DE69404757T2

DE69404757T2 - Mehrstufige hydroplastische Verformung doppelwandiger Rohre

Info

Publication number: DE69404757T2
Application number: DE69404757T
Authority: DE
Inventors: James R Dehlinger; Donald R Rigsby; Gary L Wells
Original assignee: Benteler Automotive Corp
Current assignee: Benteler Automotive Corp
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2014-05-21
Also published as: US5475911A; DE69404757D1; EP0627272A2; US5363544A; ES2105523T3; JPH06328158A; EP0627272B1; EP0627272A3; JP2997909B2; ATE156396T1

Description

Diese Erfindung betrifft die hydroplastische Verformung von doppelwandigen rohrförmigen Produkten, z. B. von Motor-Abgasrohren, und insbesondere das Problem, bei der hydroplastischen Verformung solcher Produkte einen bestimmten, einheitlich geregelten Abstand oder Spalt zwischen den inneren und äußeren Wänden zu erhalten.
In US-A-5 170 557 ist ein hydroplastisches Verformungsverfahren zur Formung eines doppelwandigen Rohres beschrieben, das einen minimalen Luftspalt zwischen den inneren und äußeren Wänden sichert. Oft ist es erwünscht, nicht nur einen minimalen Luftspalt, sondern einen bestimmten gleichförmigen Luftspalt zwischen den Wänden zu erhalten. Z. B. möchte ein Automobilhersteller ein spezielles doppelwandiges Motor-Abgasrohr mit einem Außenwanddurchmesser von 63,5 mm (2 1/2 Zoll) und einem Innenwanddurchmesser von 57,15 mm (2 1/4 Zoll) sowie einem gleichmäßigen Abstand bzw. Spalt zwischen diesen herstellen. Nach dem Verfahren nach dem Stand der Technik kann dies nicht gesichert werden. Dies trifft insbesondere zu, wenn das doppelwandige Rohr in verschiedene nichtlineare Formen gebogen werden soll, wie dies gewöhnlich der Fall ist. Ein solches Biegen vemrsacht meist eine Verringerung des Rohrdurchmessers, d.h. die Wände werden in den Biegezonen eingeschnürt, und es bilden sich Falten und Ausbauchungen neben den Biegezonen. Wenn es danach in der bekannten Weise hydroplastisch gedehnt wird, wobei nur die Außenwand nach außen zur Fläche des Formhohlraumes gedrückt wird, führt dies zu einem Luftspalt unterschiedlicher Abmessungen und Formen auf der gesamten Länge des Rohres.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formung eines doppelwandigen Rohres, auch mit einer nichtlinearen Form, mit einer bestimmten Abmessung des Außenrohres, einer bestimmten Abmessung des Innenrohres sowie einem bestimmten erforderlichen einheitlichen Abstand bzw. Spalt zwischen den Rohren zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche.
Das doppelwandige rohrförmige Werkstück wird zunächst in einer oder mehreren Zonen in die gewünschte nichtlineare Form gebracht, wobei die innere und die äußere Röhre gleichzeitig hydroplastisch gedehnt werden, um die bestimmte Abmessung der inneren Röhre zu erhalten, und dann wird die äußere Röhre hydroplastisch auf die erforderliche Abmessung der äußeren Röhre und den erforderlichen Spalt oder Abstand zwischen diesen ausgedehnt, währenddessen die innere Röhre unverändert bleibt.
Die innere Röhre besitzt Öffnungen an ihrer Längsseite, speziell neben und in einigem Abstand von ihren Enden. Während der Zeitdauer in welcher die innere und die äußere Röhre gleichzeitig gedehnt werden, sind diese Öffnungen mit Endstopfendichtungen abgedichtet, so daß das Fluid zur hydroplastischen Verformung nur in die innere Röhre eintritt und beide Röhren auf eine erste bestimmte Abmessung ausdehnt. Dies führt nicht nur zu einer gesteuerten Ausdehnung sondern beseitigt auch die Querschnittsverringerung und die Falten, welche durch den vorangegangenen Biegeschritt verursacht wurden, und gibt der inneren Röhre die erforderliche Abmessung. Darüber hinaus wird bei einem Riß in der inneren Röhre, d. h. in der längsseitigen Schweißnaht der Röhre, dies bei diesem Schritt ermittelt, weil die Flüssigkeit zur hydroplastischen Verformung durch den Riß austritt und dann zwischen den Röhren an den Enden des Werkstückes herausspritzt, wodurch der Druck merklich abfällt oder nicht weiter ansteigt. Eine Beschädigung der Röhre wird auf diese Weise offensichtlich.
