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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Verbindung
zwischen dem Rohrende und einem im Rohrende gehaltenen Abschlußteil.
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Bei
derartigen Verfahren ist es bekannt, dass das Rohrende einer Bördelvorrichtung
mit wenigstens einer Bördelrolle
zugeführt
wird, und die wenigstens eine Bördelrolle,
bei angemessener Drehbewegung der Bördelvorrichtung oder des Rohres,
das Rohrende mit einer Kraft um etwa 90° gegen das Abschlußteil einbördelt, und
abschließend
das Rohr mit der fertiggestellten Bördelverbindung aus der Bördelvorrichtung
entfernt wird.
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Bördelverbindungen
sind im Stand der Technik häufig
anzutreffen. Sie sind vielgestaltig, wie der Ausgabe „Feinmechanische
Bauelemente" erschienen
im Carl Hanser Verlag, München,
4. Auflage, Seiten 187 bis 189, zu entnehmen ist. Insbesondere die Abbildung
2.120 dieser Ausgabe zeigt mit der Bezeichnung a und b die Ausgangsform
und die Endform einer Bördelverbindung,
die durch das neue Verfahren beispielsweise zu erzeugen ist.
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Das
Einbördeln
eines Bördelrandes
erfolgt üblicherweise
mit Bördelrollen,
die entweder von Hand zu führen
sind oder, bei industriell erstellten Produkten, maschinell eingesetzt
sind. Dabei wird die Bördelrolle
zumeist seitlich an den Bördelrand
herangeführt
und der Bördelrand
verformt sich entweder entsprechend der Kontur in der Mantelfläche dieser
Bördelrolle
oder entsprechend deren Schwenkbewegung (
DE 476 588 C ). Während des
Einbördelns
wird die Oberfläche
des Bördelrandes
mechanisch stark beansprucht. Dies umso mehr, je tiefer der Bördelrand
zu seiner Mittenachse hin einzubördeln
ist. Bei einer Einbördelung
eines Rohres um 90° ergeben
sich hinsichtlich Drehgeschwindigkeit und Drehbewegung Unterschiede
zwischen dem Bördelrand
und der an der Mantelfläche
des Rohres angetriebenen Bördelrolle,
insbesondere am freien Ende des Bördelrandes, so dass der Bördelrand
aufgerieben wird. Dabei kann sich der Bördelrand wellen, mitunter wird
er aufreißen.
Außerdem
kann der eingebördelte
Bördelrand
zurückfedern,
eine schlüssige, gewissermaßen wasserdichte
Bördelverbindung
mit einem inliegenden Abschlußteil
wird dadurch ungewiß.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung für
das eingangs bezeichnete Einbördeln
eines Rohrendes ein Verfahren anzugeben, das, unter Vermeidung der vorstehend
benannten Mängel,
eine maschinelle Einbördelung
erlaubt bei der eine formschlüssige,
quasi wasserdichte Bördelverbindung
entsteht und bei der der Rohrdurchmesser erhalten bleibt. Darüber hinaus
ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens anzugeben.
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Die
Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei
wird vorgeschlagen, dass eine axial auf die Stirnseite des Rohrendes
fortschreitend am Umfang aufgebrachte erste Kraft das Rohrmaterial
an einem kontinuierlich umlaufenden ersten Kraftangriffspunkt staucht
und eine radial am Rohrende angreifende zweite Kraft, dem ersten
Kraftangriffspunkt nacheilend, dass in Achsrichtung gestauchte,
aus der Mantelfläche
des Rohres gewölbte Material
kontinuierlich umlaufend unter plastischer Verformung in Richtung
der Rohrachse preßt
und die axiale Zustellung der angreifenden ersten Kraft bis zur
Erreichung der notwendigen Umformung erfolgt.
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Je
Umdrehung wird das Rohrende wenigstens einmal zunächst von
der Bördelrolle
gestaucht und nachfolgend von der Kalibrierrolle gestreckt. Durch
aufeinanderfolgende Umdrehungen wird das Rohrende regelrecht gewalkt.
Das Rohrende erhitzt sich dadurch und der metallene Werkstoff des
Rohrendes läßt sich
unter dem Druck der Bördelrolle
fließend
in seine Endlage verformen. Die Verformung ist bleibend, sie federt
nicht zurück.
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Das
Ergebnis ist eine spannungsfreie, formschlüssige Bördelverbindung mit dem inliegenden Abschlußteil, das
dem Anpreßdruck
der Bördelrolle widersteht.
Der fließende
Zustand des Werkstoffes verhindert ein Entstehen von Wellen oder
Rissen. Bishin in die Endlage des eingebördelten Rohrendes rollt die
Mantelfläche
der Bördelrolle
stets nur am stirnseitigen Ende des Rohrendes ab. Die Drehbewegungen
werden sich dadurch stets angleichen, so dass ein Aufreiben des
Rohrendes, das hier den Bördelrand
darstellt, unterbleibt. Durch das neue Verfahren lassen sich selbst
Rohre aus Aluminium einwandfrei um 90° einbördeln.
