DE19607010C1 - Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall und damit hergestellter Druckbehälter - Google Patents
Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall und damit hergestellter DruckbehälterInfo
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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 (8)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1996107010 DE19607010C1 (de) | 1996-02-24 | 1996-02-24 | Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall und damit hergestellter Druckbehälter |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19607010C1 true DE19607010C1 (de) | 1996-12-12 |
Family
ID=7786357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996107010 Expired - Lifetime DE19607010C1 (de) | 1996-02-24 | 1996-02-24 | Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall und damit hergestellter Druckbehälter |
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