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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur starren Verbindung eines Rohrendes mit einer Muffe, insbesondere für die Herstellung von Fahrradrahmen, bei welchem die Wand des Rohr- endes in dem von der Muffe zum umschliessenden Bereich mit zumindest einer Verformung, z. B. einer
Einbuchtung, versehen und das Muffenmaterial in einer Form auf das durch einen in das Rohrende eingesetzten und vorzugsweise vom Rohr gegen Hineinfallen in dasselbe gehaltenen Einsatzkörper verschlossene Rohrende aufgegossen oder aufgesintert wird, wobei das Muffenmaterial den Aussen- mantel des Rohrendes abdeckt.
Zur Verbindung eines Rohrendes mit einer Muffe, insbesondere für Fahrradrahmen, aber auch auf dem Gebiet des Gerüstbaues, für Leitern, Krückstöcke usw., ist es bekannt, die Muffe auf das
Rohrende aufzukleben, aufzuschweissen oder aufzulöten. Weiters ist es bekannt, zwischen Muffe und
Rohrende eine Presspassung vorzusehen und die Muffe auf das Rohrende aufzupressen. Schliesslich ist es bekannt, das Rohrende mit dem Muffenmaterial zu umgiessen und die Muffe mittels einer
Fixierschraube zu sichern. Alle diese bekannten Verfahren sind mit Nachteilen behaftet. Die Her- stellung der Verbindung durch Kleben oder Aufpressen der Muffe erfordert stets die Vorfertigung des Rohrendes bzw. der Muffe so, dass eine Passung innerhalb gewisser Toleranzen erzielt wird, was zumeist Nacharbeit an der Muffe bzw. dem Rohrende bedingt.
Die Herstellung der Verbindung durch Schweissen oder Löten erfordert zumeist teure Handarbeit. Das Umgiessen des Rohrendes ergibt in den meisten Fällen infolge der Schrumpfung des erstarrenden Muffenmaterials keine feste, dauer- hafte Verbindung, so dass die Fixierschraube und die sie aufnehmende Bohrung zusätzlich vorge- sehen werden müssen. Da auch die Fixierschraube sich lösen kann, ist keine Gewähr für eine stets dauerhafte Verbindung gegeben. Ausserdem bewirkt das Umgiessen des Rohrendes eine Ver- änderung des Zustandes des Rohrmaterials und damit eine Festigkeitsänderung.
Es ist auch ein Verfahren der eingangs geschilderten Art bekanntgeworden (AT-PS Nr. 360347), bei welchem für die Herstellung von Fahrradrahmen das Rahmenrohr an jedem von einem Muffenschenkel überdeckten Endbereich in Nähe des Randes des jeweiligen Muffenschenkels mit einem sich verjüngenden Abschnitt versehen wird, an dem sich zum Rohrende hin eine Einschnürung anschliesst. In diese Einschnürung tritt das Material der Verbindungsmuffe ein, jedoch hat es sich gezeigt, dass die dadurch erzielte Verbindung nicht genügend sicher ist.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass eine dauerhafte und billig in Massenproduktion herstellbare Verbindung erzielt wird, wobei auch der Widerstand gegen Ausziehen des Rohres aus der Muffe erhöht wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art dadurch, dass der Einsatzkörper mit seinem Einschubende in das Rohr bis hinter den Bereich der Verformung eingeschoben wird, wobei der Einsatzkörper die Verformungsstelle an der Rohrinnenwand freilässt und dass beim anschliessenden Einbringen des Muffenmaterials in die Form dieses Material in jede Verformung eintreten gelassen wird, so dass dieses Material den Rand jeder Verformung auch an der Rohrinnenseite hintergreift, wonach die Verbindungsstelle in an sich bekannter Weise gehärtet wird.
Dadurch ergibt sich sowohl an der Rohraussenseite als auch an der Rohrinnenseite eine Hinterströmung der Verformung des Rohres durch das Muffenmaterial, wodurch eine besonders sichere Verbindung zwischen Rohr und Muffe, insbesondere gegen Ausziehen des Rohres aus der Muffe, geschaffen wird. Dies ist bei dem vorstehend erwähnten bekannten Verfahren nicht in diesem Masse gegeben, da dort das Gussmaterial der Muffe lediglich von aussen in die von einer Ringnut gebildete Verformung eindringt, innen jedoch infolge eines Verschlusses des Rohrendes nicht zu dieser Verformung gelangen kann.
