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Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von hochelastischen Well-oder Feder- rohren aus dünnwandigen Metallrohren.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung hochelastischer Federrohre durch Bilden von hohen Wellen in dünnwandigen, glatten Röhren aus Kupfer, Tombak, Messing, Eisen u. dgl.
Solche Federrohre, die immer grössere Verwendung für die verschiedensten Zwecke finden, wie z. B. bei Temperaturreglern, Ventilen, Druckreglern, elektrischen Kontaktauslösern, Feuermeldern, Mischventile, Ausgleichskörpern, Messinginstrumenten, Membranen, Stopfbüchsen, kolbenlosen Pumpen usw., wurden bisher durch Einwalzen von Rillen (Wellen) in das glatte Rohr erzeugt, wobei das Material in den meisten Fällen zwischen den verschiedenen Arbeitsgängen oft wiederholt geglüht werden musste, weil es durch das Kaltwalzen an Härte zunimmt, dagegen an Dehnbarkeit verliert.
Bei einigen Verfahren werden die Wellen ausschliesslich nach aussen, bei anderen Verfahren wiederum ausschliesslich nach innen gedrückt. Beim erstgenannten Verfahren wird das Material erheblich auf Dehnung beansprucht, wobei die nach diesem Verfahren erzielbare Wellenhöhe eine bedeutend geringere ist als beim zweiten Verfahren, wo durch Einwärtswalzen der Wellentäler gewissermassen Material verdrängt werden muss, was einer Erhöhung der Wellenberge zugute kommt. Es ist also bei dem zweiten Verfahren eine höhere Wellung möglich bei gleichzeitig geringerer Beanspruchung des Materials.
Die Erfahrung hat nun gelehrt, dass die Beanspruchung solcher Federrohre im Wellental die grösste ist und dass Ermüdungen und Brüche so gut wie ausnahmslos im Wellental erfolgen, es sei denn, dass durch allzu starkes Auswärtswalzen der Wellen das Material auf dem Wellenberg so stark gedehnt und beansprucht wurde, dass dort die Wandung viel dünner wurde und das Material viel härter und dass dann dort trotz geringerer Beanspruchung beim Gebrauch frühzeitige Risse auftreten. Im allgemeinen reissen die Federrohre, welche sachgemäss hergestellt sind, aber stets im Wellental.
Die-Erfindung bezweckt nun, diesem Übelstande abzuhelfen, indem nach dem neuen Verfahren das Material viel gleichmässiger beansprucht wird als bei den bisherigen Verfahren. Wenn die Wellen ausschliesslich nach innen gewalzt werden, so kann festgestellt'werden, dass die fertige Welle des Federrohres auf dem Wellenberg gleichwohl einen wesentlich grösseren Aussendurchmesser besitzt als der des hiezu verwendeten dünnwandigen Rohres. Es lässt dies darauf schliessen, dass beim Einwalzen der Wellentäler bedeutende Quantitäten Material verdrängt werden müssen. Diese Tatsache lässt ferner den Schluss zu, dass das Material am gleichmässigsten beansprucht sein würde, wenn die Wellen etwa zur Hälfte nach aussen und nur etwa zur Hälfte nach innen gedrückt würden.
Diese neue Erkenntnis liegt der Erfindung zugrunde, deren Wesen darin besteht, dass die zu bildenden Wellen annähernd zur Hälfte nach aussen und annähernd zur Hälfte nach innen gedrückt werden. Hiedurch wird vor allem erreicht, dass bei möglichster Schonung des Materials eine noch wesentlich höhere Wellung bei gleichmässiger Wandstärke erzielbar ist. Dadurch, dass das Material bei dieser Art der Verarbeitung viel weniger beansprucht wird, fällt weiter das Glühen zwischen den einzelnen Arbeitsgängen weg. Ferner wird zufolge der Erzielung wesentlich höherer Wellen die Elastizität und damit auch die Gebrauchsdauer der Fede- rungskörper eine erheblieh grössere.
