Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zur mehrachsigen Umformung eines hohlen Werkstücks , insbesondere eines Vierkant-Rohres , eines Sechskant- Rohres oder eines anderen polygonalen hohlen Werkstücks .

Verschiedene technische Prozesse erfordern das mehrachsige Umformen hohler Werkstücke wie Rohre oder dergleichen, namentlich das mehrachsige Umformen derartiger Rohre etc . unter Verengung des eingeschlossenen Hohlraumes im Sinne einer Verringerung des Hohlraum-Querschnitts . Bei rohrartigen und vergleichbaren Werkstücken mit rundem Querschnitt kommen hierfür als solches bekannte und gebräuchliche Radialpressen (vgl . das Sortiment der Uni f lex-Hydraulik GmbH, Karben) zum Einsatz , bei denen typischerweise acht Pressbacken, welche einander bezüglich einer Pressachse j eweils paarweise gegenüberstehen, unter der Wirkung einer ( z . B . hydraulisch, elektrisch oder manuell betätigten) Antriebseinheit synchron radial nach innen in Richtung auf die Pressachse bewegt werden . Die betref fenden Pressbacken verfügen dabei j eweils radial innen über eine konkav gewölbte Press fläche mit einer an die finale Geometrie des umzuformenden runden Werkstücks , d . h . dessen Sollgeometrie nach erfolgter Radialverpressung, angepassten Geometrie .

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet , den insoweit existierenden Stand der Technik hinsichtlich des erzielbaren Ergebnisses der mehrachsigen Umformung eines hohlen Werkstücks zu verbessern . Insbesondere soll eine technisch besonders brauchbare Lösung bereitgestellt werden, wenn ein polygonales hohles Werkstück, insbesondere ein Vier- oder Sechskant-Rohr , unter Verengung des eingeschlossenen Hohlraumes mehrachsig umzuformen ist . Als ein besonders wesentlicher Aspekt der technischen Brauchbarkeit wird dabei eine hinreichende Reproduzierbarkeit der entsprechenden mehrachsigen Umformung angesehen, was hinwiederum insbesondere bedeutet , dass die Verengung des hohlen Werkstücks im Bereich von dessen mehrachsiger Umformung nicht ungewollt zu einer Änderung der prinzipiellen polygonalen Form des Werkstücks führt .

Gelöst wird die vorstehend angegebene Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren . Demgemäß umfasst - gemäß der vorliegenden Erfindung - ein Verfahren zur mehrachsigen Umformung eines hohlen Werkstücks , insbesondere eines Vier- oder Sechskant-Rohres oder sonstigen polygonalen hohlen Werkstücks , die folgenden Schritte : a ) Bereitstellen des umzuformenden hohlen Werkstücks ; b ) Einbringen eines Stützkerns in den Hohlraum des Werkstücks , wobei der Stützkern einen Zentralkörper mit mindestens zwei unterschiedlich orientierten, miteinander kommuni zierenden Zylinderbohrungen sowie in diesen auf genommene , durch einen Fluidanschluss des Zentralkörpers hindurch mit Druckflüssigkeit beaufschlagbare Kolben umfasst ; c ) Radiales Sprei zen des Stützkerns unter Aus fahren der Kolben aus den Zylinderbohrungen durch Beaufschlagung der Kolben mittels Druckflüssigkeit ; d) Einlegen des umzuformenden Werkstücks in eine Radialpresse ; e ) Radial-Umf ormung des Werkstücks in der Radialpresse unter Verringerung mindestens zweier Radialabmessungen; f ) Öf fnen der Radialpresse ; g) Entnehmen des umgeformten Werkstücks aus der Radialpresse ; h) Entnehmen des Stützkerns aus dem Hohlraum des Werkstücks .

