DE2839168A1 - Verfahren und vorrichtung zum kaltziehen von rohren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kaltziehen von rohren

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Description

THE BABCOCK & ViILCOX COMPANY 8· September 1978
161 East 42nd Street B 1247 Al/Kr
New York, N.Y. 10017
U. S. A.
Verfahren und Vorrichtung zum Kaltziehen von Rohren
Die Erfindung betrifft.ein Verfahren zur Herstellung von Rohren und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung der inwendigen oder außenseitigen Glätte von kaltgezogenen Rohren, welche durch einen feststehenden Ziehring gezogen werden, wobei im Inneren ein innerer stationärer Dornstopfen angeordnet ist.
Das Kaltziehen von Rohren umfaßt häufig das Ziehen von warmgewalzten Mantelrohren durch einen festgelegten Ziehring. Der Durchmesser und die Wandstärke des Rohrmantels sind normalerweise größer als die gleichen Abmessungen des Endrohres. Eine gleichzeitige Reduziering der Wandstärke und des Durchmessers kann durch Ziehen des Rohrmantels durch eine Ziehringöffnung erzielt werden, in welche ein zylindrischer Dornstopfen eingeführt ist, der an einer Dornstange befestigt ist, welche den Stopfen in einer voreingestellten Position hält. Die Ziehringöffnung, welche normalerweise kleiner
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als der Außendurchmesser des kaltzuziehenden Rohrmantels ist, ist im allgemeinen mit einem glockenförmigen oder kegelförmigen Eingangs- oder Zugangsbereich versehen, der zu einer kreisförmigen tragenden Fläche oder einem Tragabschnitt des Ziehrings führt. Zwischen dem Dornstopfen und der Ziehringöffnung wird ein Ringraum ausgebildet. Wenn der Rohrmantel durch den Ringraum hindurchgeführt wird, berührt seine innere Oberfläche eine Formungs- bzw. Arbeitsoberfläche auf dem Dornstopfen und seine äußere Oberfläche die Formungs- bzw.Arbeitsoberfläche des Ziehrings.
Der Außendurchmesser des Rohrmantels wird auf den Durchmesser der Ziehringtragfläche reduziert, wenn er durch den kegelförmigen Zugangsbereich hindurchtritt. Der Innendurchmesser des Rohrmantels wird gleichzeitig mit seinem Außendurchmesser reduziert, wobei eine geringfügige oder keine Reduktion der Wandstärke auftritt, bis die innere Oberfläche des Rohrmantels die zylindrische Oberfläche des im Inneren angeordneten Dorns innerhalb des kegelförmigen Zugangsbereiches berührt. Danach bleibt der Innendurchmesser des Rohrmantels im wesentlichen konstant, wobei jedoch die Wandstärke gemeinsam mit dem Außendurchmesser bis zum Eintritt in die Ziehringtragfläche abnimmt. Wenn der Mantel den Bereich der Ziehringtragfläche betreten hat, erfolgt keine weitere Wandreduzierung. Aufgrund der Querschnittsreduzierung vorhandenes überschüssiges Metall bewirkt eine Erhöhung der Rohrlänge. Der aus der Ziehringöffnung austretende Rohrquerschnitt ist ungefähr gleich dem Querschnitt des Ringraumes innerhalb der Ziehringtragfläche.
Die Qualität des Rohrmantels hat eine erhebliche Bedeutung für die Qualität des Endrohres. Es ist daher wesentlich, daß die Oberflächen des Mantels frei von Defekten wie z.B. Nähten und Walzsplittern sind, um die Ausbildung von Oberflächenfehlern, Lochkorrosion und nicht akzeptabler Oberflächenrauhheit in dem gezogenen Rohr auszuschließen, insbesondere in Rohranwendungsgebieten wie z.B. für hydraulische Zylinder. Rohrmäntel mit Defekten können in geeigneter '»'eise bearbeitet werden mit Hilfe eines lokalen oder vollständigen Schleifens der Oberflächen des Mantels. Dies erfordert zusätzliche
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arbeitsintensive Schritte wie z.B. Aufbohren der Innenoberfläche des Mantels oder Abdrehender Außenoberfläche und ergibt die Notwendigkeit, das während der Bohr- und/oder Drehvorgänge entfernte Metall auszugleichen.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Unzulänglichkeiten der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu vermeiden.
Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Schutzbegehrens erzielt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zum Kaltziehen eines zu verformenden Rohrmantels wird eine Erhöhung der äußeren oder inneren Glätte des gezogenen Rohres erzielt.
