondere durch Einsatz einer einfach und robust ausgebilde ten Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens auszeichnet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren zum Herstellen von metallischen Hohlkörpern mit Beul-Struktur im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Hohlkörper durch einen Magnet-Impuls auf bzw. mit einem der gewünschten Beul- Struktur entsprechenden Stützkörper verformt, geschrumpft oder geweitet und anschließend von dem Stützkörper entfernt oder abgezogen wird.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es in einfacher Weise möglich, den mit einer Beul-Struktur zu versehenden Hohlkörper, der zweckmäßig rohrförmig ausgebildet ist, in intermittierenden Bearbeitungsschritten durch die Öffnung in einem Magnetfeld-Konzentrator hindurchzuführen, wobei bei spielsweise im Inneren des Hohlkörpers ein profilierter Stützkern angeordnet sein kann, der am Ende einer Tragstange in die Öffnung an dem Magnetfeld-Konzentrator hineinragt. Der rohrförmige Hohlkörper wird dann so weit über den Stützkern und dem Feldkonzentrator verschoben, bis durch Erzeugen eines Magnet-Impulses ein erster Kranz von Beul-Strukturen an dem Hohlkörper erzeugt worden ist, wobei die Ausformung der Beul- Strukturen durch Kehlen oder Rillen bestimmt wird, die am Stützkern vorzugsweise in dessen Längsrichtung parallel zur gemeinsamen Längsachse von Stützkern und Öffnung in dem Ma gnetfeld-Konzentrator verlaufen.

Nach dem Erzeugen eines ersten Kranzes von ringförmig ange ordneten Beul-Strukturen wird der Hohlkörper gegenüber dem Stützkern und dem Magnetfeld-Konzentrator um einen Arbeits schritt verschoben und vorzugsweise um seine Achse verdreht, so daß anschließend durch einen weiteren Magnet-Impuls ein weiterer Kranz von Beul-Strukturen an dem Hohlkörper erzeugt werden kann. Immer weitere Kränze von Beulstrukturen werden dann jeweils durch ein schrittweises Abziehen, Drehen und Erzeugen eines Magnet-Impulses an dem Hohlkörper ausgeformt.

Der Stützkern und die Kehlen oder Rillen an seinem Umfang sind in Bewegungsrichtung des Hohlkörpers konisch verjüngt, damit der schrittweise verformte Hohlkörper jeweils von dem Stützkern abgezogen und in eine neue Bearbeitungsposition gebracht werden kann.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten des erfindungsgemäßen Ver fahrens sind in den Ansprüche 2 bis 5 gekennzeichnet, während die Ansprüche 6 bis 10 auf verschiedene Vorrichtungen zum Durchführen solcher Verfahren gerichtet sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung schema tisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Magnetfeld-Konzentrator mit einem rohrförmi gen metallischen Hohlkörper, der mit Beul-Struktu ren versehen worden ist, in raumbildlicher Darstel lung während eines Verformungsvorganges,

Fig. 2 einen in der Öffnung des Feldkonzentrators angeord neten Stützkern zum Verformen des rohrförmigen Hohlkörpers mittels Magnet-Impulsen in raumbildli cher Einzeldarstellung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit Feld konzentrator, Stützkern und einem zu verformenden Hohlkörper gemäß Schnittlinie III-III von Fig. 1,

Fig. 4 bis 6 eine gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1 bis 3 abgewandelte Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei diese Vorrich tung zum Verformen von metallischen Hohlkörpern mit einer nach außen hervorspringenden Beul-Struktur dient, hierbei zeigt

Fig. 4 einen Feldkonzentrator mit einer rechteckigen Öff nung zum Verformen von metallischen Hohlkörpern mit einer nach außen weisenden Beul-Struktur vor einem Bearbeitungsgang,

Fig. 5 diesen Feldkonzentrator beim Verformen des Hohlkör pers durch einen Magnet-Impuls, der auf den Hohl körper nach außen gerichtete Magnetkräfte auf bringt, durch die der Hohlkörper die gewünschte außenliegende Beul-Struktur erhält, und

