VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER EINTEILIGEN HOHLWELLE AUS EINEM ROHRFÖRMIGEN WERKSTÜCK AUS METALL, DAMIT HERGESTELLTE HOHLWELLE UND VORRICHTUNG SOWIE DEREN VERWENDUNG

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer einteiligen Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück (W) aus Metall, wobei ein erster Umformbereich (U1) des Werkstücks (W) nach einer Querschnittsreduzierung unter Ausbildung einer ersten Schulter (S1) durch Presshub weiter derart umgeformt wird, dass die erste Schulter (S1) eine gegenüber dem Stand der Technik verkleinerte räumliche Ausdehnung gemessen parallel zur Mittelachse des Werkstücks (W) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein auf diese Weise umgeformtes Werkstück (W) sowie eine Vorrichtung (V) zur Durchführung wenigstens eines Schritts des Verfahrens. Schließlich wird die Verwendung der Vorrichtung beansprucht.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer einteiligen Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück W aus Metall nach Anspruch 1 und eine damit hergestellte Hohlwelle nach Anspruch 12. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung wenigstens eines Schritts des Verfahrens nach Anspruch 13 sowie die Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 17. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise dazu genutzt werden, folgende, einteilige Bauteile oder deren Vorläufer aus rohrförmigen Werkstücken herzustellen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt: Rotorwellen, Antriebswellen, Stabilisatoren, Stoßdämpfer, Gas-Kartuschen, Gerüststützen, Wellen und Rohrbausteine sämtlicher Art, die einen steilen Übergang zu querschnittsreduzierten Bauteilenden aufweisen.

Hintergrund und Stand der Technik

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Umformverfahren zum Herstellen einer einteiligen Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück aus Metall bekannt, die eine Querschnittsverengung aufweist. So ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 196 07 010 C1 derselben Anmelderin ein Verfahren mittels rollierendem Umformen bekannt, wobei an das Werkstückende ein nach innen eingestülpter Kragen angeformt wird.

[0003] Die bekannten Umformverfahren haben jedoch den Nachteil, dass die axiale Ausdehnung bzw. Länge des Umformbereichs oder genauer der Querschnittsverjüngung bzw. des Stufensprungs der resultierenden Hohlwelle, zu groß ist.

Aufgabe der Erfindung

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen einer einteiligen Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück aus Metall anzugeben, mittels dessen eine Querschnittsverjüngung in Gestalt einer Schulter bzw. eines Stufensprungs in einem Umformbereich der Hohlwelle ausgebildet werden kann, wobei die Schulter eine gegenüber dem Stand der Technik verkleinerte räumliche Ausdehnung gemessen parallel zur Mittelachse der Hohlwelle, das heißt, eine in der Schnittansicht durch die Mittelachse verkleinerte Länge (axiale Ausdehnung), aufweist. Des Weiteren soll die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte oder herstellbare Hohlwelle sowie eine Vorrichtung zur Durchführung wenigstens eines Schritts des Verfahrens bereitgestellt werden.

Definitionen

[0005] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff "rohrförmiges Werkstück" jede Gestalt eines länglichen Hohlkörpers, vorzugsweise eines Rohrs, dessen Länge größer als sein Außendurchmesser ist. Dabei ist die Querschnittsgestalt des rohrförmigen Werkstücks nicht auf einen Kreis beschränkt, sondern kann auch elliptisch oder kreisähnlich sein.

[0006] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung schließt der Begriff "einteilig" in Bezug auf das rohrförmige Werkstück auch rohrförmige Werkstücke ein, die eine Schweißnaht oder eine Fügenaht aufweisen.

[0007] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen die Begriffe "Reduzieren des Querschnitts" oder "Verjüngen des Querschnitts" eines rohrförmigen Werkstücks ein wenigstens abschnittsweises Verringern des Durchmessers des rohrförmigen Werkstücks verstanden. Entsprechend wird erfindungsgemäß unter "Querschnittsverjüngung" ein Übergang von einem Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks mit größerem Durchmesser zu einem Abschnitt desselben mit kleinerem Durchmesser verstanden. Erfindungsgemäß kann das "Reduzieren des Querschnitts" durch rollierendes Umformen, durch Spinning, durch ein Rundknetverfahren für eine Warm- oder Kaltumformung oder durch ein anderes geeignetes, dem Fachmann bekannten Verfahrenstechniken der plastischen Metallumformung erzielt werden. Geeignete Verfahren und Vorrichtungen zum rollierendes Umformen sind dem Fachmann beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 44 31 517 C1 (vgl. insbesondere die Ansprüche und Seite 2, Zeilen 36 bis 56, der Beschreibung sowie Fig. 1 und 3 und die zugehörigen Beschreibungsteile) und der deutschen Patentschrift DE 196 07 010 C1 (vgl. insbesondere die Spalte 1, Zeilen 41, bis Spalte 2, Zeile 23, der Beschreibung und Ansprüche für die hierfür verwendete Vorrichtung) bekannt. Eine Kaltumformung kann insoweit vorgesehen sein, soweit ein ausreichender Umformgrad noch erreicht wird. Erfindungsgemäß wird ein Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks, der nach dem erfindungsgemäßen Umformen einen kleineren Durchmesser und den Übergang zum Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks mit einem größeren Durchmesser (= ursprünglicher Durchmesser des Werkstücks im selben Bereich vor dem Umformen) aufweist, als "Umformbereich" bezeichnet. Der Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks, welcher der Übergang vom Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks mit dem kleineren Durchmesser zum Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks mit größerem Durchmesser ist, wird erfindungsgemäß als "Schulter" bezeichnet. Definitionsgemäß ist die Schulter ein Teil des Umformbereichs. Anders ausgedrückt ist der Umformbereich ein an einem Ende des rohrförmigen Werkstücks befindlicher, zusammenhängender Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks, der durch das erfindungsgemäße Umformen einen verringerten Durchmesser im Vergleich zu dem Zustand vor dem Umformen bzw. im Vergleich zum ursprünglichen Durchmesser des Werkstücks im selben Abschnitt desselben aufweist.

[0008] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff "Metall" ein zu den Metallen gehörendes Element, wie beispielsweise Eisen oder Nichteisenmetalle, wie bspw. Kupfer, Legierungen aus zwei oder mehr Metallen, wie beispielsweise Edelstahl, oder sonstige Legierungen mit einem Metallgehalt von > 90 %, wie beispielsweise Stahl.

[0009] Die Definition des Begriffs "Metall" schließt erfindungsgemäß auch ein Element oder eine Legierung mit ein, welche einen Anteil an technisch unvermeidbaren Verunreinigungen aufweist.

[0010] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "axiale Ausdehnung der Schulter" entlang der Mittelachse des rohrförmigen Werkstücks die Länge der Projektion der Schulter auf die Mittelachse des rohrförmigen Werkstücks. Entsprechendes bedeutet der Begriff "axiale Ausdehnung der ersten Schulter" oder "axiale Ausdehnung der zweiten Schulter" entlang der Mittelachse des rohrförmigen Werkstücks die Länge der Projektion der ersten oder zweiten Schulter auf die Mittelachse des rohrförmigen Werkstücks. Ein Verkleinern der axialen Ausdehnung bedeutet ein Stauchen der betreffenden Schulter in einer Richtung parallel zur Mittelachse des rohrförmigen Werkstücks derart, dass sich die Länge der Projektion der ersten Schulter auf der Mittelachse des rohrförmigen Werkstücks verkürzt bzw. verkleinert.

[0011] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die angegebenen Durchmesser eines Bauteils einschließlich Innen- und Außendurchmesser immer senkrecht zur längsten Symmetrieachse bzw. Mittelachse des betreffenden Bauteils gemessen, falls nicht anders angegeben.

Zusammenfassung der Erfindung

[0012] Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. So wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer stufenförmigen Querschnittsverjüngung an einem einteiligen, rohrförmigen Werkstück W aus Metall bereitgestellt, welches wenigstens die nachfolgenden Schritte aufweist:

(a) Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W in einem ersten Umformbereich U1 auf eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C;
wobei der erste Umformbereich U1 an einem ersten Ende E1 des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;

(b) Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 durch Warmumformen mittels eines ersten Umformwerkzeugs UW1; wobei das Reduzieren des Querschnitts vorzugsweise mittels Spinning, Fließrollieren oder Warmschmieden erfolgt;

wobei durch Einwirken des ersten Umformwerkzeugs UW1 auf den ersten Umformbereich U1 während des Umformens eine erste Schulter S1 im ersten Umformbereich U1 ausgebildet wird, wobei die erste Schulter S1 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist;

wobei eine an einem linearen Abschnitt der ersten Schulter S1 oder an einem Wendepunkt der ersten Schulter S1 angelegte Tangente mit einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (a) von 25 bis 70 ° einschließt;

wobei der erste Umformbereich U1 während des Umformens eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C, aufweist; und

(c) weiteres Umformen des aus Schritt (b) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 mittels eines zweiten Umformwerkzeugs UW2 derart, dass die axiale Ausdehnung der ersten Schulter S1 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird;

wobei nach Schritt (b) und während des Schritts (c) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W) im ersten Umformbereichs U1, vorzugsweise des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise unterbleibt;

wobei das rohrförmige Werkstück W im ersten Umformbereich U1 während des weiteren Umformens eine Temperatur im Bereich von 600 bis 1.000 °C, vorzugsweise 650 bis 900 °C, aufweist;

wobei das zweite Umformwerkzeug UW2 einen ersten Presstopf PT1 und einen Pressdorn PD aufweist;

wobei eine Mittelachse MPT1 des ersten Presstopfs PT1 und eine Mittelachse MPD des Pressdorns PD konzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet sind;

wobei der erste Presstopf PT1 eine innere Umfangsfläche aufweist, welche vorzugsweise rotationssymmetrisch ist;

wobei der Pressdorn PD eine äußere Umfangsfläche aufweist, welche vorzugsweise rotationssymmetrisch ist;

wobei der erste Presstopf PT1 den ersten Umformbereich U1 von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche des ersten Presstopfs PT1 die Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 berührt;

wobei der Pressdorn PD im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W im Bereich des ersten Umformbereichs U1 angeordnet ist;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück W, der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD nicht rotieren oder nicht relativ zueinander rotieren;

wobei während des Umformens der erste Presstopf PT1 und/oder der Pressdorn PD jeweils in axialer Richtung auf die erste Schulter S1 bewegt

werden; wobei der Pressdorn PD parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des ersten Presstopfs PT1 bewegt wird; oder wobei der erste Presstopf PT1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des Pressdorns PD bewegt wird; oder wobei der Pressdorn PD und der erste Presstopf PT1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W aufeinander zu bewegt werden;

wobei der erste Presstopf PT1 eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche und der Pressdorn PD eine Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweisen, die bei gemeinsamen Einwirken auf die im Schritt (a) im ersten Umformbereich U1 ausgebildeten ersten Schulter S1 geeignet sind, die erste Schulter S1 derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der ersten Schulter(S1 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird; und

wobei eine an einem linearen Abschnitt der ersten Schulter S1 oder an einem Wendepunkt der ersten Schulter S1 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (β) von 60 bis 120 °, insbesondere 70 bis 90 °, einschließt.

[0013] Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine einteilige Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück aus Metall mit einer Schulter erzielt, wobei die axiale Ausdehnung der in einem ersten Umformschritt ausgebildeten Schulter entlang der Mittelachse des rohrförmigen Werkstücks, also die Länge der Schulter in der Schnittansicht durch die Mittelachse, durch einen zusätzlichen Umformschritt (Pressschritt) verkleinert wird. Dabei lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine große Vielfalt von rohrförmigen Werkstücken unterschiedlicher Durchmesser und Längen umformen. So können beispielsweise rohrförmige Werkstücke mit einer Länge von 150 bis 4.200 mm erfindungsgemäß verarbeitet werden. Zudem ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Position der Schulter entlang der Rohrlänge weitgehend frei wählbar, was die hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens unterstreicht.

[0014] Da das Werkstück einteilig ist, weist es eine gegenüber mehrteiligen Werkstücken erhöhte mechanische Stabilität und Festigkeit auf. Das erfindungsgemäß umgeformte Werkstück weist nämlich einen homogenen Faserverlauf auf, welcher zu einer höheren internen Materialstabilität führt. Erfindungsgemäß können aufgrund der Einteiligkeit des Werkstücks Werkstücke mit dünneren Wanddicken verwendet werden, wodurch eine Leichtbauweise der erfindungsgemäßen, rohrförmigen Werkstücke realisiert werden kann. Hiermit geht eine entsprechende Material- und Gewichtseinsparung einher.

[0015] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Reduzieren des Querschnitts in Schritt (b) in einem oder mehreren Schritten oder Hüben erfolgen. So kann erfindungsgemäß nach dem vorstehend beschriebenen, ersten Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks ein weiteres Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 des rohrförmigen Werkstücks W in Schritt (b) vorgesehen sein. Dies kann vor allem dann vorgesehen sein, wenn eine Schulter mit verhältnismäßig großer Abmessung in Radialrichtung erzeugt werden soll (weiteres Reduzieren im Übergangsbereich), oder wenn das Werkstück zwei oder mehr Stufen an verschiedenen Stellen im Umformbereich aufweisen soll (Erzeugung mehrerer Schultern oder Stufensprünge). Nach der Erfahrung der Erfinder gelingt mit einem einzelnen Reduzierschritt mittels dem GFU Fließrollierverfahren (siehe Patent Nr. DE 44 31 517 C1 bzw. DE 196 07 010 C1) bzw. -hub eine Verkleinerung des Werkstückdurchmessers von etwa 10 bis 80 %. Wird ein noch höherer Reduktionsgrad angestrebt, können entsprechend ein weiterer Hub oder mehrere weitere Hübe zur Querschnittsverkleinerung durchgeführt werden. Für das weitere Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks kann ein weiteres Umformwerkzeug oder können mehrere weitere Umformwerkzeuge eingesetzt werden.

[0016] Weist die während des Umformens in Schritt (b) ausgebildete erste Schulter S1 einen linearen Abschnitt auf, so schließt eine an den linearen Abschnitt der ersten Schulter S1 angelegte Tangente mit einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel a) von 25 bis 70 °, insbesondere von 45 bis 60 °, ein.

[0017] Weist die während des Umformens in Schritt (b) ausgebildete erste Schulter S1 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur und damit einen Wendepunkt auf, so schließt eine an den Wendepunkt angelegte Tangente mit einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel a) von 25 bis 70 °, insbesondere von 45 bis 60 °, ein.

[0018] Im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutet die Verkleinerung der axialen Ausdehnung der ersten Schulter S1 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W ein Aufstellen oder Steilstellen der ersten Schulter S1 derart, dass sich die entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W betrachtete Länge der ersten Schulter S1 verkürzt. Angestrebt wird hierbei ein in axialer Richtung möglichst kurzer Stufensprung bzw. Übergangsbereich.

[0019] Das Steilstellen der ersten Schulter S1 in Schritt (c) bedeutet für den Fall, dass die erste Schulter S1 einen linearen Abschnitt aufweist, dass die an den linearen Abschnitt der ersten Schulter S1 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel ß) von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt.

[0020] Das Steilstellen der ersten Schulter S1 in Schritt (c) bedeutet für den Fall, dass die erste Schulter S1 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur und damit einen Wendepunkt aufweist, dass die am Wendepunkt angelegte Tangente mit einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel β) von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt.

