-
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen örtlicher Verstärkungen an
zylindrischen Hohlkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen örtlicher
Verstärkungen an zylindrischen Hohlkörpern, wie Rohren und Buchsen. Derartige Verstärkungen
werden für die verschiedensten Zwecke benötigt, so beispielsweise zur Versteifung
des zylindrischen Körpers oder zur Verstärkung der Wandung, um genügend Werkstoff
für das Einschneiden von Gewinden zu schaffen u. dgl. mehr.
-
Örtliche, im Umfangssinn verlaufende Verdickungen an zylindrischen
Hohlkörpern zu erzeugen, indem auf die erhitzte Verformungszone des in Drehung versetzten
Hohlkörpers ein axialer Stauchdruck bei gleichzeitiger radialer, den Umfang wälzend
überwandernder Eingrenzung ausgeübt wird, ist bekannt. Die bekannten Maßnahmen haben
jedoch den Nachteil, daß die Verdickungen nicht an beliebiger Stelle des zylindrischen
Körpers angebracht werden konnten, sondern nur an den Enden, wobei außerdem nur
ein verhältnismäßig kurzer Abschnitt des Hohlkörperendes von der Verformung erfaßt
werden konnte. Die Erwärmungszone wanderte demnach auf einem sehr beschränkten Abschnitt
des zu verformenden Körpers
vom äußeren Ende einwärts. Hierbei
wirkte eine Druckrolle mehr oder minder punktförmig von der Stirnseite des Zylinders
her mit der Folge, daß die Anstauchungen sich verfalten und ungleichmäßig werden.
-
Es ist ferner bekannt, ein Werkstück zwischen zwei Spannbacken einzuspannen,
die gleichzeitig dem Werkstück einen starken elektrischen Strom zuführen. Durch
die Widerstandserhitzung wird das Werkstück auf der gesamten axialen Länge zwischen
den Einspannstellen erwärmt. Wird nun ein axialer Stauchdruck ausgeübt, so läßt
sieh nicht mit Sicherheit vorher bestimmen, an welcher Stelle die Verformung einsetzen
bzw. ihr größtes Maß annehmen wird. Hinzu kommt, daß die Widerstandserhitzung über
eine beträchtliche Länge hinweg zu Ungleichmäßigkeiten in der Erwärmung führt, die
ihrerseits wiederum zur Folge haben, daß von einer wiederholbar gleichmäßigen Verformung
mit einer derartigen Einrichtung nicht gesprochen werden kann.
-
Nach nicht vorbekannten Vorschlägen kann ein örtliches Erhitzen beispielsweise
auf induktivem Wege erfolgen, worauf gleichzeitig oder anschließend unter Verwendung
von formenden Gesenken gestaucht wird. Der Stauchdruck wirkt hierbei, wie bei Stauchungen
ins Gesenk üblich, über den gesamten Umfang. Das Verfahren ist jedoch umständlich.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung soll das Erzeugen örtlicher Verstärkungen
an zylindrischen Hohlkörpern dem gegenüber wesentlich vereinfachen und soll das
Herstellen einwandfrei verstärkter Körper gestatten.
-
Bei einem Verfahren, bei welchem unter Erhitzung der Verformungszone
des in Drehung versetzten Hohlkörpers ein axialer Stauohdruck bei gleichzeitiger
radialer, den Umfang wälzend überwandernder Eingrenzung ausgeübt wird, soll gemäß
der Erfindung derart vorgegangen werden, daß der axiale Stauchdruck geschlossen
über dem gesamten Umfang wirkt und die Eingrenzung an einem beliebig gewünschten,
induktiv erhitzten Ringabschnitt erfolgt. Die Eingrenzung kann gegebenenfalls auch
profilierend gestaltet werden. Um den Hohlkörper während dieser Operation zu halten,
wird eine drehbankartige, umlaufende Einspannvorrichtung benutzt, die einen axialen
Druck ausübenden Vorschub gestattet und lose drehbare Eingrenzungswalzen sowie gegebenenfalls
einen als radiales Widerlager dienenden Dorn aufweist. Wenn ein Hohlkörper in eine
derartige Vorrichtung eingespannt und an einer vorbestimmten Stelle auf Verformungstemperatur
gebracht wird, so wird unter dem Einfluß des axialen Druckes der Wandungswerkstoff
an dieser Stelle versuchen, sich anzustauchen. Wird das Anstauchen nach außen verhindert,
so entsteht lediglich im Innern des Hohlkörpers eine Verdickung. Es kann naturgemäß
auch ganz oder teilweise verhindert werden, daß die Verdickung nach innen wächst
oder ihr gestattet werden, daß sie teilweise nach außen wächst. Das Wachsen der
Verdickung wird gesteuert durch mindestens zwei radial von außen nach innen wirkende
Walzen, die vorzugsweise in der Induktorebene, d. h. an der Erwärmungsstelle angeordnet
werden. Wählt man glatte zylindrische Walzen, so wird ein Anwachsen nach außen verhindert,
indem diese Walzen lediglich einen Begrenzungsdruck ausüben; die Verdickung wächst
nur nach innen. Werden profilierte Rollen verwendet, so üben sie einen Formgebungsdruck
aus, indem die Verdickung in die Profilierung hineinwächst. Gleichzeitig wächst
die Verdickung innen. Besonders vorteilhaft ist es, die Walzenlänge so zu wählen,
daß sie mindestens mit zwei zylindrischen Abschnitten auch an der der Verformungsstelle
benachbarten, nicht zu verformenden Zylinderwandung angreift und so die Verformungsstelle
eingrenzt.
