DE19716383C2 - Verfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von rotationssymmetrischen Hohlkörpern mit einem zumindest teilweise radial verlaufenden Kopfbereich und ei­ nem Bodenbereich aus einem einzelnen Rohr mit den Verfah­ rensschritten:

• a) Einspannen eines Rohres in eine Drückwalzmaschine und In-Rotation-Versetzen des Rohres,
• b) radiales Zustellen mindestens einer Drückrolle an das rotierende Rohr,
• c) lokales Einziehen des Rohres durch die Drückrolle,
• d) radiales Rückstellen der Drückrolle und axiales Verfah­ ren relativ zum Rohr entsprechend der Länge des zu for­ menden Hohlkörpers und
• e) Wiederholen der Verfahrensschritte b) bis d) zur Her­ stellung einer gewünschten Anzahl weiterer Hohlkörper aus dem Rohr.

In der Praxis sind verschiedene Verfahren bekannt, bei de­ nen Rohrenden durch Einziehen oder Stauchen umgeformt und geschlossen werden. Beim Einziehverfahren wird ein rotie­ rendes Rohrende auf einer Drückwalzmaschine durch eine Rol­ le spanlos umgeformt. Bei der Anformung eines Bodens wird dieser in der gleichen Aufspannung durch eine Reibschweis­ sung gasdicht verschlossen.

Demgegenüber wird beim Stauchverfahren ein stehendes Rohr in einen rotierenden, exzentrisch umlaufenden Formkopf ein­ gefahren, der dann in einem Arbeitsgang ein Rohrende umformt. Als weiteres Verfahren ist das Ziehen eines Hohlkör­ pers auf einer Presse bekannt, wobei das offene Ende des Hohlkörpers in einem separaten Schritt auf einer Einzieh­ maschine geformt wird.

Allen Verfahren ist gemeinsam, daß beim Umformprozeß je­ weils nur ein Rohrende umgeformt werden kann.

Die DE 620 690 C betrifft ein Verfahren zum Herstellen kugel­ stabförmiger Behälter aus Hohlzylindern. Bei dem Verfahren wird ein Hohlzylinder gleichzeitig von mehreren Rollen an­ gegriffen, wobei ein Satz Rollen Bereiche des Hohlzylinders in einer Weise formt, daß diese eine kugelförmige Gestalt erhalten, während ein weiterer Satz Rollen Einschnürungen zwischen den einzelnen kugelförmigen Bereichen einformt. Als Ergebnis erhält man eine stabförmigen Behälter, welcher aus mehreren kugelförmigen Bereichen besteht, die miteinan­ der über die eingeschnürten Bereiche verbunden sind. Insbe­ sondere betrifft das Verfahren der DE 620 690 C demnach die Herstellung eines einzelnen Behälters.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist in der DE 25 24 138 A1 beschrieben. Die dort offenbarte Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zylindrischen, druckdichten Behältern mit an den Stirnseiten angeordneten verschließba­ ren Stutzen aus schwer verformbarem Werkstoff, wie nicht rostendem Stahl. Dabei wird eine Drückrolle zunächst radial zugestellt und eine Rille in das Rohr eingedrückt, wobei der Werkstoff vornehmlich nach innen fließt. Anschließend wird das Druckwerkzeug achsparallel, von der Rille ausge­ hend nach vorne und hinten verschoben, so daß der Werkstoff unter dem Verformungsdruck in axialer Richtung abfließt. Diese Verfahrensschritte werden dann mehrfach wiederholt. Bis zur Fertigstellung der Behälter sind also eine Vielzahl von Umformungsschritten notwendig, die dieses Verfahren aufwendig und teuer machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einer Drückwalzmaschine aus einem Rohr Hohlkörper effizient gefertigt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Verfahren der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet,