Sobald der erste Ausdehnungsschritt beendet ist, werden die Abdeckungen bzw. Dichtungen in der inneren Röhre bewußt entfernt, und die Flüssigkeit zur hydroplastischen Verformung wird dann erneut in die innere Röhre eingepreßt, wobei es durch die Öffnungen in die äußere Röhre fließt und diese auf die bestimmte größere Abmessung ausdehnt, während die innere Röhre unverändert bleibt, weil der Druck auf ihren beiden Seiten gleich wirkt. Dadurch erhalten beide Röhren ihre bestimmten Abmessungen, und der Abstand bzw. Spalt zwischen ihnen, welcher über die gesamte Länge und Form des Rohres gleich sein kann, erhält den erforderlichen Wert. Die Flüssigkeit wird danach durch Auslaufen oder durch Herausdrücken aus dem Rohr entfernt.
Zur Durchführung des Verfahrens wird vorzugsweise ein Paar von Formräumen eingesetzt, wobei der erste Formraum eine Größe ausweist, welche größer als das ursprüngliche Werkstück ist und die endgültige Abmessung der inneren Röhre bestimmt, und der zweite Formraum ist größer als der erste Formraum und so bemessen, daß er die endgültige Größe der äußeren Röhre bestimmt. Diese ersten und zweiten Formräume werden beide gebildet, indem ein Teil des Formraumes in eine Formplatte und der andere Teil in eine mit dieser zusammenwirkende Formplatte eingebracht wird, und wenn die Formplatten zusammengebracht werden, sind die Formräume gebildet und geschlossen. Der erste Formraum kann auch als Formstempel fungieren, d.h., wenn die Formplatten zusammengebracht werden, um den Formraum zu schließen, können die Wände des Formraumes das Metall des Werkstückes bereits etwas umformen.
Obgleich ein Paar von Endstopfen für beide Formräume verwendet werden können, ist es normalerweise geeigneter, zwei Paare von Endstopfen zu verwenden. Das erste Paar benötigt eine elastische, radial ausdehnbare ringförmige Dichtung, um die Öffnungen in der inneren Röhre des Werkstückes abzudichten. Das erste Paar besitzt auch vorzugsweise keglige Enden, um die Werkstückenden aufzuweiten und dabei Mittelpunkte für die Anordnung, d. h. für die Mittellinie des Werkstückes zu bilden. Das zweite Paar von Endstopfen besitzt keglige Enden von solcher Form, daß sie nicht nur die Mitte des Werkstückes in dem zweiten Formraum bilden, sondern auch die aufgeweiteten Enden der inneren und äußeren Röhre während des zweiten hydroplastischen Verformungsschrittes in geeigneter Weise zusammendrücken und abdichten, um Undichtigkeiten zwischen diesen zu verhindern.
Das erste Paar von Endstopfen besitzt eine doppelte Betätigeranordnung, um das keilförmige Ende zum Auftreiben des Werkstückes zu nutzen, und nachfolgend die ringförmige Dichtung zu aktivieren.
Die Erfindung kann in verschiedener Weise in die Praxis umgesetzt werden, und im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren zur hydroplastischen Verformung und die zu seiner Durchführung verwendete Vorrichtung beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung, welche einen ersten und einen zweiten Formraum und erste und zweite Paare von Endstopfen darstellt;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einem des ersten Paares der Endstopfen;
Fig. 3 ist eine Teilschnittansicht eines Endbereiches des Werkstückes, nachdem die Enden aufgeweitet wurden; und
Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung.
Die vollständige Vorrichtung 10 umfaßt ein Paar von zusammenwirkenden Formplatten 12 und 12', wobei die untere 12 wahlweise eine spiegelbildliche Ausführung der oberen 12' sein kann. Diese bilden einen ersten Formraum 14 und einen zweiten Formraum 16. Die Abmessungen von Durchmesser und Umfang des ersten Formraumes sind kleiner als jene des zweiten Formraumes, und sie sind so bemessen, daß sie die erforderliche endgültige Abmessung der inneren Röhre des Werkstückes ergeben. Die Abmessungen des Durchmesser und des Umfanges des zweiten Formraumes besitzen die erforderlichen Endabmessungen der äußeren Röhre eines Paares von röhrenförmigen Teilen, die das Werkstück bilden, welches im folgenden detaillierter beschrieben werden soll. Der Formraum 14 hat eine Form, die von einem Ende zum anderen die des gewünschten Endproduktes besitzt, insbesondere die eines Auspuffrohres für ein Fahrzeug, welches die Erfordernisse eine speziellen Fahrzeuges berücksichtigt, und z.B. ein Paar gebogener Abschnitte zwischen den gegenüberliegenden Enden aufweist. Die gebogenen Abschnitte bei diesen beiden Formräumen sind in ihrer Lage aufeinander abgestimmt. Zur Anwendung der erfindungsgemäßen Technologie wird ein Werkstück W für ein Auspuffrohr in vorgebogenem Zustand zunächst im Formraum 14 angeordnet, bearbeitet, und dann im Formraum 16 angeordnet und danach weiterbearbeitet.
