DE19820124C2 - Verfahren zur Herstellung eines Rohres zur Verwendung in einem Lenkgestänge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres zur Verwendung in einem Lenkgestänge, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.

Aus der Praxis sind Rohre zur Verwendung in einem Lenkgestänge eines Kraftfahrzeuges bekannt, die auch als Wellrohre bezeichnet werden. Solche Wellrohre ha­ ben an einem Ende eine Bohrung, über welche sie mit einem anderen Teil des Lenkgestänges verbunden sind. An dem der Bohrung gegenüberliegenden Ende befindet sich über dem gesamten Umfang des Rohres ein gewellter Bereich bzw. eine Wellung, die dazu dient, die bei ei­ nem Unfall auftretende Energie abzubauen. Dazu knickt das Rohr im Bereich der Wellung ab und kann somit die Energie bzw. die Kraft nicht mehr an das Lenkrad wei­ tergeben. Um das Abknicken im Bereich der Wellung zu unterstützen, weist das Rohr dort eine geringere Wand­ stärke als im restlichen Bereich auf.

Aus der Praxis ist es bekannt, solche Wellrohre durch Fließpressen oder Rundkneten, also durch ein Kalt­ schmiedeverfahren, sowie durch Innenhochdruckumformung herzustellen. Dieses Verfahren führt zwar zu einem re­ lativ hochwertigen und maßhaltigen Wellrohr, es ist jedoch aufgrund der langen Umformdauer und dem häufig notwendigen Zwischenglühen ein sehr teures Verfahren.

Aus der DE 36 38 161 C2 ist ein Deformationsglied aus Metall für Lenkwellen in Sicherheitslenksäulen von Kraftfahrzeugen bekannt, welches eine Sollknickstelle aufweist und aus schmiedbarem Metall besteht.

Die DE 43 22 902 A1 beschreibt ein Verfahren zur Her­ stellung von Wellrohren, bei welchem ein aus einer großen Anzahl flacher, übereinander liegender und ge­ trennter Elemente bestehendes, ringförmiges Werkzeug in einer seiner Endstellungen auf die Wände des Rohres einen derartigen Druck ausübt, daß sich dieses in der Art einer Wellung verformt.

Ein Verfahren zur Serienfertigung eines Mantelrohres für eine Lenkwelle ist aus der DE 28 56 877 A1 be­ kannt. Unter anderem ist hier ein Schutzrohr vorgese­ hen, welches mit dem Wellrohr im Endbereich ver­ schweißt wird. Allerdings handelt es sich dabei um ein äußerst kompliziertes und sehr viele Verfahrensschrit­ te erforderndes Herstellungsverfahren.

Aus der DE 196 45 410 A1 ist ein Verfahren zur Her­ stellung einer Traversenstange für ein Kraftfahrzeug- Lenkgestänge bekannt. Auch hier sind sehr viele Ver­ fahrensschritte erforderlich, um aus dem Rohmaterial die in dem Lenkgestänge einsetzbare Traversenstange herzustellen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres zur Verwendung in einem Lenkgestänge, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zu schaffen, durch welches Rohre mit bekann­ ter Qualität kostengünstiger hergestellt werden kön­ nen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte Aufwei­ ten, Abstrecken, Reduzieren, Aufweiten mit gleichzei­ tigem Abflachen, Stanzen und Wellen ergibt sich ein Wellrohr, welches die gleichen hohen Festigkeitswerte aufweist, wie sie teilweise auch Rohre aus dem Stand der Technik besitzen. Allerdings handelt es sich vor­ teilhafterweise bei den erfindungsgemäßen Verfahrens­ schritten jeweils um sehr kurze und somit nicht zei­ tintensive Einzelschritte, wodurch sich für ein ein­ zelnes Wellrohr eine sehr geringe Herstellungsdauer und damit verbundene niedrige Fertigungskosten erge­ ben. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut für die Serienfertigung geeignet.

Um eine besonders hohe Ausbringung zu erreichen, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Folgewerkzeug zur Herstellung der Wellrohre ver­ wendet werden.

Diese Ausbringung kann noch annähernd verdoppelt wer­ den, wenn gleichzeitig zwei Rohre spiegelbildlich als Doppelrohr hergestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Un­ teransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei­ spiel.

