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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
eines rohrförmigen Werkstücks mit einem entlang
seiner Längserstreckung im Winkel zur Längsmittelachse
des Werkstücks verlaufenden Übergangsbereich mit
einer Durchmesserveränderung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Einsatz
kommen bei einem Umformverfahren, welches zur Kategorie der Pressverfahren
gehört, das auch als "Einziehen" bezeichnet wird. Bei einem solchen
Verfahren wird mittels eines Außenwerkzeugs, der so genannten
Matrize, eine Umformung an dem rohrförmigen Werkstück
durchgeführt, die zu einem Übergangsbereich mit
einer Durchmesserveränderung am Werkstück führt.
Eine solche Durchmesserveränderung kann an dem Werkstück
an einer Seite seiner Längserstreckung oder an beiden Seiten
durchgeführt werden.
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Der
so erzeugte Durchmesser kann als Anschlussdurchmesser dienen, um
das rohrförmige Werkstück mittels der damit ausgebildeten
Schulter an einem mit einem Konus ausgebildeten Bauteil zur Kraftübertragung
anzuordnen, so dass sich das Werkstück über die
Schulter an dem Bauteil axial und radial geführt abstützt.
Durch die Kraftübertragung soll sich die Relativposition
zwischen dem Werkstück und dem Trägerbauteil nicht
verändern.
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Bei
dem hier angesprochenen rohrförmigen Werkstück
kann es sich beispielsweise um ein Mantelrohr oder Behälterrohr
für einen Stoßdämpfer handeln, der sich über
die Schulter gegen einen Radträger abstützt.
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Je
nachdem, ob das fertig bearbeitete Werkstück auch spezielle
Anforderungen für den Innendurchmesser erfüllen
muss, wie es bei dem hier angesprochenen Mantelrohr für
den Stoßdämpfer der Fall ist, wird auch ein Innenwerkzeug
in der Form eines Innendorns oder Ziehdorns mit einem Ziehring verwendet,
um den Innendurchmesser des Mantelrohrs nach der Umformung durch
die Matrize formgebend einzustellen. Dies geschieht dadurch, dass
der Ziehring des Innendorns bei an dem Werkstück verbleibender
Matrize – das Werkstück befindet sich dabei innerhalb
eines zylindrischen Bereichs der Matrize angeordnet – hindurchgezogen
wird und somit der Innendurchmesser des Mantelrohrs auf ein gewünschtes
Sollmaß verformt und eingestellt wird.
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Durch
den Umformvorgang mittels der Matrize ergibt sich das Problem, dass
es auch benachbart zu dem Übergangsbereich zu einer nicht
gewünschten Veränderung des Durchmessers des rohrförmigen
Werkstücks kommt. Ein mit dem vorstehend beschriebenen
Umformverfahren hergestelltes Werkstück besitzt den Nachteil,
dass sich der Außendurchmesser und auch der Innendurchmesser
des Werkstücks benachbart zu dem gewünschten Übergangsbereich
durch den Umformvorgang verändern. Dieser, mit einer nicht
gewünschten Durchmesserveränderung versehene Bereich
des Werkstücks wird auch als Einzug bezeichnet, der in
Längsrichtung des Werkstücks möglichst
kurz sein soll.
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Der
Konus des Trägerbauteils wird form- und flächenkomplementär
zur gewünschten Konfiguration des Übergangsbereichs
mit der Schulter ausgebildet, das mit dem bekannten Verfahren hergestellte Werkstück
aber weist unmittelbar benachbart zur Schulter den Einzug auf, liegt
also nicht vollflächig an dem Konus des Trägerbauteils
auf. Kommt es nun zu einer Axialkraftübertragung zwischen
dem Werkstück und dem Konus, so rutscht das Werkstück
entlang des Einzugs am Konus ab und die gewünschte Relativposition
zwischen dem Werkstück und dem Trägerbauteil hat
sich in nicht gewünschter Weise verändert.
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Da
bei einem solchen rohrförmigen Werkstück über
die Schulter eine Kraftübertragung an das Trägerbauteil
stattfindet, darf das Werkstück durch das Umformverfahren
auch keine wesentliche Schwächung seiner Wandstärke
erfahren, es bedeutet dies mit anderen Worten, dass das umgeformte Werkstück
auch im Bereich der Durchmesserveränderung eine Wandstärke
aufweisen soll, die der Wandstärke des Ausgangsprofils
des noch unumgeformten Rohrs entsprechen soll.
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Soll
das Werkstück in einer beispielsweise zylindrischen Aufnahme
geklemmt werden, so muss es entlang seiner Längserstreckung
einen Bereich aufweisen, der keine unerwünschten Durchmesserveränderungen
besitzt, da andernfalls ein flächiges Klemmen zwischen
der Aufnahme und dem Werkstück nicht möglich ist.
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Bei
dem mit einem unerwünschten Einzug ausgebildeten Werkstück
tritt also das Problem auf, dass das Werkstück nicht benachbart
zu dem Übergangsbereich geklemmt werden kann, denn der
Einzug verringert die zum sicheren Klemmen benötigte Klemmlänge
am Werkstück, das Werkstück rutscht bei der Kraftübertragung
relativ zur Aufnahme durch.