• - daß das lokale Einziehen des Rohres mit mindestens einer Drückrolle durchgeführt wird, an deren beiden Seiten ei­ ne Außenkontur entsprechend einem anzuformenden Bodenbe­ reich und einem anzuformenden Kopfbereich gestaltet ist,
• - dass die Drückrolle beim Einziehen des Rohres so weit ra­ dial zugestellt wird, bis ein geschlossener Bodenbereich eines ersten Hohlkörpers und ein geschlossener Kopfbereich eines zweiten Hohlkörpers geformt ist,
• - daß beim lokalen Einziehen durch radiales Zustellen der mindestens einen Drückrolle gleichzeitig sowohl der Bo­ denbereich des ersten Hohlkörpers durch die eine Seite der Drückrolle als auch der Kopfbereich des zweiten Hohlkörpers durch die andere Seite der Drückrolle ge­ formt wird und
• - daß der Kopfbereich und der Bodenbereich beim Einziehen so stark erhitzt werden, dass deren Spitzen gasdicht ver­ schweißt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, in einem Zustellvorgang der Drückrolle sowohl einen Bodenbe­ reich eines ersten Hohlkörpers als auch einen Kopfbereich eines zweiten, angrenzenden Hohlkörpers zu fertigen. Hier­ durch wird die Bearbeitungszeit je Werkstück deutlich verkürzt. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere für die Massenfertigung von Gasbehältern, insbesondere von Druckbehältern für Airbags, geeignet. Als Ausgangsmaterial können standardisierte, handelsübliche Rohre verwendet wer­ den, deren Länge ein Mehrfaches eines zu fertigenden Hohl­ körpers beträgt.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß beim Einziehen des Rohres und Formen der aneinander grenzenden Kopf- und Bodenbereiche die Drückrolle relativ zum Rohr axial verfahren wird. Unter Rotation des einge­ spannten und positionierten Rohres verfahren die Drück- oder Profilrollen entlang ihrer radialen Achsen programmge­ steuert zu ihren Endpositionen. Während dieses Vorganges schiebt eine axiale NC-Achse in Abstimmung mit der radia­ len Umformung das eingespannte Rohr in Richtung der Drück­ rollen. Dabei wird zusätzlich Material in die Bodenebene der umzuformenden Rohrenden gebracht, so daß zusätzlich Wanddickenveränderungen definiert eingestellt werden kön­ nen.

Der gleiche Effekt kann alternativ durch das definierte Nachschieben des freien Rohrendes in Richtung der Drück­ rollen zu der anderen Seite des umzuformenden Rohrendes erreicht werden. In umgekehrter Funktion kann aber auch die Hauptspindel definiert zurückgefahren werden, so daß der Bodenbereich des zu formenden Hohlkörpers ausgedünnt wer­ den kann. Das gleiche gilt auch für den Kopfbereich des an­ grenzenden, zu fertigenden Hohlkörpers, wobei mit der umge­ kehrten Funktion des Zurückziehens des freien Rohrendes ein ausgedünnter Kopfbereich gefertigt werden kann.

Selbstverständlich können beide Möglichkeiten des Nach­ schiebens und Zurückziehens des Rohres kombiniert werden, so daß auf der einen Seite der Drückrolle am Werkstück eine Ausdünnung und an der anderen Seite eine Verdickung ent­ steht.

Eine bevorzugte Verfahrensvariante ist weiter, daß die Drückrolle beim Einziehen des Rohres so weit radial zuge­ stellt wird, bis ein geschlossener Kopf- bzw. Bodenbereich geformt ist. Dabei wird die Drückrolle nahezu bis an die Rotationsachse gefahren, so daß sich die Innenseite des Rohres im Bereich der Rotationsachse spaltfrei berührt. Um einen gasdichten Behälterboden sicherzustellen, können die so gebildeten Spitzen am Kopf- bzw. Bodenbereich in einem separaten Arbeitsschritt verschweißt werden.

Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt, daß die Kopf- bzw. Bodenbereiche beim Einziehen so stark erhitzt werden, daß deren Spitzen gasdicht verschweißt werden. Abhängig vom verwendeten Rohrmaterial kann der Umformvorgang so gesteu­ ert werden, daß eine ausreichende Reibungs- und Umformwärme im Spitzenbereich um die Rotationsachse erreicht wird, die ein Aufschmelzen und Verschweißen gewährleistet.

Gemäß einer weiteren Verfahrensalternative der Erfindung kann vorgesehen sein, daß beim Umformen zusätzlich Wärme­ energie zugeführt wird. Dies kann insbesondere durch eine induktive Erwärmung auf der Drückwalzmaschine erfolgen. Das Verfahren kann dabei je nach Anwenderwunsch als eine Kalt- oder eine Warmumformung durchgeführt werden.