[0021] Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass durch das Zusammenwirken des ersten Presstopfs PT1 und des Pressdorns PD während des Umformens des rohrförmigen Werkstücks im Schritt (c) eine axiale Stauchung des Werkstücks W im ersten Umformbereich U1, also vorzugsweise ein Steilstellen der ersten Schulter S1 mit einem Tangentenwinkel β zur Mittelachse des Werkstücks von bis zu 90 °, erzielt werden kann. Gleichzeitig kann sich die Wanddicke im Übergangsbereich leicht anstauchen (Vergrößerung der Wanddicke durch den Stauchprozeß im Übergangsbereich). Durch das gemeinsame Einwirken des ersten Presstopfs PT1 von außen und des Pressdorns PD von innen kann eine definierte Wanddicke des Werkstücks W an der Schulter S eingestellt werden. Vorteilhaft an der zweistufigen Umformung (Schritte (b) und (c) in Kombination) ist, dass sich selbst bei schwerer umformbaren Metallen eine sehr steile bis rechtwinklige erste Schulter S1 und damit eine geringe Abmessung in axialer Richtung herstellen lässt. Andererseits lässt sich erfindungsgemäß eine Rissbildung am Stufenansatz auf der Innenseite des Metalls im ersten Umformbereich wirksam vermieden, die je nach Zusammensetzung, Vorbehandlung und Eigenschaften des Metalls auftreten kann, wenn versucht würde, die steile Schulter in nur einem Umformschritt gemäß Schritt (b) auszubilden.

[0022] Das Ausbilden einer Schulter oder Verjüngung mit einer derart geringen räumlichen Ausdehnung bzw. Länge, wenn in axialer Richtung betrachtet, in einem einzigen Warmumformschritt, wie er beispielsweise durch Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert wird, kann nämlich nach der Erkenntnis der Erfinder aufgrund der Materialeigenschaften des Werkstücks nicht oder nur unter nicht hinnehmbaren Qualitätseinbußen, beispielweise bei der Materialstabilität, bewerkstelligt werden. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstmals das Ausbilden einer Schulter oder Verjüngung in einem Umformbereich eines rohrförmigen Werkstücks aus Metall durch Warmumformung mit einer axialen Verkürzung dieser Schulter oder Verjüngung durch Pressumformung verknüpft. Hierdurch wird ein signifikant höherer Umformgrad gegenüber den bisher bekannten Warmumformverfahren erzielt.

[0023] Zum anderen kann in dem zweiten Umformschritt gemäß Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die beim Warmumformen gemäß Schritt (b) erfolgte Wandverdickung im Bereich der Schulter dazu genutzt werden, um ein beim weiteren Umformen der Schulter gemäß Schritt (c) ggf. auftretendes Ausdünnen der Wand des Werkstücks auszugleichen. Des Weiteren wird durch die axiale Verkürzung die meist mit der Querschnittsverjüngung des Schritts (b) einhergehende, unerwünschte Dehnung bzw. Streckung des Werkstücks in axialer Richtung kompensiert.

[0024] Zudem bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass, wenn gewünscht, eine Wanddicke des Werkstücks im Bereich der Schulter derart eingestellt werden kann, dass sie von der Wanddicke des Ausgangswerkstücks nur unerheblich abweicht (bspw. ± 10 %). Durch ein gezieltes Abstimmen der Erhöhung der Wanddicke beim Reduzieren des Querschnitts in Schritt (b) und der Verringerung der Wanddicke beim weiteren Umformen in Schritt (c) kann je nach Bedarf in der Summe eine Zunahme bzw. ein Gleichbleiben der Wanddicke des Werkstücks im Bereich der Schulter im Vergleich zur Ausgangswanddicke der unverformten Werkstücks W eingestellt werden. Vorzugsweise weist das rohrförmige Werkstück W im Bereich der ersten Schulter S1, vorzugsweise im ersten Umformbereich U1, eine Wanddicke auf, die zwischen 100 und 220 %, vorzugsweise zwischen 101 und 180 %, der Wanddicke des Werkstücks an jeweils derselben Stelle vor dem Ausbilden der ersten Schulter S1, insbesondere vor dem Umformen gemäß Schritt (b), beträgt; und/oder die zwischen 100 und 220 %, vorzugsweise zwischen 101 und 180 %, der Wanddicke des Werkstücks W an einer Stelle des Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 (vorzugsweise außerhalb aller Umformbereiche des Werkstücks W, falls mehrere vorhanden sind) beträgt.

[0025] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich und bevorzugt, dass das rohrförmige Werkstück im Bereich der ersten Schulter S1, vorzugsweise im ersten Umformbereich U1, nach dem Umformen gemäß Schritt (c) eine Wanddicke aufweist, die gegenüber der Wanddicke des Werkstücks W an derselben Stelle vor der Querschnittsreduzierung gemäß Schritt (b) (d.h., bevor die Querschnittsreduzierung durchgeführt wurde) und/oder die gegenüber der Wanddicke des Werkstücks W an einer Stelle des Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 (vorzugsweise außerhalb aller Umformbereiche des Werkstücks W, falls mehrere vorhanden sind) nicht verringert oder sogar vergrößert ist. Hierdurch wird eine noch bessere mechanische Stabilität des umgeformten Werkstücks im ersten Umformbereich U1 erzielt. Noch bevorzugter ist, wenn das rohrförmige Werkstück W im Bereich der ersten Schulter S1, vorzugsweise im ersten Umformbereich U1 nach dem Umformen gemäß Schritt (c) eine Wanddicke aufweist, die 100 bis 220 %, insbesondere 101 bis 180 %, der Wanddicke des Werkstücks W an jeweils derselben Stelle vor der Querschnittsreduzierung gemäß Schritt (b) beträgt; und/oder die zwischen 100 und 220 %, vorzugsweise zwischen 101 und 180 %, der Wanddicke des Werkstücks W an einer Stelle des Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 (vorzugsweise außerhalb aller Umformbereiche des Werkstücks W, falls mehrere vorhanden sind) beträgt.

[0026] Folglich resultiert ein umgeformtes Werkstück, welches im Umformbereich einen hohen Umformungsgrad bei einer geringen Ausdehnung bzw. Dimension in axialer Richtung erzielt.

[0027] Weitere Details zum erfindungsgemäßen Verfahren werden wie folgt offenbart:
Das Erwärmen in Schritt (a) ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich, da ansonsten in Schritt (c) die erste Stufe S1 nicht ausreichend axial verkürzt und so scharfkantig wie angestrebt ausgebildet werden kann und/oder eine Rissbildung im ersten Umformbereich U1 zu befürchten ist. Die Erfinder haben bei kalter Umformung unterhalb des in Schritt (c) angegebenen Temperaturbereichs, insbesondere unter 600 °C, eine sogenannte Rissbildung an der Oberfläche im ersten Umformbereich U1 beobachtet. Andererseits ist ein Erwärmen des Werkstücks W oder des ersten Umformbereichs U1 desselben auf eine Temperatur von über 1.450 °C bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schädlich, da das Werkstück zu schmelzen beginnt und ein definiertes Umformen nicht mehr möglich ist.

[0028] Für das weitere Umformen gemäß Schritt (c) kann vorzugsweise die noch vorhandene Restwärme des aus Schritt (b) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W ausgenutzt werden, solange die Temperatur des Metalls im ersten Umformbereich U1 im Bereich von 600 bis 1.000 °C, vorzugsweise 650 bis 900 °C, ist. Dies bedeutet, dass, wenn sich der Schritt (c) zeitlich unmittelbar oder nur mit kurzer zeitlicher Verzögerung an den Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens anschließt, kann ein zusätzliches Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W für die Durchführung des Schritts (c) unterbleiben. Durch Vermeidung eines weiteren Erwärmungsschritts wird das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht und energiesparender. Folglich kann zwischen den Schritten (b) und (c) und während des Schritts (c) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W), vorzugsweise des ersten Umformbereichs U1, unterbleiben.

[0029] Erfindungsgemäß kann die Kontur der inneren Umfangsfläche des ersten Presstopfs PT1 rotationssymmetrisch sein. Alternativ kann sie jedoch auch rotationsunsymmetrisch sein und beispielsweise eine Logo-Prägung oder eine Sicke aufweisen. Gleiches gilt für den nachstehend beschriebenen zweiten Presstopf PT2 analog.

[0030] Zum Schritt (c): Der erste Presstopf PT1 weist eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche und der Pressdorn PD eine Kontur seiner äußeren Umfangsfläche auf, die bei gemeinsamen Einwirken auf die im Schritt (a) im ersten Umformbereich U1 ausgebildeten ersten Schulter S1 geeignet sind, die erste Schulter S1 derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der ersten Schulter S1 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird. Die innere Umfangsfläche des ersten Presstopfs PT1 oder ein Teil desselben hat somit die Gestalt der Negativform der Mantelfläche (äußere Umfangsfläche) der in Schritt (c) angestrebten, weiter verformten, steilgestellten (axial verkürzten) ersten Schulter S1. Entsprechend hat die äußere Umfangsfläche des Pressdorns PD oder ein Teil derselben somit die Gestalt der Negativform der Innenwand (innere Umfangsfläche) der in Schritt (c) angestrebten, weiter verformten, steilgestellten ersten Schulter S1.

[0031] Zudem kann die Kontur der äußeren Umfangsfläche des Pressdorns PD rotationssymmetrisch sein. Alternativ kann sie jedoch auch rotationsunsymmetrisch sein und beispielsweise eine Logo-Prägung oder eine Sicke aufweisen.

[0032] Durch das Zusammenwirken des ersten Presstopfs und des Pressdorns während des Umformens des rohrförmigen Werkstücks im Schritt (c) wird nicht nur eine axiale Stauchung der Schulter bewirkt, sondern auch der Materialfluss gezielt gelenkt, um eine gewünschte Konturgebung des Werkstücks im ersten Umformbereich beim Umformen zu erzielen. So verhindert der erste Presstopf durch dessen vorgegebenen Innendurchmesser ein unkontrolliertes Aufbauchen oder Abfließen des Materials des Werkstücks nach außen. Darüber hinaus verhindert das Vorhandensein des Pressdorns mit seinem vorgegebenen Außendurchmesser im Innern des Werkstücks während des Schritts (c) ein unkontrolliertes Einbrechen oder Abfließen des Materials des Werkstücks nach innen.

[0033] Damit ist es erfindungsgemäß erstmals möglich, eine signifikante Verkleinerung der axialen Ausdehnung einer stufenförmigen Querschnittsverjüngung an einem einteiligen rohrförmigen Werkstück aus Metall auszubilden, ohne hierbei qualitative Einbußen in Bezug auf die Festigkeit und Stabilität in Kauf nehmen zu müssen. Durch die zweistufige Vorgehensweise gelingt zudem noch eine vorteilhafte Anpassung der Wanddicke des Werkstücks im Umformbereich.

[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste Presstopf PT1 eine Kontur der inneren Umfangsfläche aufweisen, welche eine rotationssymmetrische Stauchkante aufweisen, deren Tangente mit der Hubrichtung bzw. mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens in Schritt (c) einem Winkel von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt.

[0035] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Pressdorn PD eine Kontur der äußeren Umfangsfläche bzw. Mantelfläche aufweisen, welche eine rotationssymmetrische Stauchkante aufweist, deren Tangente mit der Hubrichtung bzw. mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens in Schritt (c) einem Winkel von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt.

[0036] Mit Bezug auf den ersten Presstopf PT1 und den Pressdorn PD können diese Werkzeuge jeweils einteilig, zweiteilig, dreiteilig oder aus noch mehr Teilen ausgebildet sein. So kann der erste Presstopf PT1 einteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der erste Presstopf PT1 jedoch zwei- oder mehrteilig ausgebildet, was das Anbringen des Werkzeugs an das umzuformende Werkstück W vereinfacht.

[0037] Das Umformen in Schritt (c) kann vorzugsweise durchgeführt werden, indem der Pressdorn PD parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des ersten Presstopfs PT1 bewegt wird. Umgekehrt ist es möglich, dass der erste Presstopf PT1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des Pressdorns PD bewegt wird. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform können sowohl der Pressdorn PD als auch der erste Presstopf PT1 parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) aufeinander zu bewegt werden.

[0038] Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0039] So kann beim erfindungsgemäßen Verfahren das erste Umformwerkzeug UW1 eine erste Kalotte K1 aufweisen;

wobei die erste Kalotte K1 den ersten Umformbereich U1 von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche der ersten Kalotte K1 einen Teil der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 berührt;

wobei eine Mittelachse MK1 der ersten Kalotte K1 exzentrisch zu einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;

wobei die erste Kalotte K1 eine rotationssymmetrische Kontur ihrer inneren Umfangsfläche aufweist, die zur Ausbildung der ersten Schulter S1 im ersten Umformbereich U1 geeignet ist;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück W und die erste Kalotte K1 gleichsinnig rotieren, wobei die Drehzahlen des rohrförmigen Werkstücks W und der ersten Kalotte K1 vorzugsweise derart eingestellt sind, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte K1 und der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W an der Berührungsstelle im ersten Umformbereich U1 um höchstens 20 %, vorzugsweise höchstens 10 %, voneinander unterscheiden; und

wobei während des Umformens die erste Kalotte K1 vom ersten Ende E1 her in axialer Richtung auf das rohrförmige Werkstück W bewegt wird; und

wobei das Einwirken der Kontur der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte K1 und einer Kontur einer äußeren Umfangsfläche des ersten Innendorns ID1 auf den ersten Umformbereich U1 des rohrförmigen Werkstücks W die Ausbildung der ersten Schulter S1 bewirkt.

[0040] Durch das Vorsehen der ersten Kalotte K1 wie vorstehend beschreiben als das erste Umformwerkzeug UW1 wird nicht nur die Querschnittsreduzierung des rohrförmigen Werkstücks erzielt. Je nach Ausgestaltung und Bedarf kann neben der Ausbildung der Schulter auch eine Wandverdickung des Werkstücks im ersten Umformbereich erzielt werden. Das vorstehend für die erste Kalotte K1 Offenbarte kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch für die nachfolgend beschriebene zweite Kalotte K2 analog gelten.

[0041] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Kalotte K1 frei gelagert über einen Freilauf. Sie weist beim Reduzieren gemäß Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise eine geringere Drehzahl als das rohrförmige Werkstück W auf. Vorzugsweise übernimmt die erste Kalotte K1 ab dem Moment des ersten Kontakts mit dem rohrförmigen Werkstück W die Umfangsgeschwindigkeit des rohrförmigen Werkstücks W an der Kontaktstelle. D.h., die erste Kalotte K1 wird durch das Werkstück beschleunigt und kann über den Freilauf die gleiche Umfangsgeschwindigkeit wie das rohrförmige Werkstück W übernehmen. Hierdurch wird die Kontaktreibung zwischen der ersten Kalotte K1 und dem rohrförmigen Werkstück W beim Umformen erheblich reduziert und der Verschleiß der Werkzeuge minimiert.