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Das
Werkstück darf daher durch den Umformvorgang einerseits
im Übergangsbereich keine Verringerung der Wandstärke
erfahren, andererseits benachbart zum Übergangsbereich
auch keine unerwünschten Durchmesserveränderungen
erhalten.
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Anhand
der
DE 102 45 570
B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen
Werkstücks, insbesondere einer Stoßdämpfer-Kolbenstange
bekannt geworden. Mit diesem bekannten Verfahren wird in einem zweistufigen
Verfahren ein Ausgangsrohr zunächst zur Bildung eines Zwischenproduktes durch
Rundkneten kalt umgeformt, wobei das Zwischenprodukt einen Übergangsbereich
aufweist, der einen Winkel von etwa 45° relativ zur Längsmittelachse
des Ausgangsrohrs besitzt.
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Der Übergangsbereich
dieses Zwischenproduktes wird dann in einem zweiten Verfahrenschritt zu
einem Steilübergang von etwa 90° umgeformt. Bei diesem
bekannten Verfahren kann eine Umformung zum Steilübergang
mittels eines Stufendorns erfolgen, nachteilig ist hier aber, dass
im Übergangsbereich eine deutliche Schwächung
der Wandstärke auftritt, was zu einer Verringerung der
Steifigkeit einer so gebildeten Stoßdämpfer-Kolbenstange
führt.
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Anhand
der
DE 101 01 717
A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung
von Rohrstücken mit einem verengten Abschnitt bekannt geworden.
Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Druckstösselring
gegen einen Elastomer verschoben, der eine Ausweichbewegung in einen
in einem Umformgehäuse ausgebildeten Hohlraum ausführt, in
dem ein rohrförmiges Werkstück angeordnet ist. Innerhalb
des Werkstücks ist ein Innendorn angeordnet, so dass die
Ausweichbewegung des Elastomers dazu führt, dass der Elastomer
das Werkstück gegen den Innendorn drückt und somit
eine entsprechende Verformung am Werkstück ausübt.
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Auf
diese Weise kann am Werkstück eine Einschnürung
ausgebildet werden. Mit diesem bekannten Verfahren kann aber kein
umgeformter Bereich mit einer maßhaltigen Kombination aus
Außen- und Innendurchmesser geschaffen werden, da sich die
Wandstärke im umgeformten Bereich über den freien
Werkstofffluss ergibt.
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Soll
mit diesem bekannten Verfahren ein hochfestes Rohr umgeformt werden,
so scheitert dies darin, dass der Elastomer aufgrund seiner Elastizität
keine maßstabile Ausformung ermöglicht.
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Anhand
der
DE 42 35 666 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Rohrendes
mit reduziertem Durchmesser bekannt geworden. Bei diesem bekannten
Verfahren wird ein rohrförmiges Werkstück von
zwei in Richtung auf einen Innendorn zu radial bewegbaren Pressformhälften
beaufschlagt und zur Ausbildung einer Durchmesserveränderung
umgeformt.
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Schließlich
ist anhand der
US 3,889,511
B1 ein Verfahren zur Ausbildung einer Einschnürung
an einem rohrförmigen Werkstück bekannt geworden. Nach
diesem bekannten Verfahren werden vier radial auf das Werkstück
zustellbare Pressformsegmente verwendet, um die Einschnürung
am Werkstück gegen einen darin angeordneten Innendorn auszubilden.
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Ausgehend
hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
eine Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Werkstücks
zu schaffen, mit dem es ermöglicht wird, den Übergangsbereich
mit einer Durchmesserveränderung so auszugestalten, dass
der Durchmesserabfall am Werkstück benachbart zu dem Übergangsbereich verringert
wird und das Werkstück im Übergangsbereich auch
keine Schwächung der Wandstärke erfährt.
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Die
Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die Merkmale
nach dem Anspruch 1 auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind
in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung sieht eine Vorrichtung vor für die Herstellung
eines rohrförmigen Werkstücks, das einen entlang
seiner Längserstreckung im Winkel zur Längsmittelachse
des Werkstücks verlaufenden Übergangsbereich mit
einer Durchmesserveränderung besitzt, mit einem zumindest
entlang eines Teilbereichs der Längserstreckung des Werkstücks
zum Umformen des Übergangsbereichs bewegbaren Außenwerkzeug
mit einer zum Übergangsbereich zumindest weitgehend komplementären
Innenkontur und einem zumindest entlang eines Teilbereichs der Längserstreckung
des Werkstücks bewegbaren ersten Innenwerkzeug zur formgebenden
Einstellung des Innendurchmessers des Werkstücks und einem das
Werkstück innen abstützenden zweites Innenwerkzeug
mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des ersten Innenwerkzeugs, das
während der Umformung des Übergangsbereichs das
zweite Innenwerkzeug radial abstützt.
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Die
Vorrichtung ist für die Herstellung eines rohrförmigen
Werkstücks vorgesehen, während der in den Innendurchmesser
des Ausgangswerkstücks in der Form beispielsweise eines
dünnwandigen, kaltgezogenen, längsnahtgeschweißten
Präzisionsrohrs das zweite Innenwerkzeug eingebracht und zwar
bis zu einem Bereich nahe des auszubildenden Übergangsbereichs
am Werkstück.