An den gegenüberliegenden Enden des ersten Formraumes 14 befindet sich ein erstes Paar von speziellen Endstopfen-Einheiten 20. Eine von diesen ist detaillierter und in vergrößerter Form in Figur 2 dargestellt. Jede umfaßt eine kegelstumpfförmige, abgeschrägte Nase 22, die zum Formraum hin gerichtet ist und einen Durchmesser aufweist, welcher am äußeren Ende am geringsten und Meiner als der Durchmesser des Formraumes 14 und der Innendurchmesser des inneren Rohres ist, und bis zum größten Durchmesser reicht, welcher größer als der Durchmesser des Formraumes 14 ist. Jede abgeschrägte Nase ist auf der Mittelachse der Untereinheit 20 durch einen ersten Kraftantrieb 24, vorzugsweise durch einen Fluidzylinder, wobei die Nase 22 zwecks Vorschub und Zurückziehung an einer Kolbenstange des Zylinders befestigt ist, axial verschiebbar. Die abgeschrägte Nase 22 an den beiden Endstopfen dient der konischen Aufweitung der Enden des in den Formraum 14 eingelegten rohrförmigen Werkstückes W und zum Halten des Werkstückes in der Mitte des Formraumes. Die Endstopfen-Untereinheit 20 umfaßt auch eine radial ausdehnbare, ringförmige, verformbare, elastische Dichtung 28, die um eine mittlere Stange 30, welche einen vergrößerten, flanschartigen Bund 32 an ihrem äußeren Ende aufweist und gegen das axiale äußere Ende der Dichtung 28 vorsteht, angeordnet ist. Das andere axiale innere Ende der Dichtung 28 stößt gegen einen Bund 34 neben dem äußeren Ende der abgeschrägten Nase 22. Diese gesamte Einheit kann durch einen Fluidzylinder 25 axial in den Formraum und das Werkstück vorgeschoben bzw. aus diesen zurückgezogen werden. Der andere Fluidzylinder oder Betätiger 24 besitzt einen kurzen Hub, um den Bund 34 axial nach außen zu schieben und das elastische Dichtungsteil 28 axial zusammenzudrücken, wodurch sich deren Außen- und Innendurchmesser radial ausdehnen und dadurch die Enden des Werkstückes abdichten. Der im Ruhezustand kleinere Durchmesser der Dichtung 28 ist absichtlich Meiner als der Innendurchmesser des Werkstückes W hergestellt, während der ausgedehnte Durchinesser, wenn er nicht zurückgezogen ist, ebensogroß oder sogar etwas größer als der Innendurchmesser des Werkstückes ist, um eine fluiddichte Abdichtung darin und gegen die Stange 30 aus Gründen zu bilden, die im folgenden noch näher erläutert werden sollen. Diese ringförmigen Dichtungen erstrecken sich in geeigneter Weise in das Werkstück, um die Öffnungen 54 gegenüber den inneren Enden der Endstopfen abzudichten.
Durch die Endstopfen-Untereinheiten 20 hindurch erstrecken sich Flüssigkeitsdurchlässe 26 zum Ein- und Auslaß von hydroplastischer Formflüssigkeit, z. B. Wasser, um mit einem Werkstück im Formraum 14 zusammenzuwirken, wie dies im folgenden ausführlicher erläutert werden soll.
Das zweite Paar von Endstopfen-Untereinheiten 40 für den zweiten Formraum 16 zeichnet sich ebenfalls durch eine abgeschrägte, kegelstumpfförmige Nase 42 aus, wobei der kleinere Enddurchmesser von dieser zum Formraum 16 hin weist, und er hat einen kleineren Durchmesser als dieser zweite Formraum 16, während der größere Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Formraumes 16. Ein Fluidzylinder-Kraftantrieb 44 verschiebt den Endstopfen mit seiner abgeschrägten Nase axial zum Formraum 16 hin und von diesem weg.
Von dem zweiten Paar von Endstopfen 40 besitzt mindestens ein Paar durch die Endstopfen hindurch in das im Formraum 16 befindliche modifizierte Werkstück W' führende Flüssigkeits-Verbindungsdurchlässe 46, um unter Druck stehende Flüssigkeit zur hydroplastischen Verformung, normalerweise Wasser, in dieses Werkstück in einer Weise einleiten zu können, die im folgenden noch detaillierter beschrieben werden soll.