[0042] Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die erste Kalotte K1 einen ersten Innenzapfen IZ1 aufweisen,

wobei eine Mittelachse MIZ1 des ersten Innenzapfens IZ1 exzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;

wobei die Mittelachse MIZ1 des ersten Innenzapfens IZ1 vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse MK1 der ersten Kalotte K1 angeordnet ist;

wobei der erste Innenzapfen IZ1 eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist; und

wobei die äußere Umfangsfläche des ersten Innenzapfens IZ1 während des Umformens im Schritt (b) eine Innenwand des rohrförmigen Werkstücks W im Bereich des ersten Endes E1 berührt.

[0043] Der erste Innenzapfen IZ1 kann vorzugsweise an der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte K1, und konzentrisch zu deren Mittelachse MIZ1 angeordnet sein. Ferner weist der erste Innenzapfen IZ1 bevorzugt eine rotationssymmetrische Gestalt auf.

[0044] Durch das Vorhandensein des ersten Innenzapfens IZ1 an der ersten Kalotte K1 kann die Formgebung und Wanddicke des Werkstücks W im Bereich des ersten Endes E1 beim Reduzieren des Querschnitts in Schritt (b) vorteilhaft beeinflusst werden.

[0045] Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das erste Umformwerkzeug UW1 ferner einen ersten Innendorn ID1 umfassen;

wobei der erste Innendorn ID1 während des Umformens in Schritt (b) im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W im Bereich des ersten Umformbereichs U1 angeordnet ist;

wobei der erste Innendorn ID1 eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist;

wobei eine Mittelachse MI1 des ersten Innendorns ID1 konzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;

wobei der erste Innendorn ID1 vorzugsweise frei drehbar gelagert ist;

wobei während des Umformens die erste Kalotte K1 und/oder der erste Innendorn ID1 in axialer Richtung derart bewegt werden, dass sich der Abstand zwischen beiden verringert; und

wobei das Einwirken der Kontur der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte K1 und einer Kontur einer äußeren Umfangsfläche des ersten Innendorns ID1 auf den ersten Umformbereich U1 des rohrförmigen Werkstücks W die Ausbildung der ersten Schulter S1 bewirkt.

[0046] Die geometrische Gestaltung des ersten Innendornes ID1 dient dazu, die geforderte Innengeometrie des Werkstücks W, welches umgeformt wird, für den danach folgenden Pressprozess vorzudefinieren.

[0047] Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das zweite Umformwerkzeug UW2, vorzugsweise der erste Presstopf PT1, einen zweiten Innenzapfen IZ2 aufweisen,

wobei eine Mittelachse MIZ2 des zweiten Innenzapfens IZ2 konzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;

wobei die Mittelachse MIZ2 des zweiten Innenzapfens IZ2 vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse MPT1 des ersten Presstopfs PT1 angeordnet ist;

wobei der zweiten Innenzapfen IZ2 eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist; und

wobei die äußere Umfangsfläche des zweiten Innenzapfens IZ2 während des Umformens im Schritt (c) eine Innenwand des rohrförmigen Werkstücks W im Bereich des ersten Endes E1 berührt.

[0048] Der zweite Innenzapfen IZ2 kann vorzugsweise an der inneren Umfangsfläche des ersten Presstopfs PT1, und konzentrisch zu dessen Mittelachse MPT1 angeordnet sein. Ferner weist der zweite Innenzapfen IZ2 bevorzugt eine rotationssymmetrische Gestalt auf.

[0049] Durch das Vorhandensein des zweiten Innenzapfens IZ2 am ersten Presstopf PT1 kann die Formgebung und Wanddicke des Werkstücks W im Bereich des ersten Endes E1 beim weiteren Umformen in Schritt (c) vorteilhaft beeinflusst werden.

[0050] Des Weiteren kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren während des weiteren Umformens in Schritt (c) das rohrförmige Werkstück W von einem zweiten Ende E2 des rohrförmigen Werkstücks W her in Richtung des ersten Umformbereichs U1 oder in axialer Richtung auf den ersten Umformbereich U1 nachgeschoben werden, wobei das zweite Ende E2 das dem ersten Ende E1 gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Werkstücks W ist;
wobei das Nachschieben vorzugsweise durch Einwirken einer Kraft auf die Stirnseite des rohrförmigen Werkstücks W am zweiten Ende E2 und/oder durch Einwirken des Pressdorns PD auf die erste Schulter S1 bewirkt wird. Das Nachschieben kann beispielsweise mit einem ersten Rohranschlag RA1 erfolgen.

[0051] Das Nachschieben des rohrförmigen Werkstücks W von seinem zweiten Ende E2 her in Richtung des ersten Umformbereichs U1 oder in axialer Richtung zum ersten Umformbereich U1 trägt vorteilhaft dazu bei, ein Ausdünnen der Wand, also ein Verringern der Wanddicke, des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1, genauer gesagt, im Bereich der ersten Schulter S1, noch besser zu verhindern oder sogar eine Wandverdickung von bis zu 25 % zu erzielen. Das aktive Nachschieben bietet zudem den Vorteil der zusätzlichen Wandverdickung im konvex-konkaven Übergangsbereich der ersten Schulter S1 und im reduzierten zylindrischen Bereich des ersten Endes E1 des Werkstücks W.

[0052] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Ausbildung einer zweiten Schulter S2 in einem zweiten Umformbereich U2 vorgesehen sein, wobei der zweite Umformbereich U2 an einem zweiten Ende E2 des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist.

[0053] Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen:

(d) Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W) in einem zweiten Umformbereichs U2 auf eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C;
wobei der zweite Umformbereich U2 an dem zweiten Ende E2 des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist; und

(e) Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 des rohrförmigen Werkstücks W durch Warmumformen mittels eines dritten Umformwerkzeugs UW3; wobei das Reduzieren des Querschnitts vorzugsweise mittels Spinning, Fließrollieren oder Warmschmieden erfolgt;

wobei durch Einwirken des dritten Umformwerkzeugs UW3 auf den zweiten Umformbereich U2 während des Umformens eine zweite Schulter S2 im zweiten Umformbereich U2 ausbildet wird, wobei die zweite Schulter S2 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist;

wobei der zweite Umformbereich U2 während des Umformens eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C, aufweist; wobei das dritte Umformwerkzeug UW3 eine zweite Kalotte K2 umfasst; wobei die zweite Kalotte K2 den zweiten Umformbereich U2 von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche der zweiten Kalotte K2 einen Teil der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 berührt;

wobei eine Mittelachse MK2 der zweiten Kalotte K2 exzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist; wobei die zweite Kalotte K2 eine rotationssymmetrische Kontur ihrer inneren Umfangsfläche aufweist, die zur Ausbildung der zweiten Schulter S2 im zweiten Umformbereich U2 geeignet ist;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück W und die zweite Kalotte K2 gleichsinnig rotieren, wobei die Drehzahlen des rohrförmigen Werkstücks W und der zweiten Kalotte K2 vorzugsweise derart eingestellt sind, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten der inneren Umfangsfläche der zweiten Kalotte K2 und der Außenwand des rohrförmigen Werkstücks W an der Berührungsstelle im zweiten Umformbereich U2 um höchstens 20 %, vorzugsweise höchstens 10 %, voneinander unterscheiden;

wobei während des Umformens die zweite Kalotte K2 vom zweiten Ende E2 her in axialer Richtung auf das rohrförmige Werkstück W bewegt wird; und

wobei eine an einem linearen Abschnitt der zweiten Schulter S2 oder an einem Wendepunkt der zweiten Schulter S2 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (a) von 25 bis 70 °, insbesondere 45 bis 60 °, einschließt.

[0054] Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten die vorstehend für das Erwärmen des ersten Umformbereichs U1 (Schritt (a)) und das Reduzieren des Querschnitts (Schritt (b)) im ersten Umformbereich U1 Offenbarte hinsichtlich der technische Ausführungen und Vorteile für das Erwärmen des zweiten Umformbereichs U2 (Schritt (d)) und das Reduzieren des Querschnitts im zweiten Umformbereich U2 (Schritt (e)) analog.

[0055] Weist die während des Umformens in Schritt (e) ausgebildete zweite Schulter S2 einen linearen Abschnitt auf, so schließt eine an den linearen Abschnitt der zweiten Schulter S2 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel a) von 25 bis 70 °, insbesondere von 45 bis 60 °, ein.

[0056] Weist die während des Umformens in Schritt (e) ausgebildete zweite Schulter S2 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur und damit einen Wendepunkt auf, so schließt eine an den Wendepunkt angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel a) von 25 bis 70 °, insbesondere von 45 bis 60 °, ein.

[0057] Erfindungsgemäß ist die Kontur der inneren Umfangsfläche der zweiten Kalotte K2 rotationssymmetrisch. Ferner ist sie zur Ausbildung der zweiten Schulter S1 im zweiten Umformbereich U2 geeignet und weist daher die zur auszubildenden zweiten Schulter S2 negative Gestalt dar. Die innere Umfangsfläche der zweiten Kalotte K2 oder ein Teil derselben stellt somit die Negativform zu der aus Schritt (e) resultierenden, zweiten Schulter S2 dar.

[0058] Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch das für die zweite Querschnittreduzierung eingesetzte dritte Umformwerkzeug UW3 bzw. die zweite Kalotte K2 einen dritten Innenzapfen IZ3 aufweisen:

wobei eine Mittelachse MIZ3 des dritten Innenzapfens IZ3 exzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;

wobei die Mittelachse MIZ3 des dritten Innenzapfens IZ3 vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse MK2 der zweiten Kalotte K2 angeordnet ist; wobei der dritte Innenzapfen IZ3 eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist; und

wobei die äußere Umfangsfläche des dritten Innenzapfens IZ3 während des Umformens im Schritt (e) eine Innenwand des rohrförmigen Werkstücks W im Bereich des zweiten Endes E2 berührt.

[0059] Analog zum vorstehend beschriebenen Schritt (c) kann auch die zweite Schulter S2 durch einen weiteren Umformschritt (Schritt (f)) steilgestellt bzw. in ihrer axialen Ausdehnung verkleinert werden, wobei ein zweiter Presstopf PT2 verwendet wird:
So kann das erfindungsgemäße Verfahren fernerden Schritt aufweisen:
(f) weiteres Umformen des aus Schritt (e) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 mittels eines vierten Umformwerkzeugs UW4 derart, dass die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter S2 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird;

wobei nach Schritt (e) und während des Schritts (f) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W) im zweiten Umformbereichs U2, vorzugsweise des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise unterbleibt;

wobei das rohrförmige Werkstück W im zweiten Umformbereich U2 während des weiteren Umformens eine Temperatur im Bereich von 600 bis 1.000 °C, vorzugsweise 650 bis 900 °C, aufweist;

wobei das vierte Umformwerkzeug UW4 einen zweiten Presstopf PT2 aufweist;

wobei eine Mittelachse MPT2 des zweiten Presstopfs PT2 konzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist; wobei der zweite Presstopf PT2 eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist;

wobei der zweite Presstopf PT2 den zweiten Umformbereich U2 von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche des zweiten Presstopfs PT2 die Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 berührt;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück W und der zweite Presstopf PT2 nicht rotieren oder nicht relativ zueinander rotieren; wobei während des Umformens der zweite Presstopf PT2 in axialer Richtung auf die zweite Schulter S2 bewegt wird; und

wobei der zweite Presstopf PT2 eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche aufweist, die bei Einwirken auf die im Schritt (e) im zweiten Umformbereich U2 ausgebildeten zweiten Schulter S2 geeignet sind, die zweite Schulter S2 derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter S2 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird; und

wobei eine an einem linearen Abschnitt der zweiten Schulter S2 oder an einem Wendepunkt der zweiten Schulter S2 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (β) von 60 bis 120 °, insbesondere 70 bis 90 °, einschließt.

[0060] Das vorstehend für die Verkleinerung der axialen Ausdehnung der ersten Schulter S1 im Schritt (c) Offenbarte (Steilstellen der ersten Schulter S1) gilt entsprechend auch für die Verkleinerung der axialen Ausdehnung der zweiten Schulter S2 im Schritt (f) einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Unterschied zum Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch im Schritt (f) meistens nicht vorgesehen, einen Pressdorn wie im Schritt (c) einzusetzen, da der verringerte Querschnitt des Werkstücks W am ersten Ende E1 die Einführung eines geeigneten Pressdorns in das Innere des Werkstücks W nicht zulässt.

[0061] Bei dieser Ausführungsform ist die Kontur der inneren Umfangsfläche des zweiten Presstopfs PT2 rotationssymmetrisch. Ferner ist sie bei Einwirken auf die im Schritt (e) im zweiten Umformbereich U2 ausgebildete, zweite Schulter S2 geeignet, die zweite Schulter S2 derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter S2 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird. Die innere Umfangsfläche des zweiten Presstopfs PT2 oder ein Teil desselben hat somit die Gestalt der Negativform der Mantelfläche (äußere Umfangsfläche) der im Schritt (f) angestrebten, weiter verformten, steilgestellten (axial verkürzten) zweiten Schulter S2.

[0062] Für das weitere Umformen gemäß Schritt (f) kann vorzugsweise die noch vorhandene Restwärme des aus Schritt (e) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W ausgenutzt werden, solange die Temperatur des Metalls im zweiten Umformbereich U2 im Bereich von 600 bis 1.000 °C, vorzugsweise 650 bis 900 °C, ist. Dies bedeutet, dass, wenn sich der Schritt (f) zeitlich unmittelbar oder nur mit kurzer zeitlicher Verzögerung an den Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens anschließt, kann ein zusätzliches Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W für die Durchführung des Schritts (f) unterbleiben. Durch Vermeidung eines weiteren Erwärmungsschritts wird das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht und energiesparender. Folglich kann zwischen den Schritten (e) und (f) und während des Schritts (f) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W), vorzugsweise des zweiten Umformbereichs U2, unterbleiben.

[0063] Das Steilstellen der zweiten Schulter S2 in Schritt (f) bedeutet für den Fall, dass die zweite Schulter S2 einen linearen Abschnitt aufweist, dass die an den linearen Abschnitt der zweiten Schulter S2 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel β) von 60 bis 120 °, insbesondere 70 bis 90 °, einschließt.

[0064] Das Steilstellen der zweiten Schulter S2 in Schritt (f) bedeutet für den Fall, dass die zweite Schulter S2 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur und damit einen Wendepunkt aufweist, dass die am Wendepunkt angelegte Tangente mit einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W vorzugsweise einen Winkel (Tangentenwinkel β) von 60 bis 120 °, insbesondere 70 bis 90 °, einschließt.

[0065] Weitere Details zur bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 9 werden wie folgt offenbart:
Das Erwärmen in Schritt (d) ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich, da ansonsten in Schritt (f) die zweite Stufe S2 nicht ausreichend axial verkürzt und so scharfkantig wie angestrebt ausgebildet werden kann und/oder eine Rissbildung im zweiten Umformbereich U2 zu befürchten ist. Die Erfinder haben bei kalter Umformung unterhalb des in Schritt (f) angegebenen Temperaturbereichs, insbesondere unter 600 °C, eine sogenannte Rissbildung an der Oberfläche im zweiten Umformbereich U2 beobachtet. Andererseits ist ein Erwärmen des Werkstücks W oder des zweiten Umformbereichs U2 auf eine Temperatur von über 1.450 °C bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schädlich, da das Werkstück zu schmelzen beginnt und ein definiertes Umformen nicht mehr möglich ist.

