EP4112200A1 - Device and method for reducing the cross section of a tubular hollow body by forming the hollow body - Google Patents

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EP4112200A1
EP4112200A1 EP21183206.8A EP21183206A EP4112200A1 EP 4112200 A1 EP4112200 A1 EP 4112200A1 EP 21183206 A EP21183206 A EP 21183206A EP 4112200 A1 EP4112200 A1 EP 4112200A1
Authority
EP
European Patent Office
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hollow body
die
mandrel
axial
movement
Prior art date
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Pending
Application number
EP21183206.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Nadezda Missal
Serjosha Heinrichs
Max Olaf JANDT
Sascha VÖGELE
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Felss Systems GmbH
Original Assignee
Felss Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Felss Systems GmbH filed Critical Felss Systems GmbH
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Priority to CN202280053720.7A priority patent/CN117794657A/en
Priority to PCT/EP2022/065524 priority patent/WO2023274671A1/en
Priority to KR1020247003403A priority patent/KR20240027781A/en
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    • B21C3/00—Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels
    • B21C3/16—Mandrels; Mounting or adjusting same

Definitions

  • steering shafts designed as hollow shafts for motor vehicles are manufactured using the device mentioned at the outset and using the method mentioned at the outset while tapering a shaft blank.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method that enable functionally reliable and high-quality machining results to reduce the cross section of tubular hollow bodies with the least possible design effort, in particular without additional reinforcement of the hollow bodies to be machined.
  • the forming drive has a mandrel drive in addition to the die drive.
  • the die drive By means of the die drive, the forming die arranged on the outside of the hollow body is actively moved along the axis of the hollow body with an axial movement of the die.
  • the undeformed hollow body in its initial state is oversized compared to the opening cross section of the die opening, ie that opening of the forming die that is designed to produce the reduced hollow body cross section ("calibration section"). Due to the active movement of the forming die relative to the hollow body, the wall of the hollow body acted upon by the forming die is actively subjected to pressure by the forming die in the direction of the axial movement of the die.
  • the wall of the hollow body is subjected to tensile stress in the direction of the axial mandrel movement on the side of the action by the forming die in the direction of the axial mandrel movement due to the axial mandrel movement in the opposite direction to the axial movement of the mandrel.
  • the mutual superimposition of the active axial mandrel movement and the active axial die movement of the forming die arranged on the outside of the hollow body by means of the drive control of the forming drive according to the invention is of essential importance to the invention. Due to the superimposition of the two movements mentioned, the compressive stresses that build up in the wall of the hollow body due to the action of the forming die across the wall cross-section are at least partially compensated by the tensile stresses in the wall of the hollow body as a result of the active axial movement of the mandrel.
  • both the axial mandrel movement and the axial die movement can be both position and force controlled.
  • the forming speed of the device according to the invention and the method according to the invention is largely independent of the material strength of the hollow body to be formed.
  • high-strength materials With high-strength materials, relatively high forming forces are required, but at the same time the tendency of hollow bodies made of high-strength materials to buckle is relatively low.
  • tube-like hollow bodies made of low-strength materials tend to compress relatively strongly, but a reduction in the cross section of such hollow bodies is possible with relatively low forming forces.
  • a stationary axial abutment is provided for the hollow body in a preferred embodiment of the invention, on which the hollow body is supported when acted upon by the forming die in the direction of the axial die movement.
  • the ratio of the speeds of the axial mandrel movement and the axial die movement of the forming die arranged on the outside of the hollow body is adjusted by means of the drive control of the forming drive, depending on the ratio of the cross section of the hollow body in the initial state and the reduced cross section of the hollow body .
  • the speed of the axial die movement of the forming die arranged on the outside of the hollow body can be greater or less than the speed of the axial movement of the mandrel.
  • high-quality machining results could be achieved at a die speed of 30 mm/s to 60 mm/s and a mandrel speed of 21 mm/s to 43 mm/s.
  • a further embodiment of the invention provides that the ratio of the amounts of the axial mandrel movement and the axial die movement during the forming process is reciprocal to the ratio of the speeds of the axial mandrel movement and the axial die movement during the forming process. This ensures that the active mandrel and forming die movements carried out to form a hollow body over a forming length end simultaneously, despite different speeds of the mandrel and the forming die, when the forming length is reached.
  • Patent claim 5 provides in a further advantageous embodiment of the invention that the forming die can be moved by means of the die drive with a positioning movement from a position away from the hollow body to be formed into a position in which the forming die is arranged on the outside of the hollow body and that by means of the drive control of the Device drive the die drive and the mandrel drive are controlled in such a way that the mandrel drive initiates the axial mandrel movement before the forming die acts on the hollow body wall due to the positioning movement.
  • the mandrel and the hollow body which is driven by it along the axis of the hollow body and subjected to tensile stress during the forming process, are therefore already in Movement.
  • the positioning movement of the forming die is preferably carried out in the direction of the axial movement of the die.
  • the speeds of the axial mandrel movement and the positioning movement of the forming die before the hollow body wall is acted upon by the forming die can be significantly higher than the speeds during the forming process. Accordingly, there is the possibility of moving the mandrel with the hollow body and/or the forming die in rapid traverse into that position in which the forming die comes into contact with the wall of the hollow body for the subsequent processing of the hollow body.
  • inventive design according to patent claim 6 is designed due to the cross-sectional ratios according to the claims for a cross-sectional reduction of the hollow body by reducing the thickness of the hollow body wall.
  • the reduction in cross section of the hollow body is accompanied by an additional reshaping of the hollow body wall on its outside and/or on its inside.
  • an external toothing and/or an internal toothing of the hollow body with reduced cross-section are preferably produced.
  • the reduction in cross section of the hollow body can be combined with the creation of a desired outer profile of the hollow body and/or with the creation of a desired inner profile of the hollow body.
  • the movement-related coupling of the mandrel and the hollow body for tensile stressing of the hollow body in the direction of the axial movement of the mandrel can take place according to the invention in different ways.
  • the mandrel loads the wall of the hollow body due to a form fit existing between the mandrel and the wall of the hollow body.
  • the wall of the hollow body can, for example, have a projection that protrudes into the interior of the hollow body and on which the mandrel is supported with its end that is leading in the direction of the axial mandrel movement.
  • patent claim 9 in a development of the invention, a frictional connection is generated between the mandrel and the hollow body wall of the hollow body to be formed.
  • patent claim 10 expediently provides that the forming die arranged on the outside of the hollow body acts on the wall of the hollow body in the radial direction of the axis of the hollow body against the mandrel. The creation of the frictional connection between the hollow body wall and the mandrel therefore takes place at the beginning of the forming process.
  • both a form-fitting and a force-fitting connection of the hollow body wall to the mandrel executing the axial mandrel movement is also conceivable.
  • a device 1 is used to reduce the cross section of a tubular hollow body in the form of a cylindrical tube 2.
  • the tube 2 has a tube wall 3 made of a plastically deformable material as the hollow body wall and a tube axis 4 running in the longitudinal direction of the tube 2 as the hollow body axis.
  • a steering shaft for a motor vehicle is produced from the pipe 2 in several production steps.
  • the cross section of the tube 2 is reduced by means of the device 1.
  • the device 1 is installed on an axial forming machine of conventional design, for example on an axial forming machine such as that shown in FIG of the company FELSS Systems GmbH, 75203 Königsbach-Stein, Germany, under the product name "Aximus”.
  • the axial forming machine has a tool holder for a forming die 5 that is movable along the tube axis 4 and a mandrel holder that is also movable along the tube axis 4 for fixing the end of a mandrel 6 remote from the forming die 5 .
  • the tool holder for the forming die 5 and the mandrel holder are not shown in the figures for the sake of simplicity.
  • the forming die 5 is provided with a die opening 7 ("calibration section") designed to reduce the cross section of the pipe 2, the opening cross section of which is smaller than the cross section of the pipe 2 in the initial state according to FIG.
  • the die opening 7 has smooth walls.
  • the die opening 7 can be provided on its periphery with shaping elements, for example with shaping teeth or with profile-generating elements.
  • Forming drive 8 shown very schematically, comprises a mandrel drive 9 and a die drive 10.
  • a numerical drive controller 11 controls both the mandrel drive 9 and the die drive 10.
  • the tube 2 to be formed is mounted on the axial forming machine with one end on an axial abutment 12 that is stationary along the tube axis 4 .
  • the mandrel 6 is moved by means of the mandrel drive 9 with an axial mandrel movement along the tube axis 4 in the direction of an arrow 13 and the forming die 5 by means of the die drive 10 with an axial die movement along the tube axis 4 in the direction of an arrow 14.
  • figure 1 shows the conditions on the device 1 immediately before the start of the cross-section-reducing forming of the tube 2.
  • the mandrel 6 was moved to its position along the tube axis 4 by means of the mandrel drive 9 and the forming die 5 by means of the die drive 10 in rapid traverse.
  • the feed speeds of the forming die 5 and the mandrel 6, which are relatively high at this point in time, are significantly reduced due to a corresponding activation of the mandrel drive 9 and the die drive 10 by the drive controller 11 as soon as the die opening 7 of the forming die 5 reaches the end of the tube facing the forming die 5 2 reached.
  • the reduction in speed of the forming die 5 and the mandrel 6 can take place both in a position- and force-controlled manner.
  • the speed of the axial mandrel movement in the direction of arrow 13 is set to 15 mm/s and the speed of the axial die movement of the forming die 5 in the direction of arrow 14 to 60 mm/s for the forming of the tube 2 by means of the drive control 11 .
  • the axial movement of the mandrel and the axial movement of the die are superimposed on one another by means of the drive control 11 .
  • the tube wall 3 is subjected to pressure in the direction of arrow 14 by the forming die 5 on its side in the direction of arrow 14 and the yield point of the material of the tube wall 3 is thereby exceeded.
  • the axial abutment 12, which supports the tube 2 acted upon by the forming die 5, is stationary along the tube axis 4 during the actuation of the tube 2 by the forming die 5.
  • the tube wall 3 which is acted upon on the outside by the forming die 5, is subjected to tensile stress on the side of the forming die 5 in the direction 13 of the axial movement of the mandrel by means of the mandrel 6 in the direction of arrow 13.
  • the mandrel 6 driven by the mandrel drive 9 consequently actively pulls the tube wall 3 in the direction of the arrow 13 through the die opening 7 and the thickness of the tube wall 3 is reduced while the tube 2 is lengthened at the same time.
  • figure 2 shows the conditions on the device 1 during the ongoing forming process.
  • the mandrel 6 stresses the tube wall 3 on the side remote from the forming die 5 in the direction 13 of the axial movement of the mandrel.
  • the pipe wall 3 is subjected to pressure by the forming die 5 .
  • the forces exerted by the forming die 5 and the mandrel 6 on the pipe wall 3 are illustrated in FIG. 2 by arrows 15, 16.
  • X D is in figure 2 denotes the path length over which the mandrel 6 relative to its position in figure 1 has been advanced in the direction 13 of axial mandrel movement.
  • X denotes M in figure 2 the length of the traversing path of the forming die 5 based on the conditions according to FIG figure 1 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrartigen Hohlkörpers (2) mit einer Hohlkörperwand (3) aus einem plastisch verformbaren Werkstoff und mit einer in Längsrichtung des Hohlkörpers (2) verlaufende Hohlkörperachse (4) weist eine Umformmatrize (5) zur Anordnung an der Außenseite des Hohlkörpers (2), einen Dorn (6) zur Anordnung im Innern des Hohlkörpers (2) sowie einen Umformantrieb (8) mit einem Dornantrieb (9) und einem Matrizenantrieb (10) auf. Die Umformmatrize (5) ist mit einer Matrizenöffnung (7) versehen, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als der Hohlkörperquerschnitt des Hohlkörpers (2) in einem Ausgangszustand. Die an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordnete Umformmatrize (5) ist mittels des Matrizenantriebs (10) unter Reduzierung des Querschnitts des Hohlkörpers (2) mit einer axialen Matrizenbewegung längs der Hohlkörperachse (4) in einer Richtung (14) der axialen Matrizenbewegung relativ zu dem Hohlkörper (2) bewegbar. Mittels des Dornantriebs (9) ist der im Innern des Hohlkörpers (2) angeordnete Dorn (6) längs der Hohlkörperachse (4) mit einer der axialen Matrizenbewegung entgegen gerichteten axialen Dornbewegung durch die Matrizenöffnung (7) der Umformmatrize (5) bewegbar. Dabei wird die Hohlkörperwand (3) mittels des Dorns (6) in einer Richtung (13) der axialen Dornbewegung auf Zug beansprucht und relativ zu der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung durch die Matrizenöffnung (7) gezogen. Mittels einer Antriebssteuerung (11) des Umformantriebs (8) sind der Dornantrieb (9) und der Matrizenantrieb (10) derart steuerbar, dass die axiale Dornbewegung und die axiale Matrizenbewegung einander überlagert sind.Ein Verfahren zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrartigen Hohlkörpers (2) wird mittels der vorgenannten Vorrichtung (1) durchgeführt.A device (1) for reducing the cross section of a tubular hollow body (2) with a hollow body wall (3) made of a plastically deformable material and with a hollow body axis (4) running in the longitudinal direction of the hollow body (2) has a shaping die (5) for arrangement on the outside of the hollow body (2), a mandrel (6) for arrangement inside the hollow body (2) and a forming drive (8) with a mandrel drive (9) and a die drive (10). The shaping die (5) is provided with a die opening (7), the opening cross section of which is smaller than the hollow body cross section of the hollow body (2) in an initial state. The forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) is moved by means of the die drive (10) while reducing the cross section of the hollow body (2) with an axial die movement along the hollow body axis (4) in a direction (14) of the axial die movement movable to the hollow body (2). By means of the mandrel drive (9), the mandrel (6) arranged inside the hollow body (2) can be moved along the axis (4) of the hollow body with an axial mandrel movement counter to the axial movement of the die through the die opening (7) of the forming die (5). The hollow body wall (3) is subjected to tensile stress by means of the mandrel (6) in a direction (13) of the axial mandrel movement and relative to the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) in the direction (13) of the axial Mandrel movement pulled through the die opening (7). The mandrel drive (9) and the die drive (10) can be controlled by means of a drive control (11) of the forming drive (8) in such a way that the axial movement of the mandrel and the axial movement of the die are superimposed on one another. A method for reducing the cross section of a tubular hollow body (2) is carried out by means of the aforementioned device (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrartigen Hohlkörpers durch Umformen des Hohlkörpers, der eine Hohlkörperwand aus einem plastisch verformbaren Werkstoff sowie eine in Längsrichtung des Hohlkörpers verlaufende Hohlkörperachse aufweist,