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Die
Kalibrierrolle bildet Stauchverformungen des Rohrmantels zurück. Das
im Rohr gehaltene Abschlußteil
kann diesen Vorgang unterstützen.
Somit bleibt der Rohrdurchmesser erhalten und das Rohr mit seiner
Bördelverbindung
kann nachfolgend in eine vorbereitete Aufnahme eingefügt werden.
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Das
Erzeugen einer erfindungsgemäßen Bördelverbindung
wird vorteilhaft beschleunigt durch Erhöhen der Drehgeschwindigkeit.
Insbesonders vorteilhaft ist eine mehrfache, und zwar abwechselnde
Anordnung von Bördel-
und Kalibrierrollen am Umfang des Rohrendes. Der dadurch mehrfach
abfolgende Wechsel von Stauch- und Streckvorgängen innerhalb einer Umdrehung
läßt die Fließtemperatur des
Werkstoffes schneller erreichen und verkürzt somit den Bördelvorgang.
Mehrere Kalibrierrollen am Rohrumfang können möglicherweise auftretende Seitenkräfte aufnehmen
und das Rohr während
des Bördeln
zentrieren.
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Es
folgt die beispielhafte Beschreibung eines Verfahrens zur Erzeugung
einer Bördelverbindung an
einem Rohrende gemäß der Erfindung.
Daran anschließend
folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung
zur Ausführung des
Verfahrens. Die zur Beschreibung benutzten Darstellungen zeigen
in
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1 das
vorgeschlagene Verfahren in schematisch dargestellten Verfahrensschritten
a, b und c,
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2 einen
Bördelkopf
mit jeweils drei Bördel-
und Kalibrierrollen,
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3 eine
Seitenansicht des Bördelkopf
es aus 2, geschnitten dargestellt, und
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4 eine
alternative Ausgestaltung von Bördelrolle
und zugehöriger
Kalibrierrolle.
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1a zeigt ein Rohr (1) mit einem
inliegend kraftschlüssig
gehaltenen Abschlußteil
(2). Das Abschlußteil
(2) wird vom Rohrende (3) überragt. Das Rohrende (3)
stellt einen Bördelrand
dar, der um ca. 90° auf
das Abschlußteil
(2) einzubördeln
ist. Das Rohr (1) wird mit dem Rohrende (3) einer
Bördelvorrichtung
z.B. einem Bördelkopf
zugeführt.
Die Bördelvorrichtung
ist mit einer oder mehreren Bördelrollen und
mit einer oder mehreren Kalibrierrollen ausgestattet. Die Bördelrolle
(4) ist nach 1b senkrecht zur
Rohrachse (6) gelagert. Die Bördelrolle (4) belastet
das stirnseitige, freie Ende des Rohrendes (3) mit einer
Kraft P, die den Anpreßdruck
der Bördelrolle darstellt.
Die Kraft P beträgt
beispielsweise 2 t. Die Kalibrierrolle (5) ist koaxial
zur Rohrachse (6) gelagert. Die Kalibrierrolle (5)
ist in der Bördelvorrichtung so
gehalten, dass ihre Mantelfläche
am Rohr (1) in Höhe
des Rohrendes (3) abrollt. Die Kalibrierrolle (5) korrigiert Verformungen
des Rohr-Mantels, die durch die Kraft P der Bördelrolle (4) erzeugt
wurden. Während
des Einbördelns
verdreht sich die Bördelvorrichtung
mit der Bördelrolle
(4) und der Kalibrierrolle (5) gegenüber dem
Rohr (1) oder umgekehrt. Dabei rollen die Bördelrolle
(4) und die Kalibrierrolle (5) mit ihrer Mantelfläche am Rohr
(1) ab. Die Kraft P der Bördelrolle (4), die
korrigierende Streckwirkung der Kalibrierrole (5) und die
Geschwindigkeit der relativen Verdrehung von Rohr (1) und
Bördelvorrichtung
bördeln
das Rohrende (3) auf das Abschlußteil (2) ein. Den
Endzustand der Einbördelung
zeigt 1c.
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In 2 ist
der Bördelkopf
(7) einer Einbördel-Vorrichtung
dargestellt und zwar mit Sicht auf die Einführöffnung für ein zu bördelndes Rohr. Im Umkreis einer
zentralen Achse (8) des Bördelkopfes (7) sind
um 120° versetzt
drei Kalibrierrollen (5) angeordnet. Der Inkreis (9)
der Kalibrierrollen (5) entspricht dem Außendurchmesser
des Rohres (1). Die Kalibrierrollen (5) sind auf
Lagerbolzen (10) drehgelagert. Die Lagerbolzen (10)
sind im Bördelkopf
(7) gehalten. Zwischen den Kalibrierrollen (5),
gleichfalls um 120° versetzt,
befinden sich drei Bördelrollen
(4). Die Bördelrollen
(4) sind auf Bolzen (11) drehgelagert. Die Bolzen
(11) sind im Bördelkopf
(7) verankert.