Durch die abschliessende Härtung der Verbindungsstelle wird die Festigkeitsverringerung des Rohrendes, die durch das warme Muffenmaterial, z. B. beim Giessen, Sintern oder Spritzen, hervorgerufen wird, zumindest teilweise wieder kompensiert. Hiedurch wird eine hohe Endfestigkeit der Verbindungsstelle erreicht. Im allgemeinen ist hiebei lediglich darauf zu achten, dass die Legierungen der miteinander zu verbindenden Bauteile so gewählt werden, dass sie bei ähnlichen bzw. gleichen Temperaturen lösungsgeglüht und ausgelagert werden können.
Die so geschaffene Verankerung des Rohres in der Muffe ist nicht mehr zerstörungsfrei lösbar und kann so hohe Beanspruchungen aufnehmen, dass derartige Verbindungen auch für Anwendungsgebiete einsetzbar sind, bei denen sehr hohe Belastungen auftreten, insbesondere auf dem Gebiete des Fahrrad- oder Gerüstbaues.
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Die Verformungen der Rohrwand können von Aus-oder Einbuchtungen, aber auch von Durch- brechungen gebildet sein. Ausbuchtungen haben den Vorteil einer Vermeidung einer Rohrquerschnitts- schwächung, wogegen Durchbrechungen den Vorteil besitzen, dass auch der Durchbrechungsrand vom
Muffenmaterial hintergriffen werden kann.
Der Einsatzkörper kann als Kern ausgebildet werden, welcher vom Muffenmaterial umgossen und dadurch untrennbar mit diesem verbunden wird, so dass ein solcher, zumeist aus Metall be- stehender Kern in der Verbindung verbleibt. Es ist jedoch auch möglich, im Rahmen der Erfindung einen Sandkern als Einsatzkörper zu verwenden, der nach dem Erstarren bzw. Aussintern des
Muffenmaterials zerstört und entfernt wird. Auf diese Weise lässt sich eine Gewichtserleichterung der Verbindungsstelle erzielen, was in vielen Fällen von Vorteil ist, insbesondere bei Fahrrad- rahmen.
Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Verbindung zwischen einem Rohrende und einer auf dieses aufgegossenen oder aufgesinterten Muffe ist im wesentlichen dadurch ge- kennzeichnet, dass an der Verformungsstelle das Material der Muffe die Ränder der Verformung an der Rohraussenseite und an der Rohrinnenseite hintergreift. Dadurch wird eine besonders starre
Verbindung zwischen dem Rohrende und der Muffe geschaffen, die einen sehr hohen Auszugswider- stand bietet, bei zugleich geringem Gewicht und einfacher Herstellbarkeit.
Im Rahmen der Erfin- dung kann hiebei bei einer Ausbildung, bei der im Rohrende ein mit am Rohrinnenmantel an- liegenden Zentrierorganen versehener Einsatzkörper angeordnet ist, die Anordnung so getroffen sein, dass der Einsatzkörper, der gegebenenfalls mit einer an der Stirnfläche des Rohrendes an- liegenden Verbreiterung versehen ist, im Bereich der Verformung, die insbesondere von Durch- brechungen bzw. zumindest einer Aus- oder Einbuchtung gebildet ist, an der Rohrinnenwand einen
Freiraum für den Zutritt des Muffenmaterials bildet, z. B. durch einen von der Rohrinnenwand in Abstand liegenden Mantelteil oder mittels einer Öffnung. Durch diesen Freiraum im Bereich der Verformung wird gesichert, dass das Muffenmaterial beim Einbringen in die Form ungehindert Zutritt zu allen jenen Bereichen hat, in denen sich Verformungen der Rohrwand befinden.
Eine Verbreiterung des Einsatzkörpers, die am Rohrende oder an der Form anliegen kann, verhindert, dass der Einsatzkörper beim Einbringen des Muffenmaterials in die Form durch den Druck des zugeführten Muffenmaterials in das Rohr hineingeschoben wird. Von der Rohrinnenwand in Abstand liegende Mantelteile oder Öffnungen des Einsatzkörpers erleichtern die Führung des zugeführten Muffenmaterials zu den gewünschten Bereichen. Die Zentrierorgane sichern hiebei eine mittige Lage der Einsatzkörperachse in bezug auf die Rohrachse, so dass über den gesamten Umfang des Einsatzkörpers bzw. der Verbindungsstelle gleichmässige Verhältnisse geschaffen werden.