Ein Rohrmantel wird innerhalb einer Ziehringöffnung positioniert, die bei einer Ausführungsform einen Zugangsbereich und eine zylindrische Ziehringtragfläche aufweist. Das Innere des Rohrmantels wird innerhalb der Ziehringöffnung von einem Dorn berührt mit einem ersten zylindrischen Arbeitsabschnitt, der winkelig, bei einer bevorzugten Ausführungsform über einen kegeistumpfförmigen Abschnitt, mit einem zweiten kleineren zylindrischen Arbeitsabschnitt verbunden ist. Der Dorn ist innerhalb des Rohrmantels und innerhalb des Ziehringes in seiner Position festgelegt, wobei der erste zylindrische Arbeitsabschnitt nahe der Ausgangsseite der Ziehringöffnung angeordnet ist. Der Rohrmantel wird axial durch die Ziehringöffnung zur Reduzierung seines inneren und äußeren Durchmessers und seiner Wandstärke gezogen. Eine abschließende Wandstärkenreduzierung wird innerhalb des Bereichs der Ziehringtragfläche der Ziehringöffnung bewirkt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zu verformende Rohrmantel innerhalb einer Ziehringöffnung positioniert, wobei eine zylindrische Dornarbeitsoberflache innerhalb des Rohrmantels innerhalb der Ziehringöffnung festgelegt wird. Die Ziehringöffnung weist einen Zugangsbereich und eine Ziehringtragfläche auf mit einem ersten zylindrischen Abschnitt, der mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt kleineren Durchmessers über einen abgeschrägten Abschnitt verbunden ist. Der zweite Abschnitt
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mit kleinerem Durchmesser ist in Richtung der Ausgangsseite der Ziehringöffnung ausgebildet. Der Rohrmantel wird axial gezogen, wobei der Dornstopfen das Innere des Rohrmantels berührt und die Oberfläche der Ziehringöffnung das Äußere, so daß mindestens ein Teil der Mantelstärke innerhalb der Ziehringöffnung reduziert wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines aus einem Rohrmantel, einem Ziehring und einem Dorn bestehenden Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer herkömmlichen Anordnung mit einem Rohrmantel, einem Ziehring und einem Dorn, und
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines aus einem Rohrmantel, einem Ziehring und einem Dorn bestehenden Aufbaus gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Rohrmantel 10 dargestellt, der mittels einer bekannten Einrichtung (nicht gezeigt), wie z.B. einem Ziehwagen durch einen feststehenden Ziehring 11 in Richtung des Pfeiles 12 gezogen wird. Ein stationärer Dorn 13 ist innerhalb des Rohrmantels 10 angeordnet.
Der Dorn 13 hat einen Dornstopfen 14, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und an einer Dornstange 15 mit Hilfe eines Halteschraubenbolzens 16 befestigt ist, der ein mit Gewinde versehenes Ende 17 aufweist, das durch eine zentrale Längsbohrung 20 in dem Stopfen 14 hindurchtritt und in Gewindeeingriff mit einer mit Gewinde versehenen Aussparung 21 in dem Ende
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der Dornstange 15 steht. Der Dornstopfen 14 der bevorzugten Ausführungsform hat abgestufte Forraungs- bzw- Arbeitsoberflächen mit einem zylindrischen Formungs- bzw. Arbeitsabschnitt 22, der winkelig mit einem zylindrischen Formungs- bzw. Arbeitsabschnitt 24 über einen kegeistumpfförmigen Abschnitt 23 verbunden ist. Der Abschnitt 23 weist einen Neigungswinkel 30 in Bezug zur Längsachse des Stopfens auf. Das Vorderende 25 des Stopfens 14 befindet sich auf dem größeren Arbeitsabschnitt "22 und ist bei der bevorzugten Ausfuhrungsform in bekannter Weise abgeschrägt, um die Positionierung des Stopfens 14 innerhalb des Rohrmantels 10 zu erleichtern. Das hintere Ende 26 des Stopfens 14 befindet sich auf dem Arbeitsabschnitt mit kleinerem Durchmesser und stößt an die Dornstange an. Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Abschnitte 22, 23, 24 des Stopfens 14 eine gemeinsame zentrale Längsachse.
Der Ziehring 11 weist eine Ziehringöffnung auf mit einem kegelförmigen Zugangsbereich 31, einer zylindrischen Ziehringtragfläche 32 und einem Senkausgangs- oder Entlastungsbereich 33 an der Ausgangsseite der Ziehringöffnung, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der kegelförmige Zugangsbereich hat einen Halbwinkel 34 relativ zur Achse der Ziehringöffnung. Die Längsachse des Rohrmantels 10 ist parallel und vorzugsweise coaxial mit der Achse der Ziehringöffnung.