  • mit einer Umformmatrize, die zur Anordnung an der Außenseite des Hohlkörpers ausgebildet ist und die eine zur Aufnahme des Hohlkörpers ausgebildete Matrizenöffnung aufweist mit einem Öffnungsquerschnitt, der kleiner ist als der Hohlkörperquerschnitt des Hohlkörpers in einem Ausgangszustand,
  • mit einem Dorn, der zur Anordnung im Innern des Hohlkörpers ausgebildet ist, sowie
  • mit einem Umformantrieb, der einen Matrizenantrieb sowie eine Antriebssteuerung aufweist,
wobei die an der Außenseite des Hohlkörpers angeordnete Umformmatrize mittels des Matrizenantriebs unter Reduzierung des Querschnitts des Hohlkörpers mit einer axialen Matrizenbewegung längs der Hohlkörperachse in einer Richtung der axialen Matrizenbewegung relativ zu dem Hohlkörper bewegbar ist.The invention relates to a device for reducing the cross section of a tubular hollow body by reshaping the hollow body, which has a hollow body wall made of a plastically deformable material and a hollow body axis running in the longitudinal direction of the hollow body.
  • with a forming die which is designed to be arranged on the outside of the hollow body and which has a die opening designed to receive the hollow body with an opening cross section which is smaller than the hollow body cross section of the hollow body in an initial state,
  • with a mandrel, which is designed to be arranged inside the hollow body, and
  • with a forming drive that has a die drive and a drive controller,
wherein the forming die arranged on the outside of the hollow body can be moved by means of the die drive, reducing the cross section of the hollow body with an axial die movement along the axis of the hollow body in a direction of the axial die movement relative to the hollow body.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrartigen Hohlkörpers durch Umformen des Hohlkörpers, der eine Hohlkörperwand aus einem plastisch verformbaren Werkstoff sowie eine in Längsrichtung des Hohlkörpers verlaufende Hohlkörperachse aufweist,