Wie bereits erwähnt, kann der Einsatzkörper so ausgebildet sein, dass er nach Herstellung der Verbindung in dieser verbleibt, oder so, dass nach Herstellung der Verbindung der Einsatzkörper entfernt wird. Für den ersteren Fall ist es aus Gründen der Gewichtsersparnis günstig, wenn der Einsatzkörper erfindungsgemäss becherförmig mit zylindrischem Mantel ist. Ein solcher Einsatzkörper ist leicht herstellbar und braucht nur eine geringe Wandstärke seines Mantels und daher ein geringes Gewicht aufzuweisen, um seine Funktion zu erfüllen. Hiebei kann erfindungsgemäss die Anordnung so getroffen sein, dass der Aussendurchmesser des zylindrischen Mantels geringer ist als der Innendurchmesser des Rohres, wobei die Verbreiterung von einem vom Becherboden abstehenden Flansch und die Zentrierorgane von vom zylindrischen Mantel abstehenden radialen Rippen gebildet sind.
Dadurch entstehen zwischen dem zylindrischen Mantel und der Rohrinnenwand mehrere durch die Zentrierorgane voneinander getrennte Spalte, durch die bei der Einführung des Muffenmaterials die ausgetriebene Luft gegen das Rohrinnere zu entweichen kann.
Zugleich verhindert der Flansch, welcher z. B. am Rohrstirnende anliegt, dass das Muffenmaterial in das Innere des Einsatzkörpers und damit durch das Rohrende in das Rohrinnere eintreten kann.
Der Zugang zum Rohrinneren ist daher dem Muffenmaterial nur durch die Durchbrechungen der Rohrwand möglich, so dass auch an Muffenmaterial gespart wird. Eine solche Verbindung ist besonders leicht.
Es kann jedoch im Rahmen der Erfindung die Anordnung auch so getroffen sein, dass die den Durchbrechungen der Wand des Rohres entsprechenden Öffnungen im zylindrischen Mantel des Einsatzkörpers vorgesehen sind, der an der Rohrinnenwand anliegt und Zentrierflächen bildet, wobei
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der Becherboden am weiter innen im Rohr steckenden Ende des zylindrischen Mantels angeordnet ist, wogegen das nach aussen abgekröpfte andere Stirnende des zylindrischen Mantels die Ver- breiterung bildet. Auf diese Weise steckt der Einsatzkörper nach Art eines Hohlstoppels im Rohr- ende. Bei dieser Ausführungsform kann das Muffenmaterial zwar in das Rohrinnere nicht nur durch die Durchbrechungen der Rohrwand hindurch, sondern auch durch das Rohrstirnende eintreten, jedoch nur bis zum Boden des becherförmigen Einsatzkörpers, der einen dichten Abschluss bildet.
Auch ein solcher Einsatzkörper ist leicht herstellbar. Da sich das von aussen durch die Durchbrechungen der Rohrwand in das Rohrinnere eintretende Muffenmaterial mit dem durch das Rohrstirnende eintretenden Muffenmaterial verbindet, entsteht eine besonders feste Verbindung zwischen Rohr und Muffe, wenngleich diese Ausbildung nicht so leicht ist wie die zuvor beschriebene Variante.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass der Einsatzkörper in an sich bekannter Weise ein Kern aus Sand ist und im Bereich der Durchbrechungen bzw. Ein- oder Ausbuchtungen der Wand des Rohres mit einem Abschnitt mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist, wogegen ein aus dem Rohr herausragender Abschnitt des Einsatzkörpers sich mit einer Absetzung am Stirnende des Rohres oder mit einer Verbreiterung an der Form abstützt. Dieser mit verringertem Durchmesser ausgebildete Abschnitt des Einsatzkörpers läuft zweckmässig in Form eines Ringes um den Umfang des Einsatzkörpers herum, so dass das durch die verschiedenen Durchbrechungen des Rohrmantels in das Rohrinnere eintretende Muffenmaterial in diesem Ringraum einen geschlossenen Ring bilden kann.
Es ist jedoch zur Erzielung einer sicheren Verbindung ausreichend, wenn nur die Ränder der Durchbrechungen von Muffenmaterial geringfügig hinterströmt werden.
