VERFAHREN ZUM HERSTELLEN HOHLER METALLISCHER WERKSTÜCKE

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Herstellen hohler metallischer Werkstücke aus einem Mantelrohr (5) mit einer profilierten Innenfläche (2) und einer der profilierten Innenfläche (2) folgenden Auskleidung (3) aus einer mit dem Werkstoff des Mantelrohrs (5) einen Verbund bildenden Werkstoffschicht beschrieben, wobei das Mantelrohr (5) über einen Dorn geschmiedet wird. Um vorteilhafte Herstellungsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass in das in Annäherung an die profilierte Innenfläche (2) vorgeformte Mantelrohr (5) die Werkstoffschicht der Auskleidung (3) eingebracht wird, bevor das vorgeformte Mantelrohr (5) mit der Werkstoffschicht der Auskleidung (3) über den die profilierte Innenfläche (2) des Werkstücks bestimmenden Dorn geschmiedet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen hohler metallischer Werkstücke aus einem Mantelrohr mit einer profilierten Innenfläche und einer der profilierten Innenfläche folgenden Auskleidung aus einer mit dem Werkstoff des Mantelrohrs einen Verbund bildenden Werkstoffschicht, wobei das Mantelrohr über einen Dorn geschmiedet wird.

[0002] Um den Mantel eines Gehäuses für einen Bohrmotor mit einer gleichmäßig dicken Auskleidung für die gewendelte Innenfläche zur Aufnahme eines gewendelten Rotors versehen zu können, ist es bekannt (WO 1999/031389), von einem Mantelrohr auszugehen, das mit einer die gewendelte Innenfläche für die Auskleidung vorgebenden Form durch ein Walzen oder Schmieden über einen entsprechend geformten Dorn hergestellt wird, sodass die Auskleidung lediglich in einer vorgegeben Dicke auf die gewendelte Innenfläche des vorgefertigten Mantelrohrs aufgebracht werden muss, um das Gehäuse für den Bohrmotor zu erhalten. Nachteilig ist allerdings, dass durch das nachträgliche Aufbringen der Auskleidung aus einem elastomeren, thermoplastischen, keramischen oder metallischen Werkstoff auf die gewendelte Innenfläche des Mantelrohrs aus Stahl in Abhängigkeit von dem jeweils unter Berücksichtigung des Werkstoffs der Auskleidung gewählten Auftragsverfahren, wie galvanisches oder elektrolytisches Abscheiden, Gießen, Brennen, Plasmaspritzen oder Thermofixieren, die Haftung der Auskleidung am profilierten Mantelrohr häufig höheren Anforderungen nicht genügen kann. Außerdem muss für die Profilierung der Auskleidung mit einer vergleichsweise hohen Fertigungstoleranz gerechnet werden, was bei Auskleidungen aus einem elastomeren Werkstoff in Kauf genommen werden kann, bei metallischen Auskleidungen jedoch zu einer Nachbearbeitung führt, wenn höhere Ansprüche an die Fertigungstoleranzen gestellt werden.

[0003] Zur Herstellung eines zumindest zweilagigen, metallischen Verbundrohrs unter geringen Fertigungstoleranzen ist es außerdem bekannt (RU 2171164 C1), in ein eine Außenlage bildendes Mantelrohr eine Innenlage aus einem zumindest einlagig zu einem Rohrkörper gewundenen Blechstreifen einzubringen und das Mantelrohr mit der rohrförmigen Innenlage durch ein Kaltschmieden über einen Dorn zu einem Verbundkörper mit dem Vorteil zu verbinden, dass durch die Kaltverformung nicht nur die Festigkeit des Verbundes erhöht, sondern auch die Fertigungstoleranz klein gehalten werden kann. Wegen der zylindrischen Innenfläche des Verbundrohrs kann außerdem eine über die Rohrlänge gleichmäßige Dicke der metallischen Innenschicht sichergestellt werden, wie dies beispielsweise für Zylindergehäuse von Bedeutung ist. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Herstellung von hohlen Werkstücken mit einer profilierten Innenfläche.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen hohler metallischer Werkstücke mit einer ausgeprägten Profilierung der Innenfläche so auszugestalten, dass neben einfachen Herstellungsbedingungen eine hohe Maßhaltigkeit sichergestellt werden kann.

[0005] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass in das in Annäherung an die profilierte Innenfläche vorgeformte Mantelrohr die Werkstoffschicht der Auskleidung eingebracht wird, bevor das vorgeformte Mantelrohr mit der Werkstoffschicht der Auskleidung über den die profilierte Innenfläche des Werkstücks bestimmenden Dorn geschmiedet wird.

