DE19532951A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Rohren mit inneren Wandverdickungen an den Enden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Rohren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.

Bei der konstruktiven Auslegung von belasteten Teilen im Fahrzeugbau (z. B. im Fahrrad-/Motorradbau) werden rotationssymmetrische Teile (z. B. Rohre) benötigt, die möglichst leicht sein sollen, jedoch an den belasteten Stellen die notwendigen Widerstandsmomente aufweisen müssen. Dazu werden bei rohrförmigen Konstruktionsteilen z. B. innen die Enden verstärkt, die Wanddicken in der Mitte innen verstärkt, Längsrippen innen angebracht oder Kombinationen dieser Maßnahmen durchgeführt. Da die Außendimensionen dieser rohrförmigen Konstruktionsteile aus konstruktiven Gründen nicht verändert werden können, diese sogar teils genormt sind (z. B. bei Fahrrädern), werden diese Maßnahmen grundsätzlich zweckmäßigerweise bei den rohrförmigen Werkstücken innen angebracht.

Diese Maßnahmen zur Modifikation im Innenbereich der rotationssymmetrischen Teile sind allerdings schon seit langem bekannt und sind Stand der Technik. Jedoch sind die dazu erforderlichen Maßnahmen sehr aufwendig und zum Teil auch heute noch mit vertretbaren Kosten praktisch nicht darstellbar. So kann auch heute schon ein rohrförmiges Konstruktionsteil für Fahrräder mit beiderseitiger innerer Verdickung der Rohrenden hergestellt werden. Es bedarf dazu aber mehrerer aufwendiger Ziehvorgänge und das an jedem einzelnen Konstruktionsteil. Durch die verfahrensbedingten Toleranzen bei der herkömmlichen Herstellung dieser Teile kann der Gewichtsvorteil nicht voll genutzt werden wegen des großen Toleranzfeldes z. B. der Ungleichwandigkeit (Wanddickendifferenzen), da die geringste Wanddicke in die Konstruktionsberechnung eingehen muß.

Aus der gattungsgemäßen DE-P 44 46 919 ist ein Verfahren zum Abstreckdrücken von innenverzahnten Teilen beschrieben, wobei auf einem Drückdorn ein Werkstück angeordnet ist, welches durch Kraftbeaufschlagung von Drückrollen plastisch verformt wird. Eingehend ist das Gleichlaufdrückverfahren und das Gegenlaufdrückverfahren beschrieben.

Dabei erlaubt die Drückwalztechnik äußerste Ausnutzungen der Gewichtsvorteile durch geringste Wanddicken wegen der erzielbaren höchsten Verfestigungen der verwendeten Materialien (Stahl, Stahllegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Titan und Titanlegierungen, Kupfer und Kupfer­ legierungen, Edelstähle etc.) sowie der extremen Gleichwandigkeit der hergestellten Teile. Das Verfahren erlaubt insbesondere im Inneren der Werkstücke hervorragende Oberflächen, d. h. die Rauhigkeiten sind äußerst gering. Diese geringen Oberflächenrauhigkeiten gewährleisten besonderen Schutz gegen Risse, die von inneren Kerben bei z. B. Überbelastungen ausgehen können. Das Verfahren erlaubt darüber hinaus hohe Wiederholgenauigkeiten. Streuungen innerhalb der Werkstücke sind minimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit denen kostengünstig und toleranzgenau drückgewalzte Rohre mit inneren Wandverdickungen an den Enden hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem ersten Arbeitsgang ein erster Drückdorn mit einem reitstockseitigen Absatz verwendet wird, daß die Drückrollen am reitstockseitigen Absatz ihre Umformarbeit beginnen und in Richtung Maschinenspindel arbeiten, daß anschließend das halbfertige Rohr vom ersten Drückdorn genommen wird, daß in einem zweiten Arbeitsgang das halbfertige Rohr an der Seite mit der bereits hergestellten Wandverdickung in ein in der Drückwalzmaschine montiertes Drehfutter (Spanndorn o. ä.) eingespannt wird und ein reitstockseitig befestigter zweiter Drückdorn mit einem Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht, in das halbfertige Rohr geschoben wird und daß anschließend die Drückrollen vom reitstockseitigen Ende in Richtung Maschinenspindelseite die zweite Wandverdickung formen.