In Betrieb wird der Rohrmantel 10 innerhalb der Ziehringöffnung positioniert und der Dornstopfen 14 innerhalb des Ziehringes und des Rohrmantels 10 in seiner Position festgehalten.
Wie gezeigt, berührt die Außenoberfläche des Rohrmantels die Oberfläche der Ziehringöffnung und die Innenoberfläche des Mantels den Dornstopfen. Der Rohrmantel 10 wird mit Hilfe einer herkömmlichen Einrichtung in Richtung des Pfeiles 12 durch den Ziehring axial gezogen, um den Mantel einem Kaltformungsvorgang zu unterwerden. Fig. 2 ist repräsentativ für einen ähnlichen Kaltformungsvorgang, bei welchem ein herkömmlicher Dorn 113 mit einem zylindrischen Dornstopfen 1Ί"4 verwendet wird, der an einer Dornstange 115 befestigt und innerhalb des Ziehringes 11 festgelegt ist. Wie in
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beiden Figuren 1 und 2 dargestellt ist, beginnt die entgegengesetzte (innere und äußere) Reduzierung des Rohrmantels 10, wenn der Rohrmantel 10 in Berührung mit der Oberfläche des kegelförmigen Zugangsbereiches 31 kommt. Die Reduzierung des Außendurchmessers wird fortgesetzt, wenn der Rohrmantel 10 den kegelförmigen Zugangsbereich 31 passiert. Die Reduzierung des Innendurchmessers wird beendet und die Reduzierung der Wandstärke gestartet, wenn die innere Oberfläche des Mantels den Dornstopfen, im Falle des erfindungsgemäßen Stopfens die Arbeitsoberfläche 24 mit kleinerem Durchmesser (vgl. Fig. 1) berührt. Beim Stand der Technik, wie in Fig. 2 dargestellt ist, bleibt der Innendurchmesser des sich bewegenden Rohrmantels 10 nach Berührung des Stopfens 114 im wesentlichen unverändert. Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, wird der Rohrmantel 10 gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb der zylindrischen Ziehringtragfläche 32 nach Passieren des kegelstumpfförmigen Abschnittes 23 und Berühren des Arbeitsabschnittes 22 mit größerem Durchmesser auf seinen abschließenden Innendurchmesser und seine abschließenden Viandstärkenabmessungen reduziert.
Es ist festgestellt worden, daß die Glätte der inneren Oberfläche eines mit einem abgestuften Dorn kaltgezogenen Rohres, wie beschrieben, verbessert wird. Wenn der Rohrmantel 10 den kegelstumpfförmigen Abschnitt passiert, wird der Innendurchmesser ausgedehnt, wobei das Rohrmaterial radial nach außen gedrückt wird. Die Kombination einer selektiven Metallformung an der Innenoberfläche und radialer Druckformung erzeugt eine verbesserte Glätte auf der Innenoberfläche. Hierdurch wird jede Oberflächenrauhigkeit auf der Innenoberfläche eines ankommenden Rohrmantels, wie sie z.B. bei warmgeformten nahtlosen Rohren normalerweise vorhanden ist, in starkem Umfange verringert, wenn nicht vollständig eliminiert. Im Gegensatz hierzu würde eine erhebliche Rauhigkeit auf der Innenoberfläche eines warmgeformten Rohres verbleiben, das mit einem herkömmlichen Dornstopfen mit einem zylindrischen Stopfen mit konstantem Durchmesser gezogen wird.
