DE2337500A1

DE2337500A1 - Verfahren zum herstellen eines hohlen umdrehungskoerpers bzw. eines behaelters

Info

Publication number: DE2337500A1
Application number: DE19732337500
Authority: DE
Inventors: Horst-Lothar Erfurt; Holger Kreft; Walter Tronsberg
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1973-07-24
Filing date: 1973-07-24
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2337500B2; US3943867A; IT1015721B; FR2238544B3; FR2238544A1

Description

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft

München,den l8. Juli 1973

Verfahren zum Herstellen eines hohlen Umdrehungskörpers bzw. eines Behälters

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren.zum Herstellen eines insbesondere dünnwandigen Umdrehungskörpers, der aus einem Rohr und einem schalenförmigen, konvexen Boden besteht, z.B. für einen Innendruckbehälter. Dieser Umdrehungskörper dreht sich im allgemeinen nicht um seine Achse, sondern ist hier als ein mittels der Guldinschen Regel konstruierbarer Umdrehungs- bzw. Rotationskörpers zu verstehen.

Man könnte ein genanntes Rohr und einen genannten Boden voneinander getrennt herstellen und dann miteinander zu dem genannten Umdrehungskörper verschweißen. Dies ist relativ auf v/endig und teuer. Auch weist dieser Umdrehungskörper dann eine Werkstoffflußunterbrechung auf. Die Schweißverbindung bzw. die Schweißnaht ist meist wenig erwünscht. Den Umdrehungskörper aber z.B. durch Drehen aus dem Vollen herzustellen, erfordert sehr viel Ausgangswerkstoff und ist ebenfalls aufwendig und teuer.

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Aufgabe gemäß der Erfindung ist, den Umdrehungskörper mit viel weniger Ausgangswerkstoff aus einem einzigen Stück herzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst., daß ein schalenförmiger, an die Form des genannten Bodens angelehnter Rohling durch spanloses Verformen hergestellt wird, dieser Rohling durch Drehbearbeitung einen durch Strecken zu diesem Boden oder zum betreffenden Bodenteil verformbaren Bodendrehteil und einen daran anschließenden, durch Strecken zum genannten Rohr verformbaren Rohrdrehteil erhält.und durch Strecken dieser beiden Drehteile der genannte Umdrehungskörper hergestellt wird.

Pur das Herstellen diese Rohlings aus Metall, insbesondere Stahl, aber auch Aluminium, durch spanloses "Verformen, besonders Schmieden, vorzugsweise Gesenkschmieden, ist viel weniger Ausgangswerkstoff erforderlich als für das Drehen des Umdrehungskörpers aus dem Vollen, denn die Wanddicke des schalenförmigen Rohlings ist relativ gering und seine erforderliche axiale Erstreckung ist relativ gering. Dieser Rohling ist wegen seiner relativ geringen axialen Erstreckung durch spanloses Verformen, insbesondere Gesenkschmieden, herstellbar. Weitere Vorteile der Erfindung sind, daß eine große Formgenauigkeit des Umdrehungsköprers erzielt wird, dieser keine Unterbrechung des Werkstoffflusses am Übergang vom Boden zum Rohr und dort keine Schweißverbindung bzw. -naht auf-

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weist -und Werkstoff- und Herstellungsaufwand und die betreffenden Kosten relativ gering sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein'extrem leichter Umdrehungskörper hergestellt werden.

Bei einem genannten Strecken handelt es sich insbesondere um ein Kaltverformen, z.B. bei einem Rohling aus Stahl, um ein Warmverformen z.B. bei einem Rohling aus Titan.

Folgende Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens machen dieses Verfahren noch vorteilhafter, insbesondere die genannte Formgenauigkeit noch größer, den Werkstofffluß am genannten Übergang noch besser und die axiale Erstreckung des Rohlings noch geringer:

Das Strecken des Bodendrehteils ist insbesondere ein Streckprojizieren, das auch Projizierabstreckdrücken genannt wird. Das Strecken des Rohrdrehteils ist insbesondere ein Fließdrücken. Insbesondere erhält durch die Drehbearbeitung der Bodendrehteil die Form einer nach außen abstehenden Wulst und zum Rohrdrehteil hin zunehmende Wanddicke. Die Längsschnittfläche und die Länge der Wulst sind so groß, daß sich durch das Strecken die gewünschte Wanddicke und Kurvenlänge des Bodens bzw. des zugehörigen Bodenteils ergeben. Das Strecken des Bodendrehteils wird insbesondere mittels eines Drück- bzw. Streokdorns und Drück- bzw. Streckrollen durchgeführt. Vorteilhafterweise beginnt durch die Drehbearbeitung die genannte Wulst mit einem Absatz zum Angriff von Drück- bzw.