  • wobei an der Außenseite des Hohlkörpers eine Umformmatrize angeordnet wird, die eine zur Aufnahme des Hohlkörpers ausgebildete Matrizenöffnung mit einem Öffnungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Hohlkörperquerschnitt des Hohlkörpers in einem Ausgangszustand,
  • wobei ein Dorn im Innern des Hohlkörpers angeordnet wird und
  • wobei die an der Außenseite des Hohlkörpers angeordnete Umformmatrize mittels eines Matrizenantriebs unter Reduzierung des Querschnitts des Hohlkörpers mit einer axialen Matrizenbewegung längs der Hohlkörperachse in einer Richtung der axialen Matrizenbewegung relativ zu dem Hohlkörper bewegt wird.
The invention also relates to a method for reducing the cross section of a tubular hollow body by reshaping the hollow body, which has a hollow body wall made of a plastically deformable material and a hollow body axis running in the longitudinal direction of the hollow body,
  • wherein a forming die is arranged on the outside of the hollow body, which die has a die opening designed to receive the hollow body with an opening cross section that is smaller than the hollow body cross section of the hollow body in an initial state,
  • wherein a mandrel is placed inside the hollow body and
  • wherein the forming die arranged on the outside of the hollow body is moved by means of a die drive, reducing the cross section of the hollow body with an axial die movement along the axis of the hollow body in a direction of the axial die movement relative to the hollow body.

Gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus praktischer Anwendung bekannt. Beispielsweise werden als Hohlwellen ausgeführte Lenkwellen für Kraftfahrzeuge mittels der eingangs genannten Vorrichtung und unter Anwendung des eingangs genannten Verfahrens unter Verjüngen eines Wellenrohlings gefertigt.Generic prior art is known from practical application. For example, steering shafts designed as hollow shafts for motor vehicles are manufactured using the device mentioned at the outset and using the method mentioned at the outset while tapering a shaft blank.

In der betrieblichen Praxis ist bei der Anwendung des vorbekannten Verfahrens und der vorbekannten Vorrichtung in einer relevanten Anzahl von Fällen ein unerwünschtes Stauchen des in seinem Querschnitt zu reduzierenden Hohlkörpers zu beobachten. Um das Stauchen des Hohlkörpers zu verhindern, ist eine zusätzlich zu dem Dorn und der Umformmatrize vorgesehen Armierung für den Hohlkörper gebräuchlich, welche den Hohlkörper an seiner Außenseite umschließt und in radialer Richtung abstützt.In operational practice, when using the previously known method and the previously known device, undesired upsetting of the hollow body to be reduced in cross-section can be observed in a relevant number of cases. In order to prevent the hollow body from being upset, it is customary to provide reinforcement for the hollow body in addition to the mandrel and the forming die, which encloses the hollow body on its outside and supports it in the radial direction.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die funktionssicher und mit einem qualitativ hochwertigen Bearbeitungsergebnis eine Querschnittsreduzierung von rohrartigen Hohlkörpern mit einem möglichst geringen konstruktiven Aufwand, insbesondere ohne zusätzliche Armierung der zu bearbeitenden Hohlkörper ermöglichen.The object of the present invention is to provide a device and a method that enable functionally reliable and high-quality machining results to reduce the cross section of tubular hollow bodies with the least possible design effort, in particular without additional reinforcement of the hollow bodies to be machined.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 11.According to the invention, this object is achieved by the device according to patent claim 1 and by the method according to patent claim 11.

Im Falle der Erfindung weist der Umformantrieb zusätzlich zu dem Matrizenantrieb einen Dornantrieb auf. Mittels des Matrizenantriebs wird die an der Außenseite des Hohlkörpers angeordnete Umformmatrize mit einer axialen Matrizenbewegung aktiv längs der Hohlkörperachse bewegt. Der in einem Ausgangszustand befindliche unverformte Hohlkörper weist ein Übermaß auf gegenüber dem Öffnungsquerschnitt der Matrizenöffnung, das heißt derjenigen Öffnung der Umformmatrize, die zur Erzeugung des reduzierten Hohlkörperquerschnitts ausgebildet ist ("Kalibrierstrecke"). Aufgrund der aktiven Bewegung der Umformmatrize relativ zu dem Hohlkörper wird die von der Umformmatrize beaufschlagte Hohlkörperwand durch die Umformmatrize in der Richtung der axialen Matrizenbewegung aktiv auf Druck beansprucht. Gleichzeitig wird die Hohlkörperwand infolge der zu der axialen Matrizenbewegung gegenläufigen axialen Dornbewegung an der in der Richtung der axialen Dornbewegung gelegenen Seite der Beaufschlagung durch die Umformmatrize in der Richtung der axialen Dornbewegung auf Zug beansprucht.In the case of the invention, the forming drive has a mandrel drive in addition to the die drive. By means of the die drive, the forming die arranged on the outside of the hollow body is actively moved along the axis of the hollow body with an axial movement of the die. The undeformed hollow body in its initial state is oversized compared to the opening cross section of the die opening, ie that opening of the forming die that is designed to produce the reduced hollow body cross section ("calibration section"). Due to the active movement of the forming die relative to the hollow body, the wall of the hollow body acted upon by the forming die is actively subjected to pressure by the forming die in the direction of the axial movement of the die. At the same time, the wall of the hollow body is subjected to tensile stress in the direction of the axial mandrel movement on the side of the action by the forming die in the direction of the axial mandrel movement due to the axial mandrel movement in the opposite direction to the axial movement of the mandrel.

Von erfindungswesentlicher Bedeutung ist die mittels der Antriebssteuerung des erfindungsgemäßen Umformantriebs realisierte gegenseitige Überlagerung der aktiven axialen Dornbewegung und der aktiven axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers angeordneten Umformmatrize. Aufgrund der Überlagerung der beiden genannten Bewegungen werden die Druckspannungen, die sich in der Hohlkörperwand aufgrund der Beaufschlagung durch die Umformmatrize über den Wandquerschnitt aufbauen, wenigstens teilweise kompensiert durch die Zugspannungen in der Hohlkörperwand infolge der aktiven axialen Dornbewegung.The mutual superimposition of the active axial mandrel movement and the active axial die movement of the forming die arranged on the outside of the hollow body by means of the drive control of the forming drive according to the invention is of essential importance to the invention. Due to the superimposition of the two movements mentioned, the compressive stresses that build up in the wall of the hollow body due to the action of the forming die across the wall cross-section are at least partially compensated by the tensile stresses in the wall of the hollow body as a result of the active axial movement of the mandrel.

Bei entsprechender, beispielsweise empirischer Bemessung und gegenseitiger Abstimmung der Druckbeanspruchung des Hohlkörpers durch die Umformmatrize und der Zugbeanspruchung des Hohlkörpers durch den Dorn wird ein unerwünschtes Stauchen der Hohlkörperwand an der in der Richtung der axialen Matrizenbewegung gelegenen Seite der die Hohlkörperwand beaufschlagenden Umformmatrize auch ohne zusätzliche Armierung des Hohlkörpers funktionssicher vermieden. Gleichzeitig lassen sich infolge der Überlagerung der aktiven Matrizenbewegung und der aktiven Dornbewegung hohe Umformgeschwindigkeiten erzielen.With appropriate, for example empirical measurement and mutual coordination of the compressive stress on the hollow body by the forming die and the tensile stress on the hollow body by the mandrel, an undesirable upsetting of the hollow body wall in the direction of the axial die movement side of the forming die acting on the wall of the hollow body is avoided in a functionally reliable manner even without additional reinforcement of the hollow body. At the same time, high forming speeds can be achieved as a result of the superimposition of the active die movement and the active mandrel movement.

