-
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines
-
verzierten, einteiligen Steuerkopfes für ein Fahrrad Fahrrad Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum-Herstellen eines verzierten,
einteiligen Steuerkopfes für ein Fahrzeug mit einem eingeschnittenen Wellenmuster
auf seiner Oberfläche, und insbesondere ein Ausbauchverfahren unter Verwendung eines
zweiteiligen Formwerkzeuges, das von einem rohrförmigen Eisen-oder Stahlrohrrohling
als Ausgangsmaterial ausgeht.Das Ziel derErfindung liegt in einer beträchtlichen
Herabsetzung der Herstellungskosten und der dazu erforderlichen Verfahrensschritte.
-
Der erfindungsgemäße verzierte Steuerkopf für ein Fahrrad mit einem
formschönen, eingeschnittenen Wellenmuster weist zwei vorstehende Rohrstutzen oder
Abzweigungen auf, von denen der obere zum Hal
ten des oberen Rahmensrohrs
des Fahrradrahmens und der untere zum Halten des unteren Rahmenrohrs des Fahrradrahmens
dient.
-
Die Länge des Steuerkopfes liegt im Bereich zwischen 85 und 175 mm.
-
Es sind zwei Verfahren zum Herstellen eines Steuerkopfes bekannt.
-
Das erste Verfahren zum Herstellen eines fertigen Steuerkopfes besteht
darin, drei Teile, nämlich ein Hauptrohr, das mit dem gewünschten eingeschnittenen
Wellenmuster auf der Oberfläche hergestellt wurde, einaiunteren Rohrstutzen und
einen oberen Rohrstutzen, die dadurch hergestellt wurden, daß ein blechförmiges
Material auf die richtige Größe geschnitten und zu einem Rohr gebogen wurde, zusammenzusetzen
und zu verscheißen.
-
Das zweite Verfahren zum Herstellen eines fertigen Steuerkopfes besteht
darin, daß ein blechförmiges Material auf eine Größe zugeschnitten wird, die den
gesamten Körper, einschließlich der beiden vorstehenden Rohrstutzen, überdeckt,
daß das blechförmige Material rund gebogen wird, und daß gleichzeitig der halbfertige
Gegenstand dem Druck eines Werkzeuges ausgesetzt wird, um auf die Oberfläche des
Gegenstandes ein versetztes, eingeschnittenes Wellenmuster auszubilden, und daß
abschließend die gesamte Naht verschweißt wird.
-
Bei den beiben oben genannten Verfahren, die sich vom erfindungsgemäßen
Verfahren dadurch unterscheiden, daß bei diesem ein einteiliger Steuerkopf mit Hilfe
eines Ausbauchverfahrens aus einem rohrförmigen Eisen- oder Stahlrohling hergestellt
wird, was für eine Massenproduktion unter geringen Herstellungskosten geeignet ist,
sind mehrere Verfahrensschritte bei der Herstellung sowie ein hoher Arbeitszeitaufwand
erforderlich.
-
Aus den japanischen Patentschriften 417728, 41773 und 418055 (siehe
auch Industrie-Anzeiger 88, 770, 1001) ist ein Öldruck-
Formverfahren
zum Ausziehen von achsenasymmetrischen Element ten aus einem Rohrstück bekannt,
bei dem das Rohrstück in ein zweiteiliges Formwerkzeug eingesetzt wird, das aus
einer oberen und einer unteren Hälfte besteht, Öl unter hohem Druck in den rohrförmigen
Rohling im Formwerkzeug gepreßt wird und an beide Enden des Rohlings der gleiche
Druck angelegt wird.
-
Gemäß der japanischen Patentschrift 417 728 ist eine Einrichtung vorgesehen,
die den Rückstoß beseitigt, der von dem unter hohem Druck stehenden Öl im Rohrstück
verursacht wird und die beiden horizontalen Kolben an beiden Enden des Rohres zurückdrückt.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine derartige Einrichtung zum Beseitigen
des Rückstoßes nicht mehr erforderlich ist. In der japanischen Patentschrift 418
055 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem zwischen den Enden des Rohres und den
Kolbenstangen eine Öldichtung vorgesehen wird, indem an den Kolbenenden eine gezahnte
Schulter ausgebildet wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die gezahnte Schulter
bei einem sehr häufigen Betrieb der Maschine zu zerbrechen neigt. Die Wartung der
gezahnten Schulter am Kolbenende ist so schwierig, daß sie erfindungsgemäß nicht
weiter durchgeführt wird, wobei sich überraschenderweise zeigt, daß außer einem
geringfügigen blverlust keinerlei Schwierigkeiten auftreten.
