Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um nach außen oder innen offene Dichtringe herzustellen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von C- oder V-förmigen Dichtringen, beispielsweise für Turbolader von Verbrennungskraftmaschinen.

Es ist bekannt, derartige Dichtringe mittels Ausstanzen aus einem Blech herzustellen. Dadurch entsteht aber prozessbedingt ein großer Anteil an Materialabfall. Da es sich bei dem eingesetzten Material vornehmlich um hochwertige und somit teure Materialien handelt, wie beispielsweise Inconel®, stellt dies einen bedeutenden Kostenfaktor dar. Weiterhin wird für diese Art der Herstellung von nach innen geöffneten Dichtringen eine Arbeitshilfe wie etwa Gummi benötigt, die diesen Umformprozess ermöglicht. Diese Arbeitshilfe unterliegt einem gravierenden Verschleiß und das Handling der Arbeitshilfe beeinflusst maßgeblich die Dauer des Herstellungsprozesses.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Fertigungsverfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung vorzuschlagen, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen. Insbesondere sollen dadurch eine Reduktion des Produktionsabfalls und eine Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit erreicht werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von nach außen oder innen offenen Dichtringen, umfassend

- Bereitstellen eines Rohrs;

Anordnen der Wand des Rohrs zwischen mindestens einer zu dem Rohr parallelen ersten Walze, die eine erste Außenkontur aufweist, und mindestens einer zu dem Rohr parallelen zweiten Walze, die eine zweite Außenkontur aufweist; Ausführen einer Relativbewegung der mindestens einen ersten Walze und der mindestens einen zweiten Walze aufeinander zu;

Formen von mindestens einem Dichtring durch Relativbewegung der Wand des Rohrs zwischen der mindestens einen ersten Walze und der mindestens einen zweiten Walze hindurch, wobei der Querschnitt des mindestens einen Dichtrings im Wesentlichen durch den Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Außenkontur definiert wird; und

Abtrennen des mindestens einen Dichtrings von dem Rohr. Durch das erfindungsgemäße Konturier-Trenn-Herstellungsverfahren wird die Menge an Abfallmaterial deutlich verringert und die Prozessgeschwindigkeit erhöht. Als Materialien für das Rohr können metallische Werkstoffe wie Aluminium, Federstähle, hitzebeständige Werkstoffe (1.4828), Nickelbasislegierungen (2.4668), aber auch nicht metallische Werkstoffe bzw. Kombinationen hieraus Verwendung finden.

Erfindungsgemäß kann das Rohr auch eine partielle oder vollständige Beschichtung („Coating") aufweisen. Das Rohr ist bevorzugt kreiszylindrisch.

In einer Ausführungsform rotiert zumindest während des Formens die mindestens eine erste Walze in einer ersten Rotationsrichtung.

In einer Ausführungsform rotiert zumindest während des Formens die mindestens eine zweite Walze in einer zweiten Rotationsrichtung. In einer Ausführungsform rotiert zumindest während des Formens das Rohr in der ersten Rotationsrichtung.

Die vorstehenden Ausführungsformen bezüglich der Rotation von erster Walze, zweiter Walze und Rohr sind beliebig kombinierbar. Entscheidend ist dabei, dass das Rohr bzw. dessen Wand in einer Relativbewegung zwischen der Kontur- und der Formwalze hindurchbewegt wird. Die erste und die zweite Rotationsrichtung sind gegensätzlich, wobei die Rotationsgeschwindigkeit gleich oder unterschiedlich sein kann.

Eine erste Variante schließt ein, das Rohr freilaufend rotierbar zu lagern, während die erste und/oder zweite Walze rotiert wird bzw. werden. In dieser Variante wird das Rohr durch die mindestens eine angetriebene Walze mittels Reibung mitgenommen, rotiert also gegensätzlich zu der mindestens einen angetriebenen (etwa ersten) Walze und gegebenenfalls in derselben Richtung wie die mindestens eine weitere (etwa zweiten) Walze. Die mindestens eine weitere Walze wird entweder ebenfalls durch Reibung mitgenommen, kann aber alternativ auch in entsprechender Rotationsrichtung rotiert werden. In einer zweiten Variante wird das Rohr festgehalten, während sowohl Kontur- als auch Formwalze in der entsprechenden Rotationsrichtung angetrieben werden, sich somit (gegensätzlich rotierend) um das feststehende Rohr herum drehen. Die Rotationsgeschwindigkeiten von erster/zweiter Walze und Rohr können so eingestellt werden, dass entweder keine oder alternativ eine geringfügige Reibung zwischen mindestens einer Walze und der Rohrwand auftritt. Beispielsweise kann die Walze derart angetrieben (oder gegebenenfalls gebremst werden), dass zwischen Rohrwand und Walzen-Außenkontur eine Differenzgeschwindigkeit entsteht. Dies kann gewünscht sein, um einen Schleifeffekt zu erzielen.

In einer Ausführungsform werden mehrere Dichtringe gleichzeitig hergestellt. In der Ausführungsform sind auf der ersten Walze und der zweiten Walze jeweils die Konturen für mehrere Dichtringe vorhanden, so dass mehrere Dichtringe in einem Arbeitsgang hergestellt werden können.