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Streckrollen. Dadurch wird erreicht, daß der Werkstoff vom Beginn des Streckens an fließt und nicht reißt. Dagegen erhält durch die Drehbearbeitung der- Rohrdrehteil insbesondere gleichbleibende Wanddicke. Meist ist diese Wanddicke größer als die größte Wanddicke der genannten Wulst. Sie ist so groß, daß sich zusammen mit der Länge des Rohrdrehteils durch das Strecken die gewünschte Wanddicke und Länge des Rohrs ergeben. Meist wird der Rauminhalt des Rohrdrehteils so gewählt, daß nach dem Strecken die Wanddieke des Rohrs so oder etwa so groß ist wie die Wanddieke des Bodens bzw. Bodenteils, er kann aber auch so gewählt werden, daß nach dem Strecken die Wanddieke des Rohrs doppelt oder etwa doppelt so groß ist wie die Wanddicke des Bodens bzw. Bodenteils. Dies ist insbesondere wichtig für die Herstellung von Innendruckbehaltern, worauf später näher eingegangen wird.

Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen eines Behälters über das vorn genannte erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß zwei genannte Umdrehungskörper gleichen Rohrdurchmessers hergestellt werden-und daß ihre beiden Rohre über ihre Stirnseiten miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden werden. Der so erhaltene Behälter weist nur eine einzige Schweißnaht auf. Ferner besteht ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen eines Behälters aus einem Umdrehungskörper, der gemäß dem vorn genannten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, darin, daß der Umdrehungskörper an seinem offenen Ende einen ebenfalls schalenartigen, konvexen Boden erhält, indem dieser Boden und das Rohr über ihre Stirnseiten miteinander durch Schweißen oder Löten

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verbunden werden. Der so erhaltene Behälter weist ebenfalls nur eine einzige Schweißnaht auf.

In beiden Fällen ist das Schweißen insbesondere ein Elektronenstrahlschweißen, denn erst durch die durch das erfindungsgemäße' Verfahren erzielte hohe Formgenauigkeit,bringt das Elektronenstrahlschweißen eine einwandfreie Verbindung. Es können z.B. Toleranzen von weniger als o,o4 mm bei etwa 3oo mm Rohrdurchmesser und 2 mm Rohrwanddicke erreicht werden.

Nach einem genannten Behälterherstellungsverfahren kann mit Vorteil auch ein Innendruckbehalter hergestellt werden, indem insbesondere diejenige genannte Ausbildung des Verfahrens angewendet wird, gemäß der die oder etwa die Gleichheit der Wanddicken des Rohrs und des Bodens erzielt wird, und indem dann die beiden Rohre bzw. das Rohr nach diesem Verschweißen oder Verlöten mit einer zumindest einen Teil des Innendrucks aufnehmenden Umwicklung aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Draht versehen werden bzw. wird. Diese Umwicklung ist vorzugsweise so stark bzw. so fest und so dick, daß sie etwa 5o % des Innendrucks bzw. der Innendruckkräfte aufnimmt, während die Rohre bzw. das Rohr ebenfalls etwa 5o % aufnehmen bzw. aufnimmt. Dies ist sehr vorteilhaft, weil der Umdrehungskörper mit gleichen Wanddicken seines Rohrs und seines Bodens mit wenig Aufwand und sehr gutem Werkstofffluß am Übergang vom Boden zum Rohr hergestellt werden kann. Ohne diese Umwicklung aber muß bei gleichem Innendruck die Wand-

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dicke des Rohrs etwa doppelt so groß sein wie des Bodens· Wenn gewünscht oder erforderlich, können zusätzlich die beiden Böden mit einer zumindest einen Teil des Innendrucks aufnehmenden Umwicklung genannter Art versehen werden. Der Innendruck des Behälters, der relativ hoch sein kann, kann von einem gasförmigen oder flüssigen Medium stammen, zu dessen Aufnahme der Behälter dient. Beim genannten faserverstärkten Kunststoff handelt es sich insbesondere um kohlenstoffaserverstärkten Kunststoff. Ein genannter Umdrehungskörper oder Behälter ist z.B. zur Aufnahme eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem Kraft-, Luftoder Raumfahrzeug bestimmt.