Ein zentraler, wesentlicher, mit den übrigen Aspekten des erfindungsgemäßen Verfahrens synergetisch zusammenwirkender Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß in der Abstützung des - insbesondere polygonalen - hohlen Werkstücks bei dessen Umformung von innen her, und zwar durch einen Stützkern, welcher sich in charakteristischer Weise hinwiederum dadurch aus zeichnet , dass er insbesondere einen Zentralkörper mit mindestens zwei unterschiedlich orientierten, miteinander kommuni zierenden Zylinderbohrungen sowie in diesen auf genommene , durch einen Fluidanschluss des Zentralkörpers hindurch mit Druckflüssigkeit beaufschlagbare Kolben umfasst . Unter der Einwirkung der mithil fe einer Druckflüssigkeits-Beaufschlagung - in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen - gemeinsam nach außen aus dem Zentralkörper heraus bewegbaren Kolben lassen sich - durch die Kolben unmittelbar oder aber durch mit diesen verbundene Druckplatten - die Wände des hohlen Werkstücks bei dessen Umformung von innen her abstützen . Die Abstützung ist dabei nicht starr, sondern vielmehr definiert nachgiebig, indem nämlich beim Radial- Umformen des Werkstücks die Kolben unter der Einwirkung des mittels der Pressbacken umgeformten Werkstücks gegen einen hydraulischen Gegendruck zurück nach innen in den Zentralkörper verdrängt werden . Die unmittelbare Abhängigkeit der auf die Innenseite des umzuformenden Werkstücks wirkenden Gegenhaltekraft von dem - auf direktem Wege , d . h . ohne irgendwelche mechanischen Übertragungsglieder - auf die Kolben wirkenden hydraulischen Gegendruck erlaubt , da sich der hydraulische Gegendruck sehr präzise einstellen und zudem problemlos über den Verlauf der Pressung verändern lässt , eine die j eweiligen individuellen Gegebenheiten berücksichtigende optimale Einflussnahme auf den Widerstand . Zudem ist , da die druckbeaufschlagten Zylinderbohrungen miteinander kommuni zieren und somit überall der identische Druck herrscht , eine ideale Abstimmung der über die einzelnen Kolben bereitgestellten Gegenhaltekraft hinsichtlich Maß und zeitlichem Verlauf ( Synchronisation) möglich . Am Ende der Radial-Umf ormung des Werkstücks wird der hydraulische Gegendruck - durch Öf fnen eines Hydraulikventils - abgebaut , so dass die Kolben sich noch weitergehend in den Zentralkörper zurückziehen (bzw . zurückgedrängt ) werden können, so dass der Stützkern dem umgeformten Werkstück entnommen werden kann .

Diese in Umsetzung der vorliegenden Erfindung mögliche Form der Abstützung des hohlen Werkstücks von innen her reduziert substantiell die Gefahr, dass das hohle Werkstück bei seiner Umformung ungewollt seine prinzipielle Form verändert ; denn der Stützkern stellt , wie dargelegt , eine das Werkstück von innen her stützende , dem Einfallen der Wände entgegenwirkende Wirkung bereit . Dies gilt in ganz besonderem Maße bei der Umformung eines polygonalen hohlen Werkstücks ; denn hier ist die vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass nämlich dem Einfallen der j eweils durch zwei einander benachbarte Kanten begrenzten, zunächst ebenen Wandungsabschnitte eines polygonalen hohlen Werkstücks nach innen entgegengewirkt wird, besonders ausgeprägt . Soweit der innen in dem Werkstück wirkende Stützkern zu Beginn der Radialverpressung - bei der Umformung eines polygonalen Werkstücks setzt diese typischerweise zunächst an den Kanten des polygonalen Werkstücks an, nachdem dort die Pressbacken zuerst aufsetzen - ein ( leichtes ) Auswölben der j eweils durch zwei einander benachbarte Kanten begrenzten, zunächst ebenen Wandungsabschnitte nach außen zulässt bzw . nicht verhindert , bleibt dies eine nur vorübergehende Deformation ohne nachteilige Folgen; denn ein solches lokales leichtes Auswölben nach außen wird durch die später dort aufsetzenden Pressbacken wieder korrigiert , so dass j edenfalls am Ende der Radialverpressung die prinzipielle polygonale Form des radial verpressten Werkstücks optimal j ener des Werkstücks vor der Radialverpressung entspricht . Indem sich in Anwendung der vorliegenden Erfindung ein Einfallen der Wände zuverlässig verhindern lässt , lassen sich beispielsweise örtlich verengte Vier- oder Sechskantrohre herstellen, die im Bereich der Verengung einen Vier- bzw . Sechskant-Querschnitt mit vier bzw . sechs ebenen Wandabschnitten aufweisen .