Generell kann sowohl die axiale Dornbewegung als auch die axiale Matrizenbewegung sowohl positions- als auch kraftgeregelt werden.In general, both the axial mandrel movement and the axial die movement can be both position and force controlled.

Die Umformgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist von der Werkstofffestigkeit des umzuformenden Hohlkörpers weitgehend unabhängig. Bei hochfesten Werkstoffen bedarf es zwar relativ hoher Umformkräfte, gleichzeitig ist die Stauchungsneigung von Hohlkörpern aus hochfesten Werkstoffen aber relativ gering. Umgekehrt neigen rohrartige Hohlkörper aus Werkstoffen geringer Festigkeit zwar relativ stark zur Stauchung, eine Querschnittsreduzierung derartiger Hohlkörper ist aber bereits mit relativ geringen Umformkräften möglich.The forming speed of the device according to the invention and the method according to the invention is largely independent of the material strength of the hollow body to be formed. With high-strength materials, relatively high forming forces are required, but at the same time the tendency of hollow bodies made of high-strength materials to buckle is relatively low. Conversely, tube-like hollow bodies made of low-strength materials tend to compress relatively strongly, but a reduction in the cross section of such hollow bodies is possible with relatively low forming forces.

Unter einer Querschnittsreduzierung im Sinne der Erfindung ist zu verstehen

  • eine Reduzierung ausschließlich des Hohlraumquerschnitts des umzuformenden Hohlkörpers (im Falle von zylindrischen Rohren des Innendurchmessers des Rohrs) bei unveränderter Dicke der Hohlkörperwand oder
  • eine Reduzierung ausschließlich der Dicke der Hohlkörperwand bei unverändertem Hohlraumquerschnitt des Hohlkörpers oder
  • eine Reduzierung sowohl des Hohlraumquerschnitts des umzuformenden Hohlkörpers als auch der Dicke der Hohlkörperwand.
A cross-sectional reduction in the sense of the invention is to be understood
  • a reduction exclusively in the cavity cross-section of the hollow body to be formed (in the case of cylindrical tubes, the inside diameter of the tube) while the thickness of the hollow body wall remains unchanged, or
  • a reduction exclusively in the thickness of the hollow body wall with an unchanged cavity cross-section of the hollow body or
  • a reduction in both the cavity cross-section of the hollow body to be formed and the thickness of the hollow body wall.

Besondere Ausführungsarten der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und des Verfahrens gemäß Patentanspruch 11 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10.Special embodiments of the device according to patent claim 1 and the method according to patent claim 11 result from the dependent patent claims 2 to 10.

Gemäß Patentanspruch 2 ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung für den Hohlkörper ein ortsfestes axiales Widerlager vorgesehen, an welchem sich der Hohlkörper bei der Beaufschlagung durch die Umformmatrize in der Richtung der axialen Matrizenbewegung abstützt.According to claim 2, a stationary axial abutment is provided for the hollow body in a preferred embodiment of the invention, on which the hollow body is supported when acted upon by the forming die in the direction of the axial die movement.

Ausweislich Patentanspruch 3 wird im Falle der Erfindung mittels der Antriebssteuerung des Umformantriebs das Verhältnis der Geschwindigkeiten der axialen Dornbewegung und der axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers angeordneten Umformmatrize in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Querschnitts des Hohlkörpers im Ausgangszustand und des reduzierten Querschnitts des Hohlkörpers eingestellt. Je nach Umformgrad kann der Betrag der Geschwindigkeit der axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers angeordneten Umformmatrize größer aber auch kleiner sein als der Betrag der Geschwindigkeit der axialen Dornbewegung. Im Rahmen einer versuchsweisen Anwendung der Erfindung konnten qualitativ hochwertige Bearbeitungsergebnisse bei einer Matrizengeschwindigkeit von 30 mm/s bis 60 mm/s und einer Dorngeschwindigkeit von 21 mm/s bis 43 mm/s erzielt werden.According to patent claim 3, in the case of the invention, the ratio of the speeds of the axial mandrel movement and the axial die movement of the forming die arranged on the outside of the hollow body is adjusted by means of the drive control of the forming drive, depending on the ratio of the cross section of the hollow body in the initial state and the reduced cross section of the hollow body . Depending on the degree of forming, the speed of the axial die movement of the forming die arranged on the outside of the hollow body can be greater or less than the speed of the axial movement of the mandrel. As part of an experimental application of the invention, high-quality machining results could be achieved at a die speed of 30 mm/s to 60 mm/s and a mandrel speed of 21 mm/s to 43 mm/s.

Ausweislich Patentanspruch 4 ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Verhältnis der Beträge der axialen Dornbewegung und der axialen Matrizenbewegung während des Umformvorgangs reziprok ist zu dem Verhältnis der Geschwindigkeiten der axialen Dornbewegung und der axialen Matrizenbewegung während des Umformvorgangs. Dadurch ist gewährleistet, dass die zur Umformung eines Hohlkörpers über eine Umformlänge ausgeführten aktiven Dorn- und Umformmatrizenbewegungen trotz unterschiedlicher Geschwindigkeiten des Dorns und der Umformmatrize bei Erreichen der Umformlänge gleichzeitig enden.According to claim 4, a further embodiment of the invention provides that the ratio of the amounts of the axial mandrel movement and the axial die movement during the forming process is reciprocal to the ratio of the speeds of the axial mandrel movement and the axial die movement during the forming process. This ensures that the active mandrel and forming die movements carried out to form a hollow body over a forming length end simultaneously, despite different speeds of the mandrel and the forming die, when the forming length is reached.

Patentanspruch 5 sieht in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Umformmatrize mittels des Matrizenantriebs mit einer Positionierbewegung aus einer Position abseits des umzuformenden Hohlkörpers in eine Position bewegbar ist, in welcher die Umformmatrize an der Außenseite des Hohlkörpers angeordnet ist und dass mittels der Antriebssteuerung des Vorrichtungsantriebs der Matrizenantrieb und der Dornantrieb derart gesteuert werden, dass der Dornantrieb die axiale Dornbewegung einleitet, bevor die Umformmatrize aufgrund der Positionierbewegung die Hohlkörperwand beaufschlagt. Bei dem erstmaligen Kontakt der Umformmatrize mit dem umzuformenden Hohlkörper befinden sich der Dorn und der von diesem längs der Hohlkörperachse angetriebene und während des Umformprozesses auf Zug beanspruchte Hohlkörper demnach bereits in Bewegung. Vorzugsweise wird die Positionierbewegung der Umformmatrize in der Richtung der axialen Matrizenbewegung ausgeführt.Patent claim 5 provides in a further advantageous embodiment of the invention that the forming die can be moved by means of the die drive with a positioning movement from a position away from the hollow body to be formed into a position in which the forming die is arranged on the outside of the hollow body and that by means of the drive control of the Device drive the die drive and the mandrel drive are controlled in such a way that the mandrel drive initiates the axial mandrel movement before the forming die acts on the hollow body wall due to the positioning movement. When the forming die comes into contact with the hollow body to be formed for the first time, the mandrel and the hollow body, which is driven by it along the axis of the hollow body and subjected to tensile stress during the forming process, are therefore already in Movement. The positioning movement of the forming die is preferably carried out in the direction of the axial movement of the die.