Das hydroplastisch zu verformende Ausgangswerksktück umfaßt eine innere Röhre oder ein röhrenförmiges Element 50 aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, und besonders bevorzugt aus Edelstahl, und ein äußeres röhrenförmiges Element 52, ebenfalls aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, und besonders bevorzugt aus Edelstahl. Der Innendurchmesser des äußeren röhrenförmigen Elementes 52 stimmt ursprünglich mit dem Außendurchmesser des inneren röhrenförmigen Elementes 50 in der Weise überein, daß normalerweise im ursprünglichen Werkstück ein Kontakt von 360º zwischen beiden Elementen über deren gesamte Länge besteht. Das innere Element besitzt mindestens eine Öffnung 54, die sich durch dessen Wanddicke vom inneren Raum 56, der vom inneren Element bis zur Innenwand des äußeren Elementes gebildet wird, erstreckt. Die eine oder mehrere Öffnungen entlang der Längsausdehnung des inneren Elementes sind nur neben einem oder beiden Enden, vorzugsweise beiden Enden, des inneren Elementes um einen Betrag von den offenen Enden des Elementes beabstandet angeordnet, damit sie sich einwärts der abgeschrägten Nasen 22 befinden, wenn sie im ersten Formraum angeordnet sind, sowie einwärts der abgeschrägten Nasen 42, wenn sie sich im zweiten Formraum befinden. Die röhrenförmigen Elemente des ursprünglichen Werkstückes besitzen eine typisch zylindrische Form und haben noch nicht die aufgeweiteten Endbereiche, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Selbstverständlich können die Enden noch vor der Anordnung im ersten hydroplastischen Formraum aufgeweitet werden, z. B. wenn die Röhren zusammengezogen oder -gedrückt werden, oder wenn das doppelwandige Rohr gebogen wird, um ihm irgendeine nichtlineare Form zu vermitteln oder Winkel daran anzuordnen. Weiterhin können einige doppelwandige Rohre oder Rohrteile keine gebogenen Bereiche aufweisen, so daß die Formräume gerade Mittellinien besitzen. Wenn die Enden zuvor aufgeweitet sind, ist es dennoch erforderlich, kegelstumpfförmige Nasen an den Endstopfen für den ersten Formraum zur Verfügung zu haben, um die Rohre in der Mitte des Formraumes halten zu können.
Die gegenüberliegenden Enden 16' des Formraumes 16 sind nach außen kegelstumpfförmig geöffnet, um zur Form und zum Winkel der kegelstumpfförmigen Nasen 42 zu passen. Wahlweise können die gegenüberliegenden Enden des Formraumes 14 ebenfalls nach außen aufgeweitete Abschnitte besitzen, die zu jenen der kegelstumpfförmigen Nasen 22 passen. Es ist jedoch nicht notwendig, daß diese kegelstumpfförmigen Enden, wie am Formraum 16, auch am Formraum 14 vorhanden sind, weil das Zusammenwirken der kegelstumpfförmigen Nasen 42 und der Enden 16' nur im Formraum 16 zum Abdichten zwischen den beiden röhrenförmigen Elementen 50 und 52 des Werkstückes an den aufgeweiteten Enden während des zweiten Schrittes des hydroplastischen Verformungsverfahrens führen muß, wie dies im folgenden noch erläutert werden soll.