In einer alternativen Ausführungsform wird jeweils ein Dichtring nach dem anderen hergestellt. In der Ausführungsform können auf der ersten Walze und der zweiten Walze jeweils die Konturen für nur einen Dichtring vorhanden sein, so dass je ein Dichtring pro Arbeitsgang hergestellt werden kann. In einer Ausführungsform erfolgt das Abtrennen während des Formens. Es ist bevorzugt, dass das Abtrennen nicht in einem separaten Arbeitsschritt beispielsweise durch Abschneiden erfolgt, sondern durch das Formen selbst. Dabei wird an den kleinen Radien der Außenkontur einer Walze das Rohrmaterial derart überbeansprucht, dass es durch Versagen zum Abtrennen des Dichtrings vom verbleibenden Rohr bzw. den benachbarten Dichtringen kommt. Durch das Einsparen eines zusätzlichen Schneide- Schrittes kann die Herstellung vereinfacht und beschleunigt werden. In einer Ausführungsform umfasst das Formen ein anfängliches Anformen und ein abschließendes Ausformen, und das Abtrennen erfolgt zwischen Anformen und Ausformen. Es ist bevorzugt, dass ein anfängliches Formen mit ausschließlicher Verformung des zum Dichtring zu formenden Rohrabschnitts ausgeführt wird. Im Folgenden wird der Rohrabschnitt durch fortschreitendes Verformen an den Randabschnitten des zu bildenden Dichtrings kontrolliert überbeansprucht, so dass der Dichtring bzw. die Dichtringe vom Restrohr bzw. voneinander abgetrennt werden. Die Verformung wird dann mit dem/den separierten Dichtring(en) weiter fortgesetzt, bis die gewünschte Endform erreicht wird, die im Wesentlichen dem verbleibenden Raum zwischen der Kontur der Konturwalze und der Kontur der Formwalze entspricht.

Durch das Abtrennen während des und durch den Formvorgang selbst wird ein relativ breites Fenster bereitgestellt, während dem der Abtrennvorgang erfolgen kann. Damit können die verwendeten rohrförmigen Vorprodukte flexibler gehandhabt werden, da der Abtrennvorgang sicher erfolgt, solange die Materialeigenschaften innerhalb des Abtrennfensters ein Abtrennen erlauben. Es ist nicht entscheidend, ob das eigentliche Abtrennen mehr zu Beginn des Formvorgangs oder mehr zum Ende des Formvorgangs hin erfolgt.

In einer Ausführungsform erfolgt das Abtrennen vor oder nach dem Formen. In dieser alternativen Ausführungsform kann das Abtrennen auch außerhalb des Formvorgangs erfolgen. Sollte sich aufgrund der Materialeigenschaften des Rohrs ein zuverlässiges Abtrennen durch den Formvorgang alleine nicht erreichen lassen, kann dies durch nachfolgendes Abtrennen ausgeglichen werden. Ein Abtrennen vor dem Formvorgang ermöglicht beispielsweise die Fertigung von einem oder mehreren Dichtringen in Einzelringfertigung.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter

zumindest Anschneiden der Wand des Rohrs mit einer zu der mindestens einen ersten

Walze parallelen Schneide-Rolle;

wobei durch das Anschneiden die Stellen festgelegt werden, an denen das Abtrennen des mindestens einen Dichtrings erfolgen soll, oder durch vollständiges Schneiden der mindestens eine Dichtring abgetrennt wird.

Wenn für das rohrförmige Vorprodukt ein Material zum Einsatz kommt, welches durch große Dehnbarkeit ein zuverlässiges Abtrennen durch den Formvorgang nicht möglich macht, kann dies durch diese Ausführungsform ausgeglichen werden. Durch ein Anschneiden vor dem Formvorgang erreicht man eine definierte Vorschädigung des Rohrs an den Stellen, an denen das Abtrennen beim Formvorgang erzielt werden soll. Beim Formvorgang wird der vorgeschädigte Bereich dann reißen oder brechen, so dass die Separierung sichergestellt ist.

Alternativ ist unabhängig vom Formvorgang, d.h. vor oder nach demselben, ein vollständig Schneiden möglich, um das Abtrennen zu erzielen.

In einer Ausführungsform wird beim Formen die Wanddicke des mindestens einen Dichtrings an vorgebbaren Stellen erhöht oder verringert; oder

im Wesentlichen homogen gehalten.

In einer Ausführungsform schließt das Verfahren ein axiales Stauchen des Rohrs ein. Dies wird vorzugsweise durch bewegliche Flansche an den beiden äußeren Enden des Rohres gewährleistet (Bewegung in axialer Richtung des Rohres). Dadurch, dass die aufeinander zu Bewegung durch eine Stauchbewegung überlagert wird, wird das Rohr„aufgefaltet" und in die Zwischenräume der Form- und Konturierwalze hinein gedrückt. Dadurch wird erreicht, dass der Umformvorgang nicht durch plastische Verformung des Rohres erzielt wird sondern Material nachgeschoben wird. Dies bewirkt, dass die Wanddicke des Rohres weitestgehend konstant (bzw. homogen) gehalten wird. Alternativ ist auch denkbar, die Stauchbewegung durch einen zusätzlichen, überlagerten Prozess wie beispielsweise das Innen- oder Außenhochdruckumformung, unter Verwendung eines flüssigen Mediums oder auch eines stark dehnbaren bzw. fließenden Mediums, wie Gummi, zu erzielen.

Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Teil des Rohrs oder ein Teilstück eines Rohrs - vor dem Abtrennen von Dichtringen - entsprechend abgedichtet und unter Druckbeaufschlagung mit dem Umform-Medium in die Konturen der Kontur- und Formwalzen gedrückt, wobei die Konturform zumindest einer Zwischenform des zu bildenden Dichtrings entspricht. Der Druck kann sowohl von innen als auch außen aufgebracht werden, wobei das umgeformte Rohr dann nach außen bzw. innen ausweicht. Dabei tritt eine axiale Verkürzung bzw. Stauchung auf. Der Vorteil hierbei ist, dass die Wandstärke des Rohrs im Wesentlichen gleich bleibt.