-
Wenn eine Begrenzung der im Innern des Hohlkörpers anwachsenden Verdickung
gewünscht wird, so kann in an sich bekannter Weise an der Verformungsstelle ein
feststehender oder umlaufender Dorn vorgesehen werden. Mit diesem Verfahren gelingt
es, praktisch jede gewünschte nach innen oder nach außen anwachsende Verdickung
herzustellen, und es ist besonders vorteilhaft, auf diese Weise außen glatte Körper
zu erzielen, die lediglich an der Innenfläche mit einer Verdickung gewünschter Form
ausgestattet sind. Das Verfahren eröffnet auch die Möglichkeit, Innen- oder Außenverdickungen
herzustellen, die in Achsrichtung eine beträchtliche Länge aufweisen. In diesem
Fall ist es lediglich erforderlich, Walzeinrichtung und Heizeinrichtung in Richtung
der Werkstückachse zu bewegen. Bei gleichförmiger Bewegung entstehen gleichmäßige
Verdickungen, bei ungleichförmiger Bewegung solche, deren Stärke zu- oder abnimmt.
-
Das Verfahren gestattet ferner, die Verdickung unter Ausnutzung der
Verformungstemperatur zu härten oder zu vergüten und ihnen damit eine höhere Festigkeit
zu verleihen als den nicht verformten Teilen des Werkstückes eigen ist.
-
Da bei hohen Temperaturen, unter den die Verformung vor sich geht
und die je nach dem verwandten Werkstoff 8oo bis izoo° betragen können, kann durch
Wärmeleitung auch ein Erhitzen solcher Abschnitte eintreten, die -der Verformung
nicht unterworfen werden sollen. Um dies unter allen Umständen auszuschalten, ist
es zweckmäßig, die nicht zu verformenden Abschnitte in unmittelbarer Nachbarschaft
der Erhitzung- bzw. Stauchstellen mittels einer Flüssigkeit zu kühlen.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann unter Benutzung verschiedenartig
ausgeführter Vorrichtungen ausgeübt werden. Im nachfolgenden wird an Hand der Zeichnungen
eine bevorzugte Ausführungsform für eine solche Vorrichtung beschrieben und daran
der Erfindungsgedanke näher erläutert. Außerdem werden weitere, insbesondere die
Vorrichtung betreffende Erfindungsmerkmale aufgezeigt.
-
Abb. i ist eine schematische Darstellung der Gesamtanlage in Ansicht;
Abb.
2 ist ein Längsschnitt durch den zu behandelnden Körper an der Verformungsstelle;
Abb.3 ist ein senkrechter Schnitt durch die Verformungsstelle, und Abb. 4 bis 6
sind Darstellungen einiger Verstärkungsformen.
-
Nach Abb. i weist die drehbankartige Maschine i ein angetriebenes
Spannfutter 2 auf, das in einem Spindelstock 3 gelagert ist. Das Werkstück 4 ist
einerseits in dem Spannfutter 2, andererseits in einem losen, drehbaren Futter 5
eingespannt. Das Spannfutter 5 ist in einem in der Achsrichtung des Werkstückes
beweglichen Reitstock 6 gelagert. Der Vorschub des Reitstockes 6 gestattet somit,
in Achsrichtung einen Stauchdruck auf das Werkstück auszuüben, wobei das Werkstück
gleichzeitig um seine Achse umlaufen kann. Bei 7 ist die eigentliche Verformungseinrichtung
nur schematisch angedeutet; diese ist in den Abb. 2 und 3 näher beschrieben.
-
Die Verformungseinrichtung besteht aus Walzen 8, die hydraulisch oder
mechanisch radial zum Werkstück 4 angestellt werden können. Die nicht angetriebenen
Walzen 8 werden in geeigneter Form am Bett der drehbankartigen Einrichtung
i, in Richtung der Werkstückachse verschiebbar (Abb. i), gelagert. In der Wirkebene
der Walzen ist der Induktor g angeordnet.