Der Zweck des zweistufigen hydroplastischen Verformungsverfahrens ist es, zunächst sowohl das innere als auch das äußere röhrenförmige Element gleichzeitig durch hydroplastische Verformung im ersten Formraum 14 aufzuweiten oder zu vergrößern, und dabei eine bestimmte endgültige Abmessung der inneren Röhre zu erhalten, und nachfolgend nur das äußere Element durch hydroplastische Verformung unter Verwendung des zweiten Formraumes 16 weiter aufzuweiten oder zu vergrößern, während die Größe des inneren Elementes unverändert bleibt. Das Werkstück wird meist in bekannter Weise in die insgesamt erforderliche Form gebogen, z. B. in jene, die mit zwei Abwinkelungen in Figur 1 dargestellt ist. Dieses Werkstück ist zumindest zum größten Teil in seinem Außendurchmesser kleiner als der Durchmesser des Formraumes 14 und wird in den unteren Teil des Formraumes 14 eingelegt, und die obere Formplatte 12" wird nach unten bewegt, um mit der unteren Formplatte 12 verbunden zu werden. Während dieses Schließens können Bereiche des Werkstückes durch die Wände des Formraumes 14, die als Stempel wirken, teilweise verformt werden. Es wird ein hoher Druck angewendet, um die Formplatten vollkommen geschlossen zu halten, und die fluidgesteuerten Betätiger 25 werden axial verschoben, um die ersten Endstopfen-Untereinheiten 20 in das Werkstück W und den Formraum 14 zu drücken. Insbesondere die kegelstumpfförmigen Nasenelemente 42 werden in den Formraum 14 gedrückt, wodurch sie mit den zylindrischen Enden des Werkstückes W in Kontakt kommen und es nach außen aufweiten, wenn die kegelstumpfförmigen Nasen in ihre endgültige Position, teilweise innerhalb des Formraumes 14, eindringen. Dieses Aufweiten führt dazu, daß das Werkstück in diesem Formraum, und auch im folgenden Formraum 16, mittig gehalten werden kann. Wenn der Betätiger 25 die Nase 22 einführt, wird auch die Dichtung 28 in den Formraum 14 und das Werkstück bis zu einem bestimmten Abstand hinter den Öffnungen 54 der inneren Röhre 50 eingeführt. Dann wird der andere Kraftantrieb 24 betätigt, um den Bund 34 um einen geringen Betrag auszudehnen und dadurch die elastischen Ringdichtungen 28 zusammenzudrücken. Dies führt zu einer radialen Ausdehnung in dichten Kontakt mit den Enden der inneren Peripherie der Wand des inneren röhrenförmigen Elementes 50 sowie mit der Stange 30, um die Enden des inneren Hohfraumes 56 des Werkstückes axial einwärts der Öffnungen 54 abzudichten. Die hydroplastische Verformungsflüssigkeit wird dann durch die Flüssigkeitsleitung 26 in mindestens eine der Endstopfen-Untereinheiten eingeleitet, um den Raum 56 zu füllen, während die Luft durch einen zweiten Durchlaß 26' in der gegenüberliegenden Endstopfen-Untereinheit abziehen kann. Das hydroplastische Verfahren kann in einem Flüssigkeitsbad, z. B. unter Wasser, durchgeführt werden, so daß es abgedeckt ist. In einer solchen Situation erfolgt die Füllung des Werkstückes bereits mit dem Untertauchen des Werkstückes, so daß nur eine geringe Menge zusätzlicher unter Druck stehender Flüssigkeit durch den Durchlaß 26 zur hydroplastischen Verformung zugeführt werden muß. Sodann wird der erforderliche Druck auf die Flüssigkeit ausgeübt, um gleichzeitig die inneren und äußeren röhrenförmigen Elemente 50 und 52 auszudehnen, bis die Außenfläche des äußeren Elementes die Form und Größe des Formraumes 14 angenommen und das innere Element seine erforderliche endgültige Abmessung bekommen hat. Bei diesem ersten Verformungsschritt können sämtliche Defekte, z. B. in der Längs-Schweißnaht des inneren Elementes 50, ermittelt werden, weil die unter Druck stehende Flüssigkeit innerhalb des Hohlraumes 56 dazu neigt, durch sämtliche defekten Stellen im inneren Element 50, welche zwischen den röhrenförmigen Elementen 50 und 52 auftreten, zu fließen, und dann an den Enden des Werkstückes zwischen den Elementen auszutreten, wodurch der Druck der Flüssigkeit zur hydroplastischen Verformung erkennbar abfällt oder stagniert. Dieser erste Schritt stellt somit auch eine ausgezeichnete Qualitätsprüfung des inneren Elementes dar. Der Druck wird danach abgelassen und die Dichtungen 28 können sich radial zurückziehen, indem der Bund 34 axial zurückgezogen wird, und die Endstopfen mit den kegelförmigen Nasen 22 und die Dichtungen werden aus dem modifizierten Werkstück W und dem Formraum 14 zurückgezogen. Wenn diese Funktion unter einer Flüssigkeitsabdeckung, z. B. in einem Bad von Flüssigkeit zur hydroplastischen Verformung, durchgeführt wird, ist es nicht notwendig, die Flüssigkeit aus dem Werkstück abzuziehen, wenn es in den zweiten Formraum 16 überführt wird. Wenn der Verfahrensschritt nicht in einem Bad erfolgt, wird die Flüssigkeit vorzugsweise aus dem Werkstück abgezogen, bevor es in den zweiten Formraum überführt wird. Dies kann durch Anwendung von Druckluft oder einfach durch die Schwerkraft erfolgen.