Der Boden des Umdrehungskörpers ist vorzugsweise' halbkugelförmig, kann aber auch eine andere, z.B. halbellipsoide oder dgl. Form haben.

In Fig. 1 der Zeichnung ist Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung zum Herstellen eines dünnwandigen Umdrehungskörpers genannter Art an Hand eines Längsschnitts durch die schalenform!gen Gebilde der verschiedenen Verfahrensscnritte dargestellt, wobei diese Gebilde der Einfachheit halber nur auf der einen Seite der Achse dargestellt sind.

Fig. 2 und 3 der Zeichnung zeigen Ausführungsbeispiele fertiger Umdrehungskörper, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, im Längsschnitt.

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Fig. 4 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Behälters, der über das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist, in Ansicht.

Gemäß Fig. 1 ist strichpunktiert ein geschmiedeter Rohling dargestellt. Er ist ein Umdrehungskörper gemäß der Guldinschen Regel, hat Schalenform und verläuft vom Zentralgebiet zuerst relativ flach - Teil Io - und dann steiler - Teil 11. Dieser Rohling lo, 11 ist an die Form des halbkugelförmigen Bodens des aus dem Rohling herzustellenden Umdrehungskörpers angelehnt. Dieser Boden ist vom Zentralgebiet aus zuerst schraffiert und anschließend dünnliniert dargestellt. Der herzustellende, also fertige Umdrehungskörper weist anschließend an diesen Boden bzw. an einen Teil 13 desselben ein relativ langes, zylindrisches Rohr 19 auf, dessen Wanddicke gleich der des Bodens bzw. des Bodenteils 13 ist. Der schalenförmige Rohling lo,ll umfaßt trotz seiner axial relativ geringen Erstreckung vom Zentralgebiet hintereinander die Teile, aus denen dieser Boden und dieses Rohr hergestellt werden. Der schraffierte Teil 12 dieses Bodens wird aus dem Teil Io des Rohlings lo,11 durch Drehbearbeitung hergestellt. Der dünnliniert dargestellte Teil 13 dieses Bodens wird aus den Teilen Io und 11 des Rohling durch Drehbearbeitung und späteres StreckproJizieren des erhaltenen Bodendrehteils hergestellt. Der durch diese Drehbearbeitung erhaltene Bodendrehteil ist eine nach radial außen abstehende Wulst l4, die mit einem Absatz 15 für nicht dargestellte .Drück- bzw. Streckrollen beginnt und deren Wanddicke zum

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Rohrdrehteil 16 hin zunimmt; alles wird durch diese Drehbearbeitung erzielt. Der. Rohrdrehteil 16 schließt sich an die Wulst 14 an und wird aus dem Teil 11 des Rohlings durch Drehbearb.eitung hergestellt. Der Rohrdrehteil 16 ist zylindrisch und liegt koaxial. Seine Wanddicke ist mehr als doppelt so groß wie die größte, an der Stelle 17 gemessene Wanddicke der Wulst ]A.

Zuerst erfolgt das Drehen des Bodenteils 12, anschließend des Absatzes 15 und der Wulst 14 und dann des Rohrdrehteils 16, und zwar alles numerisch gesteuert oder mittels Kopierschablone, und dann erfolgt das Streckprojizieren der Wulst lh zum Bodenteil 13, wobei die Stelle 17 an die Stelle l8 - Axialende des Teils IJ gelangt, und anschließend, meist mittels anderer Drück- bzw. Streckrollen, ein PließdrUcken des Rohrdrehteils 16 zum Rohr 19· Das Folgende ist der Einfachheit halber nicht besonders dargestellt: Das Streckprojizieren der Wulstl4 geschieht auf einem halbkugeligen, sich drehenden Drück- bzw. Streckdorn, das Fließdrücken des Rohrdrehteils 16 auf einem zylindrischen, sich drehenden Fließdrückdorn; der zu streckende Körper wird auf dem betreffenden Dorn fest aufgespannt.