Fig. 6 eine raumbildliche Darstellung einer solchen Vor richtung mit einem Feldkonzentrator, wobei der zu verformende metallische Hohlkörper durch die mehr eckige Öffnung des Feldkonzentrators schrittweise hindurchbewegt und nach jedem Bewegungsschritt so weit verdreht wird, daß durch die erzeugten Magnet- Impulse jeweils aufeinanderfolgende Kränze von nach außen weisenden Beul-Strukturen erzeugt werden, die am Hohlkörper in aufeinanderfolgenden Kränzen je weils um einen bestimmten Winkelbetrag gegenein ander versetzt sind.

Die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwen deten Vorrichtungen bestehen aus einem Feldkonzentrator 1 mit einer dem Querschnitt des zu verformenden rohrförmigen Hohl körpers 2 entsprechenden kreisrunden oder mehreckigen Öffnung 3 und einem in der Öffnung angeordneten Stützkern 4. Der Stützkern 4 ist am Ende einer Tragstange 5 angebracht, die am Maschinengestell 6 der Vorrichtung befestigt ist.

Wie in Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, besitzt der in der zy lindrischen Öffnung 3 des Feldkonzentrators 1 angeordnete Stützkörper 4 zum Verformen des Hohlkörpers 2 mit nach innen gerichteten länglichen Beul-Strukturen 7 ein im Querschnitt rundes oder mehreckiges Profil mit mehreren Kehlen oder Ril len 8 in seiner Längsrichtung und hat im Außenprofil und in den Kehlen oder Rillen B in Bewegungsrichtung 9 des zu ver formenden Hohlkörpers 2 eine konisch leicht verjüngte Form.

Ebenso kann der in der Öffnung 3 des Feldkonzentrators 1 angeordnete Stützkörper 4 aber auch ein im Querschnitt rundes oder mehreckiges Profil mit Kehlen oder Rillen B schräg oder diagonal zu seiner Längsrichtung aufweisen, wobei auch bei einer solchen abgewandelten Ausführungsform der Stützkern 4 im Außenprofil und in den Kehlen oder Rillen 8 in Bewe gungsrichtung 9 des zu verformenden Hohlkörpers 2 eine ko nisch verjüngte Form hat.

Wie in Fig. 4 bis 6 weiterhin gezeigt ist, hat die Hochstrom schleife 1 zum Verformen von Hohlkörpern 2 mit nach außen ge richteten länglichen Beulen eine den gewünschten Beul-Struk turen 7 entsprechende, im Querschnitt mehreckige Durchfüh rungsöffnung 3 für den Hohlkörper 2, so daß bei jedem Magnet- Impuls die Wandung des Hohlkörpers 2 bis in die Eckbereiche der Öffnung 3 ausgebeult wird. Ein innerer Stützkern ist hierbei nicht erforderlich.

Der Magnet-Impuls zum Verformen der metallischen Hohlkörper 2 wird bei allen verwendeten Vorrichtungen vorteilhafterweise mit dem Strom 10 einer Kondensator-Entladung über einen Im puls-Transformator nach DE 44 23 992 C2 und einen Feldkonzen trator nach DE 44 36 615 A1 erzeugt.

In einer abgewandelten Ausführungsform einer solchen Vorrich tung, ist es aber auch möglich, daß der Magnet-Impuls mit einem Feldkonzentrator nach DE 23 30 479 erzeugt wird, der unmittelbar in einer Feldspule angeordnet ist.

Beim Durchführen des Verfahrens zum Herstellen von metalli schen Hohlkörpern 2 mit Beul-Struktur 7 wird der Hohlkörper 2 auf einer der in Fig. 1 bis 3 bzw. in Fig. 4 bis 6 gezeig ten Vorrichtungen durch einen Magnet-Impuls auf bzw. mit einem der gewünschten Beul-Struktur 7 entsprechenden Stütz körper verformt, geschrumpft oder geweitet und anschließend von dem Stützkörper entfernt oder abgezogen.