Um gleichmässige Verhältnisse über den Umfang der Muffe zu schaffen, sind zumindest drei über den Umfang des Rohrendes gleichmässig verteilte Durchbrechungen bzw. Ausnehmungen vorgesehen. Die Ränder der Durchbrechungen können nach innen oder aussen abgebogen sein, so dass sie zusätzliche Verkrallungen bilden. Die Abbiegung nach innen hat den Vorteil, dass dadurch die Wandstärke des ausserhalb des Rohraussenmantels befindlichen Muffenteiles verringert wird, so dass an Muffenmaterial gespart und das optische Aussehen der Verbindungsstelle verbessert wird.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Die Fig. 1 bis 8 zeigen vier Ausführungsbeispiele im Längsschnitt bzw. Querschnitt.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist das Rohr-l-mit einer Muffe --2-- zu verbinden. Hiezu wird als Kern ein Einsatzkörper --3-- verwendet, der becherförmig ausgebildet
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-4-- ausRohres-l-zentrieren.
Bei der Herstellung der Verbindung wird das Ende des Rohres-l-in eine geeignete, nicht dargestellte Form eingebracht und der Einsatzkörper -3-- in das Ende des Rohres --1-- einge- steckt. Sodann wird das Material der Muffe in die Form eingebracht. Es kann sich hiebei um flüssiges oder pulverförmiges Material handeln, so dass also das Ende des Rohres --1-- von der Muffe --2-- umgossen oder vom Pulver umströmt wird. Hiebei strömt das Material der Muffe auch in die Durchbrechungen --7-- ein und hinterströmt diese zumindest teilweise, so dass also das Muffenmaterial auch in den Hohlraum -5-- eindringt. Das Vergiessen kann auch im Spritzgussverfahren durchgeführt werden.
Nach Erstarren des Gussmaterials bzw. nach Aussinterung des Sintermaterials der Muffe --2-- wird die Verbindungsstelle in an sich bekannter Weise gehärtet, was durch Erwärmung auf die der verwendeten Guss- bzw. Sinterlegierung spezifische Temperatur und Zeit zum Lösungsglühen und rasche Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt. Bei Aluminium ist die Erwärmungstemperatur etwa 500 C. Hiebei werden die miteinander zu verbindenden Bauteile gereckt
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und gerichtet, einerseits, um die Verbindungsstelle geradezurichten und anderseits um sie auf Festigkeit zu prüfen. Die Auslagerung erfolgt schliesslich bei der der Legierung spezifischen Temperatur und Zeit, etwa bei 170 C. Nach Ende der Auslagerung ist die Verbindung fertiggestellt.
Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von jener nach den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, dass die Ränder --6-- der Durchbrechungen --7-- nach innen abgebogen sind, so dass die Wandstärke des das Rohr-l-umschliessenden Muffenmaterials geringer als bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 gehalten werden kann. Ferner ist bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 die Anordnung so getroffen, dass drei gleichmässig über den Umfang des Rohres --1-- verteilte Durchbrechungen --7-- vorgesehen sind, wobei jeweils eine Rippe --11-- zwischen zwei Durchbrechungen --7-- liegt.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind hingegen vier Durchbrechungen --7-- vorgesehen, aber nur drei Rippen --11--, wodurch sich jedoch ebenfalls eine genügende Zentrierung des Einsatzkörpers --3-- im Rohr --1-- erzielen lässt. Selbstverständlich kann die Anzahl der Durchbrechungen --7-- bzw. der Rippen --11-- auch grösser oder kleiner sein.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 ist der Einsatzkörper --3-- ebenfalls von einem becherförmigen Metallteil gebildet, der jedoch mit dem Boden --9-- voran in das Stirn- ende Rohres --1-- eingesetzt ist. Der Aussendurchmesser des zylindrischen Mantel- teiles --4-- des Einsatzkörpers --3-- ist gleich dem Innendurchmesser des Rohres --1--, so dass der zylindrische Mantelteil -4-- satt im Rohr --1-- sitzt. Um ein übermässiges Hineinschieben des Einsatzkörpers --3-- in das Rohr --1-- zu verhindern, ist das aus dem Rohr-l-herausstehende Stirnende --13-- des Mantelteiles nach aussen umgebogen bzw.
