DE2155194C3

DE2155194C3 - Device for the hydraulic expansion of a metallic hollow body

Info

Publication number: DE2155194C3
Application number: DE19712155194
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. Dr. 4300 Essen Hartwig; Beantragt Teilnichtnennung
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1971-11-06
Filing date: 1971-11-06
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2155194A1; DE2155194B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten eines metallischen, an beiden Seiten offenen, zylindrischen Hohlkörpers mittels eines auf einem inneren, zylindrischen Kern und axial anliegenden Wangen abgestützten, dehnbaren und mit einer Zuführung für ein flüssiges Druckmittel versehenen Balges.The invention relates to a device for the hydraulic expansion of a metallic, on both sides open, cylindrical hollow body by means of a bearing on an inner, cylindrical core and axially Cheeks supported, stretchable and provided with a feed for a liquid pressure medium Bellows.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der US-PS 32 80 608 bekannt. Diese Vorrichtung dient zur Beseitigung von Exzentrizitäten an metallischen, verhältnismäßig dünnwandigen, längsnahtgeschweißten, zylindrischen Hohlkörpern durch geringfügiges hydraulisches Aufweiten der Hohlkörper. Die bekannte Vorrichtung begrenzt die Aufweitung der Hohlkörper durch einen äußeren Formring und ist zur Aufweitung von dickwandigen Hohlkörpern aus Stählen hoher Festigkeit, insbesondere von geschmiedeten Kappenring-Rohlingen, ungeeignet, da mit der bekannten Vorrichtung nur ein geringer Aufweitungsgrad erreicht werden kann.Such a device is already known from US Pat. No. 3,280,608. This device is used for Elimination of eccentricities on metallic, relatively thin-walled, longitudinally welded, cylindrical hollow bodies by slightly expanding the hollow body hydraulically. The well-known The device limits the expansion of the hollow body by means of an outer molded ring and is used for expansion of thick-walled hollow bodies made of high-strength steels, in particular of forged cap ring blanks, unsuitable because the known device only achieves a small degree of expansion can be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der zylindrische Hohlkörper aus Stählen hoher Festigkeit, insbesondere geschmiedete Kappenring-Rohlinge, auf einfache Weise hydraulisch aufgeweitet werden können, wobei größere Aufweitungsgrade erzielt werden sollen.The invention is based on the object of creating a device with the cylindrical hollow body from high-strength steels, in particular forged cap ring blanks, in a simple manner can be expanded hydraulically, with greater degrees of expansion to be achieved.

Die zur Sicherung von Induktorwellen dienenden Kappenringe sind, da sie die durch die hohen Umdrehungszahlen großer Massen bedingten Fliehkräfte aufnehmen müssen, die mechanisch am höchsten beanspruchten Teile von elektrischen Generatoren. Bedingt durch das Betriebsverhalten der Generatoren i->5 ist die auf den Kappenring einwirkende Beanspruchung vorwiegend statisch. Man verwendet daher zu ihrer Herstellung Stahl mit hoher Streckgrenze. Der Werkstoff, aus dem der geschmiedete Kappenring besteht, darf aber nicht magnetisierbar sein, damit der Feldlinienverlauf durch den Kappenring nicht beeinflußt wird. Wirtschaftlich werden diese Forderungen nur von austenitischen Stählen erfüllt. Jedoch scheiden die gebräuchlichen 18-8-CrNi-Stähle aus, weil sie bei der zur Erreichung der hohen Streckgrenze notwendigen Kaltumformung magnetisierbar werden und dadurch den Wirkungsgrad des Generators negativ beeinflussen. Die überwiegend verwendeten hochlegierten Manganstähle haben zwar den Vorteil der Nichlmagnetisierbarkeit, lassen sich aber nur sehr schwer bearbeiten. Die heutigen Anforderungen an die Mindeststreckgrenze des Werkstoffs für Kappenringe sind bei gleichzeitig guten elastischen Eigenschaften nur noch dann zu erreichen, wenn bei der Herstellung der Kappenringe ein Teil der Umformarbeit bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird. Für eine nach der Warmformgebung (Schmieden) stattfindenden Kaltumformung des Kappenring-Rohlings bietet sich neben dem Dornschmiedeverfahren, dem Aufweiten mit Sonderwerkzeugen und dem explosiven Aufweiten auch das hydraulische Aufweiten an.The cap rings that are used to secure inductor shafts are, as they are due to the high Rotational speeds of large masses must absorb centrifugal forces that are mechanically highest stressed parts of electrical generators. Due to the operating behavior of the generators i-> 5 the load acting on the cap ring is mainly static. One therefore uses for theirs Manufacture of steel with high yield strength. The material from which the forged cap ring is made, but must not be magnetizable so that the course of the field lines is not influenced by the cap ring will. Economically, these requirements are only met by austenitic steels. However, they part common 18-8 CrNi steels because they are used in the to achieve the high yield strength cold forming required to be magnetizable and thereby negatively affect the efficiency of the generator. The predominantly used high-alloy manganese steels have the advantage of being non-magnetizable, but are very difficult to process. the Today's requirements for the minimum yield strength of the material for cap rings are at the same time good elastic properties can only be achieved when producing the cap rings some of the forming work is carried out at low temperatures. For one after hot forming (Forging) cold forming of the cap ring blank is offered in addition to the mandrel forging process, the expansion with special tools and the explosive expansion also the hydraulic Expand on.