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Das
zweite Innenwerkzeug weist eine Ausnehmung auf, und in diese Ausnehmung
des im Werkstück angeordneten zweiten Innenwerkzeugs wird
im Bereich des auszubildenden Übergangsbereichs das erste
Innenwerkzeug angeordnet. Das erste Innenwerkzeug kann dann das
zweite Innenwerkzeug beim Umformvorgang zur Ausbildung des Übergangsbereichs
radial von innen abstützen, so dass das zweite Innenwerkzeug
beim Umformvorgang selbst keine Verformung erfährt. Dadurch
kann ein im Bereich der Ausnehmung zur Aufnahme des ersten Innenwerkzeugs
dünnwandiges zweites Innenwerkzeug eingesetzt werden.
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Ein
dünnwandiges zweites Innenwerkzeug ist dann erforderlich,
wenn die erwünschte Durchmesserveränderung zwischen
den Außendurchmessern des Werkstücks beidseits
des Übergangsbereiches klein ist.
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Durch
das Bewegen der Innenkontur des Außenwerkzeugs entlang
des Werkstücks wird der Übergangsbereich mit der
Durchmesserveränderung ausgebildet und dabei befinden sich
sowohl das erste Innenwerkzeug als auch das zweite Innenwerkzeug nahe
benachbart zu dem auszubildenden Übergangsbereichs angeordnet
und das erste Innenwerkzeug stützt dabei beim Umformen
des Übergangsbereichs das zweite Innenwerkzeug radial von
innen ab.
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Nachdem
der Übergangsbereich ausgebildet worden ist, wird das erste
Innenwerkzeug relativ zum Werkstück bei am Werkstück
angeordneten Außenwerkzeug zur formgebenden Einstellung
des Innendurchmessers des Werkstücks bewegt. Bei dieser Einstellung
des Innendurchmessers verbleibt das Außenwerkzeug am Werkstück
angeordnet, so dass durch das Innenwerkzeug eine plastische Verformung
des Werkstücks durchgeführt werden kann, welches
sich außen gegen das Außenwerkzeug abstützt,
wodurch das Werkstück auch innen auf Maß gebracht
wird.
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Bei
dem zweiten Innenwerkzeug kann es sich um einen Stützdorn
handeln, der eine Ausnehmung zur Aufnahme des ersten Innenwerkzeugs
besitzt, bei dem es sich um einen mit einem Ziehring versehenen
Ziehdorn handeln kann. Der Ziehdorn wird mit dem Ziehring so in
die Ausnehmung des Stützdorns bewegt, dass der Ziehdorn
den Stützdorn während des Umformvorgang des Übergangsbereichs
radial abstützt, so dass eine Verformung des dünnwandigen
Stützdorns vermieden wird.
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Dadurch
wird erreicht, dass das Werkstück beim Umformvorgang des Übergangsbereichs
bis unmittelbar benachbart zum Übergangsbereich am Stützdorn
anliegt, und somit nur der Bereich der Längserstreckung
des Werkstücks umgeformt wird, der nicht mehr vom Stützdorn
unterstützt wird, also eben genau der Übergangsbereich
mit der auszubildenden Durchmesserveränderung, nicht mehr
aber der benachbarte Bereich. Dadurch wird ein scharfkantiger Übergangsbereich
geschaffen, der einen minimierten Einzug aufweist, der Längenbereich
des Werkstücks also, der keine Durchmesserveränderung
erfahren soll, wird minimiert.
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Auf
diese Weise kann durch den scharfkantigen Übergangsbereich
eine Schulter am Werkstück ausgebildet werden, die form-
und flächenkomplementär zur entsprechenden Aufnahme
am Trägerbauteil ausgebildet ist, so dass eine unerwünschte Verlagerung
des Werkstücks relativ zum Trägerbauteil durch
eine Axialkraftbeaufschlagung vermieden wird.
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Auch
fällt dadurch der Nachteil weg, dass das Werkstück
benachbart zum Übergangsbereich keine Kontur zum flächigen
Klemmen in einer Aufnahme besitzt, denn das Werkstück besitzt
vor und nach dem Umformvorgang benachbart zum Übergangsbereich
keine unerwünschten Durchmesserveränderungen.
Das Werkstück besitzt also auch benachbart zum Übergangsbereich
einen klemmbaren Bereich ohne unerwünschten Einzug und
rutscht daher nicht bedingt durch den Einzug an der Aufnahme ab.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste
Innenwerkzeug zumindest teilweise in die Ausnehmung des zweiten
Innenwerkzeugs hin ein bewegbar ist und der Übergangsbereich
in Axiallängsrichtung des Werkstücks benachbart
zu einer Stirnfläche des zweiten Innenwerkzeugs ausgebildet
werden kann.