Im nachfolgenden Beispiel sind Einzelheiten eines Rohres angegeben, das mit einem Dorn gezogen worden ist, der gemäß der vorliegenden
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Erfindung konstruiert ist:
Beispiel
Ein Stahlrohrmantel mit einem Außendurchmesser von 139,7mm und einer Wandstärke von 15,2mm wurde zu einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 127,0mm und einer Wandstärke von 13,0mm kaltgezogen. Die Anfangsoberflächenrauhigkeit der inneren Oberfläche des Rohrmantels lag zwischen 6,35 und 7,62 χ 10 mm (quadratischer Mittelwert). Die resultierende inwendige Oberflächenrauhigkeit betrug 6,35
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bis 7,62 χ 10 mm (quadratischer Mittelwert). Die sich bei Verwendung eines herkömmlichen zylindrischen Dorns zur Herstellung der gleichen Endrohrgröße ergebende Oberflächenrauhigkeit würde ungefähr 2,54 χ 10 mm (quadratischer Mittelwe: dete Dornstopfen hat folgende Abmessungen:
fähr 2,54 χ 10 mm (quadratischer Mittelwert) betragen. Der verwen-
Abschnitt (22) ,Durchmesser 101,0mm
Abschnitt(24),Durchmesser 100,5mm
Winkel (30) 45°
Eine verbesserte außenseitige Glätte eines Rohrmantels kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines in Fig. 3 gezeigten Ziehringes 41 erzielt werden. Der Ziehring 41 hat eine Ziehringöffnung mit einem kegelförmigen Zugangsbereich 42, einer Ziehringtragfläche mit einem größeren zylindrischen Arbeitsabschnitt 43, der über einen abgeschrägten Abschnitt 44 mit einem kleineren zylindrischen Arbeitsabschnitt 45 verbunden ist, und einem Ausgangsbereich 46. Der kleinere zylindrische Arbeitsabschnitt ist in der Nähe der Ausgangsseite der Ziehringöffnung angeordnet. Ein konventioneller Dorn 113 mit einem zylindrischen Dornstopfen 114 ist innerhalb des Ziehringes 41 angeordnet. Der Rohrmantel wird axial in Richtung des Pfeils 12 mittels einer bekannten Einrichtung (nicht gezeigt) gezogen.
Im Betrieb wird der Dornstopfen 114 innerhalb des Ziehringes 41 und des Rohrmantels 10 in seiner Position festgehalten. Der Rohrmantel
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ist innerhalb der Ziehringöffnung derart positioniert, daß seine innere diametrale Oberfläche die zylindrische Oberfläche des Dornstopfens 114 berührt. Der Rohrmantel wird axial derart gezogen, daß die äußere Oberfläche des Rohrmantels nacheinander mindestens einen Teil der Oberfläche des Zugangsbereichs 42, den größeren zylindrischen Arbeitsabschnitt 43, den abgeschrägten Abschnitt 44 und den zweiten zylindrischen Arbeitsabschnitt 45 berührt.
Es wird angemerkt, daß es möglich ist, einen Rohrmantel sowohl mit einem Ziehring als auch mit einem Dorn zu ziehen, die gemäß der vorliegenden, im Vorhergehenden beschriebenen Erfindung aufgebaut sind.
Für eine gegebene Wandstärkenreduzierung können darüber hinaus noch glattere Oberflächen erzielt werden, indem der Rohrmantel nacheinander mehreren Ziehkalibern unterworfen wird, um stufenweise die abschließend gewünschte Wandreduzierung zu erreichen.
Der Begriff "Arbeitsabschnitt" , wie er in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, wird dahingehend verstanden, daß er in der Lage ist, eine Kaltformung eines Rohres zu bewirken, das in Berührung mit einem Oberflächenteil des Arbeitsabschnittes gezogen wird.
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Leerseite

Claims (11)

Patentansprüche
1.jVerfahren zum Kaltziehen eines zu verformenden Rohrmantels durch eine Vorrichtung mit einer Ziehringöffnung mit einem Zugangsbereich und einer zylindrischen Ziehringtragfläche, dadurch gekennzeichnet , daß der Rohrmantel innerhalb der Ziehringöffnung positioniert wird, das Äußere des Rohrmantels mit mindestens einem Teil der Oberfläche der Ziehringöffnung in Berührung gebracht wird, das Innere des Rohrmantels innerhalb der Ziehringöffnung mit einem Dornstopfen mit einem ersten zylindrischen Arbeitsabschnitt in Berührung gebracht wird, der winkelig mit einem zweiten kleineren zylindrischen Arbeitsabschnitt verbunden ist, wobei der Dornstopfen mit dem ersten zylindrischen Arbeitsabschnitt nahe der Ausgangsseite der Ziehringöffnung angeordnet ist, und daß der Rohrmantel zur Reduzierung seines Durchmessers und seiner Wandstärke axial gezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zylindrische Arbeitsabschnitt innerhalb des Rohrmantels innerhalb der Ziehringtragfläche angeordnet wird.
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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des zweiten kleineren zylindrischen Abschnitts innerhalb des Rohrmantels innerhalb der Ziehringtragfläche angeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des ersten zylindrischen Abschnitts innerhalb des Rohrmantels innerhalb der Ziehringtragfläche angeordnet wird.