Sofern die Größe, d. h. der Durchmesser des zweiten Formraumes größer als der des ersten Formraumes ist, entsteht etwas Spiel zwischen der Außenwand des übertragenen, ausgedehnten Werkstückes W' und der peripheren Wand des zweiten Formraumes. Die Endstopfen-Untereinheiten 40 veranlassen, wenn sie axial verschoben werden, das zweite Paar von kegelstumpfförmigen Nasen 42, in die aufgeweiteten Endbereiche des Werkstückes einzudringen und dadurch dieses im Formraum 16 zu zentrieren. Bevor der hydroplastische Verformungsdruck im zweiten Verfahrensschritt zur Wirkung gelangt, wird die obere Formplatte 12' dicht gegen die untere Formplatte 12 gedrückt. Wenn die Funktion im zweiten Formraum durchgeführt wird, kann ein weiteres Werkstück W im ersten Formraum gleichzeitig angeordnet und in der oben beschriebenen Weise bearbeitet werden. Zur gleichen Zeit werden die kegelstumpfförmigen Nasen 42 des zweiten Paares von Endstopfen-Untereinheiten 40 mit dem erforderlichen Druck in den Formraum 16 und das Werkstück W eingeführt, um die aufgeweiteten Enden der inneren und äußeren Elemente 50 und 52 dicht zusammenzupressen und eine Abdichtung zwischen diesen zu erreichen. Dies dient dazu, zu verhindern, daß Flüssigkeit zur hydroplastischen Verformung zwischen den beiden röhrenförmigen Elementen während des zweiten hydroplastischen Verformungsschrittes austritt. Bei diesem Schritt sind nunmehr die Öffnungen 54 gegenüber dem gesamten inneren Raum 56 des Werkstückes offen. Deshalb fließt, wenn die hydroplastische Verformungsflüssigkeit eingeleitet wird, um den Raum 56 zu füllen und danach ein beträchtlicher Verformungsdruck auf das Werkstück ausgeübt wird, die Flüssigkeit durch die Öffnungen 54, so daß der Druck sowohl auf die Innenwand als auch auf die Außenwand des inneren Elementes 50 in gleichem Maße wirkt, aber es ergibt sich ein beträchtlicher Druck nach außen auf die Innenwand des äußeren Elementes 52; dadurch wird diese auf die bestimmten Abmessungen des Formraumes 16 ausgedehnt und somit dem äußeren Element seine erforderliche Abmessung gegeben. Nach Ausführung dieses Schrittes wird der Druck abgelassen und die Flüssigkeit zur Formung aus dem Werkstück gesaugt bzw. unter Druck ausgepreßt, um die Flüssigkeit aus dem Werkstück zu entfernen. Gegebenenfalls können überschüssige Materialteile an den Enden des Werkstückes, d.h. die aufgeweiteten Endbereiche, abgetrennt werden, um das fertige rohrförmige Produkt zu erhalten.
Es wird darauf hingewiesen, daß verschiedene kleinere Abänderungen des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung möglich sind, um diese z.B. einer bestimmten Materialart, Form oder Anwendung des Produktes anzupassen. Eine solche Abänderung könnte darin bestehen, die Enden des Werkstückes nicht aufzuweiten, wie dies vorzugsweise geschieht, sondern die Abdichtung an beiden Enden in anderer Weise vorzunehmen. Eine andere Abänderung könnte darin bestehen, nur einen Formraum, diesen jedoch mit Einsätzen oder verschiebbaren Wänden zu verwenden, um den Formraum für den ersten hydroplastischen Verformungsschritt kleiner und für den zweiten hydroplastischen Verformungsschritt größer zu gestalten. Eine weitere Veränderung könnte darin bestehen, daß der erste und der zweite Formraum in verschiedenen Werkzeugen angeordnet sind.

