DE3943368C2 - Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalg- oder Wellrohrs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalg- oder Wellrohres.

Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Faltenbalg- bzw. Wellrohren sind bekannt aus der JP-PS 44-24 746 (Ausbauchvorrichtung), JP-OS 59-1 33 021 (Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gewellter Rohre), JP-OS 63-2 07 421 (Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung gefalteter Rohre).

Nach der JP-PS 44-24 746 wird ein gewünschter Wellenbereich in einem Schritt geformt, in dem man einen Wulstbereich ausdehnt, wobei man einen Innendruck und gleichzeitig eine axiale Kompression in einer metallenen Form erzeugt.

Nach der JP-OS 59-1 33 021 werden zwei Dorne mit einem sich dazwischen befindlichen elastischen Körper in ein Rohr eingesetzt, wobei man den einen Dorn gegen den anderen preßt, um den elastischen Körper zu verformen, um so einen Bereich des Rohres nach außen wegzudrücken, wodurch ein gedehnter, gebogener Bereich entsteht, der zur Vollendung des gewellten Rohres in die Form einer Ausbuchtung gebracht wird.

Nach der JP-OS 63-2 07 421 wird in ein Werkstück ein Druckmedium gebracht, mit dem ein Druck auf das Innere des Werkstücks ausgeübt werden kann. Metallformen, die eine faltenformende Ausbuchtung aufweisen, werden außerhalb des Werkstücks und verschiebbar in axialer Richtung des Werkstücks angeordnet. Das Werkstück wird in einen plastisch verformbaren oder expandierbaren Zustand gebracht und die Metallformen werden nebeneinander am Rohr angeordnet, wodurch ein gefaltetes Rohr entsteht.

Insbesondere bei dem Verfahren nach der JP-PS 44-24 746 muß die Metallform so hergestellt sein, daß sie mit der Länge des Rohrs und der Anzahl von Falten in dem gewellten Bereich übereinstimmt, wodurch die verarbeitbare Länge des Rohrs eingeschränkt ist und die Metallform teuer wird.

In den beiden Systemen nach der JP-OS 59-1 33 021 und der JP-OS 63-2 07 421 ist der Freiheitsgrad bezüglich der Anzahl von Falten in dem gewellten Bereich verhältnismäßig groß, aber die Rohrlänge, Faltenzahl und die Faltenanordnung werden durch die Struktur der Dorne im ersten Fall oder durch die Struktur des Metallformenbereiches im letzteren Fall begrenzt. Außerdem ist bei diesen Systemen der äußere Durchmesser und die Teilung des gewellten Bereichs begrenzt, da dies durch die faltenformenden Vertiefungen in der Metallform bestimmt wird, wodurch der Freiheitsgrad bezüglich der Form des gewellten Bereichs geringer ist. Zusätzlich, da beide Enden eines Rohrbereiches, der gedehnt werden soll, durch die Metallform fixiert sind, kann das Rohr nicht genügend in axialer Richtung während des Expandierens verschoben werden, so daß der obere Faltenbereich dünn wird. Auch der elastische Körper wird stark abgenutzt, da er unter Reibung in dem Rohr verschoben wird.

Weiterhin muß in diesen Systemen die Kraft, die die Metallform gegen das Rohr drückt, groß sein, damit der elastische Körper nicht den Spannbereich der Metallform anhebt. Hierdurch wird die Abnützung des elastischen Körpers beschleunigt. Außerdem kann während eines kontinuierlichen Formungsprozesses der elastische Körper in eine Vertiefung eines schon gewellten Bereiches gelangen, wodurch er zerstört wird.

Bei dem System nach der JP-OS 63-2 07 421 wird der elastische Körper zusammen mit dem aufgeweiteten Bereich in axialer Richtung zusammengepreßt, wenn der aufgeweitete Bereich in den gewellten Bereich umgeformt wird, wobei der elastische Körper zu Verschleiß oder Zerreißen neigt, wodurch die Form der Wellen uneinheitlich wird.