Die Geschwindigkeiten der axialen Dornbewegung und der Positionierbewegung der Umformmatrize vor der Beaufschlagung der Hohlkörperwand durch die Umformmatrize können deutlich höher sein als die Geschwindigkeiten während des Umformprozesses. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, den Dorn mit dem Hohlkörper und/oder die Umformmatrize im Eilgang in diejenige Position zu bewegen, in welcher die Umformmatrize mit der Hohlkörperwand zur anschließenden Bearbeitung des Hohlkörpers in Kontakt kommt.The speeds of the axial mandrel movement and the positioning movement of the forming die before the hollow body wall is acted upon by the forming die can be significantly higher than the speeds during the forming process. Accordingly, there is the possibility of moving the mandrel with the hollow body and/or the forming die in rapid traverse into that position in which the forming die comes into contact with the wall of the hollow body for the subsequent processing of the hollow body.

Die Erfindungsbauart gemäß Patentanspruch 6 ist aufgrund der anspruchsgemäßen Querschnittsverhältnisse für eine Querschnittsreduzierung des Hohlkörpers durch Verringerung der Dicke der Hohlkörperwand ausgelegt.The inventive design according to patent claim 6 is designed due to the cross-sectional ratios according to the claims for a cross-sectional reduction of the hollow body by reducing the thickness of the hollow body wall.

Ausweislich Patentanspruch 7 geht in Weiterbildung der Erfindung die Querschnittsreduzierung des Hohlkörpers einher mit einer zusätzlichen Umformung der Hohlkörperwand an deren Außen- und/oder an deren Innenseite. Gleichzeitig mit der Querschnittsreduzierung werden vorzugsweise eine Außenverzahnung und/oder eine Innenverzahnung des querschnittsreduzierten Hohlkörpers erzeugt. Ergänzend oder alternativ kann die Querschnittsreduzierung des Hohlkörpers mit der Erzeugung eines gewünschten Außenprofils des Hohlkörpers und/oder mit der Erzeugung eines gewünschten Innenprofils des Hohlkörpers verbunden werden.According to patent claim 7, in a development of the invention, the reduction in cross section of the hollow body is accompanied by an additional reshaping of the hollow body wall on its outside and/or on its inside. At the same time as the cross-section reduction, an external toothing and/or an internal toothing of the hollow body with reduced cross-section are preferably produced. Additionally or alternatively, the reduction in cross section of the hollow body can be combined with the creation of a desired outer profile of the hollow body and/or with the creation of a desired inner profile of the hollow body.

Die bewegungsmäßige Kopplung des Dorns und des Hohlkörpers zur Zugbeanspruchung des Hohlkörpers in der Richtung der axialen Dornbewegung kann erfindungsgemäß auf unterschiedliche Weise erfolgen.The movement-related coupling of the mandrel and the hollow body for tensile stressing of the hollow body in the direction of the axial movement of the mandrel can take place according to the invention in different ways.

Gemäß Patentanspruch 8 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Dorn die Hohlkörperwand aufgrund eines zwischen dem Dorn und der Hohlkörperwand bestehenden Formschlusse auf Zug beansprucht. Zur Erzeugung des Formschlusses kann beispielsweise die Hohlkörperwand einen in das Hohlkörperinnere vorragenden Vorsprung aufweisen, an welchem sich der Dorn mit seinem in der Richtung der axialen Dornbewegung voreilenden Ende abstützt.According to patent claim 8, it is provided according to the invention that the mandrel loads the wall of the hollow body due to a form fit existing between the mandrel and the wall of the hollow body. To produce the form fit, the wall of the hollow body can, for example, have a projection that protrudes into the interior of the hollow body and on which the mandrel is supported with its end that is leading in the direction of the axial mandrel movement.

Ausweislich Patentanspruch 9 wird in Weiterbildung der Erfindung zwischen dem Dorn und der Hohlkörperwand des umzuformenden Hohlkörpers ein Kraftschluss erzeugt. Zweckmäßigerweise sieht Patentanspruch 10 zu diesem Zweck vor, dass die an der Außenseite des Hohlkörpers angeordnete Umformmatrize die Hohlkörperwand in radialer Richtung der Hohlkörperachse gegen den Dorn beaufschlagt. Die Herstellung des Kraftschlusses zwischen der Hohlkörperwand und dem Dorn erfolgt demnach zu Beginn des Umformprozesses.According to patent claim 9, in a development of the invention, a frictional connection is generated between the mandrel and the hollow body wall of the hollow body to be formed. For this purpose, patent claim 10 expediently provides that the forming die arranged on the outside of the hollow body acts on the wall of the hollow body in the radial direction of the axis of the hollow body against the mandrel. The creation of the frictional connection between the hollow body wall and the mandrel therefore takes place at the beginning of the forming process.

Erfindungsgemäß denkbar ist auch eine sowohl formschlüssige als auch kraftschlüssige Anbindung der Hohlkörperwand an den die axiale Dornbewegung ausführenden Dorn.According to the invention, both a form-fitting and a force-fitting connection of the hollow body wall to the mandrel executing the axial mandrel movement is also conceivable.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematische Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1
eine stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zum Reduzieren des Querschnitts eines Rohrs vor Beginn eines Umformvorgangs und
Figur 2
die Vorrichtung gemäß Figur 1 während des Umformvorgangs.
The invention is explained in more detail below using exemplary schematic representations. Show it:
figure 1
a highly schematic representation of a device for reducing the cross section of a tube before the start of a forming process and
figure 2
the device according to figure 1 during the forming process.

Gemäß den Figuren 1 und 2 dient eine Vorrichtung 1 zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrartigen Hohlkörpers in Form eines zylindrischen Rohrs 2. Das Rohr 2 weist als Hohlkörperwand eine Rohrwand 3 aus einem plastisch verformbaren Werkstoff und als Hohlkörperachse eine in Längsrichtung des Rohrs 2 verlaufende Rohrachse 4 auf.According to the Figures 1 and 2 a device 1 is used to reduce the cross section of a tubular hollow body in the form of a cylindrical tube 2. The tube 2 has a tube wall 3 made of a plastically deformable material as the hollow body wall and a tube axis 4 running in the longitudinal direction of the tube 2 as the hollow body axis.

Aus dem Rohr 2 wird in mehreren Fertigungsschritten eine Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug hergestellt.A steering shaft for a motor vehicle is produced from the pipe 2 in several production steps.

Im Rahmen des Fertigungsprozesses wird der Querschnitt des Rohrs 2, im Einzelnen die Dicke der Rohrwand 3, mittels der Vorrichtung 1 reduziert.As part of the manufacturing process, the cross section of the tube 2, specifically the thickness of the tube wall 3, is reduced by means of the device 1.

Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung 1 an einer Axialformmaschine herkömmlicher Bauart eingebaut, beispielsweise an einer Axialformmaschine, wie sie von der Firma FELSS Systems GmbH, 75203 Königsbach-Stein, Deutschland, unter dem Produktnamen "Aximus" angeboten wird.For this purpose, the device 1 is installed on an axial forming machine of conventional design, for example on an axial forming machine such as that shown in FIG of the company FELSS Systems GmbH, 75203 Königsbach-Stein, Germany, under the product name "Aximus".

Die Axialformmaschine weist eine längs der Rohrachse 4 bewegliche Werkzeugaufnahme für eine Umformmatrize 5 sowie einen ebenfalls längs der Rohrachse 4 beweglichen Dornhalter zur Fixierung des von der Umformmatrize 5 abliegenden Endes eines Dorns 6 auf. Die Werkzeugaufnahme für die Umformmatrize 5 und der Dornhalter sind in den Figuren der Einfachheit halber nicht dargestellt.The axial forming machine has a tool holder for a forming die 5 that is movable along the tube axis 4 and a mandrel holder that is also movable along the tube axis 4 for fixing the end of a mandrel 6 remote from the forming die 5 . The tool holder for the forming die 5 and the mandrel holder are not shown in the figures for the sake of simplicity.

Die Umformmatrize 5 ist mit einer zur Querschnittsreduzierung des Rohrs 2 ausgebildeten Matrizenöffnung 7 ("Kalibrierstrecke") versehen, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als der Querschnitt des Rohrs 2 im Ausgangszustand gemäß Figur 1.The forming die 5 is provided with a die opening 7 ("calibration section") designed to reduce the cross section of the pipe 2, the opening cross section of which is smaller than the cross section of the pipe 2 in the initial state according to FIG.