Der Rauminhalt des Rohrdrehteils 16 ist so gewählt, daß nach dem Fließdrücken die Wanddicke des Rohrs 19 so groß ist wie die Wanddicke des Bodenteils 1J5. Dies ist auch gut in Fig. 2 erkennbar.

Dagegen war bei dem Umdrehungskörper gemäß Fig. 3 der Rauminhalt

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des Rohrdrehteils so gewählt, daß nach dem Fließdrücken die Wanddicke des Rohrs doppelt so groß ist wie die Wanddicke des Bodens.

Werden durch das genannte Verfahren zwei genannte Umdrehungskörper gleichen Rohrdurchmessers hergestellt und werden die beiden Rohre 2o und 21 anschließend über ihre Stirnseiten miteinander verschweißt, so ergibt sich der Behälter oder Innendruckbehälter gemäß Pig, k mit einer einzigen Schweißnaht

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Claims

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft
München, den l8.
Juli 1973
Patentansprüche
f 1,!Verfahren zum Herstellen eines insbesondere dünnwandigen Umdrehungskörpers, der aus einem Rohr und einem schalenförmigen, konvexen Boden besteht, z.B. für einen Innendruckbehälter, dadurch gekennzeichnet, dai3 ein schalenförmig-er, an die -^orm des genannten Bodens (12,13) angelehnter Rohling (lo,ll) durch spanloses Verformen hergestellt wird, dieser Rohling (lo,ll) durch Drehbearbeitung einen durch Strecken zu diesem Boden (12,IJ) oder zum betreffenden Bodenteil (13) verformbaren Bodendrehteil (l4) und einen daran anschließenden, durch Strecken zum genannten Rohr (19) verformbaren Rohrdrehteil (l6) erhält und durch Strecken dieser beiden Drehteile (l4,l6) der genannte Umdrehungskörper (12,13,19) hergestellt wird.
2, Verfaaren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strecken des Bodendrehteils (l4) ein Streckprojizieren ist.
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3. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strecken des Rohrdrehteils (l6) ein Fließdrücken ist.

4. Verfahren insbesondere nach Anspruch 1, 2 oder J5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehbearbeitung der Bodendrehteil die Form einer nach außen abstehenden Wulst (l4) und zum Rohrdrehteil (16) hin zunehmende Wanddicke erhält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehbearbeitung diese Wulst (l4) mit einem Absatz (15) zum Angriff von Drück- bzw. Streckrollen feeginnt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5* insbesondere nach Anspruch 1 und 3* dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehbearbeitung der Rohrdrehteil (l6) gleichbleibende Wanddicke erhält.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch 1 und J, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rauminhalt des Rohrdrehteils (l6) so gewählt wird, daß nach dem Strecken die Wanddicke des Rohrs (19) etwa so groß ist wie die Wanddicke des Bodens (12,13) bzw. Bodenteils (13).

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8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch 1 und 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Rauminhalt des ^Rohrdrehteils (ΐβ) so gewählt wird, daß nach dem Strecken die Wanddicke des Rohrs (19) etwa doppelt so groß ist wie die Wanddicke des Bodens bzw. Bodenteils.

9. Verfahren zum Herstellen eines Behälters über das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei genannte Umdrehungskörper gleichen Rohrdurchmessers hergestellt werden und daß ihre beiden Rohre (2o,21) über ihre Stirnseiten miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden werden.

10. Verfahren zum ^erstellen eines Behälters aus einem Umdrehungs körper, der gemäß dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist, dadurch, gekennzeichnet, daß der Umdrehungskörper (12,15,19) an seinem offenen Ende einen ebenfalls schalenartigen, konvexen Boden erhält, indem dieser Boden und das Rohr (19) über ihre Stirnseiten miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen ein Elektronenstrahlschweißen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder lo, insbesondere 7 und 9 oder 7 und lo, für einen Innendruckbehalter, dadurch gekennzeichnet,

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daß die beiden Rohre (2o,2l) bzw. das Rohr (19) nach diesem Verschweißen oder Verlöten mit einer zumindest einen Teil des Innendrucks aufnehmenden Umwicklung aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Draht versehen werden bzw. wird.

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die beiden Böden (12,13) mit einer zumindest einen Teil des Innendrucks aufnehmenden Umwicklung genann ter Art versehen werden.

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