[0066] Für das weitere Umformen gemäß Schritt (f) kann vorzugsweise die noch vorhandene Restwärme des aus Schritt (d) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W ausgenutzt werden, solange die Temperatur des Metalls im zweiten Umformbereich U2 im Bereich von 600 bis 1.000 °C, vorzugsweise 650 bis 900 °C, ist. Dies bedeutet, dass, wenn sich der Schritt (f) zeitlich unmittelbar oder nur mit kurzer zeitlicher Verzögerung an den Schritt (e) des Verfahrens anschließt, kann ein zusätzliches Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W für die Durchführung des Schritts (f) unterbleiben. Durch Vermeidung eines weiteren Erwärmungsschritts wird das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht und energiesparender. Folglich kann zwischen den Schritten (e) und (f) und während des Schritts (f) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise des zweiten Umformbereichs U2, unterbleiben.

[0067] Erfindungsgemäß kann die Kontur der inneren Umfangsfläche des zweiten Presstopfs PT2 rotationssymmetrisch sein. Alternativ kann sie jedoch auch rotationsunsymmetrisch sein und beispielsweise eine Logo-Prägung oder eine Sicke aufweisen.

[0068] Zum Schritt (f): Der zweite Presstopf PT2 weist eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche auf, die bei Einwirken auf die im Schritt (e) im zweiten Umformbereich U2 ausgebildeten, zweiten Schulter S2 geeignet sind, die zweite Schulter S2 derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter S2 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird. Die innere Umfangsfläche des zweiten Presstopfs PT2 oder ein Teil desselben hat somit die Gestalt der Negativform der Mantelfläche (äußere Umfangsfläche) der in Schritt (f) angestrebten, weiter verformten, steilgestellten (axial verkürzten) zweiten Schulter S2.

[0069] Durch das Einwirken des zweiten Presstopfs PT2 während des Umformens des rohrförmigen Werkstücks im Schritt (f) wird nicht nur eine axiale Stauchung der zweiten Schulter S2 bewirkt, sondern auch der Materialfluss gezielt gelenkt, um eine gewünschte Konturgebung des Werkstücks im zweiten Umformbereich beim Umformen zu erzielen.

[0070] So verhindert der zweite Presstopf PT2 durch dessen vorgegebenen Innendurchmesser ein unkontrolliertes Aufbauchen oder Abfließen des Materials des Werkstücks nach außen. Die vorstehend in Zusammenhang mit der axialen Stauchung der ersten Schulter S1 diskutierten Vorteile gelten beim Steilstellen der zweiten Schulter S2 analog.

[0071] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zweite Presstopf PT2 eine Kontur der inneren Umfangsfläche aufweisen, welche eine rotationssymmetrische Stauchkante aufweisen, deren Tangente mit der Hubrichtung bzw. mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens in Schritt (f) einem Winkel von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt.

[0072] Der zweite Presstopf PT2 kann einteilig, zweiteilig, dreiteilig oder aus noch mehr Teilen ausgebildet sein. So kann der zweite Presstopf PT2 vorzugsweise zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein, was das Anbringen des Werkzeugs an das umzuformende Werkstück W vereinfacht.

[0073] Das Umformen in Schritt (f) kann vorzugsweise durchgeführt werden, indem der zweite Presstopf PT2 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W auf das zweite Ende E2 des Werkstücks W bewegt wird. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform kann jedoch auch das Werkstück W mit dem zweiten Ende E2 voran auf den zweiten Presstopf PT2 bewegt werden oder sowohl der zweite Presstopf PT2, als auch das rohrförmige Werkstück W parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) aufeinander zubewegt werden.

[0074] Des Weiteren kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Umformens in Schritt (f) das rohrförmige Werkstück W von seinem ersten Ende E1 her in Richtung des zweiten Umformbereichs U2 oder in axialer Richtung zum bzw. auf den zweiten Umformbereich U2 nachgeschoben werden. Dabei kann das Nachschieben vorzugsweise durch Einwirken einer Kraft auf die Stirnseite des rohrförmigen Werkstücks W am ersten Ende E1 bewirkt werden, beispielsweise mittels eines zweiten Rohranschlags RA2.

[0075] Analog zu oben kann hierdurch ein Ausdünnen der Wand, also ein Verringern der Wanddicke, des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2, genauer gesagt, im Bereich der zweiten Schulter S2, noch besser verhindert werden.

[0076] Des Weiteren kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das rohrförmige Werkstück W während der Durchführung der Schritte (b) und (e) durch ein Spannwerkzeug SW räumlich fixiert werden bzw. sein, welches vorzugsweise radial geklemmt und axial gehalten wird bzw. ist.

[0077] Die vorstehend definierte Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Verfahrenserzeugnis gelöst.

[0078] So wird eine einteilige Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück W aus Metall beansprucht, die mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 herstellbar ist bzw. hergestellt wurde.

[0079] Dabei weist das rohrförmige Werkstück W der einteiligen Hohlwelle eine erste Schulter S1 in einem ersten Umformbereich U1 auf, wobei die erste Schulter S1 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist. Ferner schließt eine an einem linearen Abschnitt der ersten Schulter S1 oder an einem Wendepunkt der ersten Schulter S1 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel β von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, ein.

[0080] In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße, rohrförmige Werkstück W der einteiligen Hohlwelle zudem eine zweite Schulter S2 in einem zweiten Umformbereich U2 auf, wobei die zweite Schulter S2 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist. Ferner schließt eine an einem linearen Abschnitt der zweiten Schulter S2 oder an einem Wendepunkt der zweiten Schulter S2 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel β von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, ein.

[0081] Dabei kann die erfindungsgemäße, einteilige Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück W aus Metall bestehen, wobei das rohrförmige Werkstück W im Bereich der ersten Schulter S1, vorzugsweise im ersten Umformbereich U1, eine Wanddicke aufweist, die gegenüber der Wanddicke des Werkstücks W an jeweils derselben Stelle vor der Querschnittsreduzierung gemäß Schritt (b) (d.h., bevor die Querschnittsreduzierung durchgeführt wurde) und/oder die gegenüber der Wanddicke des Werkstücks W an einer Stelle des Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 (vorzugsweise außerhalb aller Umformbereiche des Werkstücks W, falls mehrere vorhanden sind) nicht verringert oder sogar vergrößert ist. Hierdurch wird eine noch bessere mechanische Stabilität des umgeformten Werkstücks im ersten Umformbereich U1 erzielt. Noch bevorzugter ist, wenn das rohrförmige Werkstück W im ersten Umformbereich U1 eine Wanddicke aufweist, die 100 bis 220 %, insbesondere 101 bis 180 %, der Wanddicke des Werkstücks W an jeweils derselben Stelle vor der Querschnittsreduzierung gemäß Schritt (b) beträgt; und/oder die 100 bis 220 %, insbesondere 101 bis 180 %, der Wanddicke des Werkstücks W an einer Stelle des Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 (vorzugsweise außerhalb aller Umformbereiche des Werkstücks W, falls mehrere vorhanden sind) beträgt.

[0082] Die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile gelten für die erfindungsgemäß erzeugte Hohlwelle analog. Insbesondere können die in Zusammenhang mit dem Verfahren offenbarten Merkmale, die sich auf eine Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehen, auch unabhängig vom Verfahren nur auf die nachfolgend beschriebene, erfindungsgemäße Vorrichtung beziehen und mit ihr beliebig kombiniert werden. Ferner können die in Zusammenhang mit dem Verfahren offenbarten Merkmale, die sich auf die erfindungsgemäße Hohlwelle bzw. das erfindungsgemäße Werkstück beziehen, auch unabhängig vom Verfahren nur auf die erfindungsgemäße Hohlwelle bzw. das erfindungsgemäße Werkstück beziehen und mit ihr bzw. ihm beliebig kombiniert werden.

[0083] Die vorstehend definierte Aufgabe wird ferner durch die erfindungsgemäße Vorrichtung V gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung V sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die vorstehend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diskutierten Vorteile gelten für die betreffenden Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung V oder deren vorteilhafte Ausführungsformen analog.

[0084] So wird eine Vorrichtung V zur Durchführung des Schritts (c) des Verfahrens vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung V wenigstens aufweist:

einen ersten Presstopf PT1 und einen Pressdorn PD;

wobei der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD konzentrisch zueinander angeordnet sind;

wobei der erste Presstopf PT1 beweglich entlang seiner Mittelachse MPT1 angeordnet ist und/oder der Pressdorn PD beweglich entlang seiner Mittelachse MPD angeordnet ist;

wobei der erste Presstopf PT1 eine Innenkontur aufweist, welche über ihre gesamte Ausdehnung in axialer Richtung oder einen Teil ihrer Ausdehnung in axialer Richtung eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen kann;

wobei der Pressdorn PD eine Außenkontur aufweist, welche über ihre gesamte Ausdehnung in axialer Richtung oder einen Teil ihrer Ausdehnung in axialer Richtung eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen kann;

wobei die Innenkontur des ersten Presstopfs PT1 und die Außenkontur des Pressdorns PD derart ausgebildet sind, dass sie bei einem gemeinsamen Einwirken der Innenkontur des ersten Presstopfs PT1 auf die äußere Mantelfläche des aus Schritt (b) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W im Bereich der ersten Schulter S1 und Einwirken der Außenkontur des Pressdorns PD auf die Innenwand des aus Schritt (b) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W im Bereich der ersten Schulter S1 die axiale Ausdehnung der ersten Schulter S1 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird, und eine an einem linearen Abschnitt der ersten Schulter S1 oder an einem Wendepunkt der ersten Schulter S1 angelegte Tangente mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel (β) von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt, wobei beim Einwirken der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD konzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet sind und zum Einwirken der Pressdorn PD parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des ersten Presstopfs PT1 bewegt wird; oder der erste Presstopf PT1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des Pressdorns PD bewegt wird; oder der Pressdorn PD und der erste Presstopf PT1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W aufeinander zubewegt werden,

wobei beim Einwirken die am ersten Presstopf PT1 und am Pressdorn PD anliegende und auf die erste Schulter S1 wirkende Kraft vorzugsweise zwischen 20 und 1.200 kN, vorzugsweise zwischen 20 und 1.000 kN, insbesondere zwischen 300 bis 600 kN, beträgt;

wobei der erste Presstopf PT1 eine erste Vertiefung V1 zur Aufnahme des ersten Endes E1 des aus Schritt (b) resultierenden, rohrförmigen Werkstücks W aufweist, wobei die erste Vertiefung V1 in ihrem Randbereich eine erste Öffnung O1 aufweist, wobei der Innendurchmesser der ersten Öffnung O1 zwischen 95 (Kalibrierung Rohrdurchmesser) und 110 %, vorzugsweise zwischen 100 bis 105 %, des Ausgangsdurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W an seinem ersten Ende E1 oder des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W an seinem ersten Ende E1 vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (b) beträgt;

wobei ein Außendurchmesser des Pressdorns PD zwischen 75 und 100 %, vorzugsweise zwischen 95 und 100 %, des Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 nach dem Reduzieren gemäß Schritt (b) an keiner Stelle überschreitet; und

wobei die Vorrichtung V eine erste Einrichtung KE1 aufweist, die geeignet ist, an den ersten Presstopf PT1 und/oder an den Pressdorn PD in einer Richtung parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W eine Kraft anzulegen, wobei die Kraft vorzugsweise zwischen 20 und 1.200 kN, vorzugsweise zwischen 20 und 1.000 kN, insbesondere zwischen 400 bis 600 kN, beträgt.

[0085] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD jeweils relativ zueinander bewegbar und sind separate Werkzeuge. Die erste Vertiefung V1 des ersten Presstopfs PT1 zur Aufnahme des ersten Endes E1 weist eine Länge LV1 gemessen in Richtung der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W (= axiale Länge der erste Vertiefung V1) auf, welche wenigstens so lang ist wie, vorzugsweise größer ist als, eine Länge LU1 des ersten Umformbereichs U1 gemessen in Richtung der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W nach dem Reduzieren gemäß Schritt (b) (= axiale Länge des ersten Umformbereichs U1) (vgl. Fig. 3). Bevorzugt ist die axiale Länge LV1 der ersten Vertiefung V1 größer (bspw. um 2 bis 40 %, vorzugsweise um 5 bis 30 %, größer) als die axiale Länge LU1 des ersten Umformbereichs U1. Wichtig ist bei der vorliegenden Erfindung (hier beim Verfahren, bei der Vorrichtung und bei der Verwendung), dass bei der Durchführung des Schritts (c) der erste Umformbereich U1 des in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Werkstücks W in Richtung der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W gesehen vollständig von der ersten Vertiefung V1 aufgenommen wird, damit der erste Presstopf PT1 bei der Durchführung des Schritts (c) über die gesamte axiale Länge LU1 des ersten Umformbereichs U1 hin einen wirksamen Schutz gegen Ausbrechen oder Aufbauchen des Werkstücks W nach außen bieten kann.

[0086] In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur des ersten Presstopfs PT1 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist.

[0087] Alternativ oder zusätzlich kann die Außenkontur des Pressdorns PD eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweisen.

[0088] Alternativ oder zusätzlich können die Innenkontur des ersten Presstopfs PT1 und die Außenkontur des Pressdorns PD jeweils eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweisen.

[0089] Zudem kann der erste Presstopf PT1 einen zweiten Innenzapfen IZ2 aufweisen;

wobei die Mittelachse MIZ2 des zweiten Innenzapfens IZ2 vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse MPT1 des ersten Presstopfs PT1 angeordnet ist; und

wobei der zweiten Innenzapfen IZ2 eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist.

[0090] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können der erste Presstopf PT1 und der zweite Innenzapfen IZ2 ein-, zwei- oder mehrteilig sein. Der zweite Innenzapfen IZ2 kann mit dem ersten Presstopf PT1 stoff-, kraft- oder formschlüssig verbunden sein.

[0091] Die Vielfältigkeit der Ausgestaltung des ersten Presstopfs PT1 zeigt eine breite Einsatzfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung V und erlaubt, eine breite Variation von Ausgestaltungen umgeformter Werkstücke W mit axial verkürzter Schulter mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu realisieren.

[0092] Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der Schritte (c) und (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sein, wobei die Vorrichtung ferner aufweist:

einen zweiten Presstopf PT2;

wobei der zweite Presstopf PT2 vorzugsweise entlang seiner Mittelachse MPT2 bewegbar angeordnet ist;

wobei der zweite Presstopf PT2 eine Innenkontur aufweist, welche über ihre gesamte Ausdehnung in axialer Richtung oder einen Teil ihrer Ausdehnung in axialer Richtung eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist;

wobei die Innenkontur des zweiten Presstopfs PT2 derart ausgebildet ist, dass bei einem Einwirken der Innenkontur des zweiten Presstopfs PT2 auf die äußere Mantelfläche des aus Schritt (e) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W im Bereich der zweiten Schulter S2 die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter S2 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird, wobei beim Einwirken der zweite Presstopf PT2 konzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist und entlang der Mittelachse MW auf das Werkstück W zubewegt wird, wobei beim Einwirken die am zweiten Presstopf PT2 anliegende und auf die zweite Schulter S2 wirkende Kraft zwischen 20 und 1.200 kN, vorzugsweise zwischen 20 und 1.000 kN, vorzugsweise 400 bis 600 kN, beträgt;

wobei der zweite Presstopf PT2 eine zweite Vertiefung V2 zur Aufnahme des zweiten Endes E2 des aus Schritt (e) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W aufweist, wobei die zweite Vertiefung V2 in ihrem Randbereich eine zweite Öffnung O2 aufweist, wobei der Innendurchmesser der zweiten Öffnung O2 zwischen 95 (Kalibrierung Rohrdurchmesser) und 110 %, vorzugsweise 100 bis 105 %, des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W an seinem zweiten Ende E2 vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (e) beträgt;

wobei die Innenkontur des zweiten Presstopfs PT2 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist; und

wobei die Vorrichtung V eine zweite Einrichtung KE2 aufweist, die geeignet ist, an den zweiten Presstopf PT2 in einer Richtung parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W eine Kraft anzulegen, wobei die Kraft vorzugsweise zwischen 20 und 1.200 kN, vorzugsweise zwischen 20 und 1.000 kN, insbesondere zwischen 400 bis 600 kN, beträgt.