Für eine besonders effiziente Automatisierung des Verfah­ rens ist es vorteilhaft, daß im Anschluß an das Einziehen ein fertig geformter Hohlkörper abgetrennt wird. Das Ab­ trennen kann beispielsweise durch einen separaten spanlosen Schneidevorgang oder durch entsprechende Zustellung der Drückrollen durchgeführt werden, welche bei entsprechender Einstellung des Zustelldruckes und der Rotation des Rohres zu einem Abreißen des fertigen Hohlkörpers führen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dadurch weiterge­ bildet, daß ein fertig geformter und abgetrennter Hohlkör­ per am Bereich einer Hauptspindel der Drückwalzmaschine ausgestoßen wird und daß das Rohr zum erneuten Spannen axial zur Hauptsindel hin verschoben wird. Bei einer Drückwalzmaschine mit entsprechender Programmsteuerung und einer druckgeregelten Nachschiebeeinrichtung, welche insbe­ sondere mit einem Rohrmagazin gekoppelt ist, kann eine ef­ fiziente Fertigung auch hoher Stückzahlen erreicht werden.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besteht darin, daß das Einziehen und Formen der Kopf- bzw. Bodenbereiche mit mehreren, verschiedenen ausgestal­ teten Drückrollen durchgeführt wird. So können beispiels­ weise gleichzeitig während des Einziehvorganges drei Drück­ rollen zugestellt werden, von denen zwei eine Umformung bis zu einem ersten Durchmesser ausführen, während lediglich eine Drückrolle den weiteren Durchmesserbereich bis zur Ro­ tationsachse hin umformt.

Für die Fertigung spezieller Behälter ist es weiter vorge­ sehen, daß an den zu fertigenden Hohlkörpern an deren Um­ fangswänden zusätzliche Profilierungen ausgeführt werden. Hierfür können auch weitere Drückrollen angeordnet sein, welche während des Einziehvorganges an das Werkstück zuge­ stellt werden.

Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen erläutert, welche in den Zeichnungen dar­ gestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch einen erfin­ dungsgemäß gefertigten Hohlkörper;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch einen zusätzlich spanend bearbeiteten Hohlkörper;

Fig. 3 eine erste Teilquerschnittsansicht durch eine Drückwalzmaschine bei der Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 eine zweite schematische Teilquerschnittsan­ sicht durch die Drückwalzmaschine von Fig. 2, und

Fig. 5 eine schematische Vorderansicht der Drückwalzma­ schine nach den Fig. 3 und 4.

Ein Hohlkörper 40, welcher mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren hergestellt ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Der Hohlkörper 40 weist an seinen beiden Enden einen Kopfbe­ reich 41 und einen Bodenbereich 42 auf, welche durch Ein­ ziehen eines Rohres ausgebildet sind. Beim Einziehen wurde die Innenseite der Rohrwandung so weit umgeformt, daß eine Berührung im Bereich einer Rotationsachse 43 des Hohlkör­ pers 40 und somit ein geschlossener Kopfbereich 41 bzw. Bo­ denbereich 42 hergestellt wurde. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bilden sich beim Verschließen Spitzen 44, 45 am Kopfbereich 41 bzw. dem Bodenbereich 42 aus.

Beim Umformen auf einer Drückwalzmaschine ist neben dem Kopfbereich 41 und dem Bodenbereich 42 auch eine weitere Profilierung 46 in die Wandung des Hohlkörpers 40 einge­ formt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden für ein gewünschtes Fertigteil der Kopfbereich 41 sowie der Bo­ denbereich 42 spanend bearbeitet, um gewünschte Öffnungen 47, 48 zu erzeugen, wie aus Fig. 2 zu ersehen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ferti­ gungsbeispiels auf einer Drückwalzmaschine 10 erläutert, welche ausschnittsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Diese umfaßt ein Spannfutter 11 mit einer Spannzangeneinrichtung, die federbeaufschlagt ist und hydraulisch entlastet werden kann. In dem Spannfutter 11 ist weiter ein Anschlag 12 an­ geordnet, welcher axial verschiebbar ist und als Ausstoßer dient.