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Damit
wird erreicht, dass das Werkstück bis unmittelbar zum auszubildenden Übergangsbereich vom
zweiten Innenwerkzeug radial unterstützt wird, so dass
keine unerwünschten Durchmesserveränderungen am
Werkstück auftreten und auch ein dünnwandiges
zweites Innenwerkzeug während des Umformvorgangs nicht
verformt wird, da es radial innen vom ersten Innenwerkzeug abgestützt
wird. Das erste Innenwerkzeug ist ein verglichen mit dem zweiten Innenwerkzeug
zur Kraftaufnahme in radialer Richtung steif ausgebildetes Werkzeug.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Werkstück
bei der Ausformung des Übergangsbereichs von der Innenkontur des
Außenwerkzeugs während der Relativbewegung des
Außenwerkzeugs und des Werkstücks zueinander umgeformbar
ist derart, dass das umgeformte Werkstück einen kleineren
Außendurchmesser aufweist als das unumgeformte Werkstück.
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Hierzu
ist es nach einer Fortführung der Erfindung vorgesehen,
dass das Außenwerkzeug relativ zum Werkstück bis
nahe einer Stirnfläche des zweiten Innenwerkzeugs bewegbar
ist. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass das Außenwerkzeug bis
nahe zur Stirnfläche des zweiten Innenwerkzeugs verfährt
und dabei eine Durchmesserveränderung am Werkstück
ausführt. Die Verfahrbewegung des Außenwerkzeugs
wird dabei in einem Abstand in Axiallängsrichtung zum zweiten
Innenwerkzeug beendet, wodurch sich unmittelbar benachbart zur Stirnfläche
des zweiten Innenwerkzeugs der Übergangsbereich mit der
Durchmesserveränderung vom unumgeformten Werkstück
zum umgeformten Werkstück ergibt und dieser weit gehend
keine unerwünschten Durchmesserveränderungen benachbart zur
gewünschten Durchmesserveränderung besitzt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es daher vorgesehen, dass
die Verfahrbewegung des Außenwerkzeugs im Abstand in Axiallängsrichtung
zum zweiten Innenwerkzeug derart beendbar ist, dass die Wandstärke
des Werkstücks weit gehend im rechten Winkel zur Innenwand
und/oder Außenwand des Werkstücks im Übergangsbereich
größengleich der Wandstärke des unumgeformten Werkstücks
ist.
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Auf
diese Weise wird erreicht, dass durch die gewählte Prozesssteuerung
das fertig bearbeitete Werkstück entlang weit gehend seiner
gesamten Axiallängserstreckung eine Wandstärke
besitzt, die mindestens der Wandstärke des Ausgangsrohrs
entspricht, also auch im Bereich des Übergangsbereichs eine
Wandstärke vorliegt, die mindestens der Ausgangswandstärke
entspricht. Auf diese Weise wird das Problem beseitigt, dass der Übergangsbereich eine
verminderte Wandstärke aufweist und demgemäß verringerte
Festigkeit aufweist.
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Nach
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine am zweiten Innenwerkzeug ausgebildete Formfläche
vorgesehen, die den Werkstoff des Werkstücks zur Ausbildung
des Übergangsbereichs in Richtung der Innenkontur des Außenwerkzeugs
drückt. Auf diese Weise bildet sich ein Übergangsbereich
aus, der auch an der Innenseite des Werkstücks keine unerwünschten
Durchmesserveränderungen benachbart zum Übergangsbereich aufweist.
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Wie
es vorstehend bereits erwähnt wurde, wird das erste Innenwerkzeug
in die Ausnehmung des zweiten Innenwerkzeugs bewegt, um das zweite Innenwerkzeug
bei der Umformung des Übergangsbereichs radial von innen
nach außen abzustützen. Zu diesem Zweck ist es
nach einer Weiterbildung der Erfindung ein ringförmiges
Ziehwerkzeug am ersten Innenwerkzeug vorgesehen, welches durch einen unumgeformten
Teilbereich der Längserstreckung des Werkstücks
hindurch in die Ausnehmung bewegbar ist, bis das Ziehwerkzeug mit
seinem Außendurchmesser an einer Innenwand der Ausnehmung zur
Anlage gelangt oder mit Spiel dazu beabstandet ist.
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Es
kann also das Ziehwerkzeug mit seinem Außendurchmesser
am Innendurchmesser der Ausnehmung des zweiten Innenwerkzeugs anliegen oder
mit einem sehr kleinen Spiel dazu angeordnet werden, so dass die
Relativbewegung zwischen dem Ziehwerkzeug und der Ausnehmung bei
der Verfahrbewegung des Ziehwerkzeug in die Ausnehmung hinein erleichtert
wird. Auch bei einer spielbehafteten Anordnung des Ziehwerkzeug
relativ zur Ausnehmung kommt es durch die Verfahrbewegung des Außenwerkzeugs
relativ zum Werkstück zu einem Anliegen der Innenwand des
zweiten Innenwerkzeugs am Ziehwerkzeug und damit zu einer radial
wirkenden Unterstützung des zweiten Innenwerkzeugs während
der Umformung des Übergangsbereichs.
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Zur
formgebenden Einstellung des Innendurchmessers des Werkstücks
ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das
erste Innenwerkzeug mit einem ringförmigen Ziehwerkzeug
in Axiallängsrichtung des Werkstücks entlang eines
vom Außenwerkzeug umgeformten Bereichs des Werkstücks
bei am Werkstück angeordnetem Außenwerkzeug bewegbar
ist und dabei das Ziehwerkzeug den Innendurchmesser des Werkstücks formgebend
einstellt.