-
Erfindungsgemäß ist somit die Ausbildung einer gezahnten Schulter
zur Erzielung einer Öldichtung, die sehr wesentlich zur Erhöhung der gesamten Produktionskosten
beiträgt, entbehrlich.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, einen rohrförmigen Eisen-
und Stahlrohling in ein erstes zweiteiliges Formwerkzeug auf dem Bett einer Öldruckausbauchpresse
einzusetzen, die einen in vertikaler Richtung hin und her beweglichen Druckkolben,
der am Oberteil des einteiligen gebogenen
Rahmens der Presse aufgehängt
ist, und zwei horizontal gegenüber liegende Druckkolben aufweist, die zum Ausbauchen
der zwei achsenasymmetrischen Elemente im Rohling dienen, anschließend das so gebildete
Halbprodukt in ein zweites zweiteiliges Formwerkzeug auf dem Bett derselben Presse
einzubringen und zwei Dorne in beide Enden des Halbproduktes zu drücken, um das
gewünschte abgesetzte, eingeschnittene Wellenmuster auf der Oberfläche auszubauchen,
ohne dabei Öl unter hohem Druck zu verwenden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von einem Stahlrohrstück
als Ausgangsmaterial ausgegangen, das aus einem käuflich erhältlichen, längsgeschweißten
Rohr besteht, Der Stahl enthält 0,12% C, 0,35% Si, 0,25 bis 0,60% Mn, 0,040% P und
maximal o,04o% S und einen Restanteil Fe. Seine Zugfestigkeit beträgt 32 bis 42
kg/mm2, seine Dehnung 30 bis 40% und seine Brinell-Härte 80 bis 120. Die Länge des
Rohrstücks beträgt 135 bis 230 mm, sein Außendurchmesser 34 bis 38 mm und seine
Wandstärke 1,9 bis 2,3 mm.
-
In Anbetracht des Stahlrohrstücks, des ersten zweiteiligen Formwerkzeuges,
dem angelegten, kombinierten Gesamtdruck und dem durch die hydraulische Ausbauchpresse
geformten Halbprodukt ist der Inhalt der japanischen Patentschriften 417 728 und
418 055 für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
nicht von Bedeutung.
-
Was das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwandte Schweißverfahren
für den geschweißten Stahlrohrrohling anbetrifft, so können beliebige Schweißverfahren,
wie elektrisches Widerstandsschweißen, Feuerschweißen, Gasschweißen oder Bogenschweißen
verwandt werden. Lediglich das Sprialnahtschweißen ist nicht geeignet. Beim Einsetzen
des geschweißten Rohrrohlings in das erste zweiteilige Formwerkzeug ist darauf zu
achten, daß die Schweißnaht sich außerhalb des Bereiches befindet, an dem die
achsenasymmetrischen
Elemente ausgebaucht werden sollen.
-
Es kann andererseits auch ein nach dem Mannesmann- oder Stiefel-Verfahren
hergestelltes nahtloses Rohr als Rohrrohling verwandt werden. Beim Einsetzen eines
derartigen Rohlings in das Formwerkzeug ergibt sich der Vorteil, daß auf eine Schweißnaht
nicht geachtet werden muß, so daß das nahtlose Rohr automatisch eingesetzt werden
kann, wobei sich jedoch der Nachteil ergibt, daß ein nahtloses Rohr teurer als ein
geschweißtes Rohr ist.
-
Es ergibt sich die folgende Größe eines fertigen Steuerkopfes, der
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem geschweißten Rohrrohling der
oben genannten Größe hergestellt wurde: etwa zehn verschiedene Größen mit einer
Länge im Bereich zwischen 85 und 175 mm, einer Hauptbohrung von 29,8 bis 30 mm und
einer Wandstärke von 2,1 bis 2,4 mm. Nur die Hauptbohrung von 29,8 bis 30 mm liegt
bei allen Größen fest.
-
Erfindungsgemäß kann der verzierte Steuerkopf aus einem käuflich erhältlichen
preiswerten, geschweißten Rohr ohne einen weiteren Schweißvorgang hergestellt werden.
Daraus ergeben sich weitere