In einer Ausführungsform erfolgt das Formen des mindestens einen Dichtrings in mindestens zwei aufeinander folgenden Stufen, wobei pro Stufe jeweils mindestens eine erste Walze und mindestens eine zweite Walze am Formvorgang beteiligt sind und die Außenkontur von mindestens einer beteiligten Walze für die jeweilige Stufe spezifisch ist.

Diese Fertigungsvariante kann (insbesondere bei kleinen Dichtringen) den Formvorgang auf mehrere Stufen aufteilen. Das Rohr wird dabei nicht nur einem Walzenpaar zugeführt, sondern beispielsweise nacheinander mehreren solcher Paare mit entsprechender Weitergabe zwischen diesen Stationen bzw. Stufen. Dadurch kann die Formgebung besser an das Umform- bzw. Dehnungsvermögen des Materials angepasst werden, so dass dieses nicht an ungewünschten Stellen reißt oder versagt.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter ein Erwärmen des Rohrs an definierten Stellen. Das Erwärmen kann bevorzugt mittels Induktion und/oder Laser erfolgen. Das lokale oder auch übergreifende Erwärmen kann zur Unterstützung des Form- und/oder Trennvorgangs erfolgen. Analog zum Anschneiden des Rohres zur Definition der Stellen, an denen fertige Dichtringe abgetrennt werden sollen, kann eine definierte Erwärmung und somit Schwächung des Materials erfolgen.

Dies kann so weit gehen, dass das Rohr lokal - etwa ringförmig um das Rohr herum - so stark erhitzt wird, dass mit sehr geringer Schneidekraft oder gar nur einer Relativbewegung zwischen verbleibendem Rohr und Dichtring bzw. zwischen mehreren Dichtringen diese voneinander abgetrennt werden können. Ein solches Abscheren ergibt eine charakteristische Abscherkante, die beim fertigen Dichtring erkennbar ist.

Ein vollständiges Schneiden analog dem Schneiden mit einer Schneid-Rolle kann z.B. mittels Laser ebenfalls erfolgen. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung von nach außen oder innen offenen Dichtringen bereitgestellt, umfassend

mindestens eine erste Walze, die eine erste Außenkontur aufweist;

mindestens eine zu der mindestens einen ersten Walze parallele zweite Walze (6), die eine zweite Außenkontur aufweist;

- eine Zufuhreinrichtung, die angepasst ist, die Wand eines Rohrs zwischen der mindestens einen ersten Walze und der mindestens einen zweiten Walze anzuordnen; mindestens eine Antriebseinrichtung, die angepasst ist, um das Rohr und/oder die mindestens eine erste Walze in einer ersten Rotationsrichtung zu rotieren und/oder die mindestens eine zweite Walze in einer zweiten Rotationsrichtung zu rotieren;

- eine Bewegungseinrichtung, die angepasst ist, eine Relativbewegung der mindestens einen ersten Walze und der mindestens einen zweiten Walze aufeinander zu auszuführen, um mindestens einen Dichtring durch Relativbewegung der Wand des Rohrs zwischen der mindestens einen ersten Walze und der mindestens einen zweiten Walze hindurch zu formen, wobei der Querschnitt des mindestens einen Dichtrings im Wesentlichen durch den Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Außenkontur definiert wird; und

eine Abtrenneinrichtung, die angepasst ist, den mindestens einen Dichtring von dem Rohr abzutrennen.

Die Zufuhreinrichtung kann in einer Ausfuhrungsform der Erfindung einteilig sein, d.h. sowohl den Transport des rohrförmigen Vorprodukts als auch die Haltearbeit beim Formvorgang leisten. Alternativ kann die Zufuhreinrichtung in eine reine Transporteinrichtung und eine separate Haltevorrichtung, beispielsweise ein Gegenlager, aufgeteilt sein.

In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiter eine Handling-Einrichtung zum Entnehmen fertiger Dichtringe. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung, die angepasst ist, um die erste Walze in einer ersten Rotationsrichtung zu rotieren. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung, die angepasst ist, um die zweite Walze in einer zweiten Rotationsrichtung zu rotieren. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung, die angepasst ist, um das Rohr in der ersten Rotationsrichtung zu rotieren. Die Antriebseinheiten können beliebig kombiniert bzw. gemeinsam ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine Antriebseinheit für Rohr und erste Walze integral ausgeführt sein.

Die Antriebseinrichtung(en) kann bzw. können entsprechende Getriebe umfassen. Beispielsweise könnte eine Antriebseinheit für erste Walze, zweite Walze und Rohr bereitgestellt sein, wobei die Rotationsrichtungen und -Geschwindigkeiten durch entsprechende Getriebeumsetzungen eingestellt werden.

In einer Ausführungsform entsprechen die Außenkonturen der mindestens einen ersten Walze und der mindestens einen zweiten Walze mehreren Dichtringen, und die Vorrichtung ist angepasst, mehrere Dichtringe gleichzeitig herzustellen. Alternativ ist die Vorrichtung für eine Einzelringfertigung ausgelegt, so dass erste und zweite Walze nur die Außenkontur entsprechend einem einzelnen Dichtring aufweisen können. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiter

mindestens eine zu der mindestens einen ersten Walze parallelen Schneide-Rolle; eine zweite Bewegungseinrichtung, die angepasst ist, eine Relativbewegung zwischen der mindestens einen Schneide-Rolle und der mindestens einen ersten Walze aufeinander zu auszuführen, um die Wand des Rohrs mittels der Schneide-Rolle anzuschneiden, so dass die Stellen festgelegt werden, an denen das Abtrennen des mindestens einen Dichtrings erfolgen soll, oder um die Wand des Rohrs vollständig zu schneiden, so dass der mindestens eine Dichtring abgetrennt wird.