-
Im gewählten Ausführungsbeispiel sind zwei Walzen vorgesehen. Es ist
ohne weiteres möglich, auch mehrere Walzen anzuordnen.
-
Der Induktor g (Abb. 2 und 3) besteht aus einer das Werkstück 4 und
die Walzen 8 umschließenden Spule besonderer Form. Zwischen den Walzen liegen die
wirksamen Heizleiterabschnitte io in unmittelbarer Nachbarschaft des Werkstückes
4. Sie können vorteilhafterweise mit Magnetjochen i i besetzt sein, die eine Konzentration
der Heizkraft bewirken. Die Verbindungsstücke 12 zwischen den Heizleiterabschnitten
io umschließen die Walzen 8 in weitem Abstand. Beispielsweise wird diese Umführung
trapezförmig ausgebildet. Außerdem ist es vorteilhaft, diese Umführungsabschnitte
mit größeren Querschnitten auszurüsten als die Wirkabschnitte io. Auf diese Weise
wird eine nennenswerte Erwärmung der Walzen 8 unterbunden. Die Walzen können gegebenenfalls
aus unmagnetischem, nichtmetallischem Werkstoff bestehen. Die Zu- und Ableitung
13 für den Induktor wird zweckmäßigerweise an den Umführungen 12 angebracht.
-
Bei einer Verformung wird das Werkstück im Sinn des Pfeiles 14 in
Umlauf versetzt und gleichzeitig in Richtung der Pfeile 15 ein Stauchdruck ausgeübt,
während der Induktor g die zu verformende Stelle 16 erwärmt und die Walzen 8 ein
Anwachsen nach außen verhindern. Die Ballenlänge der Walzen 8 ist so gewählt, daß
sie auch an den Wandungsstellen 17 angreifen, die von der Erwärmung nicht erfaßt
werden. Es entsteht auf diese Weise ein außen vollkommen glatter, zylindrischer
Körper, der nur innen eine Verdickung aufweist.
-
Es ist ohne weiteres verständlich, daß, wenn die Walzen 8 in der Mittelebene
mit einer Profilierung versehen sind, die Verstärkung auch nach außen hin in diese
Profilierung formgerecht hineinwächst.
-
Es ist ferner verständlich, daß die entstehende Innenverdickung durch
einen Dorn begrenzt werden kann, der von der Einspannvorrichtung für das Werkstück
getragen, feststehend oder umlaufend an der Verformungsstelle angeordnet ist.
-
Die Heiz- und Verforinungseinrichtung kann auch in Richtung des Pfeiles
18 in Achsrichtung verfahrbar sein.
-
In den Abb. 4 bis 6 sind Rohrstücke dargestellt mit inneren Verstärkungen
ig, 2o und 2z, wie sie dann entstehen, wenn der Induktor und die Verformungseinrichtung
mit gleichförmiger oder ungleichförmiger Geschwindigkeit bewegt werden, während
Stauchdruck und Heizleistung konstant gehalten werden. .
-
Bei der Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher Induktor und Walzen
in Achsrichtung verfahren werden, ist es zweckmäßig, die aus der Verformungszone
austretenden Werkstückabschnitte abzukühlen, um zu verhindern, daß weitere unerwünschte
Verformungen eintreten. Zu diesem Zweck ist, wie aus Abb.2 ersichtlich, eine Abschreckbrause
22 zweckmäßig, die unmittelbar hinter dem Induktor einwirkt. Es kann auch vor dem
Induktor eine ebensolche Brause angeordnet werden, um auf diese Weise während der
Verformung mit Sicherheit eine Begrenzung der Erwärmung auf den gewünschten Abschnitt
sicherzustellen.
-
Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch derart gearbeitet
werden, daß das Verfahren in Achsrichtung .unter ausgeschaltetem Induktor erfolgt,
und zwar lediglich zu dem Zweck, Induktor und Walzen an eine andere Stelle des zylindrischen
Hohlkörpers zu bringen, um alsdann hier ebenfalls eine Verdickung der Wandung zu
erzeugen.
-
Die Vorrichtung ist in mannigfaltiger Art abwandelbar, ohne daß dadurch
von dem Erfindungsgedanken abgewichen würde. So können beispielsweise mehr Walzen
vorgesehen werden, und .die Induktorform kann anders gewählt werden und könnte beispielsweise
auch die Form einer Heizleiterschleife annehmen, von denen gegebenenfalls zwei oder
mehrere in Parallel- oder Reihenschaltung vorgesehen werden könnten. Es ist ferner
möglich, die Erhitzung durch eine im Rohrinnern gegenüber der Mittelebene der Walzen
anzuordnende Spule herbeizuführen, wobei diese Spule entweder unterstützend für
die Außenspule wirkt oder die Erwärmung selbständig ausführt.