Wie Fig. 1 bis 3 zeigen, wird dabei in einer ersten Ausfüh rungsform des Verfahrens der rohrförmige Hohlkörper 2 in der Öffnung 3 dem Feldkonzentrator T mit dem innenliegenden pro filierten Stützkern 4 in Längsrichtung schrittweise bzw. intermittierend bewegt (Pfeil 9 in Fig. 1 und 3), wobei zwi schen den einzelnen Bewegungsschritten in dem Feldkonzentra tor 1 jeweils ein den Hohlkörper 2 auf dem Stützkern 4 ver formender Magnet-Impuls erzeugt wird.

Hierbei wird ein innenliegender Stützkern 4 mit in Längsrich tung des zu verformenden Hohlkörpers 2 verlaufenden Kehlen oder Rillen 8 verwendet, der im Außenprofil und in den Kehlen 8 in Bewegungsrichtung 9 des Hohlkörpers 2 konisch verjüngt ist.

Zum Herstellen von metallischen Hohlkörpern 2 mit von der Au ßenwandung des Hohlkörpers nach außen weisenden länglichen Beul-Strukturen 7 wird der Hohlkörper 2, wie in Fig. 4 bis 6 gezeigt ist, derart durch den Feldkonzentrator 1, der eine entsprechend der gewünschten Beul-Struktur 7 mehreckig ge formte Öffnung 3 hat, schrittweise hindurchbewegt, so daß bei jedem Magnet-Impuls die Wandung des Hohlkörpers 2 bis in die Eckbereiche der Öffnung 3 nach außen getrieben wird.

Bei den in Fig. 1 bis 3 und in Fig. 4 bis 6 im einzelnen gezeigten beiden Verfahren zum Verformen von metallischen Hohlkörpern 2 mit Beul-Struktur 7 erfolgt nach jedem Bewe gungsschritt zwischen dem Stützkörper 4 und dem Hohlkörper 2 eine Drehbewegung 11 um deren gemeinsame Längsachse 12 der art, daß aufeinanderfolgende Beul-Strukturen 7 am Umfang des Hohlkörpers 2 jeweils winkelmäßig gegeneinander versetzt sind.

Statt den zu verformenden Hohlkörper 2 nach jedem Bearbei tungsschritt von dem Stützkern 4 zunächst axial abzuziehen und dann erst zu drehen, ist es auch möglich, den Stützkern 4 nicht feststehend, sondern am Maschinengestell 6 derart drehbar anzuordnen, daß der Stützkern 4 nach dem Abziehen des verformten Hohlkörpers 2 jedesmal um einen bestimmten Win kelbetrag verdreht wird, so daß aufeinanderfolgende Kränze von Beul-Strukturen 7 an dem Hohlkörper 2 gegeneinander ver setzt sind. Der Stützkern 4 kann dabei entweder intermittie rend weitergedreht oder zwischen zwei Bearbeitungsstellungen jeweils hin- und wieder zurückgedreht werden, während der Hohlkörper 2 zwischen den einzelnen Drehbewegungen des Stütz kerns 4 immer nur axial in die nächste Bearbeitungsstellung weiterbewegt werden muß.

Ebenso ist es aber auch möglich, die Kehlen oder Rillen 8 an dem Stützkern 4 nicht in dessen Längsrichtung, sondern schräg oder diagonal dazu derart verlaufen zu lassen, daß an dem metallischen Hohlkörper 2 nicht achsparallele, sondern zur Längsachse 12 schräg oder diagonal verlaufende Beul-Struktu ren 7 erzeugt werden können. Hierfür ist es lediglich erfor derlich, den Hohlkörper 2 nicht axial von dem Stützkern 4, sondern vielmehr in einer Art Schraubenbewegung abzuziehen und jeweils in die nächste Bearbeitungsstellung zu bringen.

Die Feldkonzentratoren 1 sind in bekannter Weise mit Isolie rungen 13 auf den Innenflächen der Öffnung 3 belegt, um einen Kurzschluß durch das zu verformende Werkstück zu vermeiden. Falls diese Teile schon einen isolierenden Überzug aufweisen, kann die Isolierung 13 an dem Feldkonzentrator 1 entfallen.