In einer Ausführungsform sind die Außenkontur der ersten Walze und/oder der zweiten Walze angepasst, beim Formen des mindestens einen Dichtrings die Wanddicke des mindestens einen Dichtrings an vorgebbaren Stellen zu verjüngen oder zu verdicken, beispielsweise in Richtung der Dichtflächen zu verjüngen.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, dass die Kontur des späteren Dichtrings durch den Formvorgang maßgeblich beeinflusst werden kann. Das heißt, es ist möglich, die Enden dünner auszuwalzen (wodurch sich im verpressten Einbauzustand eine größere Abdichtlinie ergibt, da sich die Enden biegen), die Materialdicke im Wesentlichen konstant zu halten oder gar Material aus der Mitte in Richtung der Enden zu„verschieben" (wodurch sich im verpressten Einbauzustand beliebige Kontaktgeometrien erzeugen lassen). Des Weiteren lässt sich durch die Formgebung die Steifigkeit maßgeblich beeinflussen und somit auch die Federkraft bzw. die Dichtkraft oder auch das Ermüdungsverhalten. Zusätzlich kann dadurch auch das Kriech- bzw. Relaxationsverhalten beeinflusst werden. Alternativ sind die Außenkontur der Konturwalze und der Formwalze angepasst, beim Formen des mindestens einen Dichtrings die Wanddicke des mindestens einen Dichtrings beim Formen im Wesentlichen homogen zu halten. In einer Ausfuhrungsform umfasst die Vorrichtung eine Stauchungseinrichtung, die angepasst ist, das Rohr in axialer Richtung zu stauchen. Die Stauchungseinrichtung kann zudem beispielsweise eine Innen- oder Außenhochdruckumformeinrichtung, wie etwa eine Hydroform-Einrichtung, umfassen. Die Stauchungseinrichtung weist zudem Dichtungen auf, um einen Teil des Rohrs oder ein Rohr-Teilstück abzudichten, evtl. zusätzlich eine Innen- bzw. Außenkonturform, an welche das Rohr sich anlegen kann, und welche zumindest eine Zwischenform für zu bildende Dichtringe entspricht, sowie ein Druck-Umform-Medium und zugehörige Druckbeaufschlagungsmittel.

In einer Ausführungsform weisen die erhabenen Abschnitte der Außenkontur der mindestens einen ersten Walze größere Radien auf als die Radien der erhabenen Abschnitte der Außenkontur der mindestens einen zweiten Walze, und die Vorrichtung ist zur Herstellung von nach innen offenen Dichtringen angepasst. In diesem Fall kann die erste Walze auch als Konturwalze bezeichnet werden, und die zweite Walze als Formwalze. In einer alternativen Ausführungsform weisen die erhabenen Abschnitte der Außenkontur der mindestens einen zweiten Walze größere Radien aufweisen als die Radien der erhabenen Abschnitte der Außenkontur der mindestens einen ersten Walze, und die Vorrichtung ist zur Herstellung von nach außen offenen Dichtringen angepasst. In diesem Fall kann die erste Walze auch als Formwalze bezeichnet werden, und die zweite Walze als Konturwalze.

Die Umformwalzen, d.h. Kontur- und Formwalze, können bevorzugt aus metallischen Materialien bestehen, wie etwa Werkzeugstahl. Alternativ sind auch nicht-metallische Materialien möglich, wie Keramik oder Polymer(verbund)werkstoffe. Gummiwalzen oder teilweise gummierte Walzen können auch eingesetzt werden. Kombinationen aus diesen Materialien bzw. unterschiedliche Materialien für verschiedene Walzen sind auch möglich, wie beispielsweise eine Werkzeugstahl- Walze zusammen mit einer gummierten Walze.

In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens zwei aufeinander folgende Stufen oder Umformstationen auf, um das Formen stufenweise auszuführen, wobei jede Stufe jeweils mindestens eine erste Walze und mindestens eine zweite Walze aufweist und die Außenkontur von mindestens einer Walze einer jeweiligen Stufe für die jeweilige Stufe spezifisch ist. Damit kann die Umformung sehr flexibel gestaltet werden. Mögliche Varianten schließen ein:

1) Die Vorrichtung weist eine durchgehende innere Walze auf, die abschnittsweise mit verschiedenen, den jeweiligen Stufen entsprechenden Außenkonturen versehen ist, plus pro Stufe eine separate äußere Walze mit jeweils eigener Außenkontur (oder ebenfalls durchgehende äußere Walze mit stufenweise verschiedenen Außenkonturen), wobei das Rohr jeweils axial zur nächsten Stufe vorgeschoben wird, und dann die stufenspezifische äußere Walze herangeführt wird. Diese Variante kann beispielsweise für eine Quasi-Endlosfertigung verwendet werden.

2) Die Vorrichtung weist mehrere unabhängige Formstufen mit dazwischen geschalteter Weitergabe-Einrichtung und jeweils separaten Walzenpaaren auf.

3) Die Vorrichtung weist eine innere Walze auf, und pro Stufe sind an jeweils unterschiedlichen Stellen um das Rohr herum separate äußere Walzen angeordnet, die pro Stufe jeweils nacheinander herangefahren werden. Der Vorteil dieser Variante ist, dass kein axialer Vorschub erfolgen muss, und die Walzen in axialer Richtung sehr kompakt angeordnet werden können.