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Die
nach der Erfindung vorgesehene Vorrichtung besitzt einen lang gestreckten
Stützdorn mit einem mit einer zylindrischen Ausnehmung
ausgebildeten Abschnitt und einem mit einem Ziehring versehenen
Ziehdorn, wobei der Ziehring einen Außendurchmesser aufweist,
der kleinergleich einem Innendurchmesser der Ausnehmung ist.
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Um
ein Werkstück in der Form beispielsweise eines Mantelrohrs
oder eines Behälterrohrs für einen Stoßdämpfer
herstellen zu können, ist es nach einer Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass
der Stützdorn im Bereich der Ausnehmung relativ zum Außendurchmesser
des Stützdorns dünnwandig ausgebildet ist. Ein
solcher dünnwandiger Stützdorn verhält
sich bei der Umformung instabil, was nach der Erfindung aber vermieden
wird, denn der dünnwandig ausgebildete Bereich des Stützdorns
wird beim Umformen des Werkstücks vom innerhalb der Ausnehmung
des Stützdorns angeordneten Ziehdorn abgestützt,
so dass eine unerwünschte Deformierung des dünnwandigen
Stützdorns vermieden wird.
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Ein
solcher Stützdorn kann bei der Umformung von Werkstücken
mit kleinen Durchmesserdifferenzen eingesetzt werden, bei denen
der Außendurchmesser des Werkstücks im unverformten
Bereich etwa 1 mm bis 15 mm größer ist als der
verringerte Außendurchmesser bei üblichen Rohrdurchmessern
von etwa 20 mm bis etwa 100 mm.
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Der
Ziehring kann zum leichteren Einführen in die Ausnehmung
des Stützdorns an einem Stirnflächenbereich eine
umlaufende Einlaufschräge aufweisen, mit der der Ziehring
in die Ausnehmung eintritt. Auch an der dieser Einlaufschräge
gegenüber liegenden Stirnfläche kann der Ziehring
mit einer Formschräge versehen sein zur formgebenden Einstellung
des Innendurchmessers des Werkstücks.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht,
dass ein langer Einzug im benachbarten Bereich des Übergangsbereichs
am Werkstück vermieden wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Diese zeigt in:
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1 eine
teilweise geschnittene Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung
eines rohrförmigen Werkstücks nach einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung, die auch der
Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dient;
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2 eine
Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, bei der
ein erstes Innenwerkzeug in Richtung zu einem zweiten Innenwerkzeug
bewegt worden ist;
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3 eine
Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, bei der
sich das erste Innenwerkzeug bereits in einer Ausnehmung des zweiten
Innenwerkzeugs angeordnet befindet;
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4 eine
weitere Darstellung ähnlich derjenigen nach 1,
bei der das Außenwerkzeug zur Ausbildung des Übergangsbereichs
am Werkstück verfahren worden ist;
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5 eine
Darstellung, die die Position des ersten Innenwerkzeugs nach der
formgebenden Einstellung des Innendurchmessers am Werkstück zeigt;
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6 eine
Darstellung, die das umgeformte Werkstück zeigt, wie es
sich nach der Umformung noch am zweiten Innenwerkzeug angeordnet
befindet;
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7A eine
vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts eines
Werkstücks, welches nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt worden ist, im Vergleich zu einem Werkstück,
welches nach dem bekannten Einziehverfahren hergestellt worden ist; und
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7B eine
vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts eines
Werkstücks, welches nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt worden ist, im Vergleich zu einem Werkstück,
welches nach dem bekannten Verfahren des Rundknetens hergestellt worden
ist.
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1 der
Zeichnung zeigt eine Vorrichtung 1, mit der ein rohrförmiges
dünnwandiges Werkstück hergestellt werden kann,
welches einen Übergangsbereich mit einer Durchmesserveränderung
in der Form eines Steilübergangs besitzt.
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Unter
den Begriff des Steilübergangs wird dabei der Bereich der
Durchmesserveränderung verstanden, an dem das Werkstück
von einem Teilbereich der Längserstreckung mit einem größeren
Außendurchmesser zu einem Teilbereich der Längserstreckung
mit einem kleineren Außendurchmesser übergeht.
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Das
in der Zeichnung dargestellte Behälterrohr 2 weist
einen unverformten Außendurchmesser D1 von etwa 57 mm auf,
der mittels Umformen reduzierte Außendurchmesser D2 beträgt
etwa 52 mm. Das Stufenverhältnis zwischen den beiden Außendurchmessern
ist also klein. Ganz allgemein eignet sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung bei Durchmesserdifferenzen zwischen D1 und D2 im Bereich von
etwa 1 mm bis etwa 15 mm bei Rohrdurchmessern von etwa 20 mm bis
etwa 100 mm.
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7A der
Zeichnung zeigt einen Ausschnitt aus einer Wand eines rohrförmigen
Werkstücks mit einem Steilübergang 3,
welcher mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hergestellt worden ist und im Vergleich dazu einen Übergang 3',
wie er nach einem bekannten Einziehverfahren erreichbar ist.