Es zeigen:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Auf­ weiten" bei einem Doppelwellrohr;

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Ab­ strecken" bei dem Doppelwellrohr aus Fig. 1;

Fig. 3 einen ersten Reduzier-Verfahrensschritt bei dem Doppelwellrohr aus Fig. 1 und Fig. 2;

Fig. 4 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Re­ duzieren" bei dem Doppelwellrohr aus den Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Auf­ weiten mit Abflachen" bei dem Doppelwellrohr aus den Fig. 1 bis 4;

Fig. 6 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Stanzen" bei dem Doppelwellrohr aus den Fig. 1 bis 5;

Fig. 7 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Wel­ len" bei dem Doppelwellrohr aus den Fig. 1 bis 6;

Fig. 8 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Auf­ weiten" bei einem einfachen Wellrohr;

Fig. 9 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Ab­ strecken" bei dem Wellrohr aus Fig. 8;

Fig. 10 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Re­ duzieren" bei dem Wellrohr aus den Fig. 8 und 9;

Fig. 11 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Auf­ weiten mit Abflachen" bei dem Wellrohr aus den Fig. 8 bis 10;

Fig. 12 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Stanzen" bei dem Wellrohr aus den Fig. 8 bis 11;

Fig. 13 den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt "Wel­ len" bei dem Wellrohr aus den Fig. 8 bis 12;

Fig. 14 ein durch die in den Fig. 1 bis 7 bzw. in den Fig. 8 bis 13 beschriebenen Verfah­ rensschritte hergestelltes Wellrohr im Halb­ schnitt;

Fig. 15 das Wellrohr aus Fig. 14 im Halbschnitt gemäß dem Pfeil XV; und

Fig. 16 einen Schnitt nach der Linie XVI-XVI aus Fig. 15.

Gemäß Fig. 1 ist ein Rohr 1 im Halbschnitt abgebildet, welches in einer Halteeinrichtung 2 gehalten wird. Die Halteeinrichtung 2 ist, wie auch die unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Verfahrensschritte beschriebenen Halteeinrichtungen, Bestandteil eines in seiner Ge­ samtheit nicht dargestellten Folgewerkzeugs.

Mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren soll das Rohr 1 aus einer nicht dargestellten, geraden Form in ein sogenanntes Wellrohr, wie in den Fig. 14 bis 16 dargestellt, zur Verwendung in einem nicht dargestell­ ten Lenkgestänge eines Kraftfahrzeuges überführt wer­ den. Hierbei kann es sich bei dem Rohr 1 in seinem Ur­ sprungszustand sowohl um ein nahtloses als auch um ein geschweißtes Rohr 1 handeln. Die Fig. 1 bis 7 be­ schreiben dabei die Herstellung eines Doppelrohres 1, bei welchem nach dem an sich letzten Schritt das Dop­ pelrohr 1 in zwei einzelne, fertige Wellrohre 1 ge­ trennt wird. Die Fig. 8 bis 13 zeigen die Herstellung eines einzelnen Rohres 1, wobei beide Verfahren sehr ähnlich zueinander sind.

Zum Aufweiten des Rohres 1 wird in dasselbe an einem seiner Endbereiche 3 ein Stempel 4 eingeführt bzw. eingedrückt, der somit den Durchmesser des Rohres 1 durch Kaltumformung vergrößert. Um das Rohr 1 wieder von dem Stempel 4 zu lösen, weist dieser Teil des Fol­ gewerkzeugs einen Abstreifer 5 auf. Die Halteeinrich­ tung 2 sorgt in diesem Zusammenhang dafür, daß das Rohr 1 sich nicht bewegen kann.