In dem dargestellten Beispielsfall ist die Matrizenöffnung 7 glattwandig. Alternativ kann die Matrizenöffnung 7 an ihrem Umfang mit formgebenden Elementen, beispielsweise mit einer formgebenden Verzahnung oder mit profilerzeugenden Elementen, versehen sein.In the example shown, the die opening 7 has smooth walls. Alternatively, the die opening 7 can be provided on its periphery with shaping elements, for example with shaping teeth or with profile-generating elements.

Ein in Figur 1 stark schematisch dargestellter Umformantrieb 8 umfasst einen Dornantrieb 9 sowie einen Matrizenantrieb 10. Eine numerische Antriebssteuerung 11 steuert sowohl den Dornantrieb 9 als auch den Matrizenantrieb 10.a in figure 1 Forming drive 8, shown very schematically, comprises a mandrel drive 9 and a die drive 10. A numerical drive controller 11 controls both the mandrel drive 9 and the die drive 10.

Das umzuformende Rohr 2 ist an der Axialformmaschine mit einem Ende an einem längs der Rohrachse 4 stationären axialen Widerlager 12 gelagert.The tube 2 to be formed is mounted on the axial forming machine with one end on an axial abutment 12 that is stationary along the tube axis 4 .

Zur Querschnittsreduzierung des Rohrs 2 werden der Dorn 6 mittels des Dornantriebs 9 mit einer axialen Dornbewegung längs der Rohrachse 4 in Richtung eines Pfeils 13 und die Umformmatrize 5 mittels des Matrizenantriebs 10 mit einer axialen Matrizenbewegung längs der Rohrachse 4 in Richtung eines Pfeils 14 bewegt.To reduce the cross-section of the tube 2, the mandrel 6 is moved by means of the mandrel drive 9 with an axial mandrel movement along the tube axis 4 in the direction of an arrow 13 and the forming die 5 by means of the die drive 10 with an axial die movement along the tube axis 4 in the direction of an arrow 14.

Figur 1 zeigt die Verhältnisse an der Vorrichtung 1 unmittelbar vor Beginn der querschnittsreduzierenden Umformung des Rohrs 2. In ihre Positionen längs der Rohrachse 4 wurden der Dorn 6 mittels des Dornantriebs 9 und die Umformmatrize 5 mittels des Matrizenantriebs 10 jeweils im Eilgang bewegt. figure 1 shows the conditions on the device 1 immediately before the start of the cross-section-reducing forming of the tube 2. The mandrel 6 was moved to its position along the tube axis 4 by means of the mandrel drive 9 and the forming die 5 by means of the die drive 10 in rapid traverse.

Die zu diesem Zeitpunkt verhältnismäßig hohen Vorschubgeschwindigkeiten der Umformmatrize 5 und des Dorns 6 werden aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung des Dornantriebs 9 und des Matrizenantriebs 10 durch die Antriebssteuerung 11 deutlich reduziert, sobald die Matrizenöffnung 7 der Umformmatrize 5 das zu der Umformmatrize 5 hin gelegene Ende des Rohrs 2 erreicht.The feed speeds of the forming die 5 and the mandrel 6, which are relatively high at this point in time, are significantly reduced due to a corresponding activation of the mandrel drive 9 and the die drive 10 by the drive controller 11 as soon as the die opening 7 of the forming die 5 reaches the end of the tube facing the forming die 5 2 reached.

Die Geschwindigkeitsreduzierung der Umformmatrize 5 und des Dorns 6 kann sowohl positions- als auch kraftgesteuert erfolgen.The reduction in speed of the forming die 5 and the mandrel 6 can take place both in a position- and force-controlled manner.

In dem dargestellten Beispielsfall werden für die Umformung des Rohrs 2 mittels der Antriebssteuerung 11 die Geschwindigkeit der axialen Dornbewegung in Richtung des Pfeils 13 auf 15 mm/s und die Geschwindigkeit der axialen Matrizenbewegung der Umformmatrize 5 in Richtung des Pfeils 14 auf 60 mm/s eingestellt. Die axiale Dornbewegung und die axiale Matrizenbewegung werden mittels der Antriebssteuerung 11 einander überlagert.In the example shown, the speed of the axial mandrel movement in the direction of arrow 13 is set to 15 mm/s and the speed of the axial die movement of the forming die 5 in the direction of arrow 14 to 60 mm/s for the forming of the tube 2 by means of the drive control 11 . The axial movement of the mandrel and the axial movement of the die are superimposed on one another by means of the drive control 11 .

Mit dem Einlaufen des freien Endes des Rohrs 2 in die Matrizenöffnung 7 wird die Rohrwand 3 in dem betreffenden Bereich gegen den Dorn 6 gedrückt. Dadurch wird zwischen der Rohrwand 3 und dem Dorn 6 ein Kraftschluss erzeugt.When the free end of the tube 2 enters the die opening 7, the tube wall 3 is pressed against the mandrel 6 in the relevant area. This creates a frictional connection between the tube wall 3 and the mandrel 6 .

Gleichzeitig wird die Rohrwand 3 aufgrund der der axialen Dornbewegung überlagerten axialen Matrizenbewegung in Richtung des Pfeils 14 durch die Umformmatrize 5 an deren in Richtung des Pfeils 14 gelegenen Seite auf Druck beansprucht und dadurch die Fließgrenze des Werkstoffs der Rohrwand 3 überschritten. Das axiale Widerlager 12, welches das von der Umformmatrize 5 beaufschlagte Rohr 2 abstützt, ist während der Beaufschlagung des Rohrs 2 durch die Umformmatrize 5 längs der Rohrachse 4 ortsfest.At the same time, due to the axial die movement superimposed on the axial mandrel movement, the tube wall 3 is subjected to pressure in the direction of arrow 14 by the forming die 5 on its side in the direction of arrow 14 and the yield point of the material of the tube wall 3 is thereby exceeded. The axial abutment 12, which supports the tube 2 acted upon by the forming die 5, is stationary along the tube axis 4 during the actuation of the tube 2 by the forming die 5.

Infolge des Kraftschlusses zwischen der Rohrwand 3 und dem Dorn 6 wird die an der Außenseite von der Umformmatrize 5 beaufschlagte Rohrwand 3 an der in der Richtung 13 der axialen Dornbewegung gelegenen Seite der Umformmatrize 5 mittels des Dorns 6 in Richtung des Pfeils 13 auf Zug beansprucht. Der mittels des Dornantriebs 9 angetriebene Dorn 6 zieht folglich die Rohrwand 3 aktiv in Richtung des Pfeils 13 durch die Matrizenöffnung 7 und die Dicke der Rohrwand 3 wird bei gleichzeitiger Längung des Rohrs 2 reduziert.As a result of the frictional connection between the tube wall 3 and the mandrel 6, the tube wall 3, which is acted upon on the outside by the forming die 5, is subjected to tensile stress on the side of the forming die 5 in the direction 13 of the axial movement of the mandrel by means of the mandrel 6 in the direction of arrow 13. The mandrel 6 driven by the mandrel drive 9 consequently actively pulls the tube wall 3 in the direction of the arrow 13 through the die opening 7 and the thickness of the tube wall 3 is reduced while the tube 2 is lengthened at the same time.

Figur 2 zeigt die Verhältnisse an der Vorrichtung 1 während des laufenden Umform prozesses. figure 2 shows the conditions on the device 1 during the ongoing forming process.

Der Dorn 6 beansprucht die Rohrwand 3 an der von der Umformmatrize 5 in der Richtung 13 der axialen Dornbewegung abliegenden Seite auf Zug. Durch die Umformmatrize 5 wird die Rohrwand 3 auf Druck beansprucht. Die von der Umformmatrize 5 und dem Dorn 6 auf die Rohrwand 3 ausgeübten Kräfte sind in Figur 2 durch Pfeile 15, 16 veranschaulicht.The mandrel 6 stresses the tube wall 3 on the side remote from the forming die 5 in the direction 13 of the axial movement of the mandrel. The pipe wall 3 is subjected to pressure by the forming die 5 . The forces exerted by the forming die 5 and the mandrel 6 on the pipe wall 3 are illustrated in FIG. 2 by arrows 15, 16.