Bezugszeichenliste

1

Feldkonzentrator

2

Hohlkörper

3

Öffnung

4

Stützkern

5

Tragstange

6

Maschinengestell

7

Beul-Strukturen

8

Kehlen oder Rillen

9

Bewegungsrichtung

10

Strom

11

Drehbewegung

12

Längsachse

13

Isolierung

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von metallischen Hohlkörpern mit Beul-Struktur, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hohlkörper (2) durch einen Ma gnet-Impuls auf bzw. mit einem der gewünschten Beul- Struktur (7) entsprechenden Stützkörper verformt, ge schrumpft oder geweitet und anschließend von dem Stützkörper entfernt oder abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein rohrförmiger Hohlkör per (2) in der zylindrischen Öffnung (3) eines Feldkon zentrators (1) mit einem innenliegenden profilierten Stützkern (4) in Längsrichtung schrittweise bzw. inter mittierend bewegt wird, und daß zwischen den einzelnen Bewegungsschritten in dem Feldkonzentrator (1) jeweils ein den Hohlkörper (2) auf dem Stützkern (4) verformen der Magnet-Impuls erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß ein innenliegender Stütz kern (4) mit in Längsrichtung des zu verformenden Hohl körpers (2) verlaufenden Kehlen oder Rillen (8) verwen det wird, der im Außenprofil und in den Kehlen (8) in Bewegungsrichtung (9) des Hohlkörpers konisch verjüngt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Hohl körper (2) zum Erzeugen einer nach außen gerichteten Beul-Struktur (7) durch einen Feldkonzentrator (1) mit einer entsprechend der gewünschten Beul-Struktur (7) mehreckig geformten Öffnung (3) derart hindurchbewegt wird, daß bei jedem Magnet-Impuls die Wandung des Hohl körpers (2) bis in die Eckbereiche der Öffnung (3) aus gebeult wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß bei oder nach jedem Bewegungsschritt zwischen dem Stützkörper (4) und dem Hohlkörper (2) eine Drehbewegung (11) um deren gemeinsame Längsachse (12) derart erfolgt, daß aufein anderfolgende Beul-Strukturen (7) am Umfang des Hohlkör pers (2) winkelmäßig gegeneinander versetzt sind.

6. Vorrichtung mit einer Hochstromschleife zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der in der Öffnung (3) des Feldkonzentrators (1) zum Verformen des Hohlkörpers (2) angeordnete Stützkörper (4) ein im Querschnitt rundes oder mehreckiges Profil mit Kehlen oder Rillen (8) in seiner Längsrichtung aufweist und im Außenprofil und in den Kehlen oder Rillen (8) in Bewe gungsrichtung (9) des zu verformenden Hohlkörpers (2) eine konisch verjüngte Form hat.

7. Vorrichtung mit einer Hochstromschleife zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der in der Öffnung (3) des Feldkonzentrators (1) zum Verformen des Hohlkörpers (2) angeordnete Stützkörper (4) ein im Querschnitt rundes oder mehreckiges Profil mit Kehlen oder Rillen (8) schräg oder diagonal zu seiner Längs richtung aufweist und im Außenprofil und in den Kehlen oder Rillen (8) in Bewegungsrichtung (9) des zu verfor menden Hohlkörpers (2) eine konisch verjüngte Form hat.

8. Vorrichtung mit einer Hochstromschleife zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Feldkonzentrator (1) eine den gewünschten Beul-Strukturen (7) des Hohlkörpers (2) mit nach außen gerichteten Beulen entsprechende, im Querschnitt mehreckige Durchführungsöffnung (3) für den Hohlkörper (2) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß der Magnet-Impuls mit dem Strom (10) einer Kondensator-Ent ladung über einen Impuls-Transformator nach DE 44 23 992 C2 und einen Feldkonzentrator nach DE 44 36 615 A1 er zeugt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß der Magnet-Impuls mit einem Feldkonzentrator nach DE 23 30 479 erzeugt wird, der unmittelbar in einer Feldspule angeordnet ist.