Durch dieses Verfahren ist mit einfachen Mitteln ein Rohr mit inneren Wandverdickungen an den Enden herzustellen. Es wird in der Drückwalzmaschine lediglich ein reitstockseitig befestigter zweiter Drückdorn benötigt.

Erfindungsgemäß entspricht der Außendurchmesser des ersten Drückdorns dem gewünschten Innendurchmesser des unverdickten mittleren Bereiches des fertigen Rohres und der Außendurchmesser des Absatzes entspricht dem gewünschten Innendurchmesser der Wandverdickungen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drückdorn und/oder der Absatz auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen. Das Profil kann auch nur auf bestimmten Abschnitten angebracht sein und besteht vorteilhafterweise aus Rippen und Nuten. Es ist jedoch jedes andere erdenkliche Profil möglich.

In spezieller Ausführungsform ist der Drückdorn und/oder der Absatz zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck, wie z. B. ein Sechseck. Mit Dückdorn ist hier selbstverständlich der erste oder der zweite Drückdorn oder beide gemeint.

Erfindungsgemäß eignet sich dieses Verfahren und diese Vorrichtung besonders zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend eingehend beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den ersten Arbeitsgang zur Herstellung eines Rohres mit endseitigen Wandverdickungen;

Fig. 2 im Schnitt das halbfertige Rohr nach dem ersten Arbeitsgang;

Fig. 3 schematisch den zweiten Arbeitsgang;

Fig. 4 das fertige Rohr mit endseitigen Wandverdickungen;

Fig. 5 einen Arbeitsgang eines Rohres auf einem sechseckigen Drückdorn und das fertige Rohr nach der Bearbeitung;

Fig. 6 verschiedene Rohre mit unterschiedlichen inneren Profilen und

Fig. 7 einen Drückdorn mit einem Profil aus Rippen und Nuten.

Fig. 1 zeigt schematisch den ersten Arbeitsgang auf einer Drückwalzmaschine zur Herstellung eines Rohres 3 mit endseitigen Wandverdickungen. Das Rohr 3 ist auf einem ersten Drückdorn 1a angeordnet und wird durch Kraftbeaufschlagung der Drückrollen 2 plastisch verformt. Der Außendurchmesser des ersten Drückdorns 1a entspricht dabei dem gewünschten Innendurchmesser des später unverdickten mittleren Bereichs des fertigen Rohres 3.

Am ersten Drückdorn 1a ist ein reitstockseitiger Absatz 4 angeordnet, dessen Außendurchmesser d₁ dem gewünschten Innendurchmesser der endseitigen Wandverdickungen des fertigen Rohres 3 entspricht.

Als erster Arbeitsgang beginnen die Drückrollen 2 am reitstockseitigen Absatz 4 ihre Umformarbeit und arbeiten in Richtung der nicht gezeigten Maschinenspindel. Der Vorschub der Drückrollen 2 ist mit dem Bezugszeichen 8 angedeutet.

Fig. 2 zeigt das nach diesem Arbeitsgang hergestellte halbfertige Rohr 3a mit der auf einer Seite hergestellten einseitigen Wandverdickung 5. Mit dem Bezugszeichen 9 ist das Ende der Bearbeitung durch die Drückrollen 2 angedeutet.

Nachdem das halbfertige Rohr 3a vom ersten Drückdorn 1a genommen wurde, wird das halbfertige Rohr 3a in einem zweiten Arbeitsgang (siehe Fig. 3) an der Seite mit der bereits hergestellten Wandverdickung 5 in ein in der Drückwalzmaschine montiertes Drehfutter 6 (Spanndorn o. ä.) eingespannt. Außerdem wird ein reitstockseitig befestigter Drückdorn 1b in das halbfertige Rohr 3a geschoben. Der zweite Drückdorn 1b weist dabei einen Außendurchmesser d₂ auf, der dem Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht. Anschließend formen die Drückrollen 2 vom reitstockseitigen Ende aus in Richtung Maschinenspindel die zweite Wandverdickung. Mit dem Bezugszeichen 12 ist das Ende der Bearbeitung durch die Drückrollen 2 angezeigt.

Fig. 4 zeigt das fertige Rohr 3 mit den endseitigen Wandverdickungen.

Fig. 5a zeigt einen Drückdorn 1 mit einem sechseckigen Querschnitt, wobei gerade ein Rohr 3 von Drückrollen 2 bearbeitet wird. In Fig. 5b ist das fertige Rohr 3 gezeigt. Dieser Drückdorn 1 kann in den verschiedensten Modifikationen hergestellt sein. Mit Drückrollen 2 sind immer Drückwalzrollen gemeint.