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Das Bilden der Wellenberge wird gemäss der Erfindung mittels eines in sich nachgiebigen Stempels, am besten eines Kautschukstempels erzeugt. Der Vorteil eines solchen Werkzeuges ist der, dass die Materialbeanspruchung eine sehr gleichmässige ist im Gegensatz zum Walzen der Wellen mittels der üblichen Druckwalzen, in welchem Falle das Material viel ungleichmässiger und viel stärker beansprucht wird. Die Walzen sind zweckmässig von verhältnismässig kleinem Durchmesser, damit sie leicht aus dem Rohr herausgebracht werden können, nachdem das Wellental eingedrückt wurde.
Die bekannten Walzen können, genau genommen, das Material nur auf einem Punkte bearbeiten und bedingen dabei eine mehr oder weniger schichtweise Umänderung des Werkstoffes, wobei sich das Material nicht so gleichmässig umformen lässt, wie wenn die Welle auf dem ganzen Umfange gleichzeitig geformt wird, wie dies mit dem Kautschukstempel möglich ist. Da eine Walze nur an einem Punkte angreift, also an einem kleinen Bruchteil des Rohrumfanges, so kann das Material nicht nachfolgen, vielmehr wird es ausschliesslich auf Dehnung beansprucht, weil der übrige Rohrumfang, welcher von der Walze nicht gleichzeitig mitbearbeitet wird, ein Einziehen des Werkstoffes verhindert.
Beim Kautschukstempel dagegen wird die Welle auf dem ganzen Umfange gleichzeitig und gleichmässig gedehnt und kann in diesem Falle der Werkstoff nachfolgen bzw. sich das Rohr gleichzeitig verkürzen.
Die Herstellung der Federrohre nach der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, dass mittels eines in sich nachgiebigen Stempels vorerst durch Auswärtsdrücken von Wellen die sogenannten Wellenberge vorgeformt werden, währenddem zwischen den einzelnen Wellenbergen gerade bzw. glatte zylindrische Rohrstücke verbleiben, die alsdann für weitere Arbeitsgänge zur Erzeugung der Wellentäler dienen. Letztere werden nach bekanntem Verfahren durch Einwärtswalzen erzeugt. Nachdem aber bereits etwa die Hälfte der zu bildenden Welle nach auswärts gedrückt ist, muss nur noch die andere Hälfte nach einwärts gewalzt werden, und ist somit die Beanspruchung nicht nur eine viel geringere, es genügen auch bedeutend weniger Arbeitsgänge.
Damit die Form der Welle beim Auswärtsdrücken mittels des Kautschukstempels eine genau gleichmässige wird, desgleichen auch die Distanz zwischen den einzelnen Wellen, so werden vorteilhaft zweiteilige äussere Matrizen verwendet, welche mindestens zwei gleiche Profile besitzen, wobei das eine Profil zur Erzeugung der neuen Welle, das andere Profil zum Einfügen der fertigen Welle dient, damit die neu zu bildende Welle wieder genau gleichmässig distanziert wie die vorherigen und nachfolgenden Wellen erzeugt werden kann.
Durch dieses Verfahren ist es somit möglich, Federrohre nicht nur von grösserer Wellenhöhe und Elastizität sowie gleichmässigerer Wandstärke und grösserer Widerstandsfähigkeit herzustellen, sondern auch viel rationeller, indem das Auswärtsdrücken mit dem Kautschukstempel mehrere Walzvorgänge zu ersetzen vermag, ohne dass das Material dabei an Dehnbarkeit einbüsst und ohne dass zwischen hinein Glühungen des Werkstoffes erforderlich sind.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer zur Durführung des erfindunggemässen Verfahrens dienenden Einrichtung, wobei Fig. 1 einen Längsschnitt darstellt, Fig. 2,3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Wellen, wie sie mittels der Stempelvorrichtung erzeugt werden können. Fig. 5 und 6 erläutern, wie die Wellen nach bekanntem Verfahren alsdann weiter ausgebildet bzw. die Federrohre durch Walzen weiter verarbeitet werden.