Aufgrund einer entsprechenden Abstimmung der axialen Dornbewegung in Richtung des Pfeils 13 und der axialen Matrizenbewegung in Richtung des Pfeils 14, d.h. durch entsprechende Steuerung des Dornantriebs 9 und des Matrizenantriebs 10 erfolgt die Dickenreduzierung der Rohrwand 3, ohne dass es an der in Richtung des Pfeils 14 gelegenen Seite der Umformmatrize 5 zu einer Stauchung des Rohrs 2 kommt. Infolgedessen bedarf es zur Vermeidung einer Stauchung des Rohrs 2 im Falle der Vorrichtung 1 auch keiner zusätzlichen Armierung an der Außenseite des Rohrs 2.Due to a corresponding coordination of the axial mandrel movement in the direction of arrow 13 and the axial die movement in the direction of arrow 14, i.e. by appropriate control of the mandrel drive 9 and the die drive 10, the thickness of the tube wall 3 is reduced without there being any damage to the direction of the arrow 14 Located side of the forming die 5 to a compression of the tube 2 comes. As a result, no additional reinforcement is required on the outside of the tube 2 in the case of the device 1 to prevent the tube 2 from being compressed.

Mit XD ist in Figur 2 die Weglänge bezeichnet, über welche der Dorn 6 gegenüber seiner Position in Figur 1 in der Richtung 13 der axialen Dornbewegung vorgeschoben worden ist. Entsprechend bezeichnet XM in Figur 2 die Länge des Verfahrwegs der Umformmatrize 5 ausgehend von den Verhältnissen gemäß Figur 1.With X D is in figure 2 denotes the path length over which the mandrel 6 relative to its position in figure 1 has been advanced in the direction 13 of axial mandrel movement. Correspondingly, X denotes M in figure 2 the length of the traversing path of the forming die 5 based on the conditions according to FIG figure 1 .

In dem dargestellten Beispielsfall wird durch entsprechende Steuerung des Dornantriebs 9 und des Matrizenantriebs 10 dafür Sorge getragen, dass bei Erreichen der gewünschten Umformlänge an dem Rohr 2 der Dornantrieb 9 und der Matrizenantrieb 10 gleichzeitig stillgesetzt werden können.In the example shown, appropriate control of the mandrel drive 9 and the die drive 10 ensures that when the desired forming length is reached on the tube 2, the mandrel drive 9 and the die drive 10 can be shut down simultaneously.

Aufgrund des Umstands, dass gleichzeitig eine axiale Dornbewegung und eine dazu gegenläufige axiale Matrizenbewegung ausgeführt werden, lassen sich mittels der Vorrichtung 1 hohe Umformgeschwindigkeiten erzielen. Ungeachtet der hohen Umformgeschwindigkeit ergibt sich ein qualitativ hochwertiges Bearbeitungsergebnis an dem Rohr 2.Due to the fact that an axial mandrel movement and an opposite axial die movement are carried out at the same time, high forming speeds can be achieved by means of the device 1 . Irrespective of the high forming speed, a high-quality machining result is obtained on the tube 2.

Claims (11)

