DE19607010C1

DE19607010C1 - Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall und damit hergestellter Druckbehälter

Info

Publication number: DE19607010C1
Application number: DE1996107010
Authority: DE
Inventors: Manfred Klever
Original assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Current assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Priority date: 1996-02-24
Filing date: 1996-02-24
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2016-02-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall mit

einem rotierend angetriebenen Formwerkzeug mit einer Werkstückaufnahme für das Werkstückende,
einem Rotationsantrieb für das Werkstück,
einer Einrichtung zur Erzeugung eines Preßdruckes durch Vorschubbewegung des Formwerkzeugs und/oder des Werkstückes und
einer Ringheizung an der Stirnseite des Formwerkzeugs,

wobei der Innendurchmesser der Werkstückaufnahme größer ist als der Werkstückaußendurchmesser, wobei die Mittelachse des zur Formgebung in das Formwerkzeug eingeführten Werkstückendes zur Rotationsachse des Formwerkzeugs parallel versetzt ist und wobei das Formwerkzeug und das an der Innenwand des Formwerkzeugs anliegende Werkstück in gleicher Drehrichtung mit im wesentlichen gleichen Umfangsgeschwindigkeiten rotierend antreibbar sind.

Eine solche Vorrichtung ist aus der Praxis bekannt. Die Werkstückaufnahme weist einen geschlossenen konkaven Boden auf oder besitzt Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser, um einen nach außen vorstehenden Hals an das Werkstückende anzuformen. Die bekannte Vorrichtung eignet sich zur Herstellung von Druckbehältern, insbesondere Druckgasflaschen, aus einem Metallrohr, wobei der Boden und der Hals mit der Vorrichtung geformt werden können. Eine ähnliche Vorrichtung zur Herstellung von Druckgasflaschen ist aus DE-PS 8 57 333 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiter auszubilden, daß an das Werkstückende ein nach innen eingestülpter Kragen angeformt werden kann. Weiterhin soll ein mit der Vorrichtung hergestellter Druckbehälter in vorteilhafter Weise ausgestaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Werkstückaufnahme einen zum Umfang hin konkaven Boden mit einem ebenen Mittelbereich sowie mit einer in der Rotationsachse des Formwerkzeug angeordneten Bohrung aufweist und daß in dem Formwerkzeug ein drehbar gelagerter Zapfen eingesetzt ist, der die Bohrung des Bodens durchfaßt und mit seinem freien Ende in die Werkstückaufnahme hineinragt.