1 ist das glatte Rohr, welches zur Erzeugung des Faltenrohres dienen soll und aus geeignetem dehnbarem Material, wie Kupfer, Messing, Tombak, Eisen, Neusilber od. dgl., besteht, während mit 2 eine äussere, zweiteilige Matrize bezeichnet ist, welche zur Formung und Distanzierung der Wellen dient.
In das Rohr 1 reicht ein Stempel 3, welcher vorteilhaft aus einer möglichst weichen und zähen Kautschukqualität besteht. Auf Stempel 3 drückt der obere Metallstempel 4, welcher den Kautschukkörper zusammenpresst, so dass er unter gleichzeitigem Nachziehen des Werkstoffes diesen in die oberen Rillen der äusseren zweiteiligen Matrize drückt. 5 ist-der untere Metallstempel, welcher den Druck des oberen Stempels gegen den Kautschukstempel aufzunehmen hat. Ein Führungszapfen 6 am oberen Metallstempel reicht durch den Kautschukkörper hindurch und in den unteren Stempel 5, in dem er gleitet, so dass der Stempel zentriert-wird. 7 und i a sind äussere Walzen, denen innere Walzen 8 und 8 (t entsprechen, wie sie für das Fertigstellen der Federrohre verwendet werden können.
Es ist klar, dass an Stelle des Gummistempels z. B. auch mit hydraulischem Druck die Wellen erzeugt werden könnten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von hochelastischen Well-oder Federrohren aus dünnwandigen Metallrohren durch Ausübung elastischen Innendruckes gegen das umzuformende Rohr umschliessende, die Bildung äusserer Wulste vermittelnde Wandungen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst nur 'äussere Wulste (Wellenberge) erzeugt und hierauf die zwischen je zwei dieser Wulste verbleibenden zylindrischen Wandungsteile durch Einwalzen zu Rillen (Wellentäler) umgeformt werden.
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Process and device for producing highly elastic corrugated or spring tubes from thin-walled metal tubes.
The invention relates to a method and a device for manufacturing highly elastic spring tubes by forming high waves in thin-walled, smooth tubes made of copper, tombac, brass, iron and the like. like
Such spring tubes, which are increasingly used for a variety of purposes, such. B. in temperature regulators, valves, pressure regulators, electrical contact triggers, fire alarms, mixing valves, compensating bodies, brass instruments, diaphragms, stuffing boxes, pistonless pumps, etc., were previously produced by rolling grooves (waves) into the smooth pipe, whereby the material in most Cases often had to be annealed repeatedly between the different work steps because cold rolling increases its hardness, but loses its ductility.
In some processes, the shafts are only pushed outwards, in other processes, in turn, only inwards. In the first-mentioned method, the material is stressed considerably in terms of elongation, whereby the wave height achievable by this method is significantly lower than in the second method, where material has to be displaced to a certain extent by rolling in the wave troughs, which increases the wave crests. With the second method, a higher degree of corrugation is possible with less stress on the material at the same time.
Experience has now shown that the stress on such spring tubes is greatest in the wave trough and that fatigue and fractures occur almost without exception in the wave trough, unless the material on the wave crest is stretched and stressed so much due to excessive outward rolling of the waves The fact that the wall there became much thinner and the material much harder and that early cracks then occur there despite less stress during use. In general, however, the spring tubes, which are properly manufactured, always tear in the trough of the waves.
The aim of the invention is to remedy this drawback by stressing the material much more evenly according to the new method than in the previous method. If the shafts are only rolled inwards, it can be determined that the finished shaft of the spring tube on the shaft crest nevertheless has a significantly larger outside diameter than that of the thin-walled tube used for this purpose. This suggests that significant quantities of material have to be displaced when rolling in the wave troughs. This fact also allows the conclusion that the material would be stressed most evenly if the shafts were pressed about half outwards and only about half inwards.