Fig. 6 a, b, c zeigen drei verschiedene Rohre 3 mit jeweils unterschiedlicher Innenkontur. Fig. 6a zeigt ein Rohr 3 mit einem sechseckigen Querschnitt, wie Fig. 5b. Fig. 6b, c zeigen ein Rohr mit Rippen 10 und Nuten 11.

In Fig. 7 ist ein Drückdorn 1 mit Rippen 10 und Nuten 11 gezeigt. Es sind eine Vielzahl von Variationen dieser Drückdorne 1 und Absätze 4 möglich, die hier nicht alle dargestellt werden können.

Mit den verschiedenen vorstehend beschriebenen Werkzeuganordnungen können kaltdrückgewalzte Teile mit Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke hergestellt werden. Teils können die gewünschten Modifikationen im Inneren dieser Teile mit vertretbaren Kosten nur mit den beschriebenen Werkzeuganordnungen produziert werden. Bezogen. Auf die Fahrradindustrie bedeutet dies, daß mit dem Drückwalzverfahren hochfeste und dünnwandige Teile hergestellt werden können, die auf dem Sektor der Renn- und Rennsporträder sowie gegen Aluminiumräder eine gute Marktchance haben. Durch gute Gleichwandigkeiten, glatte Innenoberflächen und höchste Festigkeiten bei noch ausreichenden Dehnwerten werden dünnwandige und somit leichtere als heute übliche Bauteile möglich. Weiter erlauben die beschriebenen Vorrichtungen hohe Wiederholgenauigkeiten. Somit ist ein Teil wie das andere, da die Streuungen in den Werten minimal sind. Die Verfahren erlauben durch Variationen im Umformgrad und natürlich durch die Modifikationen im Inneren der Teile partiell unterschiedliche Widerstandsmomente und Festigkeiten. D.h., es besteht die Möglichkeit, die Stelle mit der höchsten Belastung den entsprechenden Widerstandsmomenten und Festigkeiten individuell zuzuordnen. Auch können beispielsweise an einem Teil höchste Festigkeiten an der einen Stelle und an einer anderen Stelle höchste Dehnwerte kombiniert werden. Schließlich erlauben die Vorrichtungen die Herstellung konischer Teile, partiell konischer Teile, kombiniert ggf. mit partiell unterschiedlich starken Wanddicken, sowie mit innen angebrachten Rippen oder Nuten in einem Arbeitsgang.

Alle diese Vorteile ergeben Kosteneinsparungen bei der Herstellung rohrförmiger Teile mit den beschriebenen Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von drückgewalzten Rohren (3) mit einem Drückdorn (1) und einer oder mehreren Drückrollen (2), wobei das Rohr (3) zwischen dem Drückdorn (1) und den Drückrollen (2) angeordnet ist und durch Kraftbeaufschlagung der Drückrollen (2) plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in einem ersten Arbeitsgang ein erster Drückdorn (1a) mit einem reitstockseitigen Absatz (4) verwendet wird,
• - daß die Drückrollen (2) am reitstockseitigen Absatz (4) ihre Umformarbeit beginnen und in Richtung Maschinenspindel arbeiten
• - daß anschließend das halbfertige Rohr (3a) vom ersten Drückdorn (1a) genommen wird,
• - daß in einem zweiten Arbeitsgang das halbfertige Rohr (3a) an der Seite (6) mit der bereits hergestellten Wandverdickung (5) in ein in der Drückwalzmaschine montiertes Drehfutter (6) (Spanndorn o. ä.) eingespannt wird und ein reitstockseitig befestigter zweiter Drückdorn (1b) mit einem Außendurchmesser (d₂), der dem Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht, in das halbfertige Rohr (3a) geschoben wird und
• - daß anschließend die Drückrollen (2) vom reitstockseitigen Ende in Richtung Maschinenspindelseite die zweite Wandverdickung formen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des ersten Drückdorns (1a) dem gewünschten Innendurchmesser des unverdickten mittleren Bereiches des Rohres (3) entspricht und der Außendurchmesser (d₁) des Absatzes (4) dem gewünschten Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn (1a, 1b) und/oder der Absatz (4) auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn (1a, 1b) und/oder der Absatz (4) zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil aus Rippen (10) und Nuten (11) besteht.

6. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren und diese Vorrichtung zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder verwendet wird.