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3 zeigt
eine längs
der Linie III-III in 2 geschnittene Seitenansicht
des Bördelkopfes
(7). Ein Kernteil (12) des Bördelkopfes (7) ist über einen Flansch
(13) und dessen Schaft (14) kraftschlüssig mit
einem nicht dargestellten motorischen Antrieb verbunden.
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Der
Antrieb läßt den Bördelkopf
(7) mit dem Kernteil (12) um die Achse (8)
drehen. Der Lagerbolzen (10) ist im Kernteil (12)
befestigt. Auf dem Lagerbolzen (10) ist die Kalibrierrolle
(5) drehgelagert. Die Drehachse (15) der Kalibrierrolle
(5) verläuft
parallel zur Achse (8) des Bördelkopfes (7). Ebenfalls
im Kernteil (12) des Bördelkopfes
(7) gehalten ist der Bolzen (11), auf dem die
Bördelrolle
(4) drehgelagert ist. Die Längsachse (16) des
Bolzens (11), um die sich die Bördelrolle (4) dreht,
verläuft
senkrecht zur Achse (8). In die Einführöffnung des Kernteiles (12) eingeführt ist
ein Rohr (1), dessen Rohrende (3) bereits vollständig eingebördelt ist.
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Innerhalb
des Rohrendes (3) befindet sich ein Abschlußteil (2),
das anhand eines Distanzstückes
(17) ortsfest im Rohr (1) gehalten ist. Die Rohrnachse
(6) des drehfest gehaltenen Rohres (1) liegt in
der Verlängerung
der Achse (8), um die sich der Bördelkopf (7) dreht.
Die Kalibrierrolle (5) und die Bördelrolle (4) liegen
beide reibschlüssig
am Rohr (1) bzw. am Rohrende (3) an, so dass deren
Mantelflächen
bei Drehung des Bördelkopfes
(7) am Rohr (1) bzw. am Rohrende (3)
abrollen. Bördelrolle
(4) und Kalibirierrolle (5) sind im Wesentlichen
zylindrisch geformt. Im Ausführungsbeispiel
ist die Bördelrolle
(4) im Bereich der Einbördelzone
(18) verjüngt.
Der Übergang
(20) zur Nachbarzone (19) ist mit geringem Radius
gerundet.
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Um
das Rohrende (3) einzubördeln
senkt sich der rotierende Bördelkopf
(7) auf das Rohr (1) und belastet mit seiner Bördelrolle
(4) mit einer Kraft P zunächst die Stirnseite (21)
des unverformten Rohrendes (3). Die Stirnseite (21)
liegt dabei im Bereich des gerundeten Übergangs (20) an der
Bördelrolle an.
Durch die Kraft P und die Drehbewegung des Bördelkopfes (7) wird
das Rohrende (3) eingebördelt, so
dass die Einbördelzone
(18) der Bördelrolle
(4) letzlich an der äußeren Mantelfläche des
Rohrendes anliegt.
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Um
ein ausgerichtetes Aufsetzen des Bördelkopfes (7) auf
das Rohrende (3) zu vereinfachen, ist der Durchmesser der
Kalibrierrolle im Bereich seiner Einführungszone (22) verjüngt. Die
Verjüngung kann
konisch verlaufen.
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Innerhalb
einer Bördelvorrichtung
sind die Konturen der Bördelrolle
und der Kalibrierrolle infolge ihres Zusammenwirkens aufeinander
abgestimmt. In vorstehendem Beispiel ist der Wirkbereich der Kalibrierrolle
rein zylindrisch gestaltet, wogegen die Bördelrolle im Übergang
eine Rundung aufweist, welche einen Bördelrand im Anfangsstadium
der der Einbördelung
nach innen anformen soll. In 4 ist eine
alternative Gestaltung von Bördelrolle
und Kalibrierrolle einer Bördelvorrichtung
wiedergegeben. Dabei stellt 4a eine
Kalibrierrolle (5')
und 4b die zugehörige Bördelrolle (4') dar. Die Kalibrierrolle
(5') ist
im mittleren Bereich, der Kalibrierzone (23), zylindrisch
gestaltet. Auf der einen Seite schließt sich die Einführungszone
(22) an, mit gegenüber
der Kalibrierzone (23) reduziertem Durchmesser. Im gegenüberliegenden
Endabschnitt (24) ist der Durchmesser der Kalibirierrolle
(5') gegenüber dem
ihrer Kalibrierzone (23) vergrößert. Die Übergangszone (25)
zwischen der Kalibrierzone (23) und dem überstehenden
Endabschnitt (24) ist gerundet. Die entsprechende Bördelrolle
(4') ist
vollkommen zylindrisch gestaltet. Beim Bördeln stößt die Stirnseite (21)
des Rohrendes (3) zunächst
in Richtung der Drehachse (15) an die Übergangszone (25)
und wird von der Kalibrierrolle (5') nach innen angebördelt. Die
Bördelrolle (4') belastet nachfolgend
die angebördelte
Stirnseite (21) und bördelt
das Rohrende vollends ein.