Vorrichtung zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrartigen Hohlkörpers (2) durch Umformen des Hohlkörpers (2), der eine Hohlkörperwand (3) aus einem plastisch verformbaren Werkstoff sowie eine in Längsrichtung des Hohlkörpers (2) verlaufende Hohlkörperachse (4) aufweist, • mit einer Umformmatrize (5), die zur Anordnung an der Außenseite des Hohlkörpers (2) ausgebildet ist und die eine zur Aufnahme des Hohlkörpers (2) ausgebildete Matrizenöffnung (7) aufweist mit einem Öffnungsquerschnitt, der kleiner ist als der Hohlkörperquerschnitt des Hohlkörpers (2) in einem Ausgangszustand, • mit einem Dorn (6), der zur Anordnung im Innern des Hohlkörpers (2) ausgebildet ist,
sowie • mit einem Umformantrieb (8), der einen Matrizenantrieb (10) sowie eine Antriebssteuerung (11) aufweist, wobei die an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordnete Umformmatrize (5) mittels des Matrizenantriebs (10) unter Reduzierung des Querschnitts des Hohlkörpers (2) mit einer axialen Matrizenbewegung längs der Hohlkörperachse (4) in einer Richtung (14) der axialen Matrizenbewegung relativ zu dem Hohlkörper (2) bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, • dass der Umformantrieb (8) zusätzlich zu dem Matrizenantrieb (10) einen Dornantrieb (9) aufweist, mittels dessen der im Innern des Hohlkörpers (2) angeordnete Dorn (6) mit einer der axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) entgegen gerichteten axialen Dornbewegung längs der Hohlkörperachse (4) durch die Matrizenöffnung (7) bewegbar ist, • dass die Hohlkörperwand (3) aufgrund der axialen Dornbewegung mittels des Dorns (6) in einer Richtung (13) der axialen Dornbewegung auf Zug beanspruchbar und dadurch relativ zu der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung durch die Matrizenöffnung (7) ziehbar ist und • dass mittels der Antriebssteuerung (11) des Umformantriebs (8) der Dornantrieb (9) und der Matrizenantrieb (10) derart steuerbar sind, dass die axiale Dornbewegung und die axiale Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) einander überlagert sind. Device for reducing the cross section of a tubular hollow body (2) by reshaping the hollow body (2), which has a hollow body wall (3) made of a plastically deformable material and a hollow body axis (4) running in the longitudinal direction of the hollow body (2), • with a forming die (5) which is designed to be arranged on the outside of the hollow body (2) and which has a die opening (7) designed to receive the hollow body (2) with an opening cross section which is smaller than the hollow body cross section of the hollow body ( 2) in an initial state, • with a mandrel (6) which is designed to be arranged inside the hollow body (2),
as • with a forming drive (8) which has a die drive (10) and a drive controller (11), wherein the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) is moved by means of the die drive (10) while reducing the cross section of the hollow body (2) with an axial die movement along the hollow body axis (4) in a direction (14) of the axial die movement relative can be moved to the hollow body (2),
characterized, • that the forming drive (8) has a mandrel drive (9) in addition to the die drive (10), by means of which the mandrel (6) arranged inside the hollow body (2) is driven with one of the axial die movement of the one on the outside of the hollow body (2) arranged forming die (5) can be moved in the opposite direction to the axial movement of the mandrel along the hollow body axis (4) through the die opening (7), • that the hollow body wall (3) can be subjected to tensile stress due to the axial mandrel movement by means of the mandrel (6) in a direction (13) of the axial mandrel movement and thereby relative to the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) in the direction (13) the axial movement of the mandrel through the die opening (7) can be drawn and • that the mandrel drive (9) and the die drive (10) can be controlled by means of the drive control (11) of the forming drive (8) in such a way that the axial mandrel movement and the axial die movement of the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) are superimposed on each other. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Hohlkörper (2) ein axiales Widerlager (12) vorgesehen ist, an welchem der Hohlkörper (2) in der Richtung (14) der axialen Matrizenbewegung abgestützt ist und welches bei der von der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) relativ zu dem Hohlkörper (2) ausgeführten axialen Matrizenbewegung längs der Hohlkörperachse (4) ortsfest ist.Device according to Claim 1, characterized in that an axial abutment (12) is provided for the hollow body (2), on which the hollow body (2) is supported in the direction (14) of the axial die movement and which at the of the at the The forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) is stationary relative to the hollow body (2) during the axial die movement along the axis (4) of the hollow body. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Antriebssteuerung (11) des Umformantriebs (8) der Matrizenantrieb (10) und der Dornantrieb (9) derart steuerbar sind, dass das Verhältnis der Geschwindigkeiten der axialen Dornbewegung und der axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) abhängig ist von dem Verhältnis des Querschnitts des Hohlkörpers (2) im Ausgangszustand und des reduzierten Querschnitts des Hohlkörpers (2).Device according to one of the preceding claims, characterized in that the die drive (10) and the mandrel drive (9) can be controlled by means of the drive control (11) of the forming drive (8) in such a way that the ratio of the speeds of the axial mandrel movement and the axial die movement of the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) depends on the ratio of the cross section of the hollow body (2) in the initial state and the reduced cross section of the hollow body (2). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Beträge der axialen Dornbewegung und der axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) reziprok ist zu dem Verhältnis der Geschwindigkeiten der axialen Dornbewegung und der axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5).Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the amounts of the axial mandrel movement and the axial die movement of the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) is reciprocal to the ratio of the speeds of the axial mandrel movement and the axial die movement the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass die Umformmatrize (5) mittels des Matrizenantriebs (10) mit einer Positionierbewegung aus einer Position abseits des umzuformenden Hohlkörpers (2) in eine Position bewegbar ist, in welcher die Umformmatrize (5) an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordnet ist und • dass mittels der Antriebssteuerung (11) des Umformantriebs (8) der Matrizenantrieb (10) und der Dornantrieb (9) derart steuerbar sind, dass der Dornantrieb (9) die axiale Dornbewegung einleitet, bevor die Umformmatrize (5) aufgrund der Positionierbewegung der Umformmatrize (5) an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordnet ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that • that the forming die (5) can be moved by means of the die drive (10) with a positioning movement from a position away from the hollow body (2) to be formed into a position in which the forming die (5) is arranged on the outside of the hollow body (2) and • that the drive control (11) of the forming drive (8) can be used to control the die drive (10) and the mandrel drive (9) in such a way that the mandrel drive (9) initiates the axial movement of the mandrel before the forming die (5) due to the positioning movement of the forming die (5) is arranged on the outside of the hollow body (2). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Querschnitt des Dorns (6) und der Hohlkörperwand (3) des Hohlkörpers (2) im Ausgangszustand größer ist als der Öffnungsquerschnitt der Matrizenöffnung (7) der Umformmatrize (5).Device according to one of the preceding claims, characterized in that the common cross section of the mandrel (6) and the hollow body wall (3) of the hollow body (2) in the initial state is larger than the opening cross section of the die opening (7) of the forming die (5). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, • dass die Umformmatrize (5) an dem Umfang der Matrizenöffnung (7) mit einem formgebenden Element, insbesondere mit einer formgebenden Verzahnung versehen ist
und/oder • dass der Dorn (6) an seinem Umfang mit einem formgebenden Element, insbesondere mit einer formgebenden Verzahnung versehen ist. Device according to Claim 6, characterized in that • that the forming die (5) is provided on the circumference of the die opening (7) with a shaping element, in particular with shaping teeth
and or • that the mandrel (6) is provided on its circumference with a shaping element, in particular with shaping teeth. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörperwand (3) aufgrund der axialen Dornbewegung mittels des Dorns (6) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung auf Zug beanspruchbar ist, indem der Dorn (6) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung wirksam formschlüssig an der Hohlkörperwand (3) abgestützt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow body wall (3) can be subjected to tension due to the axial mandrel movement by means of the mandrel (6) in the direction (13) of the axial mandrel movement, in that the mandrel (6) is moved in the direction ( 13) of the axial mandrel movement is effectively supported in a form-fitting manner on the hollow body wall (3). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörperwand (3) aufgrund der axialen Dornbewegung mittels des Dorns (6) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung auf Zug beanspruchbar ist, indem der Dorn (6) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung wirksam kraftschlüssig an der Hohlkörperwand (3) abgestützt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow body wall (3) can be subjected to tension due to the axial mandrel movement by means of the mandrel (6) in the direction (13) of the axial mandrel movement, in that the mandrel (6) is moved in the direction ( 13) the axial Mandrel movement is effectively non-positively supported on the hollow body wall (3). Vorrichtung nach Anspruch 9., dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (6) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung wirksam kraftschlüssig an der Hohlkörperwand (3) abgestützt ist, indem die an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordnete Umformmatrize (5) die Hohlkörperwand (3) in radialer Richtung der Hohlkörperachse (4) gegen den Dorn (6) beaufschlagt.Device according to Claim 9, characterized in that the mandrel (6) is supported in the direction (13) of the axial movement of the mandrel in an effective non-positive manner on the wall (3) of the hollow body, in that the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) the hollow body wall (3) is acted upon in the radial direction of the hollow body axis (4) against the mandrel (6). Verfahren zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrartigen Hohlkörpers (2) durch Umformen des Hohlkörpers (2), der eine Hohlkörperwand (3) aus einem plastisch verformbaren Werkstoff sowie eine in Längsrichtung des Hohlkörpers (2) verlaufende Hohlkörperachse (4) aufweist, • wobei an der Außenseite des Hohlkörpers (2) eine Umformmatrize (5) angeordnet wird, die eine zur Aufnahme des Hohlkörpers (2) ausgebildete Matrizenöffnung (7) mit einem Öffnungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Hohlkörperquerschnitt des Hohlkörpers (2) in einem Ausgangszustand, • wobei ein Dorn (6) im Innern des Hohlkörpers (2) angeordnet wird und • wobei die an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordnete Umformmatrize (5) mittels eines Matrizenantriebs (10) unter Reduzierung des Querschnitts des Hohlkörpers (2) mit einer axialen Matrizenbewegung längs der Hohlkörperachse (4) in einer Richtung (14) der axialen Matrizenbewegung relativ zu dem Hohlkörper (2) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, • dass der im Innern des Hohlkörpers (2) angeordnete Dorn (6) mittels eines zusätzlich zu dem Matrizenantrieb (10) vorgesehenen Dornantriebs (9) mit einer der axialen Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) entgegen gerichteten axialen Dornbewegung längs der Hohlkörperachse (4) durch die Matrizenöffnung (7) bewegt wird, • dass die Hohlkörperwand (3) aufgrund der axialen Dornbewegung mittels des Dorns (6) in einer Richtung (13) der axialen Dornbewegung auf Zug beansprucht und dadurch relativ zu der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) in der Richtung (13) der axialen Dornbewegung durch die Matrizenöffnung (7) gezogen wird und • dass der Dornantrieb (9) und der Matrizenantrieb (10) derart gesteuert werden, dass die axiale Dornbewegung und die axiale Matrizenbewegung der an der Außenseite des Hohlkörpers (2) angeordneten Umformmatrize (5) einander überlagert sind. Method for reducing the cross section of a tubular hollow body (2) by reshaping the hollow body (2), which has a hollow body wall (3) made of a plastically deformable material and a hollow body axis (4) running in the longitudinal direction of the hollow body (2), • wherein a forming die (5) is arranged on the outside of the hollow body (2) and has a die opening (7) designed to receive the hollow body (2) with an opening cross section that is smaller than the hollow body cross section of the hollow body (2) in one initial state, • wherein a mandrel (6) is arranged inside the hollow body (2) and • wherein the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) is moved by means of a die drive (10) while reducing the cross section of the hollow body (2) with an axial die movement along the hollow body axis (4) in a direction (14) of the axial die movement is moved relative to the hollow body (2), characterized, • that the mandrel (6) arranged inside the hollow body (2) counteracts the axial die movement of the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) by means of a mandrel drive (9) provided in addition to the die drive (10). axial movement of the mandrel along the hollow body axis (4) through the die opening (7), • that the hollow body wall (3) is subjected to tension in a direction (13) of the axial mandrel movement due to the axial movement of the mandrel by means of the mandrel (6) and thereby relative to that on the outside of the hollow body (2) the forming die (5) arranged in the direction (13) of the axial movement of the mandrel is drawn through the die opening (7) and • that the mandrel drive (9) and the die drive (10) are controlled in such a way that the axial mandrel movement and the axial die movement of the forming die (5) arranged on the outside of the hollow body (2) are superimposed on one another.
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