Zur Vermeidung von Fehlvorstellungen wird vorsorglich betont , dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Reihenfolge der Verfahrensschritte durchaus variiert werden kann . Das gilt namentlich für die Reihenfolge der Schritte b ) , c ) und d) . Bei einer realisierbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise das Einlegen des Werkstücks in die Radialpresse erfolgen, bevor der Stützkern in den Hohlraum des Werkstücks eingebracht wird . Oder das Werkstück wird zwar mit dem bereits in es eingebrachten Stützkern, d . h . als eine Werkstück-Stützkern-Gesamtheit , in die Radialpresse eingelegt ; aber der Stützkern wird erst nach dem Einlegen des Werkstücks in die Radialpresse gesprei zt . Eine entsprechende Flexibilität gilt hinsichtlich der Reihenfolge der Schritte f ) , g) und h) .

Weiterhin ist zu betonen, dass die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile zwar bei der Radialumformung polygonaler hohler Werkstücke in besonders ausgeprägtem Maße zum Tragen kommen, sich hingegen nicht auf diese Anwendung beschränken . Auch bei Rohren oder sonstigen hohlen Werkstücken mit anderen - z . B . runden oder ovalen - Querschnittsgeometrien lässt sich die vorliegende Erfindung mit Vorteil einsetzen . Weiterhin ist zu betonen, dass sich die vorliegende Erfindung auch und gerade zum Einsatz bei Anwendungen eignet , bei denen das Rohr oder sonstige hohle Werkstück - zur Bildung einer endseitigen Querschnittsverengung - an einem seiner beiden Enden mehrachsige umgeformt werden soll . Keines falls ist die Erfindung somit beschränkt auf Anwendungen, bei denen das Werkstück zwischen zwei unverformten Bereichen mit einer Einschnürung zu versehen ist .

Gemäß den vorstehenden Erläuterungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich, gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneter Stützkern dadurch aus , dass er einen Zentralkörper mit mindestens zwei unterschiedlich orientierten, miteinander kommuni zierenden Zylinderbohrungen sowie in diesen auf genommene , durch einen Fluidanschluss des Zentralkörpers hindurch mit Druckflüssigkeit beaufschlagbare Kolben umfasst . Dabei sind die unterschiedlich orientierten Zylinderbohrungen in Axialrichtung zueinander versetzt . Auf diese Weise stören sie einander nicht , so dass sich im Ergebnis - bei einem vorgegebenen Querschnitt des Zentralkörpers - größere Bewegungen der Kolben realisieren lassen, verglichen mit der Anordnung der Kolben und Bohrungen in einer gemeinsamen Ebene . Vorsorglich ist , zur Vermeidung von Fehlvorstellungen, darauf hinzuweisen, dass der Zentralkörper keineswegs zwingend gerade , d . h . insbesondere prismatisch oder zylindrisch ausgeführt sein muss . Vielmehr kann er auch eine gekrümmte Geometrie aufweisen, d . h . sich beispielsweise längs einer bogenförmig gekrümmten Mittellinie erstrecken . Ein Stützkern mit einem solchen nicht-geraden Zentralkörper eignet sich namentlich beim Einsatz im Zusammenhang mit gekrümmten hohlen Werkstücken, insbesondere von Rohrbögen .