abgekröpft, so dass es am Stirnende --8-- des --8-- des Rohres --1-- anliegt. Der Mantelteil --4-- ist mit vier Öffnungen --14-- versehen und wird so in das Rohr-l-eingesteckt, dass diese Öffnungen --14-- mit den vier Durchbrechungen --7-- der Wand des Rohres-l-korrespondieren. Auf diese Weise kann bei der Zuführung des Materials der Muffe --2-- dieses Material in der Form nicht nur von aussen durch die Durchbrechungen --7-- in den Innenraum des Einsatzkörpers --3-- strömen, sondern auch durch die Stirnöffnung --15-- des Rohres hindurch.
Die Fig. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einem Einsatzkörper aus Sand. Dieser hat ausser den Durchbrechungen --7- zwischen diesen angeordnete, über den Mantel des Rohres --1-in gleichmässigen Abständen verteilte Ausbuchtungen-ZO-der Rohrwand. Im Bereich der Durchbrechungen --7-- bzw. der Ausbuchtungen-ZO-ist der Einsatzkörper --3-- mit einem Abschnitt --16-- verringerten Durchmessers ausgebildet, so dass im Bereich der Durchbrechungen-7-
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Hinterströmung der Ränder der Durchbrechungen --7-- bzw.
der von den Ausbuchtungen-ZO-ge- bildeten Hohlräumen zu begünstigen, erstreckt sich der mit verringertem Durchmesser ausgebildete Abschnitt --16-- des Einsatzkörpers --3-- bis über das Stirnende des Rohres --1-- hinaus. Dies ermöglicht es auch, den Einsatzkörper --3-- in bezug auf die Achse --12-- des Rohres --1-- zu verschwenken, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn mehrere solche Rohr-Muffenverbindun-
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einem abgerundeten, vorzugsweise sphärischen Profil --21-- versehen.
Um ein übermässiges Einschieben in das Rohr-l-zu verhindern, kann der Einsatzkörper mit einem ausserhalb des Rohres --1-- liegenden konischen Abschnitt --19-- ausgebildet sein, der sich in geeigneter Weise gegen die Wand der nicht dargestellten Form abstützen kann. Da dieser konische Abschnitt --19-erst ausserhalb des Rohrstirnendes --8-- beginnt, kann das Material der Muffe --2-- das Stirnende des Rohres --1-- hinterströmen und dort eine nach aussen gerichtete Absetzung --18-- bilden, die eine zusätzliche Verkrallung bildet.
Selbstverständlich können bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 ebenso wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen auch nur Durchbrechungen --7-- oder nur Ausbuchtungen --20-- vorgesehen sein, welch letztere auch nach innen gerichtet sein können.
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Die Aushärtung der Verbindungsstelle erfolgt nach Erstarrung bzw. Aussinterung des Muffen- materials in beliebiger an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten
Materialpaarung für das Rohr-l-bzw. die Muffe --2--, wobei jedoch Bedacht darauf genommen werden soll, dass die Legierungen für die miteinander zu verbindenden Bauteile --1, 2-- so ge- wählt werden, dass sie bei identen Temperaturen lösungsgeglüht und ausgelagert werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur starren Verbindung eines Rohrendes mit einer Muffe, insbesondere für die
Herstellung von Fahrradrahmen, bei welchem die Wand des Rohrendes in dem von der Muffe zu umschliessenden Bereich mit zumindest einer Verformung, z. B. einer Einbuchtung, versehen und das
Muffenmaterial in einer Form auf das durch einen in das Rohrende eingesetzten und vorzugsweise vom Rohr gegen Hineinfallen in dasselbe gehaltenen Einsatzkörper verschlossene Rohrende aufge- gossen oder aufgesintert wird, wobei das Muffenmaterial den Aussenmantel des Rohrendes abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzkörper mit seinem Einschubende in das Rohr bis hinter den Bereich der Verformung eingeschoben wird, wobei der Einsatzkörper die Verformungsstelle an der Rohrinnenwand freilässt,
und dass beim anschliessenden Einbringen des Muffenmaterials in die
Form dieses Material in jede Verformung eintreten gelassen wird, so dass dieses Material den Rand jeder Verformung auch an der Rohrinnenseite hintergreift, wonach die Verbindungsstelle in an sich bekannter Weise gehärtet wird.