Ein Rohr 9 ist durch eine nicht dargestellten Stangenzufüh­ rung in die Drückwalzmaschine 10 eingeführt, welche bei­ spielsweise drei radial- und eine axialgesteuerte NC-Achse aufweist. Das eine freie Ende des Rohres 9 ist in dem Spannfutter 11 mittels der Spannzangeneinrichtung einge­ spannt. Von dem als Hauptspindel dienenden Spannfutter 11 ist in einem Abstand ein Leitstock 14 mit einer mitlaufen­ den Buchse 13 angeordnet, durch welche das Rohr 9 zu seiner Stützung hindurchgeführt ist. Das Rohr 9 ist somit einsei­ tig radial und axial auf Anschlag eingespannt. Dagegen ist es an seinem anderen freien Ende nur radial geführt.

An eine definierte, von den Rohrenden beabstandete Position des Rohres 9 wird eine Drückrolleneinrichtung 15 mit einer Drückrolle 22 zugestellt. Die Drückrolleneinrichtung 15 weist ein Gehäuse 16 auf, in welchem eine Stützrolle 23 an einem Lagerbolzen 17 drehbar gelagert ist. Die Drückrolle 22, welche um eine parallel zur Rotationsachse 43 gerichte­ te Achse drehbar gelagert ist, wird durch die Stützrolle 23 gestützt. Durch das radiale Zustellen der Drückrolle 22 wird das Rohr 9 lokal eingezogen, wobei sich auf der einen Seite der Drückrolle 22 ein Bodenbereich 42 eines ersten Hohlkörpers 40 und gleichzeitig ein Kopfbereich 41 eines weiteren zu formenden Hohlkörpers ausbildet.

In Fig. 4 ist eine weitere schematische Teilquerschnittsan­ sicht der Drückwalzmaschine 10 dargestellt, wobei insbe­ sondere eine zweite Drückwalzeinrichtung 25 verdeutlicht ist. In einem Gehäuse 26 der Drückrolleneinrichtung 25 ist ein breite Drückrolle 32 um einen Bolzen 27 drehbar gela­ gert, der parallel zur Rotationsachse 43 verläuft. Die Aus­ senkontur der breiten Drückrolle 32 ist so gestaltet, daß sie die Außenkontur des Kopfbereichs 41 und des Bodenbe­ reichs 42 der zu formenden Hohlkörper 40 bis zu einem be­ stimmten Durchmesser formt. Die weitere Ausformung wird durch die Drückrolle 22 durchgeführt, welche im Zusammen­ hang mit Fig. 3 beschrieben ist.

Erfindungsgemäß preßt die Drückrolle 22 das Material des Rohres 9 auf einen Durchmesser zusammen, der letztendlich zu einem Abriß oder Abdrehen des in der Zeichnung linkssei­ tigen Endes des Rohres 9 von dem rechtsseitigen, eingespann­ ten Rohrende führt, welches über das Spannfutter 11 mit ei­ ner Federspanneinrichtung 8 rotierend angetrieben ist.

Aufgrund der starken Werkstoffverformung im Zentrum des Um­ formbereiches kommt es zu Erhitzungen, die zu einer Ver­ schweißung des Kopfbereiches 41 bzw. des Bodenbereiches 42 führt. Falls ein noch höherer Dichtheitsgrad erforderlich ist, kann eine zusätzliche Verschweißung durchgeführt wer­ den.

Der so geformte und abgetrennte Hohlkörper 40 wird an­ schließend mittels des verschiebbaren Anschlags 12 ausge­ stoßen. Das Rohr 9 mit dem angeformten Kopfbereich 41 eines weiteren zu fertigenden Hohlkörpers 40 wird darauf hin in das Spannfutter 11 der Hauptspindel nachgeschoben. Es kann dann ein neuer Umformschritt beginnen, um einen weiteren Hohlkörper 40 endzuformen.

Bei einem automatisierten Prozeß zur Massenfertigung von Hohlkörpern kann das erste und letzte Werkstück eines Roh­ res 9 nur an einer Seite geformt werden. Diese Reststücke können gegebenenfalls ausgeschleust werden.

