Ausgangssituation
Bisher sind weder nationale noch internationale Lösungen zum einseitigen Rohrschließen auf IHU-Anlagen publiziert worden. Benötigt man solche einseitig geschlossenen Halbzeuge zur Weiterbearbeitung mittels Innenhochdruck-Umformung (IHU), so wird überwiegend auf Tiefziehteile zurückgegriffen. Bei einem großen l/d-Verhältnis erfordert dies allerdings eine Vielzahl von kostenintensiven Tiefziehstufen. Mit dem bearbeiteten Fördervorhaben sollte diese Technologielücke exemplarisch geschlossen werden. Dabei lag der Schwerpunkt auf einer halbkugelförmigen Rohrendengeometrie. Weitere Rohrendengeometrien, z.B. Kugelkappenund Klöpperbodengeometrien, wurden ebenfalls betrachtet.
Zielstellung
Kernziel des Vorhabens war die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur einseitigen Endenschließung von Rohren als vorgelagerter Prozess für einen sich anschließenden Hydroformingprozess. Dieser Preprozess des Endenschließens findet entweder separat auf einer entsprechenden Vorrichtung (z.B. Zug-Druck-Prüfmaschine) oder besser noch gleich in der IHU-Anlage selbst statt. Auf das Schließen einer Rohrseite folgt dann der eigentliche Formgebungs- und Kalibrierprozess im IHU-Verfahren. Für die einseitig geschlossene Rohrseite war ein adäquates Dichtkonzept zur Abdichtung während des Innenhochdruck-Umformens zu entwickeln und zu erproben.
Ergebnisse
Im Rahmen des Fördervorhabens wurde erstmals eine Technologie erarbeitet, theoretisch untersetzt und praktisch umgesetzt, die zu einseitig geschlossenen Rohrenden führt. Dazu wurden unterschiedliche Zuschnittgeometrien für das zu schließende Rohrende mittels eines entwickelten Berechnungstools ermittelt. Des Weiteren erfolgten umfangreiche FEM-Simulationsrechnungen zur Verformung beim Stauchen von Rohren und zum Schließprozess von entsprechend geschlitzten Rohrenden.
Da während des Schließvorganges das IHU-Bauteil noch nicht sicher druckdicht geschlossen ist, erfolgt der Rohrendenschließprozess als Kaltumformprozess ohne Innendruck. Dazu waren entsprechende konstruktive und technologische Lösungen erforderlich, die innerhalb des Forschungsprojektes zu entwickeln und zu erproben waren. Dafür wurden zunächst numerische Algorithmen zur Berechnung entsprechender Endengeometrien entwickelt und erprobt. Das entsprechende Rohrende besitzt dann die Form einer Zackenkrone. Diese Zackengeometrie wurde mittels Laserstrahlschneiden aus dem Rohr geschnitten. Diese Zacken am Rohrende wurden dann angestaucht und auf Endform gebogen, so dass das entsprechende Rohrende einseitig geschlossen wurde.
Für die Weiterverarbeitung eines solchen einseitig geschlossenen Rohres mittels Innenhochdruck-Umformung wurde ein entsprechendes Dichtkonzept mit einem speziell gestalteten äußeren Formstempel entwickelt. Dieser garantiert durch einen konischen Geometrieanteil die zuverlässige druckdichte Abdichtung, wobei Innendrücke bis 3500 bar experimentell erprobt wurden. Das entwickelte Dichtkonzept mit speziellem äußeren Formstempel ist ebenfalls anwendbar auf einseitig nur unvollständig geschlossene
bzw. nur angestauchte Rohre. Dies wurde experimentell erprobt und bestätigt. Damit eröffnet das entwickelte Dichtkonzept weitere Anwendungsmöglichkeiten über die Zielstellung des bearbeiteten Fördervorhabens hinaus.
Ausblick
Die entwickelte Technologie zum Schließen eines Rohrendes bietet sich insbesondere für kleine und mittelgroße Serien an, für die ein im Tiefziehverfahren hergestelltes, einseitig geschlossenes Ausgangsteil für die Innenhochdruckbearbeitung nicht ökonomisch ist. Das kaltumformende Rohrendenschließen wurde insbesondere an Rohren aus Edelstahl intensiv erprobt. Dabei wurde ein halbkugelförmig geschlossenes Rohrende gefertigt und anschließend mittels IHU ausgeformt. Eine Übertragung auf andere Rohrendengeometrien und auf andere metallische Werkstoffe wie Aluminium, Kupfer oder Messing ist prinzipiell möglich und bietet damit entsprechendes Anwendungspotential. Konkret ist die entwickelte Anwendung dieses kaltumformenden Rohrendenschließens u.a. für Leiterendhülsen beabsichtigt, die in Kleinserien zu fertigen sind. Dabei soll der kostenintensive Tiefziehprozess als IHU-Preprozess nach Möglichkeit durch das entwickelte Rohrendenschließen substituiert werden.