Besonders bevorzugt sind die Zylinderbohrungen als Durchgangsbohrungen ausgeführt , in denen j eweils zwei - durch Beaufschlagung eines zwischen ihnen befindlichen Druckraums - gegenläufige Kolben aufgenommen sind . Bei dieser Ausgestaltung lässt sich eine zentrale achsensymmetrische Abstützung des Werkstücks realisieren, anders als im Falle eines für die Radial-Umf ormung eines Vierkantrohres vorgesehenen Stützkerns , bei dem nur zwei der Wände des Werkstücks über Kolben (bzw . mit diesen verbundene Druckplatten) abgestützt werden, die beiden anderen Wände indessen direkt über den an ihnen anliegenden Zentralkörper . Ebenfalls sind in besonders bevorzugter Ausgestaltung zueinander axial versetzt j eweils mindestens zwei paarweise parallel zueinander orientierte Zylinderbohrungen vorgesehen . Die so erzielbare Aufteilung der Stützkräfte auf eine größere Anzahl von Kolben erlaubt geringere Kolbenabmessungen, was den Einsatz der Erfindung bei vergleichsweise klein dimensionierten Werkstücken begünstigt . Mehrere gleichsinnig wirkende Kolben sind dabei besonders bevorzugt über die bereits vorstehend erwähnten Druckplatten verbunden und miteinander gekoppelt .

Jene Druckplatten können, j e nach der Geometrie des umzuformenden Werkstücks , unterschiedlich ausgeführt sein . Kommt der Stützkern bei der mehrachsigen Umformung eines geraden Vierkant-Rohres , eines geraden Sechskant- Rohres oder eines anderen geraden polygonalen hohlen Werkstücks zum Einsatz , so weisen die Druckplatten typischerweise ebene Werkstück-Stütz flächen auf , welche insbesondere parallel zu der Achse des Zentralkörpers orientiert sein kann . Bei einem bogenförmig gekrümmten Zentralkörper sind typischerweise aber auch die Druckplatten analog gekrümmt ausgeführt . Die Druckplatten können auch in sonstiger Weise ein- oder zweidimensional , d . h . insbesondere in Längsrichtung des Stützkerns und/oder quer zur Längsrichtung des Stützkerns gekrümmt oder gekantet sein, beispielsweise indem sie j eweils einen sich parallel zur Achse des Zentralkörpers erstreckenden Mittelabschnitt und einen oder zwei an diesen anschließende (n) , im Winkel zur Mittelachse orientierte (n) Endabschnitt ( e ) aufweisen . Auch können die Druckplatten j eweils eine solche schräg zur Mittelachse orientierte Werkstück-Stütz fläche aufweisen, so dass deren Gesamtheit eine pyramidale bzw . konische Geometrie beschreibt ,

Hinsichtlich weiterer bevorzugter Gestaltungsmerkmale des Stützkerns wird - zur Vermeidung von Wiederholungen - auf die vorstehenden Aus führungen und auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwiesen, welches in der Zeichnung veranschaulicht ist .

Dabei zeigt

Fig . 1 einen senkrecht zur Pressachse geführten, teilweise schematischen Vertikalschnitt durch den hier maßgeblichen Bereich einer als Jochpresse ausgeführten Radialpresse mit eingelegter Werkstück-Stützkern-Gesamtheit , und zwar in vollständig geöf fneter Konfiguration vor Beginn der Radialverpressung,

Fig . 2 die Radialpresse mit eingelegter Werkstück- Stützkern-Gesamtheit gemäß Fig . 1 in vollständig geschlossener Konfiguration nach Abschluss der Radialverpressung,

Fig . 3 in perspektivischer Ansicht in größerem Detail den bei dem Aus führungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 eingesetzten Stützkern bei vollständig eingefahrenen Kolben und Druckplatten und