Um auch das erste und letzte Werkstück eines Rohres 9 beid­ seitig formen zu können, kann sowohl das Rohr 9 als auch das Spannfutter 11 der Hauptspindel angetrieben sein. Auf diese Weise kann jeweils das Werkstück links- oder rechts­ seitig mit den Drückrollen geformt werden.

Um eine gewünschte Wanddickenveränderung, insbesondere im Kopfbereich 41 oder im Bodenbereich 42, zu erzeugen, kann das Rohr 9 während der radialen Zustellung der Drückrollen 22, 32 in einer axialen Richtung verschoben werden. Die Wanddickenveränderung kann dabei so gestaltet werden, daß in einem anschließenden spanabhebenden Prozeß die Enden des Hohlkörpers ein- oder beidseitig mit Bohrungen, Dichtan­ sätzen, Gewinden oder Flanschflächen versehen werden können.

Aus der Vorderansicht der Drückwalzmaschine 10 gemäß Fig. 5 ist zu erkennen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Drückrolleneinrichtungen 25 für breite Drückrollen 32 und eine Drückrolleneinrichtung 15 für die durchmessergrößere Drückrolle 22 vorgesehen sind. Zur besseren Kraftaufnahme ist die Drückrolle 22 mit zwei Stützrollen 23 abgestützt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von ro­ tationssymmetrischen Hohlkörpern (40) mit einem zu­ mindest teilweise radial verlaufenden Kopfbereich (41) und einem Bodenbereich (42) aus einem einzelnen Rohr (9) mit den Verfahrensschritten:

• a) Einspannen eines Rohres (9) in eine Drückwalz­ maschine (10) und In-Rotation-Versetzen des Rohres (9),
• b) radiales Zustellen mindestens einer Drückrolle (22, 32) an das rotierende Rohr (9),
• c) lokales Einziehen des Rohres (9) durch die Drück­ rolle (22, 32),
• d) radiales Rückstellen der Drückrolle (22, 32) und axiales Verfahren relativ zum Rohr (9) entspre­ chend der Länge des zu formenden Hohlkörpers (40) und
• e) Wiederholender Verfahrensschritte b) bis d) zur Herstellung einer gewünschten Anzahl weiterer Hohlkörper (40) aus dem Rohr (9),

dadurch gekennzeichnet,
daß das lokale Einziehen des Rohres mit mindestens einer Drückrolle (22, 32) durchgeführt wird, an deren beiden Seiten eine Außenkontur entsprechend einem anzuformenden Bodenbereich (42) und einem anzuformenden Kopfbereich gestaltet ist,
daß die Drückrolle (22, 23) beim Einziehen des Rohres (9) so weit radial zugestellt wird, bis ein geschlossener Bodenbereich (42) eines ersten Hohl­ körpers und ein geschlossener Kopfbereich (41) ei­ nes zweiten Hohlkörpers (40) geformt ist,
daß beim lokalen Einziehen durch radiales Zustellen der mindestens einen Drückrolle (22, 32) gleichzei­ tig sowohl der Bodenbereich (42) des ersten Hohlkör­ pers (40) durch die eine Seite der Drückrolle (22, 32) als auch der Kopfbereich (41) des zweiten Hohl­ körpers (40) durch die andere Seite der Drückrolle (22, 32) geformt wird und
daß der Kopfbereich (41) und der Bodenbereich (42) beim Einziehen so stark erhitzt werden, dass deren Spitzen (44, 45) gasdicht verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einziehen des Rohres (9) und Formen der an­ einander grenzenden Kopf- und Bodenbereiche (41, 42) die Drückrolle (22, 32) relativ zum Rohr (9) axial verfahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umformen zusätzlich Wärmeenergie zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluss an das Einziehen ein fertig geform­ ter Hohlkörper (40) abgetrennt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein fertig geformter und abgetrennter Hohlkör­ per (40) am Bereich einer Hauptspindel der Drückma­ schine (10) ausgestoßen wird und dass das Rohr (9) zum erneuten Spannen axial zur Hauptspindel hin verschoben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorformen und ein Endformen der Kopf- und Bodenbereiche (41, 42) mit verschiedenen Drück­ rollen (22, 32) durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den zu fertigenden Hohlkörpern (40) an deren Umfangswänden zusätzliche Profilierungen (46) einge­ formt werden.