[0006] Da zufolge dieser Maßnahmen ein Mantelrohr mit einer an die profilierte Innenfläche des Werkstücks angenäherten Profilform vorbereitet wird, in das eine die spätere Auskleidung ergebende Werkstoffschicht eingebracht wird, kann durch ein anschließendes gemeinsames Kaltschmieden des vorgeformten Mantelrohrs und der in das Mantelrohr eingebrachten Werkstoffschicht über einen entsprechend der profilierten Innenfläche des Werkstücks profilierten Dorn nicht nur eine metallurgisch vorteilhafte, innige Verbindung zwischen dem Mantelrohr und der Auskleidung erreicht, sondern auch eine hohe Formgenauigkeit für die profilierte Innenfläche des hohlen Werkstücks erzielt werden, ohne eine Nachbearbeitung dieser Innenfläche in Kauf nehmen zu müssen. Hinsichtlich der Profilierung ist somit lediglich das mögliche Schmieden über einen Dorn vorauszusetzen.

[0007] Damit auch bei sonst ungünstigen Werkstoffzusammensetzungen ein inniger Verbund zwischen dem Mantelrohr und der Werkstoffschicht der Auskleidung erzielt werden kann, kann das Mantelrohr und die Werkstoffschicht der Auskleidung zunächst durch eine Warmverformung über einen Dorn zu einem Verbundkörper verbunden werden, bevor der Verbundkörper durch ein Kaltschmieden über den die profilierte Innenfläche bestimmenden Dorn zum Werkstück geformt wird. Durch die Warmverformung des Mantelkörpers gemeinsam mit der in das Mantelrohr eingebrachten Werkstoffschicht der Auskleidung wird einerseits eine metallurgisch vorteilhafte Verbundwirkung zwischen den metallischen Werkstoffen des Mantelrohrs und der Auskleidung erreicht und anderseits ein zusätzlicher Schritt der Vorformung in Annäherung an die profilierte Innenfläche des herzustellenden Werkstücks ermöglicht. Dies bedeutet, dass durch die Kaltverformung größere örtliche Verlagerungen der Werkstoffschicht gegenüber der profilierten Innenfläche des Mantelrohrs unterbunden werden und durch die Kaltverformung lediglich die genaue profilierte Innenfläche des Werkstücks sicherzustellen ist.

[0008] Die Werkstoffschicht der Auskleidung kann in unterschiedlicher Weise in das vorgeformte Mantelrohr eingebracht werden, da es lediglich auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Werkstoffschicht der Auskleidung über die vorprofilierte Innenfläche des Mantelrohrs ankommt. Die Werkstoffschicht der Auskleidung kann daher beispielsweise durch ein Sprühen, Spritzen oder Gießen und dgl. auf die vorgeformte Innenfläche des Mantelrohrs aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, diese Werkstoffschicht in Form einer federnd vorgespannten Drahtwendel in das Mantelrohr einzuführen, um nach dem Einführen der Drahtwendel ein Anlegen der Drahtwindungen an die vorgeformte Innenfläche des Mantelrohrs unter der federnden Vorspannung zu erreichen. Besonders einfache Herstellungsbedingungen ergeben sich allerdings, wenn die Werkstoffschicht der Auskleidung in Form eines vorgeformten Auskleidungsrohrs in das vorgeformte Mantelrohr eingebracht wird, weil in diesem Fall die Auskleidung als Auskleidungsrohr außerhalb des Mantelrohrs vorgefertigt werden kann und nach dem Einbringen des Auskleidungsrohrs in das Mantelrohr lediglich das Mantelrohr mit dem Auskleidungsrohr über einen Dorn unter einer hohen Maßgenauigkeit zu einem Verbundkörper geschmiedet zu werden braucht.

[0009] Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

[0010] Es zeigen

Fig. 1

ein erfindungsgemäßes, hohles Werkstück ausschnittsweise in einem Längsschnitt,

Fig. 2

das Werkstück nach Fig. 1 in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3

ein vorgeformtes Mantelrohr zur Herstellung eines Werkstücks nach Fig. 1 in einem Längsschnitt,

Fig. 4

einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5

ein vorgeformtes Auskleidungsrohr für ein Mantelrohr gemäß den Fig. 3 und 4 in einem Längsschnitt,

Fig. 6

einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7

das Mantelrohr nach der Fig. 3 mit dem Auskleidungsrohr gemäß der Fig. 5 in einem Längsschnitt und

Fig. 8

einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7.