Fig . 4 in kombinierter, einen Teil-Längsschnitt ( oben) und eine Teil-Seitenansicht (unten) umfassender Darstellung den Stützkern nach Fig . 3 . Die in der Zeichnung teilweise schematisch veranschaulichte Radialpresse orientiert sich hinsichtlich ihrer Konzeption, ihrer Bau- und Funktionsweise sowie ihrer strukturellen Merkmale an dem hinlänglich bekannten Stand der Technik (vgl . beispielsweise DE 10 2011 015 706 Al , 2 sowie das Produktprogramm der Uni f lex-Hydraulik GmbH, DE- 61184 Karben) . Sie umfasst eine (nicht gezeigte ) Basis , ein zu dieser stationäres Unterj och 1 und ein Oberj och 2 , welches mittels einer - nur im Umfang der Zugstangen 3 angedeuteten - Antriebseinheit relativ zu dem Unterj och 1 vertikal auf und ab bewegbar ist (vgl . Doppelpfeil B ) . Die Radialpresse weist in bekannter Weise acht gleichmäßig und konzentrisch um eine Pressachse X herum angeordnete Grundbacken 4 auf , welche infolge der Relativbewegung von Ober j och 2 und Unterj och 1 bezüglich einander synchron - beim Absenken des Ober j ochs 2 - radial in Richtung auf die Pressachse X und - beim Hochfahren des Oberj ochs 2 - radial von der Pressachse X weg bewegbar sind . Zwischen einander benachbarten Grundbacken 4 wirken j eweils Rückstell federn 5 . Die Grundbacken 4 weisen j eweils radial innen eine zylindrisch gewölbte Anlagefläche 6 für auswechselbar an ihnen anbringbare Pressbacken 7 auf .

Da die Radialpresse zum Radialverpressen eines beispielhaft als Vierkantrohr 8 mit quadratischem Querschnitt ausgeführten polygonalen Werkstücks W hergerichtet ist , sind die radial innen an den Pressbacken 7 vorgesehenen Press flächen 9 spezi fisch ausgeführt ; vier der Pressbacken 7 verfügen über ebene Press flächen 9 . 1 , die Press flächen 9 . 2 der anderen vier Pressbacken 7 sind demgegenüber winkel förmig gekehlt . Die Aus führung der Press flächen 9 . 1 und 9 . 2 ist dabei dergestalt aufeinander abgestimmt , dass diese bei vollständig geschlossener Radialpresse (vgl . Fig . 2 ) einen quadratischen Querschnitt definieren .

Bevor das Vierkantrohr 8 in der entsprechend hergerichteten Radialpresse der Radialverpressung (vgl . Figuren 1 und 2 ) unterzogen wird, wird in das Vierkantrohr 8 , d . h . in dessen Hohlraum H, ein Stützkern

10 (vgl . auch Figuren 3 und 4 ) eingebracht . Dieser umfasst einen im Wesentlichen prismatischen Zentralkörper

11 mit einer sich längs der Achse A erstreckenden Zentralbohrung 12 und insgesamt sechzehn Zylinderbohrungen 13 . Diese verteilen sich auf zwei aufeinander senkrecht stehende Ebenen, welche sich in der Achse A schneiden . Jeweils zwei Zylinderbohrungen 13 stehen dabei einander diametral gegenüber und fluchten zueinander, indem sie j eweils Teil einer sich quer durch den Zentralkörper 11 hindurch erstreckenden Durchgangsbohrung 14 sind . Die somit insgesamt acht Durchgangsbohrungen 14 sind in axialer Richtung, d . h . in Richtung der Achse A wechselweise zueinander versetzt orientiert . Die Zentralbohrung 12 bildet einen Kanal 15 , über den die acht Durchgangsbohrungen 14 (und somit die sechzehn Zylinderbohrungen 13 ) fluidisch miteinander kommuni zieren .

In j eder Zylinderbohrung 13 ist , mittels einer eingelegten Dichtung 16 abgedichtet , ein Kolben 17 - längs der j eweiligen, auf der Achse A senkrecht stehenden Zylinderachse Y verschiebbar geführt - aufgenommen . Jeweils vier funktional gleichsinnig wirkende Kolben 17 sind dabei zueinander parallel geschaltet mechanisch miteinander gekoppelt , und zwar über eine ( gemeinsame ) Druckplatte 18 , welche mittels Schrauben 19 mit den j eweils zugeordneten vier Kolben 17 verbunden ist .