Diese Ausführungsform eignet sich gleichermaßen für Einzelringfertigung wie für die Herstellung von mehreren Dichtringen nebeneinander und gleichzeitig. In einer Ausführungsform kann die Handling-Einrichtung zur Entnahme fertiger Dichtringe auch die Weitergabe von Dichtringen oder Rohrstücken zwischen den Stufen bzw. Stationen erledigen bzw. umgekehrt. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiter eine Erwärmungsvorrichtung, die zur lokalen oder übergreifenden Erwärmung des Rohrs (2) oder von Abschnitten des Rohrs (2) angepasst ist, wobei die Erwärmungsvorrichtung vorzugsweise eine Induktions- und/oder Laserheizvorrichtung ist. Die Erwärmungsvorrichtung kann zur Unterstützung des Formvorgangs vorgesehen werden, oder auch zur wärmeunterstützten oder schmelztechnischen Durchführung des Trennvorgangs, beispielsweise durch Relativbewegung der zu trennenden Teile.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt verschiedene Schritte des Formvorgangs bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren;

Fig. 2 zeigt die Endform verschiedener Dichtringe, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden;

Fig. 3 illustriert die verschiedenen Radien der Außenkonturen einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 illustriert die Rotationsrichtungen von Elementen einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ; Fig. 6 zeigt die Anordnung von Walzen in einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 7 zeigt die Anordnung von Walzen in einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Als Rohrfertigungsverfahren zur Bereitstellung des rohrförmigen Vorprodukts können prinzipiell alle bekannten Herstellungsverfahren angewendet werden. Exemplarisch sollen an dieser Stelle die zwei praktikabelsten dargestellt werden.

Bei Verfahren 1 werden von einer Rolle, allgemein als „Coil" bezeichnet, passende Blechstücke (Platinen) abgetrennt. Diese Platinen (die ein- oder mehrlagig sein können) werden einem formgebenden Biegeumform- oder Roll-Prozess unterzogen, so dass hieraus ein Rohr entsteht. Dieses Rohr muss anschließend noch gefügt werden. Hierfür kommen prinzipiell alle form-, kraft- und stoffschlüssigen Verfahren bzw. Kombinationen hiervon in Betracht. Vorzugsweise wird ein Schweiß verfahren, wie Laserschweißen oder Plasmaschweißen, angewendet.

Danach steht ein rohrförmiges Vorprodukt zur Verfügung, das eine definierte Form, eine definierte Textur (Walzrichtung), definierte Durchmesser (innen und außen), eine definierte Wanddicke (die aber auch stellenweise variieren kann) und eine charakteristische Fügestelle aufweist. Das bedeutet, dass sich die charakteristischen Merkmale des Vorproduktes (mehr oder weniger) auch an dem späteren Endprodukt feststellen lassen. Bei Verfahren 2 wird das Blech von einem Coil abgewickelt, gegebenenfalls auf die passende

Breite zugeschnitten, und vorzugsweise in mehreren Schritten zu einer Rohrform geschlossen.

Mit Hilfe eines geeigneten stoff-, kraft- oder formschlüssigen Verfahrens bzw.

Kombinationen hieraus werden die Enden zu einem geschlossenen Rohr verbunden.

Vorzugsweise wird ein Schweiß verfahren, wie Laserschweißen oder Plasmaschweißen angewendet. Danach steht ein endloses rohrförmiges Vorprodukt zur Verfügung, das ebenfalls eine definierte Form, eine definierte Textur (Walzrichtung), definierte Durchmesser (innen und außen), eine definierte Wanddicke (die aber auch stellenweise variieren kann) und eine charakteristische Fügestelle aufweist. Das bedeutet, dass sich die charakteristischen Merkmale des Vorproduktes (mehr oder weniger) auch an dem späteren Endprodukt feststellen lassen.

Es ist anzumerken, dass neben Rohren aus einlagigen Blechen ebenso Rohre aus mehreren Lagen verwendet werden können. Beispielsweise kann auch ein spiralförmig gewickeltes Rohr oder ein Rohr aus einem „Verbundblech" wie aluminiumplattiertem Blech oder beschichtetem Blech Verwendung finden.

Für die Fertigung von Dichtringen aus diesem rohrförmigen Vorprodukt, die im Querschnitt eine V-Form, C-Form, S-Form, W-Form oder Ähnliches aufweisen, wird nun ein zweiter Fertigungsprozess benötigt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei grundlegende Herstellungsvarianten und Kombinationen bzw. Abwandlungen hieraus möglich. Bei der Fertigungsvariante 1 wird das gesamte Rohr in einem Fertigungsschritt zunächst geformt, dann in einzelne Ringe getrennt bzw. gerissen und abschließend ausgeformt. Hierfür kommen zwei konturierte Walzen zum Einsatz.

Auf die mindestens eine erste Walze wird das Rohr bzw. Vorprodukt definierter Länge aufgesteckt und hinsichtlich der axialen und radialen Position geführt bzw. gehalten. Anschließend wird die mindestens eine zweite konturierte Walze in Richtung der mindestens einen ersten Walze bewegt. Durch diese Bewegung werden die beiden Profilkonturen der konturierten Walzen ineinander geschoben, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Konturen die Form des späteren Dichtrings definiert. Das Rohr bzw. dessen Wand wird dabei in einer Relativbewegung zwischen gegenläufigen Walzen hindurchbewegt und dabei dem Formvorgang unterworfen. Es ist dabei möglich, jeweils nur ein Element der drei betroffenen Elemente Konturwalze, Rohr und Formwalze aktiv anzutreiben bzw. zu rotieren, wobei ein oder zwei weitere Elemente durch die Reibung passiv mitgenommen werden. In einer möglichen Ausführungsform kann beispielsweise die Formwalze angetrieben werden, wobei Konturwalze und Rohr freilaufend mitgenommen werden. Die Konturwalze kann dabei zusätzlich auch angetrieben werden. Es ist auch möglich, alle drei Elemente anzutreiben. In einer weiteren Ausführungsform ist es aber ebenfalls möglich, dass die Umformvorrichtung rotiert, während das Rohr rotationsfest in Position gehalten wird. Dabei werden sowohl Kontur- als auch Formwalze (gegenläufig) angetrieben, bewegen sich somit um das feststehende Rohr herum. Diese Ausführungsform bietet sich etwa für eine Art von „Endlos"-Fertigung an, bei der das quasi„endlose" Rohr nur vorgeschoben, aber nicht rotiert wird.