Fig. 2 zeigt den Verfahrensschritt "Abstrecken", bei welchem in dem Endbereich 3 des Rohres 1, dessen Durchmesser zuvor aufgeweitet wurde, eine Abstreckma­ trize 6 über den Außendurchmesser des Rohres 1 geführt wird. Hierbei befindet sich in dem Rohr, ähnlich wie in Fig. 1, ein Stempel 7. Des weiteren ist ein Ab­ streifer 8 vorgesehen. Um das Rohr 1 in seiner Positi­ on zu halten, weist dieser Abschnitt des Folgewerk­ zeugs eine Halteeinrichtung 9 auf, die in diesem Fall entweder als Gegenhalter 9a oder als Klemmbacke bzw. Klemmbacken 9b ausgebildet ist. In Fig. 2 sind hierbei zum besseren Verständnis sowohl der Gegenhalter 9a als auch eine der Klemmbacken 9b dargestellt, wobei aller­ dings nur jeweils eine Halteeinrichtung 9 notwendig ist. Durch das Abstrecken mit der Abstreckmatrize 6 erhält das Rohr 1 über einen Teilbereich seiner Länge eine geringere Wandstärke. Bei der vorliegenden Aus­ führungsform des Rohres 1 als Doppelrohr 1 befindet sich der abgestreckte Bereich mit der geringeren Wand­ stärke im Mittelteil des Rohres 1.

Fig. 3 zeigt ein Reduzieren des Rohres 1, welches mit einer Reduziermatrize 10 durchgeführt wird. Die Redu­ ziermatrize 10 wird über den vollständigen Umfang bzw. Außendurchmesser des Rohres 1 in Längsrichtung dessel­ ben geführt, wobei sich in dem Rohr 1 ein Stempel 11 befindet, der einen geringeren Durchmesser aufweist als die zuvor verwendeten Stempel 4 und 7. Somit er­ hält das Rohr 1 in dem im ersten Verfahrensschritt aufgeweiteten Bereich 3 wiederum durch Kaltumformung einen geringeren Durchmesser und es liegt ein Rohr 1 vor, welches über seine ganze Länge denselben Durch­ messer aufweist, jedoch in seinem Mittelbereich eine geringere Wandstärke hat. Der Stempel 11 weist auch hier einen Abstreifer 12 auf und das Rohr 1 ist in ei­ ner Halteeinrichtung 13 gehalten, welche analog zu Fig. 2 alternativ als Gegenhalter 13a oder Klemmbacke bzw. Klemmbacken 13b ausgeführt sein kann. Dieser in Fig. 3 dargestellte Reduzierschritt ist nur bei einem Doppelrohr 1 notwendig und wird beim später beschrie­ benen Herstellen eines einfachen Rohres 1 nicht durch­ geführt.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 wird deutlich, daß es sich bei dem Rohr 1 um ein Doppelrohr 1 handelt, da zwei Endbereiche 3a und 3b erkennbar sind. Fig. 4 zeigt nämlich ein weiteres Reduzieren des Rohres 1 auf einen geringeren Durchmesser an diesen beiden Endbe­ reichen 3a und 3b. Hierzu ist das Rohr 1 in seinem mittleren Bereich in einer als Klemmbacke 14 ausgebil­ deten Halteeinrichtung des Folgewerkzeugs eingespannt. Zum Reduzieren des Durchmessers wird über beide Endbe­ reiche 3a und 3b jeweils eine Reduziermatrize 15 ge­ fahren bzw. gezogen. Dieser Reduzierschritt wird auch bei der später beschriebenen Herstellung eines einzel­ nen Wellrohres 1 durchgeführt und ist dort der einzige Reduzierschritt, da dort nur ein Endbereich 3 vorhan­ den ist.

Der nächste Verfahrensschritt, nämlich das Aufweiten der Endbereiche 3a und 3b des Rohres 1 über einen ge­ ringen Teil ihrer jeweiligen Länge, ist in Fig. 5 dar­ gestellt. Dabei werden von beiden Seiten Dorne 16 in das Rohr 1 eingeführt, welche derart ausgebildet sind, daß an zwei einander gegenüberliegende Seiten am Au­ ßendurchmesser des Rohres 1 jeweils Abflachungen 17 entstehen. Die Länge der Abflachungen 17 und somit die Länge des aufgeweiteten Bereichs ist dabei geringer als die Länge des zuvor im Durchmesser reduzierten Be­ reichs. Wiederum ist das Rohr 1 in einer als Klemmbac­ ke 18 ausgebildeten Halteeinrichtung gehalten, die ein Teil des Folgewerkzeugs ist.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Verfahrensschritt ist das Rohr 1 in einer Halteeinrichtung 19 gehalten, wo­ bei an beiden zuvor hergestellten Abflachungen 17 je­ weils zwei Stempel 20, die in Matrizen 21 geführt sind, Ausnehmungen 22 durch Stanzen herstellen. Durch die einander gegenüberliegenden und senkrecht zur Längsachse des Rohres 1 verlaufenden Ausnehmungen 22 entstehen somit jeweils durch das Rohr 1 durchgehende Ausnehmungen 22, in welche später nicht dargestellte Bolzen zur Befestigung eines anderen Teils des Lenkge­ stänges an dem Rohr 1 eingeführt werden können.