Die DE-AS 16 02 248 zeigt eine Vorrichtung zum Wellen von Rohren, bei welcher das jeweilige Rohr vertikal in die Vor­ richtung eingesetzt wird. Hierbei werden von unterschiedli­ chen Seiten jeweils ein Stempel und ein Gegenhalter, zwi­ schen welchen ein elastischer Körper eingespannt ist, in das Innere des Rohres eingeschoben. Im einzelnen wird dabei ein oberer Flansch von dem oberen Ende des Rohres eingeschoben, während von dem unteren Ende ein weiterer Flansch eingeführt werden muß. Die beiden Flansche tragen dabei den Stempel bzw. den Gegenhalter, mit deren Hilfe das elastische Element zur Bildung der Wellen ausgebaucht wird. Die beiden Flansche müssen dabei miteinander in Verbindung gebracht werden, hierbei ist eine sehr aufwendige Ausgestaltung der gesamten Vorrichtung erforderlich. Weiterhin erweist es sich als besonders nachteilig, daß die gesamte Vorrichtung mindestens die doppelte Länge (Höhe) aufweisen muß, wie das Rohr. Daraus folgt, daß die Vorrichtung insgesamt sehr groß dimen­ sioniert ist und einen erheblichen Raum beansprucht. Die Bearbeitung längerer Rohre ist somit, ausgehend von einer beschränkten Raumhöhe nicht möglich. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß das Widerlager­ spannzeug nur in radialer Richtung und das Preßteil nur in longitudinaler Richtung bewegbar sind. Die Ausgestaltung mehrerer aneinander grenzender Wellen des Rohres erfordert somit stets ein Versetzen des Rohres und damit einen sehr hohen fertigungstechnischen Aufwand.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher Herstellbarkeit geringe Dimensionen aufweist, für die Bearbeitung auch langer Wellrohre geeignet ist, und der Durchmesser und die Teilung des Wellenbereiches weitgehend frei so gewählt werden können, daß eine Zerstö­ rung des elastischen Körpers weitgehend ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombi­ nation des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß der Erfindung wird der elastische Körper nicht in das Halte- und Transportelement ausgedehnt, so daß keine übermäßigen Kräfte auf den elastischen Körper einwirken, wodurch keine Zerstörung eintritt und die Klemmkräfte des Halte- und Transportelements nicht unnötig zu groß sein müssen.

Im ersten und zweiten Schritt kann ein Bereich des Rohres, der sich vom Arm zu dem Preßstempel erstreckt, im Zusammenhang mit der Deformation des Rohrs frei verschieben, so daß die Dicke des Rohrs nicht abnehmen kann, und so daß kein eng anliegendes Gleiten zwischen dem Rohr und dem elastischen Körper auftritt.

Außerdem gelangt der elastische Körper niemals in den Spalt des Faltenbereichs, selbst nicht während fortlaufender Formung des Faltenbereichs. Weiterhin ist keine Vertiefung zur Bestimmung der Form des Faltenbereichs weder in den Preßstempel noch in das Halte- und Transportelement geformt, so daß der äußere Durchmesser und die Höhe und Dicke des Faltenbereichs einfach geändert werden können durch Einstellen des Abstandes zwischen dem Preßstempel und dem Halte- und Transportelement und durch die Stauchungsstrecke des Preßstempels. Außerdem ist die Länge des Rohrs, das verarbeitet werden soll, nicht wesentlich begrenzt.

Obgleich in dieser Ausführungsform nicht enthalten, kann eine Vorrichtung zur Bestimmung der Einsetzposition des Rohrs auf dem Grundgestell befestigt werden.

Wie oben ausführlich beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Länge des zu bearbeitenden Rohrs nicht wesentlich begrenzt, die Dicke des Rohrs nimmt während der Bearbeitung nur geringfügig ab, keine Zerstörung des elastischen Körpers tritt auf, und eine Vielzahl von Faltenformen kann zuverlässig mit hoher Effizienz hergestellt werden.

Durch Wiederholung der einzelnen Verfahrensschritte wird ein nächster Faltenbereich benachbart zu dem ersten Faltenbereich in das Rohr geformt. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Faltenbereichen, die um eine bestimmte Strecke voneinander beabstandet sind, nacheinander in den Umfang des Rohrs geformt werden, wodurch das Faltenrohr fertiggestellt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der elastische Körper nie in das Halte- und Transportelement, so daß das Halte- und Transportelement nur gegen eine schwache Klemmkraft verschoben wird, wobei keine übermäßige Kraft auf den elastischen Körper während der Bearbeitung einwirkt.