[0011] Das Werkstück gemäß der schematischen Darstellung nach den Fig. 1 und 2, beispielsweise ein Gehäuse, weist einen Mantel 1 mit einer profilierten Innenfläche 2 sowie eine Auskleidung 3 auf, die der profilierten Innenfläche 2 des Mantels 1 folgt und somit eine der profilierten Innenfläche 2 des Mantels 1 entsprechende Innenfläche 4 des Werkstücks bildet. Zur Herstellung eines solchen Werkstücks kann gemäß der Fig. 4 von einem strichpunktiert angedeuteten metallischen Mantelrohr 5 ausgegangen werden, das in Annäherung an die profilierte Innenfläche 2 des Mantels 1 beispielsweise durch ein Warmschmieden vorgeformt wurde und demnach eine an die profilierte Innenfläche 2 des Mantels 1 angenähert vorprofilierte Innenfläche 6 aufweist. Die für die Auskleidung 3 vorgesehene Werkstoffschicht wird in Form eines Auskleidungsrohrs 7 vorgefertigt, das gemäß den Fig. 5 und 6 eine ebenfalls an die in profilierte Innenfläche 2 des Mantels 1 angenäherte Vorform besitzt. Das vorgeformte Auskleidungsrohr 7 und das vorgeformte Mantelrohr 5 können somit entsprechend den Fig. 7 und 8 ineinandergesteckt werden, um anschließend gemeinsam durch ein Kaltschmieden über einen Dorn zum Verbundkörper des Werkstücks entsprechend den Fig. 1 und 2 umgeformt zu werden.

[0012] Da die Gefahr besteht, dass das Auskleidungsrohr 7 beim gemeinsamen Kaltschmieden zusammen mit dem Mantelrohr 5 eine örtliche Verlagerung gegenüber dem Mantelrohr 5 erfährt, ist es unter Umständen vorteilhaft, die Reibungsverhältnisse zwischen dem Mantelrohr 5 und dem eingeschobenen Auskleidungsrohr 7 zu vergrößern. Eine andere Möglichkeit besteht darin, vor der Kaltverformung eine Warmverformung zur innigen Verbindung des Mantelrohrs 5 und des Auskleidungsrohrs 7 zu einem Verbundkörper vorzusehen, um einer solchen örtlichen Verlagerung der Werkstoffschicht der Auskleidung gegenüber dem Mantelrohr vorzubeugen.

[0013] Obwohl das Einbringen der Werkstoffschicht der Auskleidung 3 durch ein Auskleidungsrohr 7 besonders einfache Herstellungsbedingungen schafft, ist die Erfindung nicht auf ein solches Einbringen der Werkstoffschicht in das vorgeformte Mantelrohr 5 gebunden, es kommt ja lediglich darauf an, für das gemeinsame Schmieden des Mantelrohrs 5 und der Auskleidung 3 eine entsprechende Werkstoffschicht der Auskleidung 3 innerhalb des Mantelrohrs 5 vorzusehen, was beispielsweise durch ein Spritzen oder Gießen einer entsprechenden Werkstoffschicht auf die vorprofilierte Innenfläche 6 des Mantelrohrs 5 erreicht werden kann. Das Einbringen einer entsprechenden Werkstoffschicht der Auskleidung 3 kann somit auf jede Art vorgenommen werden, die ein anschließendes gemeinsames Schmieden des Mantelrohrs 5 und der eingebrachten Werkstoffschicht der Auskleidung 3 über einen profilierten Dorn erlaubt.

[0014] Ist beim gemeinsamen Schmieden des Mantelrohrs 5 und der eingebrachten Werkstoffschicht der Auskleidung 3 mit einem ungleichmäßigen Fließen des Werkstoffs im Bereich der Werkstoffschicht der Auskleidung 3 zu rechnen, so kann zur Einhaltung einer gleichmäßigen Dicke der Auskleidung 3 des fertigen Werkstücks dieses ungleichmäßige Werkstofffließen im Bereich der Auskleidung 3 durch das Einbringen der Werkstoffschicht mit entsprechenden Dickenunterschieden berücksichtigt werden, sodass nach dem für die Fertigstellung des Werkstücks erforderlichen Kaltschmieden eine einheitlich dicke Auskleidung 3 erreicht wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen hohler metallischer Werkstücke aus einem Mantelrohr (5) mit einer profilierten Innenfläche (2) und einer der profilierten Innenfläche (2) folgenden Auskleidung (3) aus einer mit dem Werkstoff des Mantelrohrs (5) einen Verbund bildenden Werkstoffschicht, wobei das Mantelrohr (5) über einen Dorn geschmiedet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in das in Annäherung an die profilierte Innenfläche (2) vorgeformte Mantelrohr (5) die Werkstoffschicht der Auskleidung (3) eingebracht wird, bevor das vorgeformte Mantelrohr (5) mit der Werkstoffschicht der Auskleidung (3) über den die profilierte Innenfläche (2) des Werkstücks bestimmenden Dorn geschmiedet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (5) und die Werkstoffschicht der Auskleidung (3) zunächst durch eine Warmverformung über einen Dorn zu einem Verbundkörper verbunden werden, bevor der Verbundkörper durch ein Kaltschmieden über den die profilierte Innenfläche (4) bestimmenden Dorn zum Werkstück geformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffschicht der Auskleidung (3) in Form eines vorgeformten Auskleidungsrohrs (7) in das vorgeformte Mantelrohr (5) eingebracht wird.

Zeichnung