Claims

1.Verfahren zur Bildung eines geformten, aus zwei Röhren und einem Luftspalt bestehenden Metallrohres mit einem Abstand zwischen der inneren und der äußeren Röhre, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen eines aus zwei Metallröhren bestehenden Werkstückes (W) mit einer inneren Röhre (50) und einer äußeren Röhre (52), welche in Kontakt zueinander stehen; Anordnen des aus zwei Metallröhren bestehenden Werkstückes in einem Formraum (14); Füllen der inneren Röhre mit Fluid und ausreichende Erhöhung des Fluiddruckes in der inneren Röhre, um sowohl die innere als auch die äußere Röhre in dem Formraum bis auf eine erforderliche Größe der inneren Röhre um ein bestimmtes Maß aufzuweiten; Anordnung des Werkstückes in einem größeren Formraum (16); Einpressen von Fluid in die innere Röhre und zwischen die innere und die äußere Röhre, Angleichen des Druckes auf der Innen- und Außenseite der inneren Röhre, und Aufweiten lediglich der äußeren Röhre bis zu einer erforderlichen äußeren Endform und -größe, welche dem äußeren Formraum entspricht, wobei ein bestimmter Abstand der äußeren Röhre von der inneren Röhre entsteht, und wodurch ein doppelwandiges, mit einem Luftspalt versehenes Metallrohr gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der zweiten Unterdrucksetzung die Enden der inneren und der äußeren Röhre nach außen zusammengedrückt werden, um die Enden zusammen abzudichten und das Entweichen von unter Druck stehendem Fluid zu verhindern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt der Aufweitung der Enden des Werkstückes, vorzugsweise durch Drücken von kegelstumpfförmigen Nasen (22) in die Enden des Werkstückes, vorzugsweise vor dem ersten Schritt der Aufweitung und vorzugsweise vor dem Abdichten der offenen Enden des Werkstückes, umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nasen (22) ringförmige Dichtungen (28) tragen, und daß die Abdichtung durch radiale Ausdehnung der ringförmigen Dichtungen erreicht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Dichtungen elastisch verformbar sind und axial zusammengedrückt werden, um die radiale Ausdehnung zu erzeugen.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt zum Abschneiden der aufgeweiteten Enden als Abfall umfaßt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt zum Biegen des Werkstückes (W) in eine bestimmte Form vor der Anordnung des Werkstückes in dem ersten Formraum (14) umfaßt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Röhre (50) Öffnungen (54) aufweist, daß das Werkstück im ersten Formraum (14) angeordnet wird, daß die offenen Enden der Röhren verschlossen und auch die vom mittleren Raum wegführenden Öffnungen (54) abgedichtet werden, und daß die Enden der Röhren nach der Anordnung des Werkstückes (W) im zweiten Formraum erneut verschlossen, jedoch die Öffnungen (54) nicht abgedichtet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: Bereitstellen des Werkstückes (W) aus Metall, welches ein Paar Enden aufweist, sowie eine innere periphere Röhre (50) und eine äußere periphere Röhre (52) umfaßt, welche Kontakt zueinander haben, wobei Öffnungen (54) durch die innere Röhre hindurchgehen, welche in der Nahe der Enden und von diesen beabstandet angeordnet sind; Bereitstellen eines ersten Paares von kegligen Endstopfen (20) mit einer ringförmigen Dichtung (28) an jedem Endstopfen, und Bereitstellen eines zweiten Paares von kegligen Endstopfen (40); Bereitstellen des Formraumes (14), welcher größer ist als das Werkstück, sowie Bereitstellen des größeren Formraumes (16), der größer als der Formraum (14) und so bemessen ist, daß er die endgültige äußere Größe des zu formenden Rohres besitzt; Anordnung des Werkstükkes im Formraum (14); Einsetzen des ersten Paares von kegligen Endstopfen in die Enden des Werkstückes, um das Paar von Enden aufzuweiten, und Einsetzen der ringförmigen Dichtungen in die Enden des Werkstückes bis zu einer Tiefe, welche geeignet ist, die Öffnungen (54) abzudecken und abzudichten; Füllen des Werkstückes mit Fluid und geeignete Erhöhung des Fluiddruckes, um die innere und die äußere Röhre zusammen um ein bestimmtes Maß auf die Größe des Formraumes (14) aufzuweiten; Herausziehen des ersten Paares von Stopfen aus dem Werkstück; Anordnen des Werkstückes in dem größeren Formraum (16); Einfügen des zweiten Paares von kegligen Endstopfen in die Enden des Werkstückes, wobei die Öffnungen unverschlossen bleiben, und geeignetes Zusammendrücken der inneren und der äußeren Röhre an den Enden des Werkstückes, um ein Auslaufen des Fluides zwischen den Röhren zu vermeiden; Füllen des Werkstückes mit Fluid; Unterdrucksetzung des Fluides, so daß dieses durch die Öffnungen und zwischen die innere und die äußere Röhre fließt und nur die äußere Röhre bis zur Größe des größeren Formraumes (16) aufweitet, und ein bestimmter Abstand von der inneren Röhre entsteht, die innere Röhre jedoch nicht aufgeweitet wird, und dadurch ein doppelwandiges Metallrohr gebildet wird; sowie Ablassen des Fluiddruckes.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schrittes des Einsetzens des zweiten Paares von kegligen Endstopfen die aufgeweiteten Enden der inneren Wand und der äußeren Wand zusammengepreßt werden, um die Enden zusammen abzudichten.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt des Abschneidens der aufgeweiteten Enden als Abfall.