Das Werkstückende wird bei Eintritt in die Werkstückaufnahme mittels der an der Stirnseite der Form angeordneten Ringheizung auf Schmiedetemperatur erhitzt. Das Werkstück und das Formwerkzeug rotieren mit gleicher oder zumindest annähernd gleicher Umfangsgeschwindigkeit, wobei das Werkstückende während der Formgebung an einem zylindrischen Wandabschnitt der Werkstückaufnahme abrollt. Der an der Wand der Werkstückaufnahme abrollende Teil des Werkstücks ist keiner oder allenfalls nur geringer Reibung ausgesetzt. Da der Durchmesser der Werkstückaufnahme größer ist als der Werkstückdurchmesser und die Rotationsachsen des Werkstückes und des Formwerkzeugs mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind, tritt bei der Formgebung Reibung zwischen dem sich formenden Endstück und der Werkstückaufnahme auf, die vom Werkstückumfang radial nach innen zur Längsachse des Werkstücks zunimmt. Die beschriebenen Effekte ermöglichen eine überraschend hohe Umformgeschwindigkeit, wobei hohe Rotationsgeschwindigkeiten den Umformvorgang fördern. Der in die Werkstückaufnahme vorstehende Zapfen leitet den im Zuge der Umformung fließenden Werkstoff des Werkstückendes. Durch die drehbewegliche Lagerung des Zapfens dreht sich der Zapfen mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die durch die Rotationsbewegung des Werkstückes vorgegeben ist. Eine Reibung zwischen dem Zapfen und dem umgeformten Werkstückende in Umfangsrichtung tritt nicht auf. Der im Zuge der Umformung fließende Werkstoff des Werkstückendes läuft in Längsrichtung des Zapfens in das Werkstück hinein und bildet einen nach innen eingestülpten Kragen. Die Achse des Zapfens, die mit der Rotationsachse der Form zusammenfällt, ist gegenüber der Längsachse des Werkstückes versetzt. Die Innenwandfläche des sich bildenden Kragens rollt auf dem Zapfen ab und erhält dadurch seine Kontur. Es sind Kragen großer Länge herstellbar. Die auf den Zapfen wirkenden Druckkräfte während des Umformvorganges und die daraus resultierende Lagerbelastung der Lagerung des Zapfens sind überraschend klein, so daß übliche Wälzlager für die Lagerung des Zapfens in der Form eingesetzt werden können.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht das Formwerkzeug aus einer Welle mit einer stirnseitig offenen Kammer und einem in die Kammer eingepaßten zweiteiligen Block, wobei der Block eine Kernbohrung enthält, in die der Zapfen mit einer Wälzlagerung eingesetzt ist. Der Block ist zweckmäßig aus zwei miteinander verschraubten Ringen aufgebaut, wobei der vordere Ring die Werkstückaufnahme und eine von dem Zapfen durchfaßte Mitttelbohrung mit einer Gleitbuchse für den Zapfen aufweist und wobei in einer Bohrung des hinteren Ringes Axial- und Radialkräfte aufnehmende Wälzlager angeordnet sind. Der Block ist beispielsweise durch einen Paßstift drehfest in der Kammer fixierbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das in die Werkstückaufnahme vorstehende Ende des Zapfens einen kleineren Durchmesser auf, als der in der Bohrung des Bodens geführte Anschlußbereich des Zapfens, wobei der Anschlußbereich durch einen kegelförmigen oder bogenförmig ausgebildeten Bund in das Zapfenende übergeht und der Bund eine bodennahe Führungsfläche für den fließenden Werkstoff des Werkstückendes bildet. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß der Mittelbereich des Bodens einen die Bohrung ringförmig umgebenden Kragen als Führungsfläche für den im Zuge der Umformung fließenden Werkstoff des Werkstückendes aufweist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können nach innen eingestülpte Kragen von mehr als 50 mm Länge gebildet werden. Die Vorrichtung ist zum Umformen von dünnwandigen Metallrohren mit einer Wandstärke von etwa 3 mm ebenso geeignet wie für die Umformung dickwandiger Metallrohre mit einer Wandstärke von etwa 10 mm. Umformbar sind eine Vielzahl von Werkstoffen, beispielsweise Baustähle, legierte Stähle und Buntmetalle.

Gegenstand der Erfindung sind ferner mit der beschriebenen Vorrichtung hergestellte Druckbehälter aus Metall, insbesondere Druckgasflaschen aus Stahl, mit einem zylindrischen Mantel, einem angeformten Boden und einem angeformten Behälterhals, wobei der Behälterhals ein in das Behälterinnere eingestülpter Kragen ist, der mechanisch bearbeitet ist und ein Innengewinde zum Anschluß einer Armatur aufweist.

Aus der Praxis bekannte Druckgasflaschen besitzen einen halbkugelförmigen Kopf mit einem angeformten, nach außen gerichteten Hals. Der Hals ist mechanisch bearbeitet und weist ein Innengewinde zum Anschluß einer Armatur auf. Der erfindungsgemäße Druckbehälter zeichnet sich gegenüber diesem Stand der Technik durch eine kürzere Bauhöhe bei gleichem Volumen und gleichem Behälterdurchmesser aus. Insbesondere bei Druckgasflaschen mit genormtem Behälterdurchmesser hat die bei gleichem Füllvolumen kürzere Bauhöhe beachtliche Vorteile bei Einsatz, Lagerung und Transport.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall,

Fig. 2 einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine Druckgasflasche mit einem durch die erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellten Kopf.

Zum grundsätzlichen Aufbau der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung gehören ein rotierend angetriebenes Formwerkzeug mit einer Werkstückaufnahme 2 für das Werkstückende 3, ein Rotationsantrieb für das Werkstück, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Preßdrucks durch Vorschubbewegung des Formwerkzeugs 1 und/oder des Werkstückes und eine Ringheizung 4 an der Stirnseite des Formwerkzeugs 1. Der Rotationsantrieb sowie die Einrichtung zur Erzeugung des Preßdruckes haben einen bekannten Aufbau und sind in den Figuren nicht dargestellt. Das Formwerkzeug 1 ist in einem Gehäuse 5 drehbar gelagert.