[0093] Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die zweite Vertiefung V2 des zweiten Presstopfs PT2 zur Aufnahme des zweiten Endes E2 eine Länge LV2 gemessen in Richtung der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W (= axiale Länge der zweiten Vertiefung V2) auf, welche wenigstens so lang ist wie, vorzugsweise größer ist als, eine Länge LU2 des zweiten Umformbereichs U2 gemessen in Richtung der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W nach dem Reduzieren gemäß Schritt (e) (= axiale Länge des zweiten Umformbereichs U2) (vgl. Fig. 6). Bevorzugt ist die axiale Länge LV2 der zweiten Vertiefung V2 größer (bspw. um 2 bis 40 %, vorzugsweise um 5 bis 30 %, größer) als die axiale Länge LU2 des zweiten Umformbereichs U2. Wichtig ist bei der vorliegenden Erfindung (hier beim Verfahren, bei der Vorrichtung und bei der Verwendung), wenn ein zweiter Umformbereich U2 umgeformt werden soll, dass bei der Durchführung des Schritts (f) der zweite Umformbereich U2 des in Schritt (e) der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Werkstücks W in Richtung der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W gesehen vollständig von der zweiten Vertiefung V2 aufgenommen wird, damit der zweite Presstopf PT2 bei der Durchführung des Schritts (f) über die gesamte axiale Länge LU2 des zweiten Umformbereichs U2 hin einen wirksamen Schutz gegen Ausbrechen oder Aufbauchen des Werkstücks W nach außen bieten kann.

[0094] Schließlich wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie in Anspruch 17 definiert, gelöst:
So wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung V wie vorstehend beschrieben, zum Verkleinern einer axialen Ausdehnung einer in einem Umformbereich U eines rohrförmigen Werkstücks W aus Metall ausgebildeten Schulter S beansprucht, wobei die räumliche Ausdehnung der Schulter S parallel zur oder entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W gemessen wird. Dabei wird die erfindungsgemäße Vorrichtung V auch zum Steilstellen der Schulter S verwendet, wobei die Schulter S eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist, derart, dass eine an einem linearen Abschnitt der Schulter S oder an einem Wendepunkt der Schulter S angelegte Tangente mit einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel (β) von 60 bis 120 °, vorzugsweise von 70 bis 90 °, einschließt.

[0095] Auch für die erfindungsgemäße Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung V gelten die vorstehend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diskutierten Vorteile analog.

Weitere Offenbarung der Erfindung

[0096] Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche die in dieser Anmeldung als erfindungsgemäße Vorrichtung V oder deren Abwandlungen definiert ist und ggf. noch weitere Bauteile, insbesondere aus dem Stand der Technik bekannte Umformwerkzeuge und dergleichen, aufweist.

[0097] Umgekehrt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung V auch noch ein oder mehrere zusätzliche vorrichtungstechnische Merkmale aufweisen, welche im Rahmen dieser Anmeldung in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen Ausführung diskutiert sind. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung V zusätzliche, in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Merkmale aufweisen, welche beispielsweise das Zusammenwirken der Umformwerkzeuge UW1, UW2, UW3 mit dem umzuformenden Werkstück W betreffen. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung V beispielsweise auch das erste Umformwerkzeug UW1 zur Querschnittsreduzierung gemäß Schritt (b) und/oder ein oder mehrere Induktionsspulen zum Erwärmen des Werkstücks W im Schritt (a) aufweisen. Analoges gilt für zusätzliche Bauteile zur Durchführung bspw. der Schritte (d) und (e).

[0098] Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner vorteilhaften Ausgestaltungen werden die in den Schritten (c) und/oder (f) vorgenommenen Umformhübe unter Einsatz einer vom jeweiligen Umformwerkzeug auf das Werkstück einwirkenden Kraft durchgeführt. Diese Kraft beträgt bei Rohrdurchmessern von 20 bis 150 mm, vorzugsweise 30 bis 120 mm, vorzugsweise zwischen 100 und 1.200 kN (10 bis 120 Tonnen), insbesondere von 400 bis 1.000 kN. Dabei beträgt die Kraft bei Rohrdurchmessern von 30 bis 80 mm vorzugsweise zwischen 100 und 700 kN (10 bis 70 Tonnen), und bei Rohrdurchmessern von etwa 120 mm (Wanddicke: 8 mm) vorzugsweise zwischen 500 und 1.200 kN (50 bis 120 Tonnen).

[0099] Während des weiteren Umformens des rohrförmigen Werkstücks W im Schritt (c) kann das Werkzeug PT1 und PD im ersten Umformbereich U1 mit einem Schmiermittel beaufschlagt werden, um die Reibung beim Umformen des Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 zu verringern.

[0100] Während des weiteren Umformens des rohrförmigen Werkstücks W im Schritt (f) kann das Werkzeug PT2 im zweiten Umformbereich U2 mit einem Schmiermittel beaufschlagt werden, um die Reibung beim Umformen des Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 zu verringern.

[0101] Erfindungsgemäß wird der erste Umformbereich U1 als der Bereich definiert, der sich - von der Mitte des rohrförmigen Werkstücks W zu einem ersten Ende E1 des rohrförmigen Werkstücks W, das näher am ersten Umformbereich U1 liegt oder von diesem umfasst wird, betrachtet - vom Beginn der im Schritt (b) erzeugten Querschnittsreduzierung bis zum ersten Ende E1 des rohrförmigen Werkstücks W reicht.

[0102] Erfindungsgemäß ist die erste Schulter S1 ein Teil des ersten Umformbereichs U1 und bildet den Übergang vom ursprünglichen, nicht reduzierten Querschnitt des rohrförmigen Werkstücks W an einem Ende des ersten Umformbereichs U1 zu einem Abschnitt des ersten Umformbereichs U1 mit reduziertem Querschnitt bzw. Durchmesser an seinem anderen Ende.

[0103] Erfindungsgemäß wird der zweite Umformbereich U2 als der Bereich definiert, der sich - von der Mitte des rohrförmigen Werkstücks W zu einem zweiten Ende E2 des rohrförmigen Werkstücks W, das näher am zweiten Umformbereich U2 liegt oder von diesem umfasst wird, betrachtet - vom Beginn der im Schritt (e) erzeugten Querschnittsreduzierung bis zum zweiten Ende E2 des rohrförmigen Werkstücks W reicht.

[0104] Erfindungsgemäß ist die zweite Schulter S2 ein Teil des zweiten Umformbereichs U2 und bildet den Übergang vom ursprünglichen, nicht reduzierten Querschnitt des rohrförmigen Werkstücks W an einem Ende des zweiten Umformbereichs U2 zu einem Abschnitt des zweiten Umformbereichs U2 mit reduziertem Querschnitt bzw. Durchmesser an seinem anderen Ende.

[0105] Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, werden anhand der nachfolgenden Zeichnung erläutert. Darin stellen dar:

Fig. 1: ein Erwärmen eines rohrförmigen Werkstücks W in einem ersten Umformbereich U1 oder in einem Teil desselben gemäß Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2: ein Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 durch Warmumformen mittels eines ersten Umformwerkzeugs UW1 gemäß Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3: ein weiteres Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 mittels eines zweiten Umformwerkzeugs UW2 gemäß Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4: ein Erwärmen eines rohrförmigen Werkstücks W in einem zweiten Umformbereich U2 oder in einem Teil desselben gemäß Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5: ein Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 durch Warmumformen mittels eines dritten Umformwerkzeugs UW3 gemäß Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6: ein weiteres Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 mittels eines vierten Umformwerkzeugs UW4 gemäß Schritt (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 7a bis 7d: Querschnittsansichten von beispielhaften, erfindungsgemäß umgeformten, rohrförmigen Werkstücken W und Darstellung der axialen Verkürzung der jeweiligen Schulter S durch die Schritte (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 8a und 8b: Querschnittsansichten eines beispielhaften, erfindungsgemäß umgeformten, rohrförmigen Werkstücks W und Einwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung V bei der Durchführung des Schritts (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 9a und 9b: Querschnittsansichten eines weiteren beispielhaften, erfindungsgemäß umgeformten, rohrförmigen Werkstücks W und Einwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung V bei der Durchführung des Schritts (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 10a und 10b: fotographische Schnittsteilansichten eines erfindungsgemäß umgeformten, rohrförmigen Werkstücks W (Hohlwelle) unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung V bei der Umformung.

[0106] Im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkstück W im ersten Umformbereichs U1, an einem ersten Ende E1 des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist, auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 1.450 °C erwärmt (Schritt (a); vgl. Fig. 1). Das Erwärmen wird vorzugsweise mittels einer Induktionsspule IS vorgenommen, kann aber auch durch eine andere bekannte Technik erfolgen.

[0107] Im nächsten Schritt (Schritt (b)) wird der Querschnitt des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 durch rollierendes Warmumformen mittels eines ersten Umformwerkzeugs UW1 reduziert (vgl. Fig. 2). Das erste Umformwerkzeug UW1 besteht bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einer ersten Kalotte K1 und einem ersten Innendorn ID1. Die erste Kalotte K1 weist eine rotationssymmetrische Kontur ihrer inneren Umfangsfläche auf, die zur Ausbildung einer ersten Schulter S1 im ersten Umformbereich U1 geeignet ist, und umgibt den ersten Umformbereich U1 von außen derart, dass ihre innere Umfangsfläche einen Teil der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 berührt. Eine Mittelachse MK1 der ersten Kalotte K1 ist exzentrisch zu einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet. Während des Umformens rotieren das rohrförmige Werkstück W und die erste Kalotte K1 gleichsinnig, wobei die Drehzahlen des Werkstücks W und der ersten Kalotte K1 derart eingestellt sind, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte K1 und der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W an der Berührungsstelle im ersten Umformbereich U1 um höchstens 20 % voneinander unterscheiden. Während des Umformens wird die erste Kalotte K1 vom ersten Ende E1 her in axialer Richtung auf das rohrförmige Werkstück W bewegt und übt in dieser Richtung von außen eine Kraft auf die Mantelfläche des Werkstücks W aus. Beim Umformen weist der erste Umformbereich U1 eine Temperatur zwischen 700 bis 1.450 °C auf.

[0108] In dieser Ausführungsform wird das Umformen durch den ersten Innendorn ID1 unterstützt. Der erste Innendorn ID1 ist während des Umformens im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet. Der erste Innendorn ID1 weist eine rotationssymmetrische Gestalt auf, und seine Mittelachse MIDI ist konzentrisch zur Mittelachse MW des Werkstücks W angeordnet. Ein Außendurchmesser des ersten Innendorns ID1 überschreitet an keiner Stelle zwischen 95 und 100 % des Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W am ersten Ende E1 vor dem Reduzieren gemäß Schritt (b). Hier ist der erste Innendorn ID1 frei drehbar gelagert (nicht dargestellt). Während des Umformens wird der erste Innendorn ID1 in axialer Richtung auf die erste Kalotte K1 zubewegt bzw. in Richtung des ersten Endes E1 bewegt.

[0109] Das Warmumformen erfolgt durch Einwirken eines ersten Umformwerkzeugs UW1 auf den ersten Umformbereich U1. Genauer gesagt wirken die Kontur der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte K1 und die Kontur der äußeren Umfangsfläche des ersten Innendorns ID1 auf den ersten Umformbereich U1 des rohrförmigen Werkstücks W ein und bewirken eine Querschnittsreduzierung im Umformbereich und die Ausbildung der ersten Schulter S1, welche den Übergang zwischen dem nicht verformten Teil des Werkstücks und dem querschnittreduzierten Umformbereich darstellt. Hier weist die erste Schulter S1 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur (S-förmige Kontur) und damit einen Wendepunkt auf. Eine an den Wendepunkt angelegte Tangente schließt mit der Mittelachse MW des Werkstücks W einen Winkel α von etwa 50 ° ein. Erfindungsgemäß kann die erste Schulter jedoch alternativ eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweisen.

[0110] Das rollierende Warmumformen bewirkt nicht nur eine Querschnittreduzierung, sondern auch eine Wandverdickung des Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 und ggf. auch eine Verkürzung des Werkstücks W am ersten Ende E1.

[0111] Das Umformen gemäß Schritt (b) wird bei dieser Ausführungsform ferner durch einen ersten Innenzapfen IZ1, angeordnet an der inneren Umfangsfläche an der ersten Kalotte K1, unterstützt. Eine Mittelachse MIZ1 des ersten Innenzapfens IZ1 ist exzentrisch zur Mittelachse MW des Werkstücks W und konzentrisch zur Mittelachse MK1 der ersten Kalotte K1 angeordnet (MIZ1 = MK1; daher ist die Mittelachse MIZ1 in Fig. 2 nicht gesondert markiert). Der erste Innenzapfen IZ1 weist eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche auf. Die äußere Umfangsfläche des ersten Innenzapfens IZ1 berührt während des Umformens im Schritt (b) die Innenwand des Werkstücks W im Bereich des ersten Endes E1. Der Einsatz des ersten Innenzapfen IZ1 begrenzt ein Abfließen des Materials beim Umformen nach innen und hat insbesondere Einfluss auf die Gestaltung und Wanddicke des umgeformten Werkstücks W am ersten Ende E1.

[0112] Im nächsten Schritt (Schritt (c)) wird das wie vorstehend beschrieben erhaltene Werkstück W im ersten Umformbereich U1 mittels eines zweiten Umformwerkzeugs UW2 derart weiter umgeformt, dass die axiale Ausdehnung der ersten Schulter S1 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird (vgl. Fig. 3). Dieser Schritt wird im Folgenden im Detail erläutert.

[0113] Da der Schritt (c) zeitlich unmittelbar an den Schritt (b) anschließen kann, ist ein nochmaliges Erwärmen des Werkstücks W nicht erforderlich, solange das Werkstück W im ersten Umformbereich U1 eine Temperatur von wenigstens 600 °C, besser wenigstens 650 °C, aufweist. Hierdurch wird ein zusätzlicher Erwärmungsschritt eingespart, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren in Bezug auf die Dauer, Kosten und Energieverbrauch verbessert wird.