Das hydraulische Aufweiten erfolgt in der Weise, daß in das Innere des zylindrischen Hohlkörpers, insbesondere des geschmiedeten Kappenring-Rohlings, ein dehnbarer Balg eingebracht wird, der mit Mitteln zum Zuführen des hydraulischen Druckmittels versehen ist und der derart durch das Druckmittel beaufschlagt wird, daß an der Innenwand des Hohlkörpers die zum Aufweiten erforderliche radiale Kraft entsteht. Das Aufweiten kann auch in mehreren Einzelschritten vorgenommen werden.The hydraulic expansion takes place in such a way that in the interior of the cylindrical hollow body, in particular of the forged cap ring blank, an expandable bellows is introduced, which is provided with means for Supply of the hydraulic pressure medium is provided and which is acted upon by the pressure medium in such a way, that the radial force required for expansion arises on the inner wall of the hollow body. That Widening can also be carried out in several individual steps.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Aufweitung von zylindrischen Hohlkörpern aus Stählen hoher Festigkeit, insbesondere von zur Sicherung der Wickelköpfe von Induktorwellen verwendbaren Kappenringen, eine den Balg axial abstützenden Wange mit dem zylindrischen Kern einstückig ausgeführt und die andere Wange als gegenüber der erstgenannten Wange verspannbare und lösbare Druckplatte ausgebildet ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Balg an beiden Seiten seiner Oberkante und an seiner unteren Außenkante mit ringförmigen Bewehrungen versehen ist und daß zur stufenweisen Aufweitung der Hohlkörper zylindrische Beilagenringe zwischen Kern und Balg einlegbar sind, deren Wanddicke der Aufweitung entspricht, die mit einem Aufweiteschritt erreicht wird.The object on which the invention is based is achieved in that for expanding cylindrical Hollow bodies made of high-strength steels, in particular for securing the end windings of inductor shafts usable cap rings, a cheek axially supporting the bellows with the cylindrical core made in one piece and the other cheek as braced against the first-mentioned cheek and detachable pressure plate is formed. In advantageous Embodiment of the invention provides that the bellows on both sides of its upper edge and on his the lower outer edge is provided with annular reinforcement and that for the gradual expansion of the Hollow body cylindrical shim rings can be inserted between the core and the bellows, the wall thickness of which is the Corresponds to expansion, which is achieved with an expansion step.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zylindrische Hohlkörper aus Stählen hoher Festigkeit auf einfache Weise aufgeweitet werden, denn es lassen sich Aufweitegrade von bis zu 50% erreichen, was insbesondere bei der Herstellung von Kappenringen vorteilhaft ist. Mit der Vorrichtung können Hohlkörper von unterschiedlichem Durchmesser so aufgeweitet werden, daß Hohlkörper mit unterschiedlichen Endabmessungen entstehen.With the device according to the invention, cylindrical hollow bodies made of high-strength steels can be made be widened in a simple manner, because degrees of expansion of up to 50% can be achieved, what is particularly advantageous in the manufacture of cap rings. With the device, hollow bodies of different diameters are expanded so that hollow bodies with different final dimensions develop.

Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten eines Kappenringes, und zwar zeigtThe drawing shows, as an embodiment of the subject matter of the invention, a device for hydraulic Expanding a cap ring, namely shows

F^:ig. I das Aufweiten eines Kappenringes mit Hilfe eines dehnbaren Ringbalges in der Ausgangsstellung undF ^: ig. I the expansion of a cap ring with the help of an expandable ring bellows in the starting position and

F i g. 2 in der Endstellung.F i g. 2 in the end position.

Die zum hydraulischen Aufweiten des Kappenringes I dienende Vorrichtung besteht aus einem als WangeThe device used for the hydraulic expansion of the cap ring I consists of a cheek

ausgebildeten Unterteil 2 mit einem zylindrischen Kern 3, um den der Ring 1 in seiner Ausgangsform gelegt wird. Dabei besitzen der Ring 1 und der zylindrische Kern 3 unterschiedliche Durchmesser d% und <£. In den Zwischenraum zwischen dem Ring 1 und dem zylindrischen Kern 3 wird ein dehnbarer Balg 4 eingebracht, der über einen Kanal 5 an ein nicht dargestelltes Hydrauliksystem angeschlossen wird. Als Überteil der Vorrichtung dient eine als Druckplatte ausgebildete Wange 6, die nach dem Einbringen des Balges 4 in den Zwischenraum auf den Balg 4 aufgelegt und mittels einer nicht dargestellten Spannvorrichtung mit dem zylindrischen Kern 3 fest verspannt wird.formed lower part 2 with a cylindrical core 3, around which the ring 1 is placed in its original shape. The ring 1 and the cylindrical core 3 have different diameters d% and <£. In the space between the ring 1 and the cylindrical core 3, an expandable bellows 4 is introduced, which is connected via a channel 5 to a hydraulic system (not shown). The upper part of the device is a cheek 6 designed as a pressure plate, which is placed on the bellows 4 after the bellows 4 has been introduced into the space and is firmly clamped to the cylindrical core 3 by means of a clamping device (not shown).