Außerdem, da das Rohr auf der Seite des Preßstempels frei verschiebbar ist, wird die Dicke des Rohres bei der Bearbeitung nicht verringert und es tritt auch kein enges Gleiten zwischen dem Rohr und dem elastischen Körper auf, wodurch das Faltenbalgrohr leicht gefertigt werden kann. Da der elastische Körper nie in den Spalt des Faltenbereichs eindringt und keine Vertiefung in dem Preßstempel oder dem Halte- und Transportelement die Form des Faltenbereichs bestimmt, kann das Faltenbalgrohr mit jedem gewünschten äußeren Durchmesser und Dicke (Höhe) für jeden Faltenbereich durch Einstellen des Abstandes zwischen dem Preßstempel und dem Halte- und Transportelement und der Stauchstrecke des Preßstempels gefertigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalgrohres; und

Fig. 2-10 Schnittdarstellungen durch verschiedene Stadien des Formprozesses mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Grundgestell 12 dargestellt, auf dem ein Trägerelement 14 im wesentlichen auf der Mittellinie, nahe an dem einen Ende des Grundgestells 12 befestigt ist. Ein Dorn (Kernelement) 1 erstreckt sich über das Grundgestell 12 und ist mit dem einen Ende mit dem Trägerelement 14 verbunden. Ein Stempel 4, dessen innerer Durchmesser etwas größer ist als der äußere Durchmesser des Dorns 1, ist auf dem Dorn 1 verschiebbar angeordnet, und kann entlang dem Dorn 1 durch einen als Zylinder ausgebildeten ersten Antrieb 8, der hinter dem Trägerelement 14 angeordnet ist, vorwärts und rückwärts verschoben werden.

Auf dem anderen Ende des Dorns 1 ist ein Gegenhalter 2 befestigt. Ein ringförmiger elastischer Körper 3, der aus einem Polyurethangummi sein kann, mit einem inneren Durchmesser, der etwas größer ist als der äußere Durchmesser des Dorns 1, ist auf dem Dorn 1 zwischen dem Gegenhalter 2 und dem Stempel 4 angeordnet.

Der Gegenhalter 2, der elastische Körper 3 und ein auf der Seite des elastischen Körpers 3 vergrößerter Bereich des Stempels 4 haben im wesentlichen den gleichen äußeren Durchmesser, so daß ein zu bearbeitendes Rohr 10, dessen innerer Durchmesser etwas größer ist als der äußere Durchmesser des Gegenhalters 2, des elastischen Körpers 3 und des erweiterten Bereichs des Stempels 4, von der Gegenhalterseite her einsetzbar ist und auf dem Gegenhalter 2, dem elastischen Körper 3 und dem erweiterten Bereich des Stempels 4 aufgesetzt werden kann.

Da das so aufgesetzte Rohr 10 bis auf den Bereich, wo es aufgeweitet wird, lose aufsitzt, kann es bezüglich des Stempels 4 frei verschoben werden.

Ein Preßstempel 5, dessen innerer Durchmesser etwas größer ist als der äußere Durchmesser des Rohrs 10, ist an einem Preßstempelträger 5a befestigt und lose über dem Stempel 4 auf dem eingesetzten Rohr 10 angeordnet. Preßstempelantriebswellen 13 und 13′ sind mit dem Preßstempelträger 5a verbunden und werden durch Wellenführungen 15 und 15′ geführt. Die Preßstempelantriebswellen 13 und 13′ werden durch als Zylinder ausgebildete vierte Antriebe 9 und 9′ angetrieben, die auf dem Grundgestell 12 parallel zu dem Stempel 4 angeordnet sind. Auf der Seite des Dorns 1, an der der Gegenhalter 2 befestigt ist, ist ein Halte- und Transportelement 6, das an einem Spannzeughalter 6c befestigt ist, außerhalb des Rohres 10 angeordnet. Das Halte- und Transportelement 6 hat parallele Arme 6a und 6b, die sich rechtwinklig von ihm in Richtung auf den Dorn 1 erstrecken, wobei die Arme einen Spalt 7 mit einer gewünschten Breite vorgeben. Das Halte- und Transportelement 6 ist durch zweite Antriebe 16 und 16′, die auf dem Spannzeughalter 6c befestigt sind, in radialer Richtung an das Rohr 10 anstellbar. Außerdem kann der gesamte Spannzeughalter 6c mit dem daran befestigten Halte- und Transportelement 6 durch einen dritten Antrieb 17, der am Grundgestell 12 befestigt ist, längs des Dornes 1 verschoben werden.