[0114] Das weitere Umformen gemäß Schritt (c) geschieht mithilfe eines ersten Presstopfs PT1 und eines Pressdorns PD (vgl. Fig. 3). Der erste Presstopf PT1 umgibt den ersten Umformbereich U1 von außen derart, dass eine innere Umfangsfläche des ersten Presstopfs PT1 die Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 berührt. Der erste Presstopf PT1 weist eine erste Vertiefung V1 zur Aufnahme des ersten Endes E1 des aus Schritt (b) resultierenden, rohrförmigen Werkstücks W auf, wobei die erste Vertiefung V1 in ihrem Randbereich eine erste Öffnung O1 aufweist, wobei der Innendurchmesser der ersten Öffnung O1 zwischen 95 bis 110 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W an seinem ersten Ende E1 vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (b) beträgt. Ein Außendurchmesser des Pressdorns PD überschreitet an keiner Stelle zwischen 95 und 100 % des Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 nach dem Reduzieren gemäß Schritt (b).

[0115] Der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD weisen jeweils eine rotationssymmetrische Gestalt auf. Genauer gesagt sind eine innere Umfangsfläche (Oberfläche der Vertiefung V1) des ersten Presstopfs PT1 und eine äußere Umfangsfläche der Pressdorns PD rotationssymmetrisch. Eine Mittelachse MPT1 des ersten Presstopfs PT1 und eine Mittelachse MPD des Pressdorns PD sind konzentrisch zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet. Der Pressdorn PD ist im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereichs U1 angeordnet. Während des Umformens rotieren das rohrförmige Werkstück W, der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD nicht oder wenigstens nicht relativ zueinander.

[0116] Während des Umformens werden der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD jeweils in axialer Richtung auf die erste Schulter S1 zubewegt, bis beide die erste Schulter S1 im ersten Umformbereich berühren. Durch Einwirken des ersten Presstopfs PT1 und/oder des Pressdorns PD in einem Presshub oder mehreren Presshüben auf die erste Schulter S1, wird diese axial gestaucht. Dabei weisen der erste Presstopf PT1 eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche und der Pressdorn PD eine Kontur seiner äußeren Umfangsfläche auf, die bei gemeinsamen Einwirken mit einer hinreichenden Kraft (bspw. 400 bis 600 kN) auf die erste Schulter S1 geeignet sind, die erste Schulter S1 derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der ersten Schulter S1 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird, wie aus dem Vergleich der Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Anders gesagt wird die erste Schulter S1 steil gestellt. In dem dargestellten Beispiel wird durch die axiale Verkürzung der ersten Schulter S1 eine Vergrößerung des vorstehend definierten Tangentenwinkels von etwa 50 ° (a) auf bis zu 90 ° (β) erzielt. Dabei verhindern das Vorhandensein des ersten Presstopfs PT1 außen und des Pressdorns PD innen am ersten Umformbereich U1 ein unerwünschtes Ausbrechen des Materials nach außen und nach innen, sodass das Material beim Presshub gezielt an die gewünschte Stelle gelenkt wird.

[0117] Die in dieser Anmeldung beschriebenen Ausgestaltungen, Anordnungen und/oder Bewegungen des ersten Presstopfs PT1 und des Pressdorns PD definieren einen Raum außen und innen um das Werkstück, der den Materialfluss beim Umformschritt (c) vorteilhaft begrenzt. Insbesondere verhindert bzw. begrenzt die Anordnung des ersten Presstopfs PT1 um die Mantelfläche des Werkstücks W ein Ausbrechen oder Aufbauchen des Materials nach außen, während die Anordnung des Pressdorns PD im Inneren des Werkstücks ein Einknicken oder Einbrechen des Materials in das Innere des Werkstücks verhindert bzw. begrenzt. Hierdurch gelingt nicht nur die weitere Umformung der ersten Schulter S1 im Sinne eines Steilstellens. Es kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich der ersten Schulter S1 auch gezielt so viel Material im ersten Umformbereich U1 konzentriert werden, dass das finale erhaltene Werkstück W weder eine signifikante Verringerung, noch Vergrößerung der Wanddicke im Bereich der ersten Schulter S1 im Vergleich zur Wanddicke des Werkstücks W vor der Umformung aufweist, wenn dies gewünscht ist. Je nach eingesetztem Material, gewünschter Gestalt und Wanddicke der ersten Schulter S1 kann durch die Variation der Gestalt und Innen- bzw. Außendurchmesser der beim erfindungsgemäßen Verfahren zusammenwirkenden Werkzeuge die Gestalt der ersten Schulter S1 und die Wanddicke des umgeformten Werkstücks W in ersten Umformbereich U1 präzise eingestellt werden.

[0118] Beim Umformen gemäß Schritt (c) wird das rohrförmige Werkstück W von einem zweiten Ende E2 des rohrförmigen Werkstücks W her in axialer Richtung auf den ersten Umformbereich U1 vorzugsweise nachgeschoben (vgl. Pfeile zur Angabe der Nachschubrichtung am zweiten Ende E2 in Fig. 3), wobei das zweite Ende E2 das dem ersten Ende E1 gegenüberliegende Ende des Werkstücks W ist. Dabei kann das Nachschieben vorzugsweise durch Einwirken einer Kraft auf die Stirnseite des rohrförmigen Werkstücks W am zweiten Ende E2 und/oder durch Einwirken des Pressdorns PD auf die erste Schulter S1 bewirkt werden.

[0119] Im nächsten Schritt (Schritt (d)) wird ein zweiter Umformbereich U2 des rohrförmigen Werkstücks W auf eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C erwärmt (vgl. Fig. 4). Dies geschieht in ähnlicher oder gleicher Weise wie das Erwärmen des ersten Umformbereichs U1 beim vorstehend beschriebenen Schritt (a), vorzugsweise durch Induktion.

[0120] Im sich anschließenden Schritt (e) wird der Querschnitt des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 des rohrförmigen Werkstücks W durch Warmumformen mittels eines dritten Umformwerkzeugs UW3 in Gestalt einer zweiten Kalotte K2 reduziert (vgl. Fig. 5). Dies geschieht in gleicher oder ähnlicher Weise wie vorstehend beim Schritt (b) beschrieben, mit der Ausnahme, dass beim Schritt (e) kein Innendorn im Inneren des Werkstücks W zum Einsatz kommt, da die im Schritt (b) erzeugte Querschnittsreduzierung am ersten Ende E1 das Einführen eines Innendorns in das Innere des Werkstücks vom ersten Ende E1 bzw. ein Entfernen eines Innendorns hinterher nicht mehr zulässt. Ansonsten erfolgt die Querschnittsreduzierung analog zu dem vorstehend beschriebenen Schritt (b), sodass eine Wiederholung der Details hier weggelassen wird. Eine Mittelachse MK2 der zweiten Kalotte K2 ist exzentrisch zur Mittelachse MW des Werkstücks W angeordnet. Die zweite Kalotte K2 kann optional einen Innenzapfen aufweisen (dritter Innenzapfen IZ3; nicht dargestellt in Fig. 5).

[0121] Durch Einwirken des dritten Umformwerkzeugs UW3 auf den zweiten Umformbereich U2 wird eine zweite Schulter S2 im zweiten Umformbereich U2 ausbildet. Dabei kann die zweite Schulter S2 unabhängig von der Gestalt der ersten Schulter S1 eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweisen (vgl. Fig. 5).

[0122] Im nächsten Verfahrensschritt (Schritt (f)) wird das wie vorstehend beschrieben erhaltene Werkstück W im zweiten Umformbereich U2 mittels eines vierten Umformwerkzeugs UW4 derart weiter umgeformt, dass die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter S2 entlang der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W verkleinert wird (vgl. Fig. 6). Dieser Schritt erfolgt im Wesentlichen analog zum vorstehend beschriebenen Schritt (c), mit der Ausnahme, dass beim Schritt (f) kein Pressdorn im Inneren des Werkstücks W zum Einsatz kommt, da die im Schritt (b) erzeugte Querschnittsreduzierung am ersten Ende E1 und die im Schritt (e) erzeugte Querschnittsreduzierung am zweiten Ende E2 das Einführen eines Pressdorns in das Innere des Werkstücks und das spätere Entfernen desselben nicht mehr zulassen. Ansonsten erfolgt das Steilstellen der zweiten Schulter S2 analog zu dem vorstehend beschriebenen Schritt (c), sodass eine Wiederholung der Details hier weggelassen wird. Der hierbei eingesetzte zweite Presstopf PT2 weist eine über ihre gesamte Ausdehnung in axialer Richtung oder einen Teil davon, rotationssymmetrische Innenkontur auf. Ferner ist die Innenkontur des zweiten Presstopfs PT2 derart ausgebildet, dass bei einem Einwirken der Innenkontur des zweiten Presstopfs PT2 auf die äußere Mantelfläche des aus Schritt (e) erhaltenen Werkstücks W im Bereich der zweiten Schulter S2 die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter S2 entlang der Mittelachse MW des Werkstücks W verkleinert wird, wobei beim Einwirken der zweite Presstopf PT2 konzentrisch zur Mittelachse MW angeordnet ist und entlang der Mittelachse MW auf das Werkstück W zubewegt wird. Die beim Einwirken am zweiten Presstopf PT2 anliegende und auf die zweite Schulter S2 wirkende Kraft beträgt beispielsweise zwischen 400 bis 600 kN. Der zweite Presstopf PT2 weist ferner eine zweite Vertiefung V2 zur Aufnahme des zweiten Endes E2 des aus Schritt (e) erhaltenen Werkstücks W auf, wobei die zweite Vertiefung V2 in ihrem Randbereich eine zweite Öffnung O2 aufweist, wobei der Innendurchmesser der zweiten Öffnung O2 zwischen 95 bis 110 % des Außendurchmessers des Werkstücks W an seinem zweiten Ende E2 vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (e) (Ausgangsdurchmesser des Werkstücks W an seinem zweiten Ende E2) beträgt.

[0123] Auch bei diesem Schritt (f) ist ein nochmaliges Erwärmen des Werkstücks W nicht erforderlich, solange das Werkstück W im zweiten Umformbereich U2 noch eine Temperatur von wenigstens 600 °C, besser wenigstens 650 °C, aufweist. Hierdurch wird nochmals ein zusätzlicher Erwärmungsschritt eingespart, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren in Bezug auf die Dauer, Kosten und Energieverbrauch verbessert wird.

[0124] Auch bei diesem Schritt (f) ist analog zum Schritt (c) ein aktiver Materialnachschub beim Umformen bevorzugt, und zwar vom ersten Ende E1 her in axialer Richtung auf den zweiten Umformbereich U2 (vgl. Pfeile zur Angabe der Nachschubrichtung am ersten Ende E1 in Fig. 6).

[0125] Das rohrförmige Werkstück W ist während der Durchführung der vorstehend beschriebenen Schritte (b) und (e) des Verfahrens vorzugsweise durch ein Spannwerkzeug SW, vorzugsweise eine Spannzange oder Spannklemme, räumlich fixiert sein (vgl. Fig. 2 und 5). Das Werkstück W wird jedoch während der Durchführung der vorstehend beschriebenen Schritte (c) und (f) vorzugsweise nicht räumlich fixiert.

[0126] Die Fig. 7a bis 7d stellen jeweils die erste Schulter S1 von beispielhaften, erfindungsgemäß umgeformten, rohrförmige Werkstücken W in der Querschnittsansicht dar, wobei in jeder Figur die Situation vor (vgl. oben in der Figur) und nach (vgl. unten in der Figur) der axialen Verkürzung durch den Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. Der Einfachheit halber sind in den Fig. 7a bis 7d nur jeweils Abschnitte der oberen Hälften der umgeformten Werkstücke W dargestellt.

[0127] So zeigt Fig. 7a einen Querschnitt durch ein rohrförmiges Werkstück W, bei welchem durch Warmumformen nach Schritt (b) oder (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erste Schulter S1 in einem ersten Umformbereich U1 an einem ersten Ende E1 des rohrförmigen Werkstücks W ausgebildet worden ist (vgl. Fig. 7a, oben). Die Schulter S weist eine von konvex auf konkav übergehende Kontur auf (S-förmig), wobei der Tangentenwinkel α etwa 45 ° beträgt. Die Wanddicke des Werkstücks W ist im ersten Endbereich E1 bzw. im ersten Umformbereich U1 gegenüber der des unverformten Werkstücks W verdickt.

[0128] Durch Steilstellen der Schulter S im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die axiale Ausdehnung der Schulter S signifikant verkleinert, und der Tangentenwinkel β beträgt nach dem Steilstellen ca. 85 ° (vgl. Fig. 7a, unten).

[0129] Fig. 7b zeigt einen Querschnitt durch ein rohrförmiges Werkstück W analog zu Fig. 7a, bei welchem durch Warmumformen nach Schritt (b) oder (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erste Schulter S1 mit konvexer Kontur im ersten Umformbereich U1 am ersten Ende E1 des rohrförmigen Werkstücks W ausgebildet worden ist (vgl. Fig. 7b, oben). Bei diesem Beispiel erstreckt sich die erste Schulter S1 über den gesamten ersten Umformbereich U1. Die Wanddicke des Werkstücks W ist im ersten Endbereich E1 bzw. im ersten Umformbereich U1 gegenüber der des unverformten Werkstücks W verdickt.

[0130] Durch Steilstellen der Schulter S im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die axiale Ausdehnung der Schulter S signifikant verkleinert (vgl. Fig. 7b, unten).

[0131] Fig. 7c zeigt ein Werkstück W mit einer zur Ausführungsform der Fig. 7b ähnlichen ersten Schulter S1 mit konvexer Kontur, wobei jedoch die axiale Ausdehnung der ersten Schulter S1 im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber der Ausführungsform von Fig. 7b noch weiter umgeformt (vgl. Fig. 7c, unten links) bzw. stärker verkleinert ist (vgl. Fig. 7c, unten rechts). Dabei weist die in Fig. 7c, unten links dargestellte Ausführungsform eine konvex-konkav-konvexe Kontur (Doppel-S-förmig) auf. Dagegen weist die in Fig. 7c, unten rechts dargestellte Ausführungsform eine stetig konkave Kontur auf.

[0132] Fig. 7d zeigt einen Querschnitt durch ein rohrförmiges Werkstück W analog zu Fig. 7a, bei welchem durch Warmumformen nach Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erste Schulter S1 ausgebildet worden ist, welche eine kombiniert konvexe und abschnittsweise lineare Kontur aufweist (vgl. Fig. 7c, oben; linearer Abschnitt ist gestrichelt markiert). Bei diesem Beispiel erstreckt sich die erste Schulter S1 über den gesamten ersten Umformbereich U1.

[0133] Auch bei dieser Ausführungsform kann durch Steilstellen der ersten Schulter S1 im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die axiale Ausdehnung der ersten Schulter S1 signifikant verkleinert werden, wodurch eine konkave Kontur mit wenigstens einem linearen Abschnitt erhältlich ist (vgl. Fig. 7d, unten).