Die an der Stirnseite des Formwerkzeugs 1 vorgesehene Ringheizung 4 erwärmt das zu formende Ende 3 des rohrförmigen Werkstückes auf Schmiedetemperatur. Das Werkstückende 3 wird in die Werkstückaufnahme 2 eingeführt und durch Pressen geformt, wobei der Preßdruck durch Vorschubbewegung des Formwerkzeugs 1 und/oder des Werkstückes erzeugt wird. Während der Formgebung rotiert das Werkstück um seine Längsachse 6. Der Durchmesser D der Werkstückaufnahme 2 ist wesentlich größer als der Werkstückdurchmesser d. Den Fig. 1 und 2 entnimmt man ferner, daß die Längsachse 6 des zur Formgebung in das Formwerkzeug eingeführten Werkstückendes 3 zur Rotationsachse 7 des Formwerkzeugs parallel versetzt ist und daß das Formwerkzeug 1 und das an der Innenwand des Formwerkzeugs anliegende Werkstück in gleicher Drehrichtung rotieren. Der Antrieb erfolgt durch separate, hier nicht dargestellte Antriebe, wobei die Drehzahlen so aufeinander abgestimmt sind, daß das Werkstück 3 und die zylindrische Innenwand der Werkstückaufnahme 2 mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen. Das Werkstück 2 rollt während der Formgebung an der zylindrischen Innenwand der Werkstückaufnahme 2 ab.

Da der Durchmesser D der Werkstückaufnahme 2 größer ist als der Werkstückdurchmesser d und die Rotationsachsen 6, 7 des Werkstückes und des Formwerkzeugs 1 parallel versetzt zueinander angeordnet sind, tritt bei der Formgebung des Endstückes 3 Reibung zwischen dem Werkstück 3 und der Werkstückaufnahme 2 auf, wobei die Reibung vom Werkstückumfang nach innen zur Werkstücklängsachse 6 zunimmt.

Insbesondere der Fig. 2 entnimmt man, daß die Werkstückaufnahme 2 einen zum Umfang konkaven Boden 8 mit einem ebenen Mittelbereich 9 sowie mit einer in der Rotationsachse 7 des Formwerkzeugs 1 angeordneten Bohrung 10 aufweist. In das Formwerkzeug 1 ist ein drehbar gelagerter Zapfen 11 eingesetzt, der die Bohrung 10 des Bodens 8 durchfaßt und mit seinem freien Ende in die Werkstückaufnahme 2 hineinragt. Der Zapfen 11 leitet den im Zuge der Umformung fließenden Werkstoff 12 des Werkstückendes 3, wobei ein in das Werkstückinnere eingestülpter Kragen 13 ausgebildet wird. Der Zapfen 11 wird von dem sich bildenden Kragen 13 in Rotation versetzt und hat die gleiche Umfangsgeschwindigkeit wie die Innenwandfläche des Kragens 13. Der Kragen 13 rollt auf dem Zapfen 11 ab und wird torsionsmomentfrei geformt. Mit der Vorrichtung ist es möglich, Einstülpkragen großer Länge zu bilden.

Insbesondere der Fig. 1 entnimmt man, daß das Formwerkzeug 1 aus einer Welle 14 mit einer stirnseitig offenen Kammer und einem in die Kammer eingepaßten zweiteiligen Block 15a, 15b besteht, wobei der Block 15a, 15b eine Kernbohrung enthält, in die der Zapfen 11 mit einer Wälzlagerung eingesetzt ist. Der Block besteht aus zwei miteinander verschraubten Ringen 15a, 15b. Der vordere Ring 15a weist die Werkstückaufnahme 2 und eine von dem Zapfen 11 durchfaßte Mittelbohrung mit einer Gleitbuchse 16 für den Zapfen 11 auf. In einer Bohrung des hinteren Ringes 15b sind Wälzlager 17 angeordnet, die Axial- und Radialkräfte aufnehmen. Der Block 15a, 15b ist im Ausführungsbeispiel durch einen Paßstift 18 drehfest in der Kammer gehalten. Ferner enthält die Welle 14 eine Zentralbohrung 19 für Kühl- und Schmiermittel.

Der Fig. 2 ist entnehmbar, daß das in die Werkstückaufnahme 2 vorstehende Ende des Zapfens 11 einen kleineren Durchmesser aufweist als der in der Bohrung 10 des Bodens 8 geführte Anschlußbereich des Zapfens 11. Der Anschlußbereich geht durch einen kegelförmigen oder im Ausführungsbeispiel bogenförmig ausgebildeten Bund 20 in das Zapfenende über. Der Bund 20 bildet eine bodennahe Führungsfläche für den im Zuge der Umformung fließenden Werkstoff 12 des Werkstückendes 3.