Unter Bezugnahme auf die vorgehend beschriebene Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalgrohres wird nun das mit dieser Vorrichtung durchzuführende Verfahren zur Fertigung eines Faltenbalgrohres beispielhaft unter Bezugnahme auf die Fig. 2-10 beschrieben.

Fig. 2 zeigt den Verfahrensschritt des Einsetzens des zu bearbeitenden Rohres 10. Das heißt, das Rohr 10 wird eingesetzt und lose auf den Stempel 4 von der Seite des Gegenhalters her aufgesetzt (gestrichelt in Fig. 1 dargestellt). In diesem Schritt wird der dritte Antrieb 17 betätigt, um den Arm 6a des Halte- und Transportelements 6 nahe an die Grenze zwischen dem elastischen Körper 3 und dem Gegenhalter 2 zu bringen. Zusätzlich werden die zweiten Antriebe 16 und 16′ betätigt, um das Halte- und Transportelement 6 genügend weit vom Rohr 10 zu trennen. Hierbei wird auch der Spalt 7 zwischen den Armen 6a und 6b auf einen bestimmten Abstand vorab eingestellt.

Fig. 3 zeigt den Halteschritt des Halte- und Transportelements 6. Das heißt, die zweiten Antriebe 16 und 16′ werden betätigt, um das Halte- und Transportelement 6 so zu verschieben, daß die Arme 6a und 6b einen Kontakt zwischen dem Rohr 10 und dem Gegenhalter 2 bewirken.

Die vorgehend beschriebenen Schritte der Fig. 2 und 3 vervollständigen die Vorbereitung zur Herstellung eines Faltenbalgrohrs.

In einem ersten Schritt wird ein ringförmiger konvexer Bereich 20 in das Rohr 10 geformt, wie es in den Fig. 4 und 5 gezeigt wird. Das heißt, während das Rohr 10 durch die Arme 6a und 6b des Halte- und Transportelements 6 stationär gehalten wird, wird der erste Antrieb 8 betätigt, um den Stempel 4 um eine bestimmte Strecke in Richtung auf das Halte- und Transportelement 6 zu schieben, so daß der elastische Körper 3 elastisch radial zum Rohr 10 ausgedehnt wird. Hieraus resultiert der ringförmige konvexe Bereich 20, der radial ausgedehnt ins Rohr 10 geformt ist.

Nachdem der ringförmige konvexe Bereich 20 in das Rohr 10 gebildet ist, wird, wie in Fig. 5 dargestellt, der erste Antrieb 8 betätigt, um den Stempel 4 von dem Halte- und Transportelement 6 fort in die ursprüngliche Position zu bewegen, so daß der elastische Körper 3 seine ursprüngliche Gestalt wieder annimmt.

In einem zweiten Schritt wird - wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt - der in das Rohr 10 im ersten Schritt geformte ringförmige konvexe Bereich 20 in einen Faltenbereich 20a überführt. Das heißt, wie in Fig. 6 dargestellt, während das Rohr 10 durch die Arme 6a und 6b des Halte- und Transportelements 6 stationär gehalten wird, werden die vierten Antriebe 9 und 9′ betätigt, um den Preßstempel 5 um eine bestimmte Strecke in Richtung auf das Halte- und Transportelement 6 mittels der Preßstempelantriebswellen 13 und 13′ zu schieben, so daß der ringförmige konvexe Bereich 20 zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Preßstempels 5 und des Halte- und Transportelements 6 eingeklemmt und dabei zu dem Faltenbereich 20a gedrückt wird. In diesem Schritt wird der Faltenbereich 20a so geformt, daß seine endgültige Breite etwas geringer ist als der Spalt 7 zwischen den Armen 6a und 6b.

