DE4437395A1

DE4437395A1 - Verfahren zum Anstauchen von Rohrenden und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4437395A1
Application number: DE4437395A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Oswald; Manfred Dr Jansen; Hansjoerg Lipowsky; Andreas Dr Beste
Original assignee: Fahrzeugwerk Werdau GmbH and Co KG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1996-05-02
Also published as: JP3835484B2; ES2153052T3; EP0787047A1; EP0787047B1; DE19614656A1; JPH10507410A; US5956988A; DE59508744D1; WO1996012578A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anstauchen von Rohrenden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch plastische Verformung mittels Umformwerkzeug, wie sie beispielsweise für die Herstellung von masseoptimierten und langlebigen Auspuffanlagen für Verbrennungsmotoren benötigt werden.

Rohrförmige Maschinenbaugruppen, beispielsweise Aus puffanlagen für Verbrennungsmotoren, werden bisher überwiegend aus Rohren einheitlicher Querschnittsab messungen gefertigt.

Teile solcher Baugruppen mit funktionsbedingt veränder ten Querschnittsabmessungen werden dabei üblicherweise mittels Flanschen, Schweißungen oder auf andere Weise in die Baugruppe eingefügt, beispielsweise zum Zwecke des Befestigens von besonderen Maschinenelementen oder Baugruppen. Solche Baugruppen und Maschinenelemente können unter anderem Schalldämpfer, Katalysatoren oder Anschlußflansche sein.

Die Konsequenz solcher Vorgehensweise besteht einmal in einem hohen Fertigungsaufwand und zum anderen neben hohen Fertigungszeiten in mehr oder weniger funktionsbeeinträchtigenden Störungen des Strömungs bildes infolge zusätzlicher Inhomogenitäten an der Innenwand der rohrförmigen Maschinenbaugruppe.

Üblicherweise versucht man, diesen Konsequenzen dadurch aus dem Wege zu gehen, indem unter Inkaufnahme zusätzlichen Materialverbrauchs und einer unnötig hohen Fertigungsmasse die Dimensionierung der Querschnittsabmessungen für die zu verwendenden Rohre nach den zu erwartenden höchsten mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen vorgenommen wird.

Diese Vorgehensweise führt nunmehr zu dem Nachteil, daß erforderliche Umformprozesse, beispielsweise zum Her stellen von Rohrbögen, unter schwierigeren Bedingungen durchgeführt werden müssen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Anstauchen von Rohrenden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit deren Hilfe ein rohrförmiges Bauelement mit den im allgemeinen optimalen Querschnittsabmessungen so mit Endabschnitten verstärkter Querschnittsabmessungen ausgestattet werden kann, daß der Innendurchmesser praktisch übergangslos auch im Bereich des Rohrendes unverändert erhalten bleibt und dennoch für das Anfügen von Komponenten, wie Verbindungs- und Anschlußflansche, Schalldämpfer, Katalysatoren u. a., die erforderlichen Querschnittsabmessungen verfügbar sind. Zur Lösung der Aufgabe wird deshalb eine Technik benötigt, mit deren Hilfe möglichst unter Vermeidung thermischer Überbeanspruchung das gewünschte Umformen rationell durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Die Lösung besteht im Kaltumformen mittels eines Werkzeugsatzes, wobei der Werkzeugsatz im wesentlichen aus einer profilierten Hohl- oder Ringmatrize und einem oder mehreren Axialkolben besteht. Mit Hilfe dieses Werkzeugsatzes und mehrdimensionaler Belastung, insbesondere des umzuformenden Rohrendes wird ein Fließpreßvorgang bewirkt. Dazu wird das umzuformende Rohrende zunächst bedarfsweise mit einer stirnseitigen Dichtfläche ausgestattet und danach in eine profilierte Matrize, ausgebildet als ein- oder mehrteilige Hohl- oder Ringmatrize, eingelegt.