Der Balg 4 ist an seiner Oberkante und an seiner unteren Außenkante mit ringförmigen Bewehrungen 7, 8, 9 versehen, durch die verhindert wird, daß beim Aufweiten des Ringes 1 durch den im Balg 4 entstehenden hohen Druck, der in der Größenordnung von 1000 bis 2000 kp/cm² liegen kann, der Bah* 4 in den Spalt zwischen Ring 1 und Unterteil 2 bzw. Platte 6 gepreßt und zerstört wird. Diese Bewehrungen 7, 8, 9 sollen aus einem Werkstoff bestehen, dessen Umformwiderstand erheblich geringer ist als der Umformwiderstand des aufzuweitenden Ringes 1 selbst. Vorzugsweise können die Bewehrungen aus Leichtmetall, wie Aluminium u. dgl, bestehen.The bellows 4 is provided on its upper edge and on its lower outer edge with annular reinforcements 7, 8, 9, which prevent that when the ring 1 is expanded, the high pressure created in the bellows 4, which is in the order of magnitude of 1000 to 2000 kp / cm ² , the Bah * 4 is pressed into the gap between ring 1 and lower part 2 or plate 6 and destroyed. These reinforcements 7, 8, 9 should consist of a material whose deformation resistance is considerably lower than the deformation resistance of the ring 1 to be expanded itself.

Um eine stärkere Durchbiegung der Druckplatte 6 zu vermeiden, soll der Durchmesserunterschied zwischen Kappenring 1 und dem zylindrischen Kern 3 nicht größer als etwa 20 mm sein. Wenn sich dieser Unterschied auf 40 bis 50 mm vergrößert hat, wird der Aufweitvorgang zweckmäßig unterbrochen, wozu die Hydraulikanlage vollständig entlastet wird. Danach wird die Druckplatte 6 vom zylindrischen Kern 3 gelöst und der Ringbalg 4 herausgenommen, und es werden um den zylindrischen Kern 3 Ringe 10, 11, 12 gelegt, und zwar in einer solchen Anzahl und mit einer solchen Dicke, daß zwischen dem aufzuweitenden Kappenring 1 und dem äußersten Ring 12 wiederum ein Ringspalt von etwa !0 bis 20 mm entsteht. Nach Einbringen des dehnbaren Balges 4 in den Ringraum zwischen Ring 12 und Kappenring 1 und erneutem Anschluß an die Hydraulikanlage kann danach das Aufweiten fortgesetzt werden. Die Anzahl der Schritte, die erforderlich sind, um den Kappenring 1 auf die gewünschten Abmessungen zu bringen, hängt demnach von diesen Abmessungen ab.In order to avoid a greater deflection of the pressure plate 6, the diameter difference between Cap ring 1 and the cylindrical core 3 should not be larger than about 20 mm. If this Difference has increased to 40 to 50 mm, the expansion process is appropriately interrupted, including the Hydraulic system is completely relieved. The pressure plate 6 is then detached from the cylindrical core 3 and the ring bellows 4 are taken out, and rings 10, 11, 12 are placed around the cylindrical core 3, and in such a number and with such a thickness that between the cap ring 1 to be expanded and the outermost ring 12 in turn creates an annular gap of about! 0 to 20 mm. After introducing the expandable bellows 4 in the annular space between ring 12 and cap ring 1 and reconnected to the Hydraulic system can then continue expanding. The number of steps required are to bring the cap ring 1 to the desired dimensions, therefore depends on these Dimensions from.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims;

1. Device for the hydraulic expansion of a metallic, cylindrical, open on both sides Hollow body by means of an inner, cylindrical core and axially adjacent cheeks supported, expandable bellows provided with a feed for a liquid pressure medium, characterized in that for Aufwei- ίο processing of cylindrical hollow bodies made of steels of high strength, in particular for securing the end windings of inductor shafts usable cap rings, one axially supporting the bellows (4) The cheek (2) in one piece with the cylindrical core (3) s and the other cheek as a pressure plate (6) that can be braced and releasable opposite the cheek (2) is trained'.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the bellows (4) on both sides of its Upper edge and on its lower outer edge with annular reinforcements (7,8,9) is provided

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that for the gradual expansion of the Hollow body (1) cylindrical shim rings (10, 11, 12) can be inserted between core (3) and bellows (4), whose wall thickness corresponds to the expansion that is achieved with one expansion step.