Nachdem der Faltenbereich 20a in den Umfang des Rohres 10 wie in Fig. 7 dargestellt gebildet ist, werden die vierten Antriebe 9 und 9′ betätigt, um den Preßstempel 5 in die Ausgangsposition zurückzuschieben. In dem gleichen Schritt werden auch die zweiten Antriebe 16 und 16′ betätigt, um das Halte- und Transportelement 6 von dem Rohr 10 zu trennen.

In einem dritten Verschiebeschritt, wie in Fig. 8 bis 10 dargestellt, wird das Rohr 10 mit dem Faltenbereich 20a, der in den Umfang des Rohrs im zweiten Schritt gebildet wurde, in die Position geschoben, in der der nächste Faltenbereich geformt wird. Das heißt, wie in Fig. 8 dargestellt, der dritte Antrieb 17 wird betätigt um den Spannzeughalter 6c so zu verschieben, daß die Arme 6a und 6b des Halte- und Transportelements 6 in eine Position oberhalb des Faltenbereichs 20a kommen, wo sie den Faltenbereich 20a einklemmen können. In dieser Position werden die zweiten Antriebe 16 und 16′ betätigt, um das Halte- und Transportelement 6 nahe an das Rohr anzustellen. Dies hat zur Folge, daß der Faltenbereich 20a von den Armen 6a und 6b wie in Fig. 9 gezeigt eingeklemmt wird. Dann wird der dritte Antrieb 17 betätigt, um das Halte- und Transportelement und das Rohr 10 so zu verschieben, daß der Arm 6a an die Grenze zwischen dem elastischen Körper 3 und dem Gegenhalter 2 gelangt.

Dann wird ein nächster zu bearbeitender Bereich des Rohres 10, der sich zwischen dem Arm 6a und dem Preßstempel 5 befindet, den vorgehend beschriebenen Schritten 1-3 unterworfen. Dies hat zur Folge, daß ein weiterer Faltenbereich benachbart zu dem Faltenbereich 20a gebildet wird. Auf diese Weise wird durch Wiederholung der vorhergehenden Schritte ein Faltenbalgrohr aus dem unbearbeiteten Rohr 10 hergestellt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenbalg- oder Well­ rohres mit

• - einem Dorn (1), dessen eines Ende an einem Trägerele­ ment (14) befestigt und an dessen anderem Ende ein Gegenhalter (2) fest angeordnet ist,
• - einem auf dem Dorn (1) zwischen dem Trägerelement (14) und dem Gegenhalter (2) mittels eines ersten Antriebes (8) axial verschiebbar angeordneten Stempel (4), auf dem ein zu bearbeitendes Rohr (10) aufgeschoben ist,
• - einem elastischen Körper (3), der auf den Dorn (1) zwi­ schen dem Stempel (4) und dem Gegenhalter (2) ver­ schiebbar angeordnet ist,
• - einem Halte- und Transportelement (6), das mittels zweiter Antriebe (16, 16′) in radialer Richtung an das Rohr (10) anstellbar und mittels eines dritten Antriebs (17) axial entlang des Rohres (10) verschieb­ bar ist und
• - einem Preßstempel (5), der auf dem Rohr (10) angeordnet und mittels eines vierten Antriebs (9) axial verschieb­ bar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper (3) aus einem Polyurethangummi ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Halte- und Transportelement (6) parallele, rechtwinklig zum Dorn (1) gerichtete Arme (6a, 6b) aufweist, deren Abstand etwas größer ist als die endgültige Breite eines gefertigten Faltenbe­ reichs.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ende des Stempels (4) auf der Seite des elastischen Körpers (3) aufgeweitet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenhalter (2), der elastische Körper (3) und das aufgeweitete Ende des Stempels (4) im wesentlichen den gleichen äußeren Durchmesser aufweisen, der etwas kleiner ist als der innere Durchmesser des Rohrs (10).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Antrieb (8, 9, 16, 17) ein Zylinder ist.