In einer exemplarischen Ausführungsform ist ein weiteres Kriterium der beiden Konturen, dass die erhabenen Abschnitte (die„Wellenberge" der Kontur) der Außenkontur einer Walze größere (Krümmungs-) Radien aufweist als die der erhabenen Abschnitte der anderen Walze. Dabei stellt die Walze mit der Außenkontur mit größeren Radien die Konturwalze dar, und die Walze mit der Kontur mit den kleineren Radien die Formwalze.

Die Aufgabe der Konturwalze ist, dem Dichtring eine definierte Kontur zu bieten, über die dieser geformt wird. Das bedeutet, dass bei einem nach innen geöffneten Dichtring die Konturwalze den der Innenseite zugewandten Radius und bei einem nach außen geöffneten Dichtring den der Außenseite zugewandten Radius darstellt.

Die Aufgabe der Formwalze besteht darin, zum einen den Dichtring definiert über die Konturwalze zu formen bzw. zu rollen und zum anderen an definierten Stellen (den kleinen Radien der Formwalze) so hohe Spannungen in dem Rohrmaterial zu induzieren, dass das Material an diesen Stellen überbeansprucht wird und versagt bzw. reißt.

Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform vollzieht sich der Prozess in drei Schritten. Zunächst wird das Rohr angeformt und somit viele Dichtringe nebeneinander angerollt, das Rohr dadurch aber auch versteift bzw. stabilisiert. Durch weiteres aufeinander zu Bewegen der Walzen werden die Dichtringe weiter geformt, bis diese an den kleinen Radien der Formwalze abgetrennt werden. Abschließend werden die nun einzeln vorliegenden Dichtringe durch weiteres aufeinander zu Bewegen der Walzen ausgeformt, bis diese ihre gewünschte Endkontur erreicht haben. Die Schritte dieses Prozesses beinhalten daher anfängliches Anformen, Trennen und abschließendes Ausformen.

Bei einer beispielhaften Fertigungsvariante 2 wird das Rohr von einem Ende aus oder evtl. auch von beiden Enden aus in kontinuierlich aufeinander folgenden Fertigungsschritten - Dichtring für Dichtring - zunächst geformt, dann getrennt bzw. gerissen und abschließend ausgeformt. Hierfür kommen zwei (oder gegebenenfalls mehr) konturierte Walzen zum Einsatz. Die prinzipielle Fertigungsabfolge, das anfängliche Anformen, das Trennen und das abschließende Ausformen können hierbei beibehalten werden. Alternativ ist es aber auch möglich, den Ring zuerst vollständig auszuformen und erst in letzter Instanz zu trennen.

Durch den erfindungsgemäßen Fertigungsprozess kann sich eine Verschlankung der Dichtringenden ergeben, die an dem Endprodukt feststellbar ist. Des Weiteren ergibt sich durch diese Fertigung eine charakteristische Trenn- bzw. Bruchkante. Sofern der Dichtring nicht einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen wird, ist die Trenn- bzw. Bruchkante auch an dem Endprodukt zu erkennen.

Falls nicht gewünscht ist, dass es zu einer Verschlankung kommt, muss das Rohr während des Fertigungsprozesses„gestaucht" werden. Die Fertigungsanlage muss dann auch diese Möglichkeit bieten bzw. berücksichtigen, das Rohr in axialer Richtung zu komprimieren bzw. zusammenzudrücken. Dazu bieten sich die vorstehend beschriebenen Hochdruck- Umformverfahren bzw. Gummi-Formverfahren an, die eine Umformung ermöglichen, ohne die Wandstärke an den Enden zu verringern.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch in Varianten bzw. Abwandlungen oder in Teilschritten ausführen. Hierzu seien die zwei folgenden Beispiele genannt.

Beispiel 1

Soll Material für den Dichtring zum Einsatz kommen, das eine ausgeprägte Dehnbarkeit besitzt, ist es möglich, dass der Prozess-Schritt des Trennens nicht ausreicht, um das Rohr in einem Durchgang in einzelne Dichtringe zu separieren. In diesem Fall muss ein zusätzlicher Fertigungsschritt eingefügt werden, bei dem eine Schneid-Rolle mit einer angepassten Teilung, jedoch mit sehr kleinen, d.h. scharfen Radien, verwendet wird. Auf diese Weise wird das Rohr vor dem Formen vorgeschädigt bzw. angeschnitten, so dass die Formwalze während des eigentlichen Herstellungsprozesses die Trennung bzw. Separation der Dichtringe erzielen kann.

Ein vollständiges Schneiden ist alternativ dazu ebenfalls möglich, welches vor dem Formvorgang oder danach erfolgen kann.