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7B der
Zeichnung zeigt einen entsprechenden Vergleich zwischen dem Steilübergang 3 unter
Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei
der Herstellung des Werkstücks und einen Übergang 3',
wie er mittels Rundknetens erreichbar ist, also ein Übergang 3',
der durch einen deutlichen Abfall der Wandstärke gekennzeichnet
ist, was aber aus Festigkeitsgründen nachteilig ist.
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Bei
dem in der 7A und 7B dargestellten
Ausschnitt handelt es sich um einen Ausschnitt aus einem Behälterrohr
für einen nicht näher dargestellten Stoßdämpfer,
der zur Anordnung an einem nicht näher dargestellten Radträger
eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Das Behälterrohr soll dabei über
den rotationssymmetrischen Steilübergang 3 an einer
form- und flächenkomplementären Ausnehmung in
der Form beispielsweise eines Konus an dem Radträger festgelegt
werden.
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Es
besteht dabei die Anforderung, dass eine Axialkraftbeaufschlagung
des Behälterrohrs in Richtung des Pfeils A nicht zu einer
Veränderung der Relativposition zwischen dem Behälterrohr
und dem Radträger führen darf. Auch muss das Behälterrohr benachbart
zum auszubildenden Übergangs einen ohne Durchmesserveränderungen
klemmbaren Bereich aufweisen und darf im Bereich des Übergangs keinen
Wandstärkenverlust verglichen mit der Ausgangswandstärke
des noch nicht umgeformten Rohrs aufweisen.
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Betrachtet
man nun in 7A gestrichelt dargestellten Übergang 3',
so wird sehr schnell deutlich, dass die Axialkraftbeaufschlagung
in Richtung des Pfeils A dazu führt, dass ein mit diesem Übergang 3' hergestelltes
Behälterrohr bei der Axialkraftbeaufschlagung seine Position
relativ zum Konus des Radträgers verändert.
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Ursächlich
hierfür ist die Tatsache, dass der Übergang 3' einen
langen Einzug 4 aufweist, an dem es zu einer nicht gewünschten
Durchmesserveränderung kommt, der Außendurchmesser
D1 fällt im Bereich des Einzugs 4 in nicht erwünschter
Weise ab, es fehlt also Werkstückfläche, mit der
das Werkstück an dem Konus des Radträgers aufliegen
kann. Kommt es nun zu einer Axialkraftbeaufschlagung, so kommt es
zu einer nicht gewünschten Relativbewegung zwischen dem
Behälterrohr und dem Konus des Radträgers, das
Behälterrohr rutscht durch den Konus hindurch und eine Klemmwirkung
zwischen dem Behälterrohr und dem Konus tritt aufgrund
der nicht gewünschten Durchmesserveränderung erst dann
ein, wenn das Behälterrohr in Richtung des Pfeils A relativ
zum Radträger verlagert worden ist.
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Es
besteht also die Forderung, dass das Ausgangsrohr im nicht umgeformten
Bereich, also außerhalb des Übergangsbereichs
vom größeren Außendurchmesser zum kleineren
Außendurchmesser, nicht verändert werden darf,
was mit den bekannten Verfahren nicht möglich ist. Bei
diesen tritt nämlich der Effekt auf, dass das Rohr hinter
der Umformung durch den Pressvorgang mit verformt wird und daher
der Ausgangsrohrdurchmesser auf einer bestimmten Länge
stark abfällt, wie es beim Übergang 3' nach 7A der
Fall ist. Ähnliches passiert auch mit dem Innendurchmesser
des nach dem bekannten Verfahren umgeformten Werkstücks,
wie dies anhand der gestrichelt dargestellten Kontur des Werkstücks
im Bereich des Übergangs 3' ersichtlich ist.
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7A zeigt
darüber hinaus auch, dass das Werkstück 2,
welches nach dem bekannten Verfahren des Einziehens umgeformt worden
ist, im Bereich des Übergangs 3' einen unerwünscht
langen Einzug besitzt.
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Wird
das bekannte Verfahren des Rundknetens verwendet, so tritt eine
Schwächung der Wandstärke im Übergangsbereich 3' auf,
wie dies anhand des in 7B gezeigten Übergangsbereich 3' der Fall
ist, die Wandstärke also im Bereich des Übergangs 3' abnimmt
und das Werkstück im Bereich des Übergangs 3' an
Steifigkeit verliert.
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Der
Steilübergang 3 des mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung hergestellten Werkstücks weist dahingegen keine
Schwächung der Wandstärke auf.
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Nachfolgend
wird nun auf 1 bis 6 der Zeichnung
Bezug genommen. Diese zeigen unterschiedliche Relativpositionen
der Werkzeuge und unterschiedliche Fertigungsstadien des Werkstücks 2.
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In 1 der
Zeichnung ist das zweite Innenwerkzeug 5 in der Form eines
lang gestreckten zylindrischen Stützdorns bereits im Ausgangsrohr 6 angeordnet
worden, aus dem das Behälterrohr 2 gefertigt werden
soll. Das Ausgangsrohr 6 ist zusammen mit dem Stützdorn 5 in
einer Segmentspannzange 7 geklemmt worden.
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Wie
es ohne weiteres anhand der Zeichnung ersichtlich ist, weist der
Stützdorn 5 eine Ausnehmung 8 auf, die
bei der dargestellten Ausführungsform des Stützdorns 5 hohlzylindrisch
ausgebildet ist.