12. Hydroplastische Verformungseinrichtung zur Formung eines doppelwandigen Metallrohres mit einer inneren Röhre (50) und einer äußeren Röhre (52), und einem bestimmten Abstand zwischen den Röhren, aus einem ursprünglich rohrförmigen Werkstück (W) mit einem Paar von Enden, welches aus zwei Röhren besteht, wobei die innere Röhre Kontakt zur äußeren Röhre hat, und sich Öffnungen (54) in der inneren Röhre in der Nähe von deren Enden befinden, umfassend: einen Formraum (16), welcher so bemessen ist, daß er die erforderlichen Abmessungen der Außenwand des fertigen Rohres aufweist; ein Paar von kegligen Endstopfen (40) an dem Formraum (16); und ein Kraftantrieb zum Einfügen des Paares von Endstopfen in die Enden des Werkstückes, ohne die Öffnungen (54) im Werkstück abzudichten, um das unter Druck stehende Fluid durch die Öffnungen und zwischen die innere und die äußere Röhre zu leiten, und nur die äußere Röhre bis zur Größe des Formraumes (16) aufzuweiten, gekennzeichnet durch einen weiteren Formraum (14) mit Abmessungen, die kleiner sind als die des Formraumes (16), und ein weiteres Paar von kegligen Endstopfen (20) an dem weiteren Formraum mit radial ausdehnbaren Dichtungen (28) zum Einfügen in die Enden eines doppelwandigen rohrförmigen Werkstückes, und mit einem Fluideinlaß (26) sowie einem Auslaß (26') durch die Endstopfen zwecks hydroplastischer Verformung; einem weiteren Kraftantrieb zum Eindrücken eines weiteren Paares von Endstopfen in das doppelwandige Werkstück in einer Länge, die geeignet ist, die Enden des Werkstückes aufzuweiten und die Dichtungen dahin zu führen, daß sie die Öffnungen der inneren Röhre des Werkstückes abdecken; sowie eine Einspritz- und Druckeinrichtung für das Fluid zur Injektion des Fluides durch mindestens einen der Endstopfen und zur Druckausübung auf das Fluid, um gleichzeitig die innere und die äußere Röhre des Werkstückes auf die Größe des weiteren Formraumes zu bringen.

13. Hydroplastische Verformungseinrichtung zur Formung eines doppelwandigen Metallrohres mit voneinander beabstandeten inneren und äußeren Röhren (50 und 52) und einem bestimmten Abstand zwischen den Röhren aus einem ursprünglich doppelwandigem rohrförmigen Werkstück (W) mit einer inneren und einer äußeren Röhre, welche Kontakt zueinander haben, und Öffnungen in der inneren Röhre an deren Enden, welche umfaßt: einen Formraum (16) mit den für die Außenseite des fertigen Rohres erforderlichen Abmessungen; abdichtenden Endstopfen (20), die zur Einfügung in die Enden eines doppelwandigen rohrförmigen Werkstückes ausgerichtet sind und einen Einlaß (26) für ein zur hydroplastischen Formgebung geeignetes Fluid durch einen der Endstopfen aufweist, gekennzeichnet durch einen weiteren Formraum (14), dessen umfängliche Abmessungen kleiner sind als die des Formraumes, wobei die Endstopfen eine radial ausdehnbare ringförmige Dichtung (28) aufweisen, und ein Endstopfen einen durch ihn hindurchführenden Auslaß (26') besitzt; einen Kraftantriebsmechanismus, welcher zum Einsetzen der Endstopfen in das doppelwandige rohrförmige Werkstück um einen Betrag verschiebbar ist, welcher bewirkt, daß die ringförmige Dichtung die darin befindlichen Öffnungen verschließt und eine Dichtung in der inneren Röhre aktiviert; eine Einspritz- und Druckeinrichtung zur Injektion des Fluides durch den Fluideinlaß und zur Unterdrucksetzung des Fluides, um die innere und äußere Röhre des Werkstückes in dem weiteren Formraum (14) zusammen aufzuweiten; wobei der Kraftantriebsmechanismus verschiebbar ist, um den Verschluß der Öffnungen zu lösen und das unter Druck stehende Fluid durch die Öffnungen zwischen die innere und die äußere Röhre des Werkstückes fließen zu lassen, und nur die äußere Röhre im Formraum (16) aufzuweiten.

14. Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Kraftantriebsmechanismus ein Paar von Kraftbetätigern aufweist, von denen einer zum Einfügen der Endstopfen und der andere zur Ausdehnung der radial ausdehnbaren axialen Dichtungen dient.

15. Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstopfen keglige Elemente (22) aufweisen, die so ausgerichtet sind, daß sie die Enden des Rohres vor dem Fließen des unter Druck stehenden Fluides zwischen die innere und äußere Röhre aufweiten und abdichten.