[0134] Die Fig. 8a zeigt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften, erfindungsgemäß umgeformten, rohrförmigen Werkstücks W, das nach Durchführung der Schritte (a) und (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erste Schulter S1 aufweist. In diesem Beispiel ist die erste Schulter S1 als Doppel-S-förmige Schulter ausgebildet. Dabei zeigt die Fig. 8a den Moment kurz vor Einwirken des aus einem einen ersten Presstopf PT1 und einen Pressdorn PD bestehenden Umformwerkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung V auf die erste Schulter S1. Der eine erste Presstopf PT1 umgibt den ersten Umformbereich U1 des rohrförmigen Werkstücks W. Dabei ist das rohrförmige Werkstück W mit seinem ersten Ende E1 voraus durch die erste Öffnung O1 der ersten Vertiefung V1 des ersten Presstopfs PT1 in den ersten Presstopf PT1 eingeführt. Der Innendurchmesser der ersten Öffnung O1 beträgt hier zwischen 95 bis 110 % des Ausgangsdurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W an seinem ersten Ende E1. Der erste Presstopf PT1 weist eine rotationssymmetrische Innenkontur auf, welche die Gestalt der Negativform der Mantelfläche (äußere Umfangsfläche) der angestrebten, steilgestellten (axial verkürzten) ersten Schulter S1 hat. In der dargestellten Ausführungsform weist der erste Presstopf PT1 zudem einen zweiten Innenzapfen IZ2 auf, dessen Mittelachse MIZ2 konzentrisch zur Mittelachse MPT1 des ersten Presstopfs PT1 und zur Mittelachse MW des Werkstücks W angeordnet ist. Der zweite Innenzapfen IZ2 berührt die Innenwand des Werkstücks W an seinem ersten Ende E1, sodass der erste Presstopf PT1 und dessen zweiter Innenzapfen IZ2 das erste Ende E1 des Werkstücks W U-förmig umschließen und damit den Materialfluss bei der Umformung steuern können.

[0135] Der Pressdorn PD ist im Innern des Werkstücks W und dessen Mittelachse MPD ist konzentrisch zur Mittelachse MW des Werkstücks W angeordnet. Der Außendurchmesser des Pressdorns PD überschreitet an keiner Stelle zwischen 95 und 100 % des Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W außerhalb des ersten Umformbereichs U1 nach dem Reduzieren gemäß Schritt (b), damit er in das Innere des Werkstücks W problemlos eingeführt und darin konzentrisch zur Mittelachse MW des Werkstücks W angeordnet werden kann. Der Pressdorn PD weist eine äußere Umfangsfläche auf, welche die Gestalt der Negativform der Innenwand (innere Umfangsfläche) der angestrebten, steilgestellten (axial verkürzten) ersten Schulter S1 hat. In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Presstopf PT1 räumlich fixiert und der Pressdorn PD wird in der Figur von rechts nach links entlang der Mittelachse MW bewegt, bis er auf die erste Schulter S1 trifft. Dann wird auf den Pressdorn PD und/oder den ersten Presstopf PT1 jeweils in Richtung der ersten Schulter S1 eine Kraft zwischen 100 und 1.000 kN angelegt und so der Presshubs gemäß Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Bevorzugt wird während dieses Presshubs das rohrförmige Werkstück W vom zweiten Ende E2 her in axialer Richtung auf den ersten Umformbereich U1 nachgeschoben, beispielweise durch Einwirken einer Kraft auf die Stirnseite des rohrförmigen Werkstücks W am zweiten Ende E2 und/oder durch Einwirken des Pressdorns PD auf die erste Schulter S1.

[0136] In Fig. 8b ist der Zustand des weiter umgeformten Werkstücks W am Ende des Schritts (c) dargestellt. Hier weist das Werkstück W in seinem ersten Umformbereich U1 die steilgestellte erste Schulter S1 mit einem Tangentenwinkel von ca. 90 ° und der verkleinerten axialen Ausdehnung auf. In dieser Figur ist deutlich zu erkennen, dass der erste Presstopf PT1 außen und der Pressdorn PD innen den Raum definieren, den das Werkstück W im Bereich seiner ersten Schulter S1 einnehmen kann. Hierüber lassen sich sowohl die räumliche Ausgestaltung, als auch die Wanddicken des final umgeformten Werkstücks W in seinem ersten Umformbereich präzise einstellen.

[0137] In den Fig. 9a und 9b ist eine weitere Ausführungsform des Schritts (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens und der hierzu verwendeten, erfindungsgemäßen Vorrichtung V dargestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden lediglich die Unterschiede zu der in den Figuren 8a und 8b dargestellten Ausführungsform nachstehend erläutert.

[0138] Hierbei wurde der erste Umformbereich U1 bei der im vorangegangenen Schritt (b) durchgeführten Querschnittsreduzierung zu einem topfförmigen, geschlossenen ersten Ende E1 umgeformt. So weist die erste Schulter S1 eine in der Schnittansicht betrachtete, konvexe Kontur auf. Wie in den Fig. 9a und 9b erkennbar, weisen der erste Presstopf PT1 und der Pressdorn PD bei dieser Ausführungsform eine Innen- bzw. Außenkontur auf, die bei gemeinsamen Einwirken im Schritt (c) innen und außen auf die vorgeformte erste Schulter S1 in einer finalen Kontur der ersten Schulter S1 resultiert, welche eine konvexe Kontur mit linearen Abschnitten führt und in ihre axialen Ausdehnung verkleinert ist (vgl. Fig. 9b).

[0139] Wie die vorstehend dargestellten Beispiele zeigen, kann durch eine geeignete Wahl der Innenkontur des ersten Presstopf PT1 und der Außenkontur des Pressdorns PD erfindungsgemäß eine fast unbeschränkte Vielzahl von finalen Formen des ersten Endes E1 des rohrförmigen Werkstücks W mit verkleinerter axiale Ausdehnung erzielt werden.

[0140] Die Querschnittreduzierung eines zweiten Endes E2 des rohrförmigen Werkstücks W gemäß dem Schritt (e) in einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und unter Zuhilfenahme einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann analog zu dem in den vorstehenden Ausführungsformen diskutierten, im Bereich des ersten Endes E1 durchgeführten Schritt (b) erfolgen, mit der Ausnahme, dass bei Schritt (e) der Einsatz eines Innendorns nicht vorgesehen ist.

[0141] Die weitere Umformung des zweiten Endes E2 des rohrförmigen Werkstücks W gemäß dem Schritt (f) in einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und unter Zuhilfenahme einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann analog zu dem in den vorstehenden Ausführungsformen diskutierten, im Bereich des ersten Endes E1 durchgeführten Schritt (c) erfolgen, mit der Ausnahme, dass bei Schritt (f) der Einsatz eines Pressdorns nicht vorgesehen ist.

[0142] Die Figuren 10a und 10b zeigen fotographische Schnittsteilansichten realer Muster eines erfindungsgemäß umgeformten, rohrförmigen Werkstücks W (Hohlwelle) unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung V bei der Umformung. Dabei zeigt die Figur 10a einen an einem ersten Ende E1 des rohrförmigen Werkstücks W angeordneten ersten Umformbereich U1 mit einer bereits steilgestellten ersten Schulter S1 (Zustand nach Durchführung des Schrittes (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens). Gut erkennbar ist, dass eine an die erste Schulter S1 angelegte Tangente einen Winkel von etwa 90 ° mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W (nicht eingezeichnet) einschließt. Ferner ist in der Figur 10a erkennbar, dass in diesem Beispiel durch die Einwirkung des ersten Presstopfs PT1 von außen und des Pressdorns PD von innen beim Steilstellen der ersten Schulter S1 die Flanken der ersten Schulter S1 innen und außen gerade ausgebildet sind. Ferner wurde die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W im Bereich der ersten Schulter S1 auf eine definierte Wanddicke eingestellt, die größer ist als die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W im unverformten Bereich außerhalb des ersten Umformbereichs U1 ist. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung konnte die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W im ersten Umformbereich U1 außerhalb des Bereichs der ersten Schulter S1 auf eine noch größere Wanddicke gegenüber der Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W im unverformten Bereich eingestellt werden.

[0143] Die Figur 10b zeigt einen an einem zweiten Ende E2 des rohrförmigen Werkstücks W angeordneten zweiten Umformbereich U2 mit einer bereits steilgestellten zweiten Schulter S2 (Zustand nach Durchführung des Schrittes (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens). Gut erkennbar ist, dass eine an die zweite Schulter S2 angelegte Tangente einen Winkel von etwa 90 ° mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W (nicht eingezeichnet) einschließt. Ferner ist in der Figur 10b erkennbar, dass in diesem Beispiel durch die Einwirkung des zweiten Presstopfs PT2 von außen beim Steilstellen der zweiten Schulter S2 die äußere Flanke der zweiten Schulter S2 gerade ausgebildet ist. Dagegen weist die innere Flanke der zweiten Schulter S2 einen Buckel bzw. eine Ausbauchung nach innen auf, da zum Steilstellen der zweiten Schulter S2 (Schritt (f)) erfindungsgemäß kein Presstopf an der inneren Umfangsfläche des rohrförmigen Werkstücks W anliegt, der die innere Flanke der zweiten Schulter S2 formen könnte. Ferner wurde die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W auch im Bereich der zweiten Schulter S2 auf eine Wanddicke eingestellt, die an allen Stellen größer ist als die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W im unverformten Bereich außerhalb des zweiten Umformbereichs U2. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung konnte zudem die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W im zweiten Umformbereich U2 außerhalb des Bereichs der zweiten Schulter S2 auf eine noch größere Wanddicke gegenüber der Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W im unverformten Bereich eingestellt werden, was jedoch wegen der nachträglich durchgeführten, außenseitigen Abspanung von Material im zweiten Umformbereich U2 außerhalb des Bereichs der zweiten Schulter S2 nur noch in Teilbereichen erkennbar ist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer einteiligen Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück (W) aus Metall, wenigstens mit den Schritten:

(a) Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W) in einem ersten Umformbereich (U1) auf eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C;
wobei der erste Umformbereich (U1) an einem ersten Ende (E1) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist;

(b) Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks (W) im ersten Umformbereich (U1) durch Warmumformen mittels eines ersten Umformwerkzeugs (UW1); wobei das Reduzieren des Querschnitts vorzugsweise mittels Spinning, Fließrollieren oder Warmschmieden erfolgt;

wobei durch Einwirken des ersten Umformwerkzeugs (UW1) auf den ersten Umformbereich (U1) während des Umformens eine erste Schulter (S1) im ersten Umformbereich (U1) ausgebildet wird, wobei die erste Schulter (S1) eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist;

wobei der erste Umformbereich (U1) während des Umformens eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C, aufweist; und

(c) weiteres Umformen des aus Schritt (b) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks (W) im ersten Umformbereich (U1) mittels eines zweiten Umformwerkzeugs (UW2) derart, dass die axiale Ausdehnung der ersten Schulter (S1) entlang der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) verkleinert wird;

wobei nach Schritt (b) und während des Schritts (c) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W) im ersten Umformbereich (U1), vorzugsweise des rohrförmigen Werkstücks (W), vorzugsweise unterbleibt;

wobei das rohrförmige Werkstück (W) im ersten Umformbereich (U1) während des weiteren Umformens eine Temperatur im Bereich von 600 bis 1.000 °C, vorzugsweise 650 bis 900 °C, aufweist;

wobei das zweite Umformwerkzeug (UW2) einen ersten Presstopf (PT1) und einen Pressdorn (PD) aufweist;

wobei eine Mittelachse (MPT1) des ersten Presstopfs (PT1) und eine Mittelachse (MPD) des Pressdorns (PD) konzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet sind;

wobei der erste Presstopf (PT1) eine innere Umfangsfläche aufweist, welche vorzugsweise rotationssymmetrisch ist;

wobei der Pressdorn (PD) eine äußere Umfangsfläche aufweist, welche vorzugsweise rotationssymmetrisch ist;

wobei der erste Presstopf (PT1) den ersten Umformbereich (U1) von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche des ersten Presstopfs (PT1) die Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks (W) im ersten Umformbereich (U1) berührt;

wobei der Pressdorn (PD) im Inneren des rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich des ersten Umformbereichs (U1) angeordnet ist;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück (W), der erste Presstopf (PT1) und der Pressdorn (PD) nicht rotieren oder nicht relativ zueinander rotieren;

wobei während des Umformens der erste Presstopf (PT1) und/oder der Pressdorn (PD) jeweils in axialer Richtung auf die erste Schulter (S1) bewegt werden; wobei der Pressdorn (PD) parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) in Richtung des ersten Presstopfs (PT1) bewegt wird; oder wobei der erste Presstopf (PT1) parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) in Richtung des Pressdorns (PD) bewegt wird; oder wobei der Pressdorn (PD) und der erste Presstopf (PT1) parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) aufeinander zu bewegt werden; und

wobei der erste Presstopf (PT1) eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche und der Pressdorn (PD) eine Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweisen, die bei gemeinsamen Einwirken auf die im Schritt (a) im ersten Umformbereich (U1) ausgebildeten ersten Schulter (S1) geeignet sind, die erste Schulter (S1) derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der ersten Schulter (S1) entlang der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) verkleinert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Umformwerkzeug (UW1) eine erste Kalotte (K1) aufweist;

wobei die erste Kalotte (K1) den ersten Umformbereich (U1) von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche der ersten Kalotte (K1) einen Teil der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks (W) im ersten Umformbereich (U1) berührt;

wobei eine Mittelachse (MK1) der ersten Kalotte (K1) exzentrisch zu einer Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist;

wobei die erste Kalotte (K1) eine rotationssymmetrische Kontur ihrer inneren Umfangsfläche aufweist, die zur Ausbildung der ersten Schulter (S1) im ersten Umformbereich (U1) geeignet ist;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück (W) und die erste Kalotte (K1) gleichsinnig rotieren, wobei die Drehzahlen des rohrförmigen Werkstücks (W) und der ersten Kalotte (K1) vorzugsweise derart eingestellt sind, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte (K1) und der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks (W) an der Berührungsstelle im ersten Umformbereich (U1) um höchstens 20 %, vorzugsweise höchstens 10 %, voneinander unterscheiden;

und

wobei während des Umformens die erste Kalotte (K1) vom ersten Ende (E1) her in axialer Richtung auf das rohrförmige Werkstück (W) bewegt wird; und

wobei das Einwirken der Kontur der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte (K1) und einer Kontur einer äußeren Umfangsfläche des ersten Innendorns (ID1)) auf den ersten Umformbereich (U1) des rohrförmigen Werkstücks (W) die Ausbildung der ersten Schulter (S1) bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Kalotte (K1) einen ersten Innenzapfen (IZ1) aufweist,

wobei eine Mittelachse (MIZ1) des ersten Innenzapfens (IZ1) exzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist;

wobei die Mittelachse (MIZ1) des ersten Innenzapfens (IZ1) vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse (MK1) der ersten Kalotte (K1) angeordnet ist;

wobei der erste Innenzapfen (IZ1) eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist; und

wobei die äußere Umfangsfläche des ersten Innenzapfens (IZ1) während des Umformens im Schritt (b) eine Innenwand des rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich des ersten Endes (E1) berührt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei das erste Umformwerkzeug (UW1) ferner einen ersten Innendorn (ID1) umfasst;

wobei der erste Innendorn (ID1) während des Umformens in Schritt (b) im Inneren des rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich des ersten Umformbereichs (U1) angeordnet ist;

wobei der erste Innendorn (ID1) eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist; wobei eine Mittelachse (MI1) des ersten Innendorns (ID1) konzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist;

wobei der erste Innendorn (ID1) vorzugsweise frei drehbar gelagert ist;

wobei während des Umformens die erste Kalotte (K1) und/oder der erste Innendorn (ID1) in axialer Richtung derart bewegt werden, dass sich der Abstand zwischen beiden verringert; und

wobei das Einwirken der Kontur der inneren Umfangsfläche der ersten Kalotte (K1) und einer Kontur einer äußeren Umfangsfläche des ersten Innendorns (ID1)) auf den ersten Umformbereich (U1) des rohrförmigen Werkstücks (W) die Ausbildung der ersten Schulter (S1) bewirkt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Umformwerkzeug (UW2), vorzugsweise der erste Presstopf (PT1), einen zweiten Innenzapfen (IZ2) aufweist,

wobei eine Mittelachse (MIZ2) des zweiten Innenzapfens (IZ2) konzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist;

wobei die Mittelachse (MIZ2) des zweiten Innenzapfens (IZ2) vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse (MPT1) des ersten Presstopfs (PT1) angeordnet ist;

wobei der zweiten Innenzapfen (IZ2) eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist; und

wobei die äußere Umfangsfläche des zweiten Innenzapfens (IZ2) während des Umformens im Schritt (c) eine Innenwand des rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich des ersten Endes (E1) berührt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei während des weiteren Umformens in Schritt (c) das rohrförmige Werkstück (W) von einem zweiten Ende (E2) des rohrförmigen Werkstücks (W) her in axialer Richtung auf den ersten Umformbereich (U1) nachgeschoben wird, wobei das zweite Ende (E2) das dem ersten Ende (E1) gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Werkstücks (W) ist;
wobei das Nachschieben vorzugsweise durch Einwirken einer Kraft auf die Stirnseite des rohrförmigen Werkstücks (W) am zweiten Ende (E2) und/oder durch Einwirken des Pressdorns (PD) auf die erste Schulter (S1) bewirkt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit den Schritten:

(d) Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W) in einem zweiten Umformbereich (U2) auf eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C;
wobei der zweite Umformbereich (U2) an dem zweiten Ende (E2) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist; und

(e) Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks (W) im zweiten Umformbereich (U2) des rohrförmigen Werkstücks (W) durch Warmumformen mittels eines dritten Umformwerkzeugs (UW3); wobei das Reduzieren des Querschnitts vorzugsweise mittels Spinning, Fließrollieren oder Warmschmieden erfolgt;

wobei durch Einwirken des dritten Umformwerkzeugs (UW3) auf den zweiten Umformbereich (U2) während des Umformens eine zweite Schulter (S2) im zweiten Umformbereich (U2) ausbildet wird, wobei die zweite Schulter (S2) eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist;

wobei der zweite Umformbereich (U2) während des Umformens eine Temperatur von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C, aufweist; wobei das dritte Umformwerkzeug (UW3) eine zweite Kalotte (K2) umfasst; wobei die zweite Kalotte (K2) den zweiten Umformbereich (U2) von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche der zweiten Kalotte (K2) einen Teil der Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks (W) im zweiten Umformbereich (U2) berührt;

wobei eine Mittelachse (MK2) der zweiten Kalotte (K2) exzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist; wobei die zweite Kalotte (K2) eine rotationssymmetrische Kontur ihrer inneren Umfangsfläche aufweist, die zur Ausbildung der zweiten Schulter (S2) im zweiten Umformbereich (U2) geeignet ist;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück (W) und die zweite Kalotte (K2) gleichsinnig rotieren, wobei die Drehzahlen des rohrförmigen Werkstücks (W) und der zweiten Kalotte (K2) vorzugsweise derart eingestellt sind, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten der inneren Umfangsfläche der zweiten Kalotte (K2) und der Außenwand des rohrförmigen Werkstücks (W) an der Berührungsstelle im zweiten Umformbereich (U2) um höchstens 20 %, vorzugsweise höchstens 10 %, voneinander unterscheiden; und

wobei während des Umformens die zweite Kalotte (K2) vom zweiten Ende (E2) her in axialer Richtung auf das rohrförmige Werkstück (W) bewegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das dritte Umformwerkzeug (UW3), vorzugsweise die zweite Kalotte (K2), einen dritten Innenzapfen (IZ3) aufweist, wobei eine Mittelachse (MIZ3) des dritten Innenzapfens (IZ3) exzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist;

wobei die Mittelachse (MIZ3) des dritten Innenzapfens (IZ3) vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse (MK2) der zweiten Kalotte (K2) angeordnet ist; wobei der dritte Innenzapfen (IZ3) eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist; und

wobei die äußere Umfangsfläche des dritten Innenzapfens (IZ3) während des Umformens im Schritt (e) eine Innenwand des rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich des zweiten Endes (E2) berührt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit dem Schritt:
(f) weiteres Umformen des aus Schritt (e) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks (W) im zweiten Umformbereich (U2) mittels eines vierten Umformwerkzeugs (UW4) derart, dass die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter (S2) entlang der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) verkleinert wird;

wobei nach Schritt (e) und während des Schritts (f) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks (W) im zweiten Umformbereich (U2), vorzugsweise des rohrförmigen Werkstücks (W), vorzugsweise unterbleibt; wobei das rohrförmige Werkstück (W) im zweiten Umformbereich (U2) während des weiteren Umformens eine Temperatur im Bereich von 600 bis 1.000 °C, vorzugsweise 650 bis 900 °C, aufweist;

wobei das vierte Umformwerkzeug (UW4) einen zweiten Presstopf (PT2) aufweist;

wobei eine Mittelachse (MPT2) des zweiten Presstopfs (PT2) konzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist; wobei der zweite Presstopf (PT2) eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist;

wobei der zweite Presstopf (PT2) den zweiten Umformbereich (U2) von außen derart umgibt, dass eine innere Umfangsfläche des zweiten Presstopfs (PT2) die Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks (W) im zweiten Umformbereich (U2) berührt;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück (W) und der zweite Presstopf (PT2) nicht rotieren oder nicht relativ zueinander rotieren; wobei während des Umformens der zweite Presstopf (PT2) in axialer Richtung auf die zweite Schulter (S2) bewegt wird; und

wobei der zweite Presstopf (PT2) eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche aufweist, die bei Einwirken auf die im Schritt (e) im zweiten Umformbereich (U2) ausgebildeten zweiten Schulter (S2) geeignet sind, die zweite Schulter (S2) derart umzuformen, dass die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter (S2) entlang der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) verkleinert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei während des weiteren Umformens in Schritt (f) das rohrförmige Werkstück (W) vom ersten Ende (E1) des rohrförmigen Werkstücks (W) her in axialer Richtung auf den zweiten Umformbereich (U2) nachgeschoben wird; und
wobei das Nachschieben vorzugsweise durch Einwirken einer Kraft auf die Stirnseite des rohrförmigen Werkstücks (W) am ersten Ende (E1) bewirkt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das rohrförmige Werkstück (W) während der Durchführung der Schritte (b) und (e) des Verfahrens durch ein Spannwerkzeug (SW) räumlich fixiert wird, vorzugsweise radial geklemmt und axial gehalten wird; und/oder
wobei das rohrförmige Werkstück (W) während der Durchführung der Schritte (c) und (f) des Verfahrens nicht räumlich fixiert wird.

12. Einteilige Hohlwelle aus einem rohrförmigen Werkstück (W) aus Metall, herstellbar oder hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11; wobei das rohrförmige Werkstück (W) eine erste Schulter (S1) in einem ersten Umformbereich (U1) aufweist, wobei die erste Schulter (S1) eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist; und
wobei eine an einem linearen Abschnitt der ersten Schulter (S1) oder an einem Wendepunkt der ersten Schulter (S1) angelegte Tangente mit einer Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) einen Winkel (β) von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt.

13. Vorrichtung (V) zur Durchführung des Schritts (c) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung aufweist:

einen ersten Presstopf (PT1) und einen Pressdorn (PD);

wobei der erste Presstopf (PT1) und der Pressdorn (PD) konzentrisch zueinander angeordnet sind;

wobei der erste Presstopf (PT1) beweglich entlang seiner Mittelachse (MPT1) angeordnet ist und/oder der Pressdorn (PD) beweglich entlang seiner Mittelachse (MPD) angeordnet ist;

wobei der erste Presstopf (PT1) eine Innenkontur aufweist, welche über ihre gesamte Ausdehnung in axialer Richtung oder einen Teil ihrer Ausdehnung in axialer Richtung eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen kann;

wobei der Pressdorn (PD) eine Außenkontur aufweist, welche über ihre gesamte Ausdehnung in axialer Richtung oder einen Teil ihrer Ausdehnung in axialer Richtung eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen kann;

wobei die Innenkontur des ersten Presstopfs (PT1) und die Außenkontur des Pressdorns (PD) derart ausgebildet sind, dass sie bei einem gemeinsamen Einwirken der Innenkontur des ersten Presstopfs (PT1) auf die äußere Mantelfläche des aus Schritt (b) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhaltenen,

rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich der ersten Schulter (S1) und Einwirken der Außenkontur des Pressdorns (PD) auf die Innenwand des aus Schritt (b) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich der ersten Schulter (S1) die axiale Ausdehnung der ersten Schulter (S1) entlang der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) verkleinert wird, und eine an einem linearen Abschnitt der ersten Schulter (S1) oder an einem Wendepunkt der ersten Schulter (S1) angelegte Tangente mit der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) einen Winkel (β) von 60 bis 120 °, vorzugsweise 70 bis 90 °, einschließt, wobei beim Einwirken der erste Presstopf (PT1) und der Pressdorn (PD) konzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet sind und zum Einwirken der Pressdorn (PD) parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) in Richtung des ersten Presstopfs (PT1) bewegt wird; oder der erste Presstopf (PT1) parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) in Richtung des Pressdorns (PD) bewegt wird; oder der Pressdorn (PD) und der erste Presstopf (PT1) parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) aufeinander zubewegt werden; wobei beim Einwirken die am ersten Presstopf (PT1) und am Pressdorn (PD) anliegende und auf die erste Schulter (S1) wirkende Kraft vorzugsweise zwischen 20 und 1.200 kN, noch bevorzugter zwischen 20 und 1.000 kN, insbesondere zwischen 300 bis 600 kN, beträgt;

wobei der erste Presstopf (PT1) eine erste Vertiefung (V1) zur Aufnahme des ersten Endes (E1) des aus Schritt (b) resultierenden, rohrförmigen Werkstücks (W) aufweist, wobei die erste Vertiefung (V1) in ihrem Randbereich eine erste Öffnung (O1) aufweist, wobei der Innendurchmesser der ersten Öffnung (O1) zwischen 95 und 110 %, vorzugsweise zwischen 100 bis 105 %, des Ausgangsdurchmessers des rohrförmigen Werkstücks (W) an seinem ersten Ende (E1) oder des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks (W) an seinem ersten Ende (E1) vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (b) beträgt;

wobei ein Außendurchmesser des Pressdorns (PD) zwischen 75 und 100 %, vorzugsweise zwischen 95 und 100 %, des Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks (W) außerhalb des ersten Umformbereichs (U1) nach dem Reduzieren gemäß Schritt (b) an keiner Stelle überschreitet; und

wobei die Vorrichtung (V) eine erste Einrichtung (KE1) aufweist, die geeignet ist, an den ersten Presstopf (PT1) und/oder an den Pressdorn (PD) in einer Richtung parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) eine Kraft anzulegen, wobei die Kraft vorzugsweise zwischen 20 und 1.200 kN, noch bevorzugter zwischen 20 und 1.000 kN, insbesondere zwischen 400 bis 600 kN, beträgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Innenkontur des ersten Presstopfs (PT1) eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist; und/oder

wobei die Außenkontur des Pressdorns (PD) eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist; und/oder

wobei die Innenkontur des ersten Presstopfs (PT1) und die Außenkontur des Pressdorns (PD) jeweils eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweisen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei der erste Presstopf (PT1) einen zweiten Innenzapfen (IZ2) aufweist;

wobei die Mittelachse (MIZ2) des zweiten Innenzapfens (IZ2) vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse (MPT1) des ersten Presstopfs (PT1) angeordnet ist; und

wobei der zweiten Innenzapfen (IZ2) eine rotationssymmetrische Kontur seiner äußeren Umfangsfläche aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, zur Durchführung der Schritte (c) und (f) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung ferner aufweist:

einen zweiten Presstopf (PT2);

wobei der zweite Presstopf (PT2) vorzugsweise entlang seiner Mittelachse (MPT2) bewegbar angeordnet ist;

wobei der zweite Presstopf (PT2) eine Innenkontur aufweist, welche über ihre gesamte Ausdehnung in axialer Richtung oder einen Teil ihrer Ausdehnung in axialer Richtung eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist;

wobei die Innenkontur des zweiten Presstopfs (PT2) derart ausgebildet ist, dass bei einem Einwirken der Innenkontur des zweiten Presstopfs (PT2) auf die äußere Mantelfläche des aus Schritt (e) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks (W) im Bereich der zweiten Schulter (S2) die axiale Ausdehnung der zweiten Schulter (S2) entlang der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) verkleinert wird, wobei beim Einwirken der zweite Presstopf (PT2) konzentrisch zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) angeordnet ist und entlang der Mittelachse (MW) auf das Werkstück (W) zubewegt wird, wobei beim Einwirken die am zweiten Presstopf (PT2) anliegende und auf die zweite Schulter (S2) wirkende Kraft zwischen 20 und 1.200 kN, vorzugsweise zwischen 20 und 1.000 kN, insbesondere zwischen 400 bis 600 kN, beträgt;

wobei der zweite Presstopf (PT2) eine zweite Vertiefung (V2) zur Aufnahme des zweiten Endes (E2) des aus Schritt (e) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks (W) aufweist, wobei die zweite Vertiefung (V2) in ihrem Randbereich eine zweite Öffnung (O2) aufweist, wobei der Innendurchmesser der zweiten Öffnung (O2) zwischen 95 und 110 %, vorzugsweise 100 bis 105 %, des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks (W) an seinem zweiten Ende (E2) vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (e) beträgt;

wobei die Innenkontur des zweiten Presstopfs (PT2) eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist; und

wobei die Vorrichtung (V) eine zweite Einrichtung (KE2) aufweist, die geeignet ist, an den zweiten Presstopf (PT2) in einer Richtung parallel zur Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) eine Kraft anzulegen, wobei die Kraft vorzugsweise zwischen 20 und 1.000 kN, noch bevorzugter zwischen 20 und 1.000 kN, insbesondere zwischen 400 bis 600 kN, beträgt.

17. Verwendung einer Vorrichtung (V) nach einem der Ansprüche 13 bis 16 zum Verkleinern einer axialen Ausdehnung einer in einem Umformbereich (U) eines rohrförmigen Werkstücks (W) aus Metall ausgebildeten Schulter (S), wobei die räumliche Ausdehnung der Schulter (S) parallel zur oder entlang der Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) gemessen wird; und
zum Steilstellen der Schulter (S), wobei die Schulter (S) eine von konvex auf konkav übergehende Kontur, eine durchgehend konvexe Kontur oder eine abschnittsweise lineare oder durchgehend lineare Kontur aufweist, derart, dass eine an einem linearen Abschnitt der Schulter (S) oder an einem Wendepunkt der Schulter (S) angelegte Tangente mit einer Mittelachse (MW) des rohrförmigen Werkstücks (W) einen Winkel (β) von 60 bis 120°, vorzugsweise 70 bis 90°, einschließt.

Zeichnung