Beispiel 2

Es ist auch möglich, das Rohr zunächst in einzelne gerade bzw. glatte Ringe aufzutrennen und diese einzelnen Ringe dann in einer Einzelringfertigung fertig zu rollen oder aber auch ein wie zuvor beschriebenes Walzensystem zu nutzen, bei dem viele einzelne Ringe zeitgleich gerollt bzw. geformt werden. Ein Nebeneffekt dieser Vorgehensweise ist, dass die Kanten der Dichtringe dann eine typische Schneide- oder Quetschkante aufweisen (ähnlich der Bruchkante), der Dichtring jedoch eine homogene Materialdicke beibehält (sofern bei dem Formgebungsprozess nicht unterschiedliche Materialdicken eingewalzt werden). Alternativ ist auch denkbar, das Rohr an definierten Stellen induktiv zu erwärmen, um so den Trennvorgang zu erleichtern oder aber das Formen der Endkontur zu begünstigen. Denkbar ist auch bei lokal sehr begrenzten Bereichen (die ringförmig um das Rohr verlaufen, das Rohr so stark zu erhitzen, dass mit sehr geringer Schneidekraft oder gar nur einen Relativbewegung zwischen Rohr und Dichtring bzw. zwischen mehreren Dichtringen diese voneinander abzutrennen. Auf letzt genannte Weise würde sich eine sehr markante Abscherkante ergeben, die an dem späteren Produkt voraussichtlich zu erkennen ist (falls das Material nicht einer intensiven Wärmebehandlung unterzogen wird). Dieser Trennvorgang kann in den Gesamtfertigungsprozess integriert oder aber als separater Vorgang durchgeführt werden.

Fig. 1 zeigt verschiedene Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist jeweils das Rohr 2 bzw. der Dichtring 1 im Querschnitt gezeigt. Von den jeweiligen Konturen der Konturwalze (in der Figur jeweils links) und der Formwalze (in der Figur jeweils rechts) ist jeweils nur die Kontur entsprechend einem Dichtring gezeigt.

In Schritt (a) wird ein rohrförmiges Vorprodukt 2 zwischen der Kontur 16 einer Konturwalze und der Kontur 14 einer Formwalze angeordnet und gehalten. Die Formwalze wird in Richtung der Konturwalze bewegt. Vor dem Kontakt der Kontur 16 der Konturwalze mit dem Rohr 2 ist noch keine Verformung erfolgt.

In Schritt (b) wird durch weiteres Bewegen der Formwalze in Richtung der Konturwalze das Profil des zu formenden Dichtrings in dem Rohr 2 angeformt. In diesem Schritt befindet sich das Rohr 2 noch an einem Stück. In Schritt (c) ist die Situation gezeigt, nachdem durch weiteres Verformen des Rohrs 2 der Dichtring 1 abgetrennt wurde. Durch Überbelastung des Materials an den kleinen Radien der Formwalze ist der Dichtring ausgerissen bzw. ausgebrochen worden.

In Schritt (d) hat der Dichtring durch Ausformen seine endgültige Form angenommen. Indem die Formwalze der Konturwalze maximal angenähert worden ist, wurde dem Dichtring seine Form durch den verbleibenden Raum zwischen der Kontur 14 der Formwalze und der Kontur 16 der Konturwalze verliehen. Es ist zu beachten, dass in der Regel die Ringform dem verbleibenden Raum zwischen den Konturen nicht exakt gleichen wird, sondern sich der Dichtring spätestens nach dem Öffnen der Walzen wieder geringfügig entspannen wird (materialabhängiges und konturabhängiges Rückfederverhalten).

In Fig. 2 sind verschiedene Geometrien von erfindungsgemäß hergestellten Dichtringen im Querschnitt gezeigt. Bei (i) ist ein Dichtring mit V-Form gezeigt, der eine konstante Materialdicke aufweist. Solche Dichtringe können beispielsweise durch ein Verfahren wie im vorstehend erläuterten Beispiel 2 erzeugt werden.

Bei (ii) und (iii) sind Dichtringe mit ebenfalls V-Form gezeigt, die in Richtung der Dichtflächen unterschiedlich starke Verjüngungen aufweisen. Diese Eigenschaft kann gewünscht sein, da sich durch die Verjüngung die inneren Spannungen gleichmäßiger über den gesamten Querschnitt verteilen, was dem Federverhalten und den Ermüdungs- bzw. Dauerfestigkeits-Eigenschaften zugute kommt. Zudem kann hierüber eingestellt werden, wie groß die Dichtkante sein soll und somit wie hoch die Abdicht- bzw. Linienkraft sein wird.

Je nach Wahl der Konturen von Form- bzw. Konturwalze in Kombination mit dem zu verwendenden Dichtring-Material können diese Dichtringe mit verjüngten Abdichtflächen erzeugt werden. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen das Abtrennen während des Formvorgangs mittels kontrollierter Überbeanspruchung des Materials erfolgt, kann es aufgrund des in der Materialrichtung induzierten Zuges zu diesen Verjüngungen kommen, bevor durch Materialversagen ein Reißen oder Brechen erfolgt.

Fig. 3 dient zur Verdeutlichung der Anordnung der Radien der jeweiligen Außenkonturen. Die Bewegungsrichtung der Walzen beim Formvorgang ist mit Pfeilen angedeutet, wobei das Rohr hier zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist. Bei der oberen Walze mit der Außenkontur 16 sind die Radien der erhabenen Abschnitte (d.h. der Abschnitte, die in Richtung auf das Rohr am weitesten vorragen bzw. zuerst mit der Rohrwand in Kontakt treten) groß, wie mit dem gestrichelten Kreis G angedeutet. Gemäß dem vorher Gesagten handelt es sich daher bei der oberen Walze um die Konturwalze. Bei der unteren Walze mit der Außenkontur 14 sind die Radien der erhabenen Abschnitte hingegen kleiner, wie mit den gestrichelten Kreisen K angedeutet. Bei dieser Walze handelt es sich daher in dem dargestellten Fall um die Formwalze.