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Wie
es ohne weiteres ersichtlich ist, ist das Werkstück 2 beziehungsweise
das Ausgangsrohr 6 dünnwandig ausgebildet und
am fertigen Behälterrohr 2 muss sowohl der Außendurchmesser
als auch der Innendurchmesser maßhaltig sein. Dies macht es
erforderlich, dass der Innendurchmesser des Behälterrohrs 2 mittels
eines ersten Innenwerkzeugs 9 in der Form eines Ziehdorns
formgebend eingestellt wird.
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Der
Ziehdorn 9 weist einen Ziehring 10 auf, der durch
das Werkstück 2 nach dem Umformvorgang zur Herstellung
des Steilübergangs 3 hindurchgezogen wird, in
der Zeichnungsebene also von links in Richtung nach rechts, wie
dies anhand der Zeichnung ersichtlich ist.
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Die
Vorrichtung 1 weist darüber hinaus ein Außenwerkzeug 11 in
der Form einer Matrize auf, mit dem der Außendurchmesser
D1 des Behälterrohrs 2 zu dem in 7A und 7B der
Zeichnung dargestellten Außendurchmesser D2 verringert
wird und mit dem der Übergangsbereich 3 zusammen
mit dem Stützdorn 5 ausgebildet wird.
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Zu
diesem Zweck besitzt die Matrize 11 eine Innenkontur 12,
die zumindest weit gehend komplementär zur Kontur des herzustellenden Übergangsbereichs 3 ausgebildet
ist und zu diesem Zweck eine Formfläche 13 aufweist.
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1 der
Zeichnung zeigt die Relativposition der Werkzeuge zueinander und
den Verfahrensschritt, nach dem der Stützdorn 5 in
das Werkstück 2 eingebracht worden ist und dieses
von innen abstützt, wobei der Stützdorn 5 in
das Werkstück 2 bis zu einem Bereich nahe des
auszubildenden Übergangsbereichs 3 eingebracht
worden ist.
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Zur
Herbeiführung eines nächsten Verfahrensschritts
wird gemäß 2 der Zeichnung
der Ziehdorn 9 in Richtung zum Werkstück 2 verfahren und
zwar indem er vor die Matrize 11 gezogen wird.
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Dies
dient dem nächsten Verfahrensschritt, nämlich
dem Einbringen des Ziehdorns 9 in die Ausnehmung 8 des
Stützdorns 5 im Bereich des auszubildenden Übergangsbereichs 3.
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3 der
Zeichnung zeigt, dass der Ziehdorn 9 mit seinem Ziehring 10 so
weit in Richtung des Stützdorns 5 verlagert worden
ist, bis der Ziehdorn 9 mit seinem Ziehring 10 in
der Ausnehmung 8 zur Anlage kommt und zwar derart, dass
der Ziehdorn 9 die Innenwand 14 des Stützdorns 5 abstützt.
Zum leichteren Einführen des Ziehrings 10 in die
Ausnehmung 8 des Stützdorns 5 weist der
Ziehring 10 eine Einlaufschräge 15 auf,
mit der voran der Ziehdorn 9 in die Ausnehmung 8 eintritt.
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An
dem, der Einlaufschräge 15 gegenüber liegenden
Stirnflächenbereich weist der Ziehring 10 eine
Formschräge 16 auf, die der formgebenden Einstellung
des Innendurchmessers des Werkstücks 2 nach der
Ausbildung des Übergangsbereichs 3 dient.
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In
einem weiteren, in 4 der Zeichnung dargestellten
Verfahrensschritt wird die Matrize 11 mit ihrer Innenkontur 12 entlang
des Werkstücks 2 bewegt und dabei kommt die Formfläche 13 mit
dem Werkstück 2 in Kontakt und formt den in 7 der Zeichnung dargestellten Außendurchmesser
D2. Es liegt aber auch möglich, beispielsweise die Verfahrbewegung
des Ziehdorns 9 und der Matrize 11 zeitgleich
oder zumindest weitgehend zeitgleich durchzuführen.
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Die
Verfahrbewegung der Matrize 11 in Richtung des Werkstücks 2 erfolgt
dabei so weit, bis der Übergangsbereich 3 am Werkstück 2 ausgebildet worden
ist. Hierbei wird nicht nur der Übergangsbereich 3 ausgebildet,
sondern auch dafür gesorgt, dass das Werkstück 2 im Übergangsbereich 3 eine Wandstärke
aufweist, die mindestens der Ausgangswandstärke des Ausgangsrohrs 6 in
unumgeformten Zustand entspricht.
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Wie
es anhand der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Stützdorn 5 im
Bereich der Ausnehmung 8 sehr dünnwandig ausgebildet.
Würde der Stützdorn 5 im Bereich der
Ausnehmung bei der Umformung des Übergangsbereichs 3 nicht
innen in radialer Richtung vom Ziehdorn 9 beziehungsweise
Ziehring 10 abgestützt werden, so würden
sich sowohl das Werkstück 2 als auch der Stützdorn 5 unkontrolliert
verformen, gleichsam kollabieren und beide Bauteile könnten nicht
mehr weiter verwendet werden.