5. Verfahren zum Kaltziehen eines zu verformenden Rohrmantels durch eine Verrichtung mit einem Ziehring und mit einem zylindrischen Dornstopfen, der innerhalb des Rohrmantels innerhalb der Ziehringöffnung festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel innerhalb einer Ziehringöffnung mit einem Zugangsbereich und einer Ziehringtragfläche positioniert wird, die einen ersten zylindrischen Abschnitt, einen zweiten zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser und einen abgeschrägten Abschnitt aufweist, welcher den ersten Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt verbindet, wobei der zweite zylindrische Abschnitt mit kleinerem Durchmesser nahe der Ausgangsseite der Ziehringöffnung angeordnet ist, daß das Innere des Rohrmantels mit dem Dornstopfen und das Äußere des Rohrmantels mit der Oberfläche der Ziehringöffnung in Berührung gebracht werden und der Rohrmantel axial gezogen wird, so daß die äußere Oberfläche nacheinander mindestens einen Teil der Oberfläche des Zugangsbereichs, den ersten zylindrischen Abschnitt, den abgeschrägten Abschnitt und den zweiten zylindrischen Abschnitt berührt.
6. Vorrichtung zum Kaltziehen von Rohren mit einer Ziehringöffnung mit einem Zugangsbereich und einer zylindrischen Ziehringtragfläche, einer Einrichtung zum axialen Ziehen eines zu verformenden Rohrmantels durch die Ziehringöffnung, einem inneren Dornstopfen und einer Einrichtung zum inneren Festlegen des Dornstopfens innerhalb des Rohrmantels und der Ziehringöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Dornstopfen (14) einen ersten zylindrischen Arbeitsabschnitt (22) aufweist, der winkelig mit einem zweiten zylindrischen Arbeitsabschnitt (24) mit kleinerem Durchmesser verbunden ist, und daß der Dornstopfen innerhalb der Ziehringöffnung in einer festgelegten BetrieDsposition angeordnet ist, wobei der erste Arbeitsabschnitt
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nahe der Ausgangsseite der Ziehringöffnung angeordnet ist, und daß die Verbindung des Abschnitts innerhalb der Ziehringtragfläche angeordnet ist, derart, daß die Vollendung der Reduzierung der inneren Oberfläche des Rohrmantels innerhalb der Ziehringtragfläche bewirkt wird, wenn der Rohrmantel axial gezogen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zylindrische Arbeitsabschnitt (22) mit dem zweiten zylindrischen Arbeitsabschnitt (24) über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt (23) verbunden ist.
8. Vorrichtung zum Kaltziehen von Rohren mit einer Ziehringöffnung mit einem Zugangsbereich und einer Ziehringtragfläche, einer Einrichtung zum axialen Ziehen eines zu verformenden Rohrmantels durch die Ziehringöffnung, einem inneren zylindrischen Dornstopfen und einer Einrichtung zum inneren Festlegen des Dornstopfens innerhalb des Rohrmantels und der Ziehringöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehringtragfläche einen ersten größeren zylindrischen Abschnitt (43) , einen zweiten kleineren zylindrischen Abschnitt
(45) und einen abgeschrägten Abschnitt (44) aufweist, welcher den ersten Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt verbindet, wobei der zweite Abschnitt nahe der Ausgangsseite der Ziehringöffnung angeordnet ist.
9. Dorn zum Rohrziehen mit einem Dornstopfen, der an einer Dornstange mit kleinerem Querschnitt befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dornstopfen (14) einen ersten zylindrischen Arbeitsabschnitt
(22) aufweist, der winklig mit einem zweiten zylindrischen Arbeitsabschnitt (24) mit kleinerem Durchmesser verbunden ist, eine Einrichtung (16, 17, 20, 21) zur Befestigung des Dornstopfens an der Dornstange (15) vorgesehen ist und der zweite zylindrische Arbeitsabschnitt an einem Ende (26) in der Nähe der Dornstange angeordnet ist.
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10. Dorn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zylindrische Arbeitsabschnitt (22) mit dem zweiten zylindrischen Arbeitsabschnitt (24) über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt (23) verbunden ist.
11. Dornstopfen, gekennzeichnet durch einen ersten zylindrischen Arbeitsabschnitt (22), einen zweiten zylindrischen Arbeitsabschnitt
(24) mit kleinerem Durchmesser und einem kegelstumpfförmigen Abschnitt (23), der den ersten zylindrischen Arbeitsabschnitt mit dem zweiten zylindrischen Arbeitsabschnitt verbindet.
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DE2839168A 1978-02-21 1978-09-08 Verfahren und Vorrichtung zum Kaltziehen von Rohren Expired DE2839168C2 (de)

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