The invention is based on this new finding, the essence of which is that the waves to be formed are pressed almost half outwards and almost half inwards. The main result of this is that with the greatest possible protection of the material, an even greater corrugation can be achieved with a uniform wall thickness. Because the material is subjected to much less stress in this type of processing, there is also no need for annealing between the individual work steps. Furthermore, as a result of the achievement of significantly higher waves, the elasticity and thus also the service life of the spring body is considerably greater.
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The formation of the wave crests is produced according to the invention by means of a plunger which is inherently flexible, preferably a rubber stamp. The advantage of such a tool is that the material stress is very even in contrast to the rolling of the shafts using the usual pressure rollers, in which case the material is stressed much more unevenly and much more heavily. The rollers are expediently of a relatively small diameter so that they can easily be removed from the tube after the trough has been pressed in.
The known rollers can, strictly speaking, process the material only on one point and require a more or less layer-by-layer change of the material, whereby the material cannot be deformed as evenly as if the shaft is formed over the entire circumference at the same time, as this is possible with the rubber stamp. Since a roller only engages at one point, i.e. a small fraction of the pipe circumference, the material cannot follow; rather, it is only subjected to elongation because the remaining pipe circumference, which is not processed by the roller at the same time, pulls in the material prevented.
With the rubber stamp, on the other hand, the shaft is stretched simultaneously and evenly over its entire circumference, and in this case the material can follow or the tube can be shortened at the same time.
The manufacture of the spring tubes according to the present invention thus consists in that the so-called wave crests are initially preformed by means of an inherently flexible punch by pressing waves outward, while straight or smooth cylindrical pipe pieces remain between the individual wave crests, which are then used for further production steps serve the wave troughs. The latter are produced by inward rolling using a known method. But after about half of the shaft to be formed has already been pressed outwards, only the other half has to be rolled inwards, and thus the stress is not only much lower, but significantly fewer operations are sufficient.
So that the shape of the shaft is exactly even when pressed outwards by means of the rubber stamp, as is the distance between the individual shafts, two-part outer matrices are advantageously used, which have at least two identical profiles, one profile for generating the new wave, the Another profile is used to insert the finished wave, so that the new wave to be formed is again exactly evenly spaced like the previous and subsequent waves can be generated.
This process makes it possible to produce spring tubes not only of greater wave height and elasticity as well as more uniform wall thickness and greater resistance, but also much more rationally, as the outward pressing with the rubber stamp can replace several rolling processes without the material losing its elasticity and without the need for annealing of the material between it.
The drawing illustrates an exemplary embodiment of a device serving to carry out the method according to the invention, FIG. 1 depicting a longitudinal section, FIGS. 2, 3 and 4 showing various exemplary embodiments of the waves as they can be generated by means of the stamping device. FIGS. 5 and 6 explain how the shafts are then further developed according to a known method or the spring tubes are further processed by rolling.
1 is the smooth tube, which is intended to be used to produce the folded tube and is made of suitable elastic material such as copper, brass, tombac, iron, nickel silver or the like, while 2 is an outer, two-part die that is used for forming and distancing the waves.
A punch 3, which advantageously consists of a rubber quality that is as soft and tough as possible, extends into the tube 1. The upper metal punch 4 presses the punch 3, which presses the rubber body together so that it presses the material into the upper grooves of the outer two-part die while simultaneously pulling the material. 5 is the lower metal stamp, which has to absorb the pressure of the upper stamp against the rubber stamp. A guide pin 6 on the upper metal stamp extends through the rubber body and into the lower stamp 5, in which it slides, so that the stamp is centered. 7 and i a are outer rollers to which inner rollers 8 and 8 (t correspond, as they can be used for finishing the spring tubes.
It is clear that instead of the rubber stamp z. B. the waves could also be generated with hydraulic pressure.
PATENT CLAIMS:
1. A method for the production of highly elastic corrugated or spring tubes from thin-walled metal tubes by exerting elastic internal pressure against the tube to be formed enclosing walls that convey the formation of outer beads, characterized in that initially only 'outer beads (wave crests) are produced and then those between each two the remaining cylindrical wall parts of these beads are formed into grooves (wave troughs) by rolling.