Fig. 7 zeigt denjenigen Verfahrensschritt, in dem bei dem Doppelwellrohr 1 im mittleren Bereich desselben zwei Wellungen 23 hergestellt werden. Dabei wird das Rohr 1 in zwei Matrizen 24 eingelegt. Anstatt zweier Matrizen 24 kann in einer nicht dargestellten Ausfüh­ rungsform auch nur eine einteilige Matrize 24 vorgese­ hen sein. Anschließend wird durch Aufbringen von Hoch­ druck innerhalb des Rohres 1, z. B. über ein Elastomer, der entsprechende Bereich des Rohres 1 nach außen in die Matrizen 24 gedrückt, wodurch die Wellung 23 ent­ steht. Hierbei handelt es sich um den gemäß Fig. 2 ab­ gestreckten Bereich mit geringerer Wandstärke. Statt der Verwendung eines Elastomers kann bei der beschrie­ benen Innenhochdruckumformung in an sich bekannter Weise auch eine Hydraulikflüssigkeit vorgesehen sein, wobei in beiden Fällen Dichtungseinrichtungen 25 an dem Rohr 1 angebracht sind.

Um ein in das Lenkgestänge eines Kraftfahrzeugs ein­ baufertiges Wellrohr 1 aus dem Doppelwellrohr 1 herzu­ stellen, welches durch die bisher beschriebenen Verfahrensschritte hergestellt worden ist, muß das Dop­ pelwellrohr 1 in der Mitte getrennt werden, was durch an sich bekannte Verfahren erfolgen kann.

In den Fig. 8 bis 13 ist das Verfahren zur Herstel­ lung eines einzelnen Wellrohres 1 dargestellt, welches sehr ähnlich zu dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Es wird daher im folgenden nur auf entscheidende Unterschiede der beiden verschiedenen Verfahren eingegangen. Daß durch die unterschiedlichen Längen des Doppelwellrohres 1 bzw. des einzelnen Well­ rohres 1 unterschiedliche Bearbeitungen notwendig sind, versteht sich hierbei von selbst.

Die Verfahrensschritte gemäß Fig. 8 und Fig. 9 ent­ sprechen dabei im wesentlichen den unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Schritten.

Der Reduzierschritt gemäß Fig. 10 entspricht demjeni­ gen aus Fig. 4, wobei hier jedoch nur an einem Endbe­ reich 3 des Rohres 1 mit der Reduziermatrize 15 der Durchmesser reduziert wird, der Stempel 11 sich in dem Rohr 1 befindet und ein Abstreifer 12 angebracht ist.

Auch das Aufweiten und das Stanzen der Ausnehmungen 22 des Rohres 1 gemäß Fig. 11 und Fig. 12 ist sehr ähn­ lich zu dem in Fig. 5 und Fig. 6 beschriebenen Verfah­ ren, wobei das Rohr 1 ebenfalls nur von einer Seite her bzw. nur an einer Seite bearbeitet wird.

In Fig. 13 ist die bereits in Fig. 7 beschriebene Her­ stellung der Wellung 23 an dem Rohr 1 dargestellt. Auch hier wird selbstverständlich nur eine Wellung 23 an dem einzelnen Wellrohr 1 angebracht. Da in den Ver­ fahrensschritten gemäß den Fig. 8 bis 13 nur ein Wellrohr 1 hergestellt wurde, ist kein separater Trennschritt erforderlich.