Anschließend wird ein abgesetzter Axialkolben so in das anzustauchende Rohrende eingeschoben, daß die Dichtschulter des Axialkolbens an der Dichtfläche des umzuformenden Rohrendes anliegt. Daraufhin erfolgt bei gleichzeitiger Lagefixierung des Axialkolbens in Längsrichtung durch eine Axialbohrung des Axialkolbens die Förderung einer Druckflüssigkeit derartig durch den Axialkolben, daß es sowohl zu einer den Preßsitz eines vor dem Axialkolben bis zu einem festen Matrizenboden, bis zu einem weiteren Axialkolben oder bis zu einem Verschluß des freien Rohrendes liegenden Rohrbereiches in der Matrize bewirkenden Verformung als auch mittels radialer Bohrungen zu einer radialen Belastung des unzuformenden Rohrendes kommt.

Der Axialkolben wird nunmehr mit einer definierten axialen Schubkraft belastet, unter deren Wirkung die plastische Verformung des Rohrendes solange erfolgt, bis der zwischen der Haltekante der Matrize und der Dichtschulter des Axialkolbens befindliche Hohlraum mit dem gestauchten Material des umzuformenden Rohrendes ausgefüllt ist.

Im Preßsitzbereich wird das Rohrinnere ebenfalls durch die Druckflüssigkeit in radialer Richtung belastet, ohne daß es dort wegen des unmittelbaren Anliegens der Rohrwand an der Matrize nicht zu einer Verformung kommen kann. Im Gegensatz dazu findet im Stauchbereich unter der Wirkung der radialen Belastung durch die Druckflüssigkeit auch eine tangentiale Belastung der Rohrwand im Zuge des eingeleiteten Aufweitungsprozesses und zugleich die axiale Druckbelastung durch die Schubkraft des Axialkolbens statt. Die daraus resultierende mehrdimensionale Belastung übersteigt definiert den elastischen Verformungswiderstand und führt zur gewünschten plastischen Verformung. Als Druckflüssigkeit sind prinzipiell alle inkompressiblen Fluids geeignet.

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, als Druckflüssigkeit Wasser, vorzugsweise Wasser mit synthetischen Zusätzen, zu verwenden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, be darfsweise die axiale Schubkraft F_A gemeinsam mit dem Innendruck pi in Abhängigkeit von der offenen Rohrquerschnittsfläche A_R nach der Beziehung

F_A ≧ 1,1 _* A_R _* pi

zu steigern.

Damit wird unter anderem sichergestellt, daß es keinesfalls infolge einseitig gesteigerter axialer Schubkräfte zum Ausknicken der Rohrwand im Preßsitzbereich kommt.

Es ist außerdem möglich, daß die Matrize und/oder der Axialkolben im Bereich der zu bewirkenden Rohrverdickung mit einer die Reibung zwischen Rohr und Werkzeug vermindernden Beschichtung ausgestattet wird. Auf diese Weise werden die eingeleiteten Kräfte in maximal ein Umfang für den plastischen Umformvorgang wirksam gemacht, ohne daß es zu nennenswerten Reibungsverlusten kommt.

Dieser Zielrichtung dient auch der Vorschlag, daß die Wirkfuge im erweiterten Bereich der Matrize mit einer die Reibung zwischen Rohr und Werkzeug vermindernden Schmiermittelfüllung versehen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zum Einsatz kommt, die aus einer profilierten Matrize, ausgebildet als geschlossene Hohlmatrize, als geteilte Hohlmatrize oder als geteilte Ringmatrize, und wenigstens einem abgesetzten Axialkolben besteht. Der Axialkolben besitzt eine zentrale axiale Bohrung und im Stauchbereich vor der Dichtschulter radiale sternförmig angeordnete Bohrungen für die Druckmittelförderung an die umzuformende Rohrinnenwand. Weiterhin ist der Übergang vom lichten Durchmesser der Matrize zum aufgeweiteten Teil der Matrizenprofilierung im Stauchbereich als Haltekante ausgebildet. Der Übergang vom die radialen Bohrungen aufweisenden Bereich des Axialkolbens zum den erweiterten Bereich der Matrize abschließenden Bereich des Axialkolbens ist als Dichtschulter ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Matrize als geschlossene einteilige oder mehrteilige Hohlmatrize ausgebildet, die mit einen Hohlmatrizenboden ausgestattet ist.

Insbesondere für das Anstauchen der Enden von gebogenen Rohrstücken, sowie für das Anstauchen beider Enden von geraden Rohrstücken ist die Matrize als geteilte Ringmatrize ausgebildet.