Die beschriebene Vorrichtung kann zur Herstellung von Druckgasflaschen eingesetzt werden. Eine solche Druckgasflasche ist in Fig. 3 dargestellt. Sie weist einen zylindrischen Mantel 21, einen auf bekannte Weise angeformten Behälterboden 22 sowie einen durch die beschriebene Vorrichtung angeformten Behälterhals 23 auf. Der Behälterhals 23 besteht aus einem in das Behälterinnere eingestülpten Kragen von etwa 50 mm Länge auf. Die Innenfläche ist mechanisch bearbeitet und weist ein Innengewinde 24 zum Anschluß einer Armatur auf. Durch den nach innen eingestülpten Kragen 23 zeichnet sich die Druckgasflasche bei vorgegebenem Füllvolumen und vorgegebenen Manteldurchmesser durch eine kurze Bauhöhe aus.

Claims

1. Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall, mit

einem rotierend angetriebenen Formwerkzeug mit einer Werkstückaufnahme (2) für das Werkstückende (3),
einem Rotationsantrieb für das Werkstück,
einer Einrichtung zur Erzeugung eines Preßdruckes durch Vorschubbewegung des Formwerkzeugs und/oder des Werkstückes und
einer Ringheizung (4) an der Stirnseite des Formwerkzeugs,

wobei der Innendurchmesser (D) der Werkstückaufnahme (2) größer ist als der Werkstückaußendurchmesser (d), wobei die Mittelachse (6) des zur Formgebung in das Formwerkzeug (1) eingeführten Werkstückendes (3) zur Rotationsachse (7) des Formwerkzeugs (1) parallel versetzt ist und wobei das Formwerkzeug (1) und das an der Innenwand des Formwerkzeugs (1) anliegende Werkstück in gleicher Drehrichtung mit im wesentlichen gleichen Umfangsgeschwindigkeiten rotierend antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (2) einen zum Umfang hin konkaven Boden (8) mit einem ebenen Mittelbereich (9) sowie mit einer in der Rotationsachse (7) des Formwerkzeugs (1) angeordneten Bohrung (10) aufweist und daß in dem Formwerkzeug (1) ein drehbar gelagerter Zapfen (11) eingesetzt ist, der die Bohrung (10) des Bodens (8) durchfaßt und mit seinem freien Ende in die Werkstückaufnahme (2) hineinragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1) aus einer Welle (14) mit einer stirnseitig offenen Kammer und einem in die Kammer eingepaßten zweiteiligen Block (15a, 15b) besteht, wobei der Block (15a, 15b) eine Kernbohrung enthält, in die der Zapfen (11) mit einer Wälzlagerung eingesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (15a, 15b) aus zwei miteinander verschraubten Ringen (15a; 15b) besteht, wobei der vordere Ring (15a) die Werkstückaufnahme (2) und eine von dem Zapfen (11) durchfaßte Mittelbohrung mit einer Gleitbuchse (16) für den Zapfen (11) aufweist und wobei in einer Bohrung des hinteren Ringes (15b) Axial- und Radialkräfte aufnehmende Wälzlager (17) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (15a, 15b) durch einen Paßstift (18) drehfest in der Kammer gehalten ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Werkstückaufnahme (2) vorstehende Ende des Zapfens (11) einen kleineren Durchmesser aufweist, als der in der Bohrung des Bodens (8) geführte Anschlußbereich des Zapfens (11), wobei der Anschlußbereich durch einen kegelförmigen oder bogenförmig ausgebildeten Bund (20) in das Zapfenende übergeht und der Bund (20) eine bodennahe Führungsfläche für den im Zuge der Umformung fließenden Werkstoff (12) des Werkstückendes (3) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich des Bodens (8) einen die Bohrung (10) ringförmig umgebenden Kragen als Führungsfläche für den im Zuge der Umformung fließenden Werkstoff des Werkstückendes (3) bildet.

7. Mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellter Druckbehälter aus Metall, insbesondere Druckgasflasche, mit einem zylindrischen Mantel (21), einem angeformten Behälterboden (22) und einem angeformten Behälterhals (23), wobei der Behälterhals (23) mechanisch bearbeitet ist und ein Innengewinde (24) zum Anschluß einer Armatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterhals (23) ein in das Behälterinnere eingestülpter Kragen (13) ist.