Die Fig. 14 und 15 zeigen das fertige Wellrohr 1. Bei dem Verfahren gemäß den Fig. 1 bis 7 wurde das Doppelwellrohr 1 dabei durch einen nicht dargestellten Trennschritt in zwei einzelne Wellrohre 1 geteilt. Bei dem Verfahren gemäß den Fig. 8 bis 13 ergibt sich nach dem Anbringen der Wellung 23 das dargestellte, einbaufertige Wellrohr 1. Der gewellte Bereich bzw. die Wellung 23 dient dabei zur Aufnahme von Kräften im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs. Gleichzeitig wird das Wellrohr 1 an dieser Stelle geknickt und kann die auftretende Kraft nicht mehr an ein nicht darge­ stelltes Lenkrad des Kraftfahrzeugs weitergeben.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines Rohres zur Ver­ wendung in einem Lenkgestänge, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit folgenden nacheinander abfolgenden Verfahrensschritten:

• 1. 1.1 ein in seinem Ausgangszustand im wesentlichen gerades Rohr (1) wird an wenigstens einem seiner Endbereiche (3, 3a, 3b) über einen Teil seiner Länge aufgeweitet,
• 2. 1.2 das Rohr (1) wird über einen Teilbereich sei­ ner Länge auf eine geringere Wandstärke abge­ streckt,
• 3. 1.3 an wenigstens einem seiner Endbereiche (3, 3a, 3b) wird der Durchmesser des Rohres (1) reduziert,
• 4. 1.4 an dem wenigstens einen reduzierten Endbe­ reich (3, 3a, 3b) wird das Rohr (1) derart auf­ geweitet, daß an wenigstens zwei Seiten des Rohres eine Abflachung (17) entsteht, wobei die Länge der Abflachung (17) geringer ist als die Länge des Bereiches des Rohres (1) mit reduziertem Durchmesser,
• 5. 1.5 an der Abflachung (17) wird wenigstens eine Ausnehmung (22) eingestanzt, die wenigstens annähernd senkrecht zur Längsachse des Rohres (1) verläuft, und
• 6. 1.6 in dem Bereich des Rohres mit der geringeren Wandstärke wird wenigstens eine Wellung (23) angebracht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung des geraden Rohres (1) dadurch hergestellt wird, daß ein Stempel (4) in das Rohr (1) eingeführt wird, wobei das Rohr (1) in einer Halteeinrichtung (2) gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstrecken des Rohres (1) auf eine geringere Wandstärke mit einer über den Außendurchmesser des Rohres (1) geführten Abstreckmatrize (6) durchgeführt wird, wobei das Rohr (1) in einer Halteeinrichtung (9) gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abstrecken des Rohres (1) mit der Abstreckma­ trize (6) ein Stempel (7) in das Rohr (1) einge­ führt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung des Durchmessers des Rohres (1) mit einer über den Außendurchmesser des Rohres (1) geführten Reduziermatrize (15) durchgeführt wird, wobei das Rohr (1) in einer Halteeinrich­ tung (14) gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufweiten des wenigstens einen reduzierten Endbereiches (3, 3a, 3b) des Rohres (1) wenigstens ein Dorn (16) in den wenigstens einen Endbereich (3, 3a, 3b) eingeführt wird, wobei der Dorn (16) derart ausgebildet ist, daß dadurch an wenigstens zwei Seiten des Rohres (1) Abflachungen (17) ent­ stehen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) während des Aufweitens durch den Dorn (16) in einer Halteeinrichtung (18) gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Abflachungen (17) jeweils eine Aus­ nehmung (22) eingestanzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstanzen der Ausnehmungen (22) durch zwei einander entgegenwirkende Stempel (20) durchge­ führt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (20) jeweils in einer Matrize (21) geführt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung (23) durch Innenhochdruckumformung hergestellt wird, wobei das Rohr (1) in einer Ma­ trize (24) gehalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Wellung (23) durch Innenhoch­ druckumformung ein Elastomer verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Wellung (23) durch Innenhoch­ druckumformung eine Hydraulikflüssigkeit verwen­ det wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) in einem Folgewerkzeug hergestellt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig zwei Rohre (1) spiegelbildlich als Doppelrohr (1) hergestellt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr (1) an seinen beiden Endbereichen (3a, 3b) in seinem Durchmesser reduziert wird, wo­ bei vor dem Reduzieren ein weiterer Reduzier­ schritt mittels einer Reduziermatrize (10) durch­ geführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reduzieren des Rohres (1) mit der Reduzierma­ trize (10) ein Stempel (11) in das Rohr (1) ein­ geführt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in dem Bereich der Wellung (23) mitein­ ander verbunden sind und nach der Herstellung der Wellung (23) voneinander getrennt werden.