Im Falle der Ausgestaltung der Matrize als Hohlmatrize besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß der Boden der Hohlmatrize mit einer die Rohrwand erfassenden und als Dichtelement fungierenden Spitznut ausgestattet ist. Die Spitznut fungiert dabei als Auflauffläche, die mit zumindest einer Kante der kreisringförmigen Querschnittsfläche der Rohrwand im Kontakt steht und bei axialer Belastung des Rohres eine Dichtpaarung zur Verhinderung des Austritts der Druckflüssigkeit aus dem Rohrinneren bildet.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Stirnseite des Axialkolbens und dem Ende der Matrize ein Preßsitzbereich angeordnet.

Dieser Preßsitz ermöglicht, daß auch im Falle des nicht Aufsitzens des Rohrstückes auf dem Matrizenboden eine ausreichende Lagefixierung des Rohrstückes in der Matrize gewährleistet ist, so daß es bei axialer Belastung des Rohrstücks durch den Axialkolben nicht zu einer Verschiebung des Rohrstücks in der Matrize kommen kann. Dies ist eine Voraussetzung dafür, mit Hilfe eines einzigen Werkzeugsatzes gegebenenfalls Rohrstücke verschiedener Länge anzustauchen.

Der Preßsitzbereich kann sowohl zwischen der Stirnseite des Axialkolbens und dem Boden der Hohlmatrize, als auch, vorzugsweise in einer geteilten Ringmatrize, zwischen der Stirnseite des Axialkolbens und einem Rohrverschluß oder zwischen den Stirnseiten von zwei Axialkolben ausgebildet sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die stirnseitig am anzustauchenden Rohrende angeordnete Dichtfläche durch spanabhebende oder kaltumformende Verfahren als quer zur Längsachse des Axialkolbens ausgerichtete Kreisringfläche oder als rotationssymmetrische Fläche ausgebildet ist. Diese Dichtfläche bildet mit der Dichtschulter als quer zur Längsachse des Axialkolbens ausgerichtete ebene Kreisringfläche und/oder als auf die Längsachse des Axialkolbens bezogene rotationssymmetrisch ausgebildete Fläche eine weitere Dichtpaarung.

Diese Dichtung verhindert den Austritt von Druckflüssigkeit aus dem Rohrinneren im Bereich des anzustauchenden Rohrendes.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Matrize in Form eines am umzuformenden Rohrstück anliegenden Abschnittes und einem weiteren Abschnitt mit einer Aufweitung auf wenigstens das Maß des Außendurchmessers des angestauchten Rohrendes ausgeführt ist.

Eine bevorzugte Form der Vorrichtung erfordert, daß die geteilte Ringmatrize für das gleichzeitige und beiderseitige Anstauchen von geraden oder gebogenen Rohrstücken mit zwei Matrizenprofilierungen und mit zwei Axialkolben ausgestattet ist.

Bei dieser Ausführungsform ist es notwendig, in einem Arbeitsgang sowohl den Innendruck mittels Druckflüssigkeit herzustellen als auch die Axialkolben jeweils mit axialen Schubkräften zu belasten. Allerdings werden dabei auf vereinfachte Weise gleichzeitig zwei Anstauchbereiche umgeformt und für weitere Bearbeitungsprozesse bereitgestellt, wobei die angestauchten Rohrenden mit unterschiedlichen Abmessungen ausgestattet werden können.

Schließlich kann es auch von Vorteil sein, daß die geschlossene Hohlmatrize mit an sich bekannten das Auswerfen des angestauchten Rohrstücks sichernden Auswerfeinrichtungen ausgeführt ist.

Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem darin, daß bei minimalen Materialverbrauch massereduzierte und strömungstechnisch optimale rohrförmige Baugruppen hegestellt werden können, ohne die bisherigen zeit- und kostenaufwendige Fügeprozeduren dafür in Kauf nehmen zu müssen.

Gleichermaßen wird das Anwenden thermisch belastender Techniken, insbesondere in Bereichen erhöhter mechanischer Belastung, in hohem Maße reduzierbar.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In der beiliegenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zeitpunkt des Arbeitsbeginns, bestehend aus einer Hohlmatrize und einem abgestuften Axialkolben mit Bohrungen für das Druckmedium (bei Fixierung des Rohrstücks in der Matrize durch den vor dem Axialkolben aufgebauten Innendruck, der zum Preßsitz des Rohrstücks in der Hohlmatrize führt);

Fig. 2 die schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Ende des Stauchvorgangs, bestehend aus einer geteilten Ringmatrize und einem abgestuften Axialkolben mit Bohrungen für das Druckmedium (bei axialer Fixierung des Rohrstücks durch einen Preßsitz, der durch Druckflüssigkeit zwischen einem Rohrverschluß und der Stirnseite des Axialkolbens erzeugt wird);

Fig. 3 die schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Beginn des Stauchvorganges, bestehend aus einer parallel zur Längsachse geteilten Ringmatrize und zwei abgestuften Axialkolben und

Fig. 4 die schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ende des Stauchvorgangs, bestehend aus einer geteilten Hohlmatrize und einem abgestuften Axialkolben mit Bohrungen für das Druckmedium bei axialer Fixierung des Rohrstücks durch den Anschlag am Boden der Hohlmatrize.

Ausführungsbeispiel 1

Benötigt wird das Endstück einer Pkw-Auspuffanlage, daß am Nachschalldämpfer mittels Schweißverbindung befestigt werden soll. Dazu wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich, ein Stahlrohr mit einer Wanddicke von 1,5 mm bei einem Rohraußendurchmesser von 60 mm als 600 mm langes Rohrstück 5 in eine einteilige geschlossene Hohlmatrize 1 eingeführt. Die Hohlmatrize 1 besitzt einen Boden 7, der im Randbereich zur Matrizenwandung mit einer Spitznut 15 ausgestattet ist. Die 3 mm breite Spitznut 15 nimmt das Rohrstück 5 so auf, daß zwischen der Innenkante der Rohrwand und der inneren Flanke der Spitznut 15 unter axialer Belastung des Rohrstücks eine Dichtpaarung entsteht, indem die Flanke der Spitznut 15 und die Innenkante der Rohrwandung bei örtlicher plastischer Deformation der Rohrwandung dicht aneinander anliegen.

Die Hohlmatrize 1 besitzt über eine Länge von 540 mm einen Innendurchmesser von etwa 60 mm. Über eine Länge von 60 mm ist der Innendurchmesser der Hohlmatrize 1 auf 63 mm erweitert. Der Übergang vom kleineren zum größeren Durchmesser ist als Absatz mit einem Winkel von 30° gegenüber der Senkrechten zu Matrizenlängsachse geneigte Haltekante 11 ausgebildet.

Zum Werkzeugsatz gehört außerdem ein Axialkolben 4, der mit einer durchgehenden axialen Bohrung für das Druckmedium 8 ausgestattet ist.

Der profilierte Axialkolben 4 besteht aus einem in das Rohrstück 5 einzuführenden 100 mm langen Teil mit einem Außendurchmesser von etwa 57 mm.

An diesen Bereich des profilierten Axialkolben 4 schließt sich ein weiterer 100 mm langer Bereich mit einem Außendurchmesser von etwa 63 mm an. Der Übergang vom kleinem auf den großen Außendurchmesser des Axialkolbens 4 ist als Dichtschulter 16 ausgebildet, deren axiale Schnittfläche 15° zur Senkrechten der Längsachse des Axialkolbens 4 geneigt ist.

Zwischen der Dichtschulter 16 und der Haltekante 11 bildet sich zwischen dem Axialkolben 4 und der Hohlmatrize 1 die Wirkfuge 17 aus.

Der Axialkolben 4 besitzt im Bereich mit dem kleineren Durchmesser in einem Abstand von bis zu 50 mm von der Dichtschulter 16 insgesamt drei Reihen sternförmig angeordneter radialer Bohrungen 9 mit einem Durchmesser von jeweils 6 mm, die zwischen der axialen Bohrung 8 und der Umfangsfläche des Axialkolbens 4 angeordnet sind. Je Bohrungsreihe sind versetzt sechs Einzelbohrungen im Winkel von 60° angeordnet.

Der Axialkolben 4 wird nach seinem Anliegen mit der Dichtschulter 16 an der Dichtfläche 12 des Rohrstücks 5 zunächst mit einer axialen Schubkraft von 5 kN belastet. Daraufhin wird durch die axiale Bohrung 8 Druckflüssigkeit in Form von Wasser durch den Axialkolben 4 gepumpt und anschließend mit einem Druck in Höhe von 0,5 MPa belastet. In dieser Situation bildet sich sowohl zwischen der Stirnseite des Axialkolbens 4 und dem Boden der Hohlmatrize 7 ein Preßsitzbereich 14 aus, in dem das an der Matrizenwandung anliegende Rohrstück 5 gegen Ausknicken durch die unter Druck stehende Druckflüssigkeit gestützt wird. Die Druckflüssigkeit liegt gleichermaßen über die radialen Bohrungen für das Druckmedium 9 am zu stauchenden Rohrende 6 an. Mit der Vergrößerung der axialen Schubkraft FA auf den axialen Kolben bis auf einen Wert von über 100 kN und der gleichzeitigen Vergrößerung des Innendrucks pi der Druckflüssigkeit auf wenigstens 15 MPa erfolgt das plastische Umformen des Rohrendes 6 bis zur vollständigen Ausfüllung der Wirkfuge 17 mit dem gestauchten Rohrmaterial. Das wandverstärkte Rohrende 6 besitzt einen unveränderten Innendurchmesser, jedoch eine auf 3 mm verstärkte Wanddicke, wobei sich die Länge des Rohrendes 6 etwa zu 30 mm ergibt.

Nach Abschluß des Umformprozesses wird der Axialkolben 4 aus der Hohlmatrize 1 bei gleichzeitiger Entspannung der Druckflüssigkeit herausgefahren.

Danach werden drei Stück auf den Umfang der Spitznut 15 verteilte Auswerfer aus dem Boden der Hohlmatrize 7 ausgefahren, was zum Herauslösen des angestauchten Rohrstücks 5 aus der Hohlmatrize 1 führt.

Das zunächst im geraden Zustand angestauchte Rohrstück 5 kann bedarfsweise anschließend Biegeprozessen unterzogen werden.

Ausführungsbeispiel 2

Das gerade Zwischenstück einer Pkw-Auspuffanlage zwischen Katalysator und Nachschalldämpfer soll gleichzeitig an beiden Rohrenden 6 mit Wandverstärkungen zur Sicherung ausreichend belastungsfähiger Schweißverbindungen ausgestattet werden.

Dazu wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich, eine geteilte Ringmatrize 3 zum Einsatz gebracht. Die Ringmatrize 3 hat eine Gesamtlänge von 1000 mm. Sie verfügt an beiden Enden über Bereiche in denen der allgemeine Innendurchmesser der Ringmatrize 3 von 50 mm auf 55 mm aufgeweitet ist. Die Länge der aufgeweiteten Bereiche beträgt jeweils 100 mm. Das in die Hohlmatrize eingelegte Rohrstück 5 mit einem Außendurchmesser von etwa 50 mm und einer Wanddicke von 2 mm besitzt eine Länge von 900 mm.

Die an beiden Enden der geteilten Ringmatrize 3 einzuschiebenden Axialkolben 4 sind wie im Ausführungsbeispiel 1 mit axialen Bohrungen 8 und radialen Bohrungen 9 ausgestattet. Der Preßsitzbereich 14 bildet sich nach gleichzeitigem Anlegen einer Anfangsschubkraft an beiden Axialkolben 4 und nach Ausfüllung des Preßsitzbereiches 14 mit einer als Wasser-Öl-Emulsion beschaffenen Druckflüssigkeit zwischen den Stirnseiten der Axialkolben 4 heraus und führt zur Lagefixierung des Rohrstücks 5 in der Ringmatrize 3.

Nach Abschluß der infolge gleichzeitiger Erhöhung der Schubkräfte an den Axialkolben 4 und des Druckes der Druckflüssigkeit bewirkten plastischen Verformung beider Rohrenden 6 bis zur vollständigen Ausfüllung der Wirkfugen 17 mit dem Material der Rohrwandung besitzt das eingelegte Rohrstück 5 eine Gesamtlänge von ca. 840 mm. Die angestauchten Rohrenden 6 weisen nun bei unverändertem Innendurchmesser von 46 mm über jeweils 20 mm Länge eine Wanddicke von 4,5 mm auf.

Nach Zerlegung der geteilten Ringmatrize 3 ist das beiderseitig angestauchte Rohrstück 5 für die weitere Bearbeitung herausnehmbar. Es kann bedarfsweise im erforderlichen Umfang mit Biegungen versehen werden.

Ausführungsbeispiel 3

Als Teil einer strömungstechnisch optimierten Auspuffanlage mit anspruchsvoller Geometrie wird ein gebogenes Rohrstück 5 mit verdicktem Rohrende 6 für die Aufnahme eines Anschlußflansches benötigt.

Dazu wird eine geteilte Ringmatrize, wie in Fig. 2 dargestellt, verwendet, die zur Aufnahme eines vorgebogenen Rohrstücks 5 vorgesehen ist.

Das Anstauchen eines Rohrendes 6 erfolgt dabei in einem ungebogenen Endbereich des Rohrstücks 5.

Nach dem Einlegen des Rohrstücks 5 und dem Verschließen der geteilten Ringmatrize 3 erfolgt am nicht anzustauchenden Ende des Rohrstücks 5 das Einsetzen eines Rohrverschlusses derart, das sich der vor dem Rohrverschluß bei Druckbeaufschlagung mittels Druckflüssigkeit ausbildende Preßsitzbereich 14 ausschließlich im von der Ringmatrize 3 umschlossenen Rohrlängenbereich befindet.

Das Einsetzen und Belasten des Axialkolbens 4 mit einer Schubkraft, sowie das Anwenden eines Innendrucks mittels Druckflüssigkeit, für die im vorliegenden Beispiel ein Mineralöl verwendet wird, erfolgt analog dem Ausführungsbeispiel 2.

Auf diese Weise erhält das gebogene Rohrstück mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einer Wanddicke von 2 mm ein angestauchtes Rohrende mit einer Länge von 25 mm, wobei die Wanddicke in diesem Bereich bei einem Außendurchmesser von 55 mm etwa 4,5 mm beträgt. Nach Abschluß des Anstauchvorganges wird der Rohrverschluß entfernt und die Ringmatrize 3 geöffnet. Das herausnehmbare gebogene angestauchte Rohrstück 5 steht damit für die Komplettierung mit einem Anschlußflansch zur Verfügung.

Bezugszeichenliste

1 geschlossene Hohlmatrize
2 geteilte Hohlmatrize
3 geteilte Ringmatrize
4 Axialkolben
5 Rohrstück
6 Rohrende
7 Boden der Hohlmatrize
8 axiale Bohrung für das Druckmedium
9 radiale Bohrung für das Druckmedium
10 Matrizenprofilierung
11 Haltekante
12 Dichtfläche
13 Trennfuge der Matrize
14 Preßsitzbereich
15 Spitznut
16 Dichtschulter
17 Wirkfuge

Claims

1. Verfahren zum Anstauchen von Rohrenden durch plastische Verformung mittels Umformwerkzeug, dadurch ge kennzeichnet, daß das umzuformende Rohrende (6) zunächst bedarfsweise mit einer stirnseitigen Dichtfläche (12) ausgestattet wird, danach in eine profilierte Matrize (1, 2, 3), ausgebildet als ein- oder mehrteilige Hohl- oder Ringmatrize, eingelegt wird, anschließend ein abgesetzter Axialkolben (4) so in das anzustauchende Rohrende (6) eingeschoben wird, daß die Dichtschulter (16) des Axialkolbens (4) an der Dichtfläche (12) des umzuformenden Rohrendes (6) anliegt, worauf bei gleichzeitiger Lagefixierung des Axialkolbens (4) in Längsrichtung durch eine Axialbohrung (8) des Axialkolbens (4) eine Druckflüssigkeit so durch den Axialkolben (4) gefördert wird, daß es sowohl zu einer den Preßsitz (14) eines vor dem Axialkolben (4) bis zu einem festen Matrizenboden (7), bis zu einem weiteren Axialkolben (4) oder bis zu einem Verschluß des freien Rohrendes liegenden Rohrbereiches in der Matrize (1, 2, 3) bewirkenden Verformung als auch mittels radialer Bohrungen (9) zu einer radialen Belastung des unzuformenden Rohrendes (6) kommt, worauf der Axialkolben (4) mit einer definierten axialen Schubkraft belastet wird, unter deren Wirkung die plastische Verformung des Rohrendes (6) solange erfolgt, bis der zwischen der Haltekante (11) der Matrize (1, 2, 3) und der Dichtschulter (16) des Axialkolbens (4) befindliche Hohlraum mit dem gestauchten Material des umzuformenden Rohrendes (6) ausgefüllt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Druckflüssigkeit Wasser, vorzugsweise Wasser mit synthetischen Zusätzen, verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bedarfsweise die axiale Schubkraft F_A gemeinsam mit dem Innendruck pi in Abhängigkeit von der offenen Rohrquerschnittsfläche A_R nach der Beziehung F_A ≧ 1,1 _* A_R _* pigesteigert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (1, 2, 3) und/oder der Axialkolben (4) im Bereich der zu bewirkenden Rohrverdickung (10) mit einer die Reibung zwischen Rohr und Werkzeug vermindernden Beschichtung ausgestattet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkfuge (17) im erweiterten Bereich der Matrize (1, 2, 3) mit einer die Reibung zwischen Rohr und Werkzeug vermindernden Schmiermittelfüllung versehen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorrichtung aus einer profilierten Matrize (1, 2, 3), ausgebildet als geschlossene Hohlmatrize (1), als geteilte Hohlmatrize (2) oder als geteilte Ringmatrize (3), und wenigstens einem abgesetzten Axialkolben (4) besteht, wobei der Axialkolben (4) eine zentrale axiale Bohrung (8) und im Stauchbereich vor der Dichtschulter (16) radiale Bohrungen (9) für die Druckmittelförderung an die umzuformende Rohrinnenwand besitzt, weiterhin der Übergang vom lichten Durchmesser der Matrize (1, 2, 3) zum aufgeweiteten Teil der Matrizenprofilierung (10) im Stauchbereich als Haltekante (11) ausgebildet ist und der Übergang vom die radialen Bohrungen (9) aufweisenden Bereich des Axialkolbens (4) zum den erweiterten Bereich der Matrize (10) abschließenden Bereich des Axialkolbens (4) als Dichtschulter (16) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach dem Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Matrize als geschlossene einteilige oder mehrteilige Hohlmatrize (1, 2), enthaltend einen Boden der Hohlmatrize (7), ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach dem Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Matrize als geteilte Ringmatrize (3) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach dem Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Boden der Hohlmatrize mit einer die Rohrwand erfassenden und als Dichtelement fungierenden Spitznut (15) ausgestattet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stirnseite des Axialkolbens (4) und Ende der Matrize (1, 2, 3) ein Preßsitzbereich (14) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach dem Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß der Preßsitzbereich (14) zwischen der Stirnseite des Axialkolbens (4) und dem Boden der Hohlmatrize (7) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach dem Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß der Preßsitzbereich (14) in einer geteilten Ringmatrize (3) zwischen der Stirnseite des Axialkolbens (4) und einem Rohrverschluß ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach dem Anspruch 10, dadurch ge gekennzeichnet, daß der Preßsitzbereich (14) zwischen den Stirnseiten von zwei Axialkolben (4) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitig am anzustauchenden Rohrende (6) angeordnete Dichtfläche (12) durch spanabhebende oder kaltumformende Verfahren als quer zur Längsachse des Axialkolbens (4) ausgerichtete Kreisringfläche oder als rotationssymmetrische Fläche ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Matrize (1, 2, 3) in Form eines am umzuformenden Rohrstück (5) anliegenden Abschnittes und einem weiteren Abschnitt mit einer Aufweitung auf wenigstens das Maß des Außendurchmessers des angestauchten Rohrendes (6) ausgeführt ist.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschulter (16) als quer zur Längsachse des Axialkolbens (4) ausge richtete ebene Kreisringfläche und/oder als - bezogen auf die Längsachse des Axialkolbens (4) - rotations symmetrische Fläche ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die geteilte Ringmatrize (3) für das gleichzeitige und beiderseitige Anstauchen von geraden oder gebogenen Rohrstücken (5) mit zwei Matrizenprofilierungen (10) und mit zwei Axialkolben (4) ausgestattet ist.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Hohlmatrize (1) mit an sich bekannten das Auswerfen des angestauchten Rohrstücks sichernden Auswerfeinrich tungen ausgeführt ist.