Die Einteilung in„Konturwalze" und„Formwalze" hängt von den Verhältnissen der großen bzw. kleinen Radien ab, nicht aber davon, ob es sich um die jeweils innere oder äußere Walze handelt. Da die Situation hier nur im Querschnitt gezeigt ist, hängt die Art des Dichtrings (also nach innen oder nach außen offen), der mit den Walzen gefertigt werden kann, davon ab, welche Walze innen und welche außen liegt.

Wenn die obere Walze mit der Außenkontur 16 die innere Walze ist, so kann hiermit ein nach innen offener Dichtring gefertigt werden. Im anderen Fall, wenn die Walze mit Außenkontur 14 die innere Walze ist, so könnte ein nach außen offener Dichtring gefertigt werden.

In Fig. 4 ist eine mögliche Kombination der Rotationsrichtungen der beteiligten Elemente Rohr 2, innere Walze 4 und äußere Walze 6 gezeigt. In dieser Ausführungsform kann das Rohr 2 freilaufend sein, also nicht aktiv angetrieben. Wenn die innere Walze 4 im Uhrzeigersinn angetrieben wird, und die äußere Walze 6 in der mit einem Pfeil angedeuteten Richtung auf die Walze 4 und das Rohr 2 zubewegt wird, wird das Rohr 2 ebenfalls im Uhrzeigersinn mitrotiert. Die Walze 6 muss dabei ebenfalls nicht angetrieben sein, sondern kann mitlaufen (im Gegenuhrzeigersinn). Sie kann aber auch aktiv angetrieben werden. Andere Kombinationen angetriebener und lediglich mitlaufender Elemente sind möglich. So ist es beispielsweise denkbar, die Walzen 4 und 6 freilaufend auszulegen, und nur das Rohr 2 zu rotieren. Mit zunehmender Einspannung der Rohrwand zwischen den Walzen 4, 6 werden diese dann schließlich in den gezeigten Rotationsrichtungen mitlaufen. In Fig. 5 ist beispielhaft und schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein rohrförmiges Vorprodukt 2 ist auf einer Konturwalze 4 angeordnet. Dazu ist eine Zufuhreinrichtung 8 vorgesehen, die beispielsweise durch Heranfahren an das Rohr und Vorschieben desselben unter Reibungskraftschluss den Transport ermöglicht. In dieser Figur ist eine dazugehörige separate Halte- bzw. Gegenlagereinrichtung 10 gezeigt, die an die Stirnseite des Rohrs 2 angelegt werden kann (durch Pfeil angedeutet), um dieses zu halten.

Eine Formwalze 6 kann durch eine Antriebseinrichtung 12 in Richtung der Konturwalze 4 bewegt werden. Durch eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung kann das Rohr 2 in eine Rotation in einer ersten Drehrichtung (linker Pfeil) versetzt werden. Die Formwalze 6 kann durch Reibung mitlaufen, während sie auf das Rohr 2 gedrückt wird, oder kann mit einer ebenfalls nicht gezeigten Antriebseinrichtung in eine Rotation in einer entgegengesetzten Drehrichtung (rechter Pfeil) versetzt werden, um die Reibung zum Rohr 2 gering zu halten.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Formvorgang der Dichtringe in mehreren Stufen (hier drei) erfolgt. Dazu ist eine innere Walze 4 mit einer einheitlichen Außenkontur vorgesehen, auf die ein Rohr 2 (gestrichelt) geschoben ist. In der ersten Stufe der Formung wird eine erste äußere Walze 6' auf die Walze 4 zubewegt, und eine Zwischenform des zu bildenden Dichtrings oder der Dichtringe wie vorstehend beschrieben durch Relativbewegung der Rohrwand zwischen den Walzen 4, 6' gebildet. In der nächsten Stufe wird dann eine weitere Zwischenform zwischen der zweiten äußeren Walze 6" und der inneren Walze 4 gebildet. In der gezeigten Ausführungsform wird dann abschließend die Form des Dichtrings zwischen einer dritten äußeren Walze 6"' und der Walze 4 erzeugt. In einer alternativen Ausführungsform könnte die Aus formung auch bereits zwischen Walze 6" und Walze 4 erfolgen, wobei Walze 6"' als Schneidrolle ausgebildet ist. Weiterhin alternativ könnte die Walze 6' als Schneidrolle zum Anschneiden von Dichtringen ausgelegt sein, wobei der Dichtring bzw. die Dichtringe von den weiteren Walzen 6" und 6"' geformt und abgetrennt wird. Der Vorteil dieser Ausführungsform bestellt darin, dass zwischen den einzelnen Bearbeitungsstufen keine Weitergabe des bearbeiteten Rohrstücks erforderlich ist.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Formvorgang der Dichtringe in zwei Stufen erfolgt. In der ersten Stufe wird das Rohr 2 zwischen Walzen 4' und 6' angeformt. Danach wird das Rohrstück an die zweite Stufe weitergegeben, etwa durch Vorschub in axialer Richtung. Die endgültige Form erhält der Dichtring dann zwischen den weiteren Walzen 4" und 6". In alternativen Ausführungsformen kann jede der inneren und äußeren Walzen statt einer separaten Walze auch als Teilkontur auf einer axial durchgehenden Walze ausgelegt werden. Diese Variante bietet sich etwa für eine Quasi-Endlosfertigung an, da bei ihr das Rohr lediglich axial um eine Stufe weitergeschoben werden muss, wobei alle Stufen parallel in unterschiedlichen Arbeitsstadien operieren können.