Während die Zentralbohrung 12 an einem Ende des Zentralkörpers 11 des Stützkerns 10 mittels eines in diesen eingeschraubten Stopfens 20 dicht verschlossen ist , ist an dem gegenüberliegenden Ende des Zentralkörpers 11 ein Fluidanschluss 21 vorgesehen . Über diesen ist der Kanal 15 mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar, und über diesen Kanal 15 sind wiederum simultan und druckidentisch die sechzehn Zylinderbohrungen 13 beaufschlagbar . Eine solche Druckflüssigkeits-Beaufschlagung lässt die Kolben 17 aus dem Zentralkörper 11 aus fahren ( Pfeil C ) , wodurch sich die Druckplatten 18 von der Achse A weg bewegen . Bei diesem Aus fahren der Kolben 17 werden die beiden als Verliersicherungen 22 dienenden O-Ringe 24 , welche j eweils um stirnseitig an den Druckplatten 18 angeordnete , sich parallel zur Achse A erstreckende Sti fte 23 herum gelegt sind, entsprechend gedehnt . Im Falle des Ersatzes der O-Ringe 24 gegen veritable , entsprechend starke Ringfedern erfolgt das Aus fahren der Kolben 17 gegen eine ef fektive Rückstellkraft ; die Ringfedern wären in diesem Falle j eweils Teil einer endseitig an dem Stützkern 10 vorgesehenen Rückstelleinrichtung .

Vor Beginn der Radialverpressung des in die Radialpresse eingelegten Werkstücks W werden - durch das beschriebene Aus fahren der Kolben 17 über deren Druckbeaufschlagung - die vier Druckplatten 18 zur Anlage innen an dem umzuformenden hohlen polygonalen Werkstück W gebracht ; die Werkstück-Stütz flächen S stehen dann mit den zugeordneten Innenflächen des Vierkantrohres 8 in Kontakt . Von der Zufuhr von Druckflüssigkeit in den Stützkern 10 über dessen Fluidanschluss 21 wird dann auf ein Halten der eingespannten Druckflüssigkeit über ein Gegendruckventil umgeschaltet . Hierdurch wird bei der dann erfolgenden Radialverpressung des Werkstücks W, während derer die Druckplatten 18 in Richtung auf die Achse A verdrängt werden, die Kolben 17 in dem Sinne gesteuert in die Zylinderbohrungen 13 einfahren, dass Druckflüssigkeit unter Aufrechterhaltung eines Gegendrucks kontrolliert durch den Fluidanschluss 21 des Zentralkörpers 11 hindurch abgelassen wird, d . h . in den Tank zurückströmt . Der Gegendruck ist dabei einstellbar, so dass er sich auf das j eweilige Werkstück W abstimmen lässt .

Nach dem Abschluss der Radialverpressung wird das Gegendruckventil ( oder ein Bypass hierzu) geöf fnet , so dass der Druck in der Druckflüssigkeit abgebaut wird und die Kolben 17 sich - unter der Einwirkung der beiden Rückstelleinrichtungen 22 - in ihre maximal eingefahrene Stellung zurückziehen können . Durch das entsprechende Zurückziehen der Druckplatten 18 , sofern diese nicht bereits beim Radialverpressen des Werkstücks W in ihre betref fende Endstellung verdrängt wurden, nimmt der Stützkern 10 seine Konfiguration mit minimalem Querschnitt ein und kann - vor oder aber nach dem Öf fnen der Radialpresse und ggf . der Entnahme des umgeformten Werkstücks W aus dieser - aus dem umgeformten Werkstück W entfernt werden . In Ansehung der vorstehenden Beschreibung eines für die Innen-Abstüt zung ein Vierkant-Rohres ausgeführten Stützkerns 10 ermöglicht einem Fachmann, durch entsprechende Übertragung, ohne Weiteres die Gestaltung eines der Innen-Abstüt zung beispielsweise eines Sechskant-Rohres oder eines anderen hohlen polygonalen Werkstücks dienenden Stützkerns .