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Dadurch
aber, dass das erste Innenwerkzeug in der Form des Ziehdorns 9 mit
seinem Ziehring 10 das zweite Innenwerkzeug in der Form
des Stützdorns 5 während des Umformvorgangs
des Übergangsbereichs 3 abstützt, kann
ein Behälterrohr 2 mit der geforderten Genauigkeit
des Außendurchmessers und des Innendurchmessers im Übergangsbereich 3 geschaffen
werden. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren erfährt
das Behälterrohr 2 nicht die in 7A dargestellte
ungewünschte Durchmesserveränderung benachbart
zum Bereich der Umformung, sondern ein gewünschtes genaues
Verhältnis von Innendurchmesser und Außendurchmesser
bei Beibehaltung der gewünschten Wandstärke im Übergangsbereich 3,
das heißt also ohne eine Schwächung der Wandstärke
im Übergangsbereich 3, wie dies bei einem mittels
Rundknetens hergestellten Übergangsbereich 3' gemäß 7B der
Zeichnung der Fall ist.
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Wie
es anhand des vergrößerten Ausschnitts der Stirnfläche 17 des
Stützdorns 5 ersichtlich ist, besitzt der Stützdorn 5 eine
Formfläche 18, mit der es erreicht wird, dass
der Werkstoff des Werkstücks 2 bei der Ausbildung
des Übergangsbereichs 3 in die Formfläche 13 der
Innenkontur 12 der Matrize 11 gedrückt
wird.
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5 der
Zeichnung zeigt, wie der Ziehdorn 9 nach der Ausbildung
des Übergangsbereichs 3 in der Zeichnungsebene
von links in Richtung nach rechts durch das Werkstück 2 zur
formgebenden Einstellung des Innendurchmessers D3 hindurchgezogen
wird. Dabei befindet sich die Matrize 11 am Werkstück 2 außen
angeordnet und der Ziehring 10 des Ziehdorns 9 drückt
den Werkstoff des Werkstücks 2 radial in Richtung
nach außen und stellt auf diese Weise den Innendurchmesser
D3 des Werkstücks 2 ein.
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6 der
Zeichnung zeigt das Werkstück 2 mit dem unter
Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgeformten Übergangsbereich 3 vor dem
Abziehen vom Stützdorn 5 und die Relativposition
der Vorrichtung 1 in einer Ausgangsposition für den
Umformvorgang am nächsten Werkstück 2.
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Das
umgeformte Werkstück 2 weist einen ersten Teilbereich 19 mit
dem ersten Außendurchmesser D1 auf und einen zweiten Teilbereich 20 mit dem
zweiten Außendurchmesser D2.
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Im Übergangsbereich 3 zwischen
den beiden Teilbereichen 19, 20 befindet sich
die in einem Winkel von beispielsweise etwa 45° zur Längsmittelachse 21 ausgebildete
Schulter 22, mit der das Werkstück 2 an
dem Radträger angeordnet werden kann und über
die eine auf das Werkstück beziehungsweise Behälterrohr 2 wirkende
Axialkraft in den Radträger eingeleitet werden kann, ohne
dass es zu einer Verlagerung der Relativposition zwischen dem Behälterrohr 2 und
den Radträger kommt.
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Durch
den scharf begrenzt ausgebildeten Übergangsbereich 3 kann
das Werkstück auch unmittelbar benachbart zum Übergangsbereich
in einer Aufnahme geklemmt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung macht es möglich,
ein dünnwandiges Rohr mit einem Übergangsbereich
mit einer Durchmesserveränderung auszubilden, ohne dass
es im Bereich benachbart zu dem Übergangsbereich zu unerwünschten
Veränderungen des Außendurchmessers und des Innendurchmessers
kommt und ohne dass das Rohr eine Schwächung der Wandstärke
im Übergangsbereich erfährt. Auch kann das so
hergestellte Rohr unmittelbar benachbart zum Übergangsbereich
vollflächig in einer Aufnahme geklemmt werden, da der unerwünschte
Einzug in Wegfall geraten ist.
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Hinsichtlich
vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter
Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich
auf die Patentansprüche und die Zeichnung verwiesen.
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Werkstück,
Behälterrohr
- 3
- Steilübergang, Übergangsbereich
- 3'
- Übergang
- 4
- Einzug
- 5
- zweites
Innenwerkzeug, Stützdorn
- 6
- Ausgangsrohr
- 7
- Segmentspannzange
- 8
- Ausnehmung
- 9
- erstes
Innenwerkzeug, Ziehdorn
- 10
- Ziehring
- 11
- Matrize
- 12
- Innenkontur
- 13
- Formfläche
- 14
- Innenwand
- 15
- Einlaufschräge
- 16
- Formschräge
- 17
- Stirnfläche
- 18
- Formfläche
- 19
- erster
Teilbereich
- 20
- zweiter
Teilbereich
- 21
- Längsmittelachse
- 22
- Schulter
- A
- Pfeil
- D1
- Außendurchmesser
- D2
- Außendurchmesser
- D3
- Innendurchmesser
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10245570
B3 [0012]
- - DE 10101717 A1 [0014]
- - DE 4235666 A1 [0017]
- - US 3889511 B1 [0018]