DE60300026T3

DE60300026T3 - Verfahren zum Herstellen eines metallischen Faltenbalges

Info

Publication number: DE60300026T3
Application number: DE60300026T
Authority: DE
Inventors: Hideki Yokohama-shi Okada
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2023-01-07
Also published as: DE60300026T2; EP1325784B1; JP4057297B2; JP2003202077A; US6820317B2; US20030126732A1; DE60300026D1; EP1325784B2; EP1325784A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faltenbalges durch Bilden von Ausbauchungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe z. B. JP-A-01 044 220 ). Ein anderes Verfahren zum Herstellen eines Faltenbalges ist aus JP-A-02 134 461 bekannt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Metallische Faltenbälge haben zahlreiche Anwendungsgebiete, wobei sich eine typische Anwendung dank ihrer Fähigkeit, Gas hermetisch abschließt und wiederholten Ausdehnungen und Zusammenziehungen standzuhalten, in Druckspeichern findet. Metallische Faltenbälge wurden herkömmlicherweise durch Zusammenschweißen von geeignet geformten metallischen Folien hergestellt. Dieses Herstellungsverfahren ist jedoch für die Massenproduktion nicht geeignet, da es schwierig ist, den Schweißprozess mit der erforderlichen Genauigkeit und Gleichförmigkeit durchzuführen. Aus diesem Grunde wurden pressgeformte Faltenbälge den herkömmlicheren geschweißten Faltenbälgen vorgezogen. Am einfachsten kann ein Faltenbalg kann pressgeformt werden, indem Druckflüssigkeit in eine geschlossene, metallische Rohrluppe eingeführt wird, die von einer geeigneten metallischen Werkzeugbaugruppe umgeben ist, wobei dieses Verfahren als hydraulisches Ausbauchungsverfahren bezeichnet werden kann.
Die Spannung der Faltenbälge kann anhand der allgemein bekannten Formel berechnet werden, die in den „Japan Industrial Standards (JIS) B 8243 Structure of Pressure Vessels” spezifiziert und nachstehend angeführt ist: σ_x = 1,5 × t × Δ_x × E//{(ρ/2)^0,5 × h^1,5 × 2n} (1) wobei σx: die durch die Ausdehnung und Zusammenziehung der Faltenbälge erzeugte Spannung (MPa), t: die Plattenstärke (mm), Δ_x die axiale Federweg (mm), E: der Elastizitätsmodul (179 GPa im Falle von SUS304), n: die tatsächliche Anzahl von ringförmigen Ausbauchungen, ρ die Teilung (mm) und h: die Höhe jeder Ausbauchung (mm).
Wie aus dieser Formel ersichtlich ist, kann durch Anheben der Höhe jeder ringförmigen Ausbauchung die Spannung der Faltenbälge wirksam herabgesetzt werden. Die Höhe der Ausbauchung kann durch (Außendurchmesser – Innendurchmesser)/2 gegeben sein, und der Innendurchmesser durch den Innendurchmesser der metallischen Rohrluppe. Daher kann durch Vergrößern des Verhältnisses von Außendurchmesser zu Innendurchmesser die Ausbauchungshöhe angehoben werden und die Spannung des Faltenbalges kann verringert werden. Außerdem kann für die gegebene zulässige Spannung durch Anheben der Größe jeder ringförmigen Ausbauchung die Anzahl der Ausbauchungen herabgesetzt und die axiale Länge der Faltenbälge verkürzt werden. Dies trägt zu einer kompakten Konstruktion bei und ermöglicht es, die den Faltenbälge in einem begrenzten Raum zu verwenden. Zum Beispiel kann ein Druckspeicher, der solch einen Faltenbalg verwendet, sehr kompakt hergestellt werden, und die Freiheit bei der Speichergestaltung kann verbessert werden.
Gemäß dem Stand der Technik war jedoch die Höhe jeder ringförmigen Ausbauchung durch die Dehnungsfähigkeit des Werkstoffes begrenzt. Mit anderen Worten, der Werkstoff reißt, wenn versucht wird, eine Ausbauchungshöhe zu erreichen, welche die maximale zulässige Dehnung des Werkstoffes überschreitet. Daher war die Höhe der Ausbauchungen herkömmlicherweise nur so groß, wie es die Dehnung des Werkstoffes zuließ, und konnte nicht so weit wie erwünscht angehoben werden.
Wenn z. B. SUS304 zur Herstellung eines Faltenbalges gemäß dem herkömmlichen hydraulischen Ausbauchungsverfahren eingesetzt wird, so kann infolge der Dehnungsgrenze des Werkstoffes das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser (D1/D2) nicht größer als etwa 1,5 sein. Dies begrenzt den möglichen Hubweg des Faltenbalges für die gegebene Größe des Faltenbalges.
Solch ein Problem kann durch Verwendung anderer Werkstoffe gemäßigt werden, welche zu größere Dehnungen imstande sind. Ein Werkstoff mit einer größeren Dehnungsgrenze ist jedoch verhältnismäßig teuer, und dies führt zu höheren Herstellungskosten. Statt durch Verwenden eines Umformprozesses kann der Faltenbalg alternativ durch das Schweißverfahren hergestellt werden, welches eine größere Konstruktionsfreiheit zulässt, ohne durch solch eine Beschränkung behindert wird. Bei der Herstellung eines Faltenbalges durch Schweißen muss jedoch um den gesamten Umfang jeder einer Mehrzahl von ringförmigen dünnen Platten geschweißt werden, und dies macht das Herstellungsverfahren komplizierter. Dies erhöht nicht nur die Herstellungskosten, sondern verursacht wegen der unvermeidbaren Schwankungen der Schweißgüte auch einige Schwierigkeiten, um die erforderliche Fähigkeit zu gewährleisten, wiederholten Lasten standzuhalten.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Angesichts dieser Probleme des Standes der Technik besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalges bereitzustellen, der einen größeren Hubweg für eine gegebene Größe bietet.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalges bereitzustellen, der einen größeren Hubweg für ein gegebenes Spannungsniveau bietet.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalges bereitzustellen, der einen größeren Hubweg für eine gegebene Werkstoffauswahl bietet.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche beschrieben.
Gemäß diesem Verfahren wird durch Ausführen des Ausglühschrittes während des Prozesses der Bildung der Ausbauchung der Faltenbälge die Dehnungsfähigkeit des Werkstoffes zurückgewonnen und die Bearbeitbarkeit der Faltenbälge wird entsprechend verbessert, so dass am Faltenbalg, der einem vorherigen Umformschritt unterzogen wurde, ein weiterer Umformschritt ausgeführt werden kann.
Insbesondere kann das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser größer gemacht werden als ein Wert, der durch einen einzigen Umformschritt erreichbar ist. Daher kann der Federweg (Hubweg) jeder ringförmigen Ausbauchung oder Falte für eine gegebene Spannung erhöht werden oder, mit anderen Worten, kann für einen gegebenen Hubweg des Faltenbälge die Anzahl der ringförmigen Ausbauchungen erhöht und die Länge der Faltenbälge verkürzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die metallische Rohrluppe aus rostfreiem Stahl hergestellt. Außerdem können die erste und die zweite Werkzeugbaugruppe aus einer gemeinsamen Werkzeugbaugruppe statt aus zwei verschiedenen Werkzeugbaugruppen bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Werkzeugbaugruppe eine obere Werkzeugkomponente, eine untere Werkzeugkomponente und eine Mehrzahl von dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten, die in einem gleichen Abstand zwischen der oberen und der unteren Werkzeugkomponente angeordnet sind. Konkret ist jede der dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten vorzugsweise mit einer ringförmigen Rippe versehen, welche ringförmige Ausnehmungen auf jeder Seite davon definiert, wobei die Ausnehmungen der dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten zusammen ein Außenprofil der ringförmigen Ausbauchungen der metallischen Rohrluppe definieren. Vorzugsweise sind die ringförmigen Werkzeugkomponenten so ausgelegt, dass sie einander gleichmäßig näher gebracht werden, wenn das Druckfluid in die metallische Rohrluppe eingeführt wird. Jeder oberen und der unteren Werkzeugkomponente ist vorzugsweise mit einem Stopfen versehen, der fluiddicht in ein entsprechendes axiales Ende der metallischen Rohrluppe passt. Dadurch kann das Innere der metallischen Rohrluppe bequem abgedichtet werden, und die Flüssigkeit zur Druckbeaufschlagung kann von einem Durchgang, der in einem der Stopfen ausgebildet ist, in das Innere der metallischen Rohrluppe eingeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine schematische Seitenansicht im Schnitt einer metallischen Werkzeugbaugruppe ist, die zum Implementieren des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann und eine darin angeordnete metallische Rohrluppe aufweist;
2 eine ähnliche Ansicht wie 1 ist, die eine Zwischenstufe des Umformprozesses darstellt;
3 eine ähnliche Ansicht wie 1 ist, die eine Endstufe des Umformprozesses darstellt;
4 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Faltenbalges ist, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
5 eine Seitenansicht im Schnitt eines Druckspeichers ist, der einen Faltenbalg verwendet, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
6 eine bruchstückhafte, vergrößerte Seitenansicht im Schnitt ist, die den Modus des ersten Umformschrittes veranschaulicht;
7 eine bruchstückhafte, vergrößerte Seitenansicht im Schnitt des Faltenbalges ist, der durch den zweiten Umformschritt gebildet wird; und
8 eine graphische Darstellung ist, die den Federweg jeder ringförmigen Ausbauchung in Bezug auf die Anzahl der Ausdehnungs- und Zusammenziehungszyklen zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 bis 3 stellen das Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalges aus einer Luppe dar, die aus einer metallischen Rohrluppe M besteht, die zum Beispiel aus rostfreiem Stahl wie beispielsweise SUS304 hergestellt ist. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die metallische Werkzeugbaugruppe für den Umformprozess hat eine obere metallische Werkzeugkomponente 11 und eine untere metallische Werkzeugkomponente 12 zum Schließen der beiden axialen Enden der metallischen Rohrluppe M, sowie eine Mehrzahl von dazwischen liegenden ringförmigen metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e, welche jeweils die metallischen Rohrluppe umgeben und in einem gleichen Abstand voneinander entlang der Axialrichtung angeordnet sind. Die metallische Rohrluppe M ist auf der unteren metallischen Werkzeugkomponente 12 angeordnet, wie durch Pfeil B in der Zeichnung angezeigt, und die obere metallische Werkzeugkomponente 11 ist auf dem oberen Ende der metallischen Rohrluppe M angeordnet, wie durch Pfeil C in der Zeichnung angezeigt. Die obere und die untere metallische Werkzeugkomponente 11 und 12 sind jeweils mit einem zylindrischen Vorsprung oder einem Stopfen versehen, der flüssigkeitsdicht in das entsprechende Ende der metallischen Rohrluppe M passt. Jede der ringförmigen metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e besteht aus halbkreisförmigen Hälften, welche so ausgelegt sind, dass sie zusammen die ringförmige Form definieren, wenn sie um die äußere Umfangsfläche der metallischen Rohrluppe M angeordnet sind, wie durch Pfeil D in 1 angezeigt. Außerdem ist die innere Umfangsfläche jeder dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponente mit einer mittleren, ringförmigen Rippe versehen, welche im Querschnitt gesehen ein abgerundetes oberes Ende aufweist.
2 stellt den ersten Schritt des Umformens des Faltenbalges dar. Die metallische Rohrluppe M ist durch die obere und die untere metallische Werkzeugkomponente 11 und 12 geschlossen, und Flüssigkeit zur Druckbeaufschlagung wird von einem Druckbeaufschlagungsdurchgang 12a, der in der unteren metallischen Werkzeugkomponente 12 ausgebildet ist, in die metallischen Rohrluppe M eingefüllt.
Die Flüssigkeit unter Druck, welche in die metallischen Rohrluppe M eingefüllt wird, veranlasst die Teile (oder Ausnehmungen) der metallischen Rohrluppe M, welche zwischen den mittleren, ringförmigen Rippen der dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e liegen, sich radial nach außen auszubauchen. Die Teile der metallischen Rohrluppe M, welche durch die mittleren, ringförmigen Rippen der dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten getragen werden, werden daran gehindert, sich radial nach außen auszubauchen. Anschließend wird die obere metallische Werkzeugkomponente 11 zusammen mit den dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e nach und nach zur unteren metallischen Werkzeugkomponente 12 abgesenkt, wie in 2 durch Pfeil E dargestellt. Die obere metallische Werkzeugkomponente 11 und die dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e werden durch einen Antriebsmechanismus, der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, derart abgesenkt, dass die Abstände zwischen den dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e gleichmäßig verringert werden. Während der Innendruck auf einer geeigneten Stufe gehalten wird, werden die Abstände zwischen den dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e so verringert, dass ein Reißen oder ein Knicken der ausgebauchten Abschnitte vermieden wird.
Bevor die dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e miteinander in Kontakt gebracht werden und die Dehnung des Werkstoffes der metallischen Rohrluppe M ihre Grenze erreicht, werden die Abwartsbewegungen der oberen metallischen Werkzeugkomponente 11 und der dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e gestoppt. Die Werkzeugbaugruppe 11, 12 und 13 bis 13e wird dann geöffnet, und der Faltenbalg 2 wird aus der metallischen Werkzeugbaugruppe entfernt. Das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser (der Innendurchmesser ist als der Durchmesser der metallischen Rohrluppe M vor dem Umformschritt gegeben, und der Außendurchmesser ist als der Durchmesser des Teiles gegeben, der sich durch den Umformprozess am weitesten radial nach außen ausgebaucht hat) darf aufgrund der Dehnungsgrenze des Werkstoffes und verschiedener Überlegungen, welche die Massenproduktion betreffen, nicht größer als 1,4 sein.
Dann wird ein Ausglühschritt an diesem Faltenbalg ausgeführt, der sich im Prozess zur Umformung in eine gewünschte Endform befindet. Der Ausglühschritt wird unter einer bestimmten Temperatur über eine bestimmte Zeitspanne ausgeführt, so dass die Restspannung im Faltenbalg abgebaut wird und der Faltenbalg für einen neuen Umformprozess bereit ist. Der Ausglühschritt erneuert demnach die Ausdehnungsfähigkeit des Werkstoffes, und die Bearbeitbarkeit des Werkstoffes wird dadurch entsprechend verbessert.
Anschließend wird der Faltenbalg wieder in die metallische Werkzeugbaugruppe zurückgebracht. Zu diesem Zeitpunkt müssen die Positionen der verschiedenen Komponenten der metallischen Werkzeugbaugruppe möglicherweise geringfügig angepasst werden, um der Rückfederung des Materials und der Verformung, die während dem Ausglühschritt eingetreten sein kann, Rechnung zu tragen. Die obere metallische Werkzeugkomponente 11 und die dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e werden wiederum derart abgesenkt, dass die Abstände zwischen den dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e gleichmäßig verringert werden, in diesem Fall jedoch bis die obere metallische Werkzeugkomponente 11, die dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a und 13e und die untere metallische Werkzeugkomponenten 12 in engen Kontakt zueinander kommen, wie in 3 dargestellt. Wenn der Umformprozess abgeschlossen ist, wird der Innendruck abgeleitet und die metallischen Werkzeugkomponenten werden geöffnet. Auf diese Weise wird der Faltenbalg 2 mit einem Innendurchmesser D2 und einem Außendurchmesser D1 hergestellt, wie in den 4 und 7 veranschaulicht.
Durch derartige Ausführen der zwei Umformschritte, jeweils soweit, als es die Dehnungsfähigkeit des Werkstoffes zulässt, ohne zu reißen oder anderweitig einen dauerhaften Schaden am Werkstoff zu verursachen, und Ausführen des Ausglühschrittes zwischen den beiden Umformschritten wird ein Faltenbalg mit einem Verhältnis von Außendurchmesser/Innendurchmesser (D1/D2) hergestellt, das größer als ein Wert ist, der durch das herkömmliche hydraulische Umformverfahren möglich ist. Der erste Umformschritt wird ausgeführt, bis das Verhältnis 1,4 erreicht. Dann wird der Ausglühschritt ausgeführt, und der zweite Umformschritt erfolgt, bis das Verhältnis erneut 1,4 erreicht (der Innendurchmesser ist in diesem Falle durch am weitesten radial nach außen vorstehenden Teil gegeben, der durch den ersten Umformprozess erzeugt wird). Folglich kann ein Faltenbalg mit dem Außendurchmesser/Innendurchmesser-Verhältnis (D/D2) von 1,4 × 1,4 = 1,96 geformt werden.
Genauer gesagt sind, wenn nur ein Ausglühschritt ausgeführt werden soll, die dazwischen liegenden metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e jeweils mit einer ringförmigen Ausnehmung (entsprechend der ringförmigen Ausbauchung 2a des Faltenbalges 2) versehen, die eine radiale Abmessung aufweist, welche ungefähr doppelt so groß ist wie die der Werkzeugbaugruppe für den herkömmlichen Umformprozess ohne Ausglühschritt. Im ersten Umformschritt wird der Innendruck des Faltenbalges 2 erhöht, und die Zwischenräume (oder Ausnehmungen) zwischen den metallischen Werkzeugkomponenten werden in ihrer Größe (von P1 bis P2, wie in 6 dargestellt) reduziert, um die Ausbauchungen 2a derart zu herzustellen, dass das Verhältnis von Außendurchmesser/Innendurchmesser (D1/D2) 1,4 beträgt. Auf diese Weise werden die Ausbauchungen 2a erzeugt, wie durch die strichpunktierten Linien in 6 dargestellt. Danach wird der Ausglühschritt ausgeführt.
Im darauf folgenden zweiten Umformschritt werden die ringförmigen Ausbauchungen 2a weiter radial nach außen erweitert, bis das gewünschte Verhältnis von Außendurchmesser/Innendurchmesser (D1/D2) erreicht wird und der Werkstoff des Faltenbalges gegen die Außenwand gedrückt wird, die durch Ausnehmungen der metallischen Werkzeugbaugruppe definiert ist, welche zwischen den ringförmigen Rippen definiert sind, während die obere metallische Werkzeugkomponente 11 und die dazwischen liegenden ringförmigen metallischen Werkzeugkomponenten 13a bis 13e miteinander in Kontakt gebracht werden, wie in 3 dargestellt.
5 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines Druckspeichers, der einen Faltenbalg verwendet, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert ist. Der dargestellte Druckspeicher umfasst einen Faltenbalg 2, der in einem geschlossenen Gehäuse 1 aufgenommen ist. Das untere Ende des Faltenbalges 2 ist mit einem Ansatz 1a fest verbunden, der von der Bodenfläche des Gehäuses 1 vorsteht, und das obere Ende des Faltenbalges 2 ist an einer Kolbenplatte 3 fest angeschlossen, die im Gehäuse 1 vertikal verschiebbar aufgenommen ist. Die zwei axialen Enden des Faltenbalges 2 sind durch den Ansatz 1a und die Kolbenplatte 3 luftdicht verschlossen.
Die obere Platte des Gehäuses 1 ist mit einem Verbindungskanal 1b zur Verbindung mit der Außenseite versehen, damit Flüssigkeit über den Verbindungskanal 1b in das Innere des Gehäuses 1 einführt oder daraus abgeleitet werden kann. Der Faltenbalg 2 ist mit Gas unter einem vorgegebenen Druck gefüllt. Wenn Flüssigkeit gegen den Druck des Gases im Faltenbalg 2 in das Gehäuse eingeführt wird, wird die Kolbenplatte 3 nach unten gedrückt, wobei die Bewegung der Kolbenplatte 3 vom Druck der Flüssigkeit abhängt. Der Faltenbalg 2 dehnt sich auf die Weise dementsprechend aus und zieht sich wieder zusammen.
In der veranschaulichten Ausführungsform wurde der zweite Umformschritt unter Verwendung der gleichen metallischen Werkzeugbaugruppe ausgeführt wie der für den ersten Umformschritt. Die metallischen Werkzeugkomponenten wurden in der veranschaulichten Ausführungsform am Ende des zweiten Umformschritts miteinander in Kontakt gebracht, es ist jedoch auch möglich, die metallischen Werkzeugkomponenten so zu bewegen, dass sie einander am Ende ganz nahe kommen.
Durch dieses Einbeiziehen des Ausglühschrittes in den Prozess des Umformens eines Faltenbalges kann ein Faltenbalg mit einem großen Außendurchmesser/Innendurchmesser-Verhältnis hergestellt werden, selbst wenn solch ein großes Verhältnis in einem einzigen Umformschritt infolge der Beschaffenheit des Werkstoffes nicht möglich wäre. Solche Werkstoffe mit einer begrenzten Dehnungsfähigkeit umfassen SUS631.
Ein herkömmlicher Faltenbalg, der durch das herkömmliche Verfahren mit nur einem Umformschritt hergestellt wurde, um ein Außendurchmesser/Innendurchmesser-Verhältnis von 1,42 zu erreichen, wurde mit einem Faltenbalg verglichen, der durch ein Verfahren hergestellt wurde, das nicht zur vorliegenden Erfindung gehört und einen Ausglühschritt zum Erreichen eines Außendurchmesser/Innendurchmesser-Verhältnisses von 1,76 umfasste. In beiden Fallen war der Werkstoff SUS304, und die Plattendicke und der Innendurchmesser betrugen 0,13 mm bzw. 18 mm. Daher betrug der Außendurchmesser des herkömmlichen Faltenbalges 25,6 mm, und der des anderen Faltenbalges betrug 31,6 mm. Der Federweg des Faltenbalges war so ausgelegt, dass er 6 mm betrug, und die Faltenbälge mussten 107 Zyklen wiederholter Ausdehnung und Zusammenziehung standhalten.
Der Druck für den Umformschritt betrug 9,5 MPa, und der Ausglühschritt zwischen zwei Umformschritten in einem nicht oxidierenden Ofen vier Minuten lang bei 980°C ausgeführt. Die beiden Umformschritte wurden derart ausgeführt, dass eine Teilung P1 von 15 mm und eine Teilung P2 von 8,2 mm erhalten wurden. Die Teilung P2 betrug am Beginn des zweiten Umformschrittes infolge der Rückfederung 8,9 mm, und der zweite Umformschritt wurde ausgeführt, bis alle metallischen Werkzeugkomponenten miteinander in Kontakt gebracht waren.

Tafel 1 vergleicht die Eigenschaften dieser zwei Faltenbälge. Tafel 1

	Faltenbalg (herkömmlich)	Faltenbalg (anderer)
Außendurchmesser (mm)	25,6	31,6
Innendurchmesser (mm)	18	18
Anzahl der Ausbauchungen	25	9
Spannung (MPa)	334	329
Wirkungsbereich (mm)	28–34	14,7–20,7
Herabsetzung der Anzahl der Ausbauchungen (%)	-	64

Wie in Tafel 1 dargestellt, hatte der herkömmliche Faltenbalg für eine gegebene Spannung 25 ringförmige Ausbauchungen, während der andere Faltenbalg nur 9 ringförmige Ausbauchungen aufwies, eine Verringerung von 64 Dies ermöglichte eine Verkürzung der maximalen Länge des Faltenbalges während der Verwendung von 34 mm auf 20,7 mm, eine Verringerung von 13,3 mm. Demnach kann für einen gegebenen Hubweg des Faltenbalges und eine gegebene Spannung die (maximale) Länge des Faltenbalges wesentlich verkürzt werden.
Die Ergebnisse eines Ermüdungsversuchs sind in 8 dargestellt. Da die Anzahl von ringförmigen Ausbauchungen und der Hubweg in direkt in Beziehung stehen, ist die Y-Achse durch den Federweg pro ringförmige Ausbauchung (mm/Ausbauchung) gegeben, während die X-Achse durch die Anzahl von Ausdehnungs- und Zusammenziehungszyklen gegeben ist.
Aufgrund der Verringerungsrate der Anzahl von ringförmigen Ausbauchungen wurde angenommen, dass der Federweg des Faltenbalges der vorliegenden Erfindung für jede ringförmige Ausbauchung 2,77-mal größer als jener des Faltenbalg des Standes der Technik wäre. Gemäß dem von den Erfindern durchgeführten Versuches jedoch betrug der Federweg für jede ringförmige Ausbauchung nach einer Million Betriebszyklen etwa 1,2 mm für den Faltenbalg gemäß der vorliegenden Erfindung, während der entsprechende Wert für den Faltenbalg des Standes der Technik etwa 0,3 mm betrug. Der Federweg pro ringförmige Ausnehmung des Faltenbalges der vorliegenden Erfindung war demnach vier mal größer als der des Faltenbalges des Standes der Technik, und die Verbesserung war wesentlich größer als erwartet.
In der veranschaulichten Ausführungsform wurde zwischen zwei aufeinander folgenden Umformschritten ein einziger Ausglühschritt ausgeführt, es ist jedoch auch möglich, einen Ausglühschritten und einen Umformschritt nach Bedarf öfter zu wiederholen. Dadurch ist es möglich, durch Verwenden verschiedener Werkstoffe Faltenbälge mit einem im Wesentlichen beliebigen Verhältnis von Außendurchmesser/Innendurchmesser herzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch das Einfügen eines Ausglühschrittes zwischen zwei aufeinander folgenden Umformschritten und Ausführen eines zusätzlichen Umformschrittes an den ringförmigen Ausbauchungen, die durch den vorangehenden Umformschritt ausgebildet, die Bearbeitbarkeit des Faltenbalges in der Tat verbessert werden. Dank dieser Verbesserung der effektiven Bearbeitbarkeit des Werkstoffes ist es möglich, einen Faltenbalg herzustellen mit einem Außendurchmesser/Innendurchmesser-Verhältnis herzustellen, das größer ist, als es bisher mit einem einzigen Umformschritt gemäß dem Stand der Technik möglich war. Da der mögliche Federweg für jede ringförmige Ausbauchung bei einer gegebenen Spannung zunimmt, kann die Anzahl von ringförmigen Ausbauchungen für einen gegebenen Federweg verringert und die maximale Länge des Faltenbalges verkürzt werden. Demgemäß ist eine kompaktere Konstruktion möglich, und der Hubweg des Faltenbalges kann vergrößert werden, da der Hubweg für die gegebene Länge des Faltenbalges vergrößert werden kann.
Obschon die vorliegende Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform davon beschrieben wurde, liegt es für den Fachmann auf der Hand, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalges (2) durch Bilden von Ausbauchungen, umfassend die folgenden Schritte: Anordnen einer metallischen Rohrluppe (M) in einer ersten Werkzeugbaugruppe (13); Einführen von Druckfluid in die metallische Rohrluppe, um in Zusammenwirkung mit der ersten Werkzeugbaugruppe eine Mehrzahl von ringförmigen Ausbauchungen (2a) in der metallischen Rohrluppe zu bilden; Entfernen der metallischen Rohrluppe (M) aus der ersten Werkzeugbaugruppe (13) und Ausglühen der metallischen Rohrluppe (M); Anordnen der ausgeglühten metallischen Rohrluppe (M) in einer zweiten Werkzeugbaugruppe (13); und Einführen von Druckfluid in die metallische Rohrluppe (M), um die ringförmigen Ausbauchungen (2a) der metallischen Rohrluppe in Zusammenwirkung mit der zweiten Werkzeugbaugruppe (13) weiter auszubauchen; dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrluppe aus rostfreiem Stahl hergestellt ist; und der erste Ausbauchungsbildungsschritt ausgeführt wird, bis ein Außendurchmesser/Innendurchmesser-Verhältnis von 1,4 erreicht wird, und der zweite Ausbauchungsbildungsschritt ausgeführt wird, bis das Außendurchmesser/Innendurchmesser-Verhältnis von 1,4 erreicht wird, wobei der Innendurchmesser im letzteren Fall durch den am weitesten radial nach außen vorstehenden Teil gegeben ist, der durch den ersten Bildungsprozess erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Werkzeugbaugruppen aus einer gemeinsamen Werkzeugbaugruppe bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Werkzeugbaugruppe eine obere Werkzeugkomponente (11), eine untere Werkezugkomponente (12) und eine Mehrzahl von dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten (13a–13e) umfasst, die in einem gleichen Abstand zwischen den oberen und unteren Werkzeug angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei jede der dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten mit einer ringförmigen Rippe versehen ist, die ringförmige Ausnehmungen auf jeder Seite davon definiert, wobei die Ausnehmungen der dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten zusammen ein Außenprofil der ringförmigen Ausbauchungen der metallischen Rohrluppe definieren.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten so ausgelegt sind, dass sie einander gleichmäßig näher gebracht werden, wenn das Druckfluid in die metallische Rohrluppe eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Werkzeugbaugruppe eine obere Werkzeugkomponente, eine untere Werkezugkomponente und eine Mehrzahl von dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten umfasst, die in einem gleichen Abstand zwischen den oberen und unteren Werkzeug angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei jede der dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten mit einer ringförmigen Rippe versehen ist, die ringförmige Ausnehmungen auf jeder Seite davon definiert, wobei die Ausnehmungen der dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten zusammen ein Außenprofil der ringförmigen Ausbauchungen der metallischen Rohrluppe definieren.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten so ausgelegt sind, dass sie einander gleichmäßig näher gebracht werden, wenn das Druckfluid in die metallische Rohrluppe eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die dazwischen liegenden ringförmigen Werkzeugkomponenten so ausgelegt sind, dass sie miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn der Druckbeaufschlagungsschritt in der zweiten Werkzeugbaugruppe durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Werkzeugkomponente mit einem Stopfen versehen ist, der in ein entsprechendes axiales Ende der metallischen Rohrluppe passt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die untere Werkzeugkomponente mit einem Stopfen versehen ist, der in ein entsprechendes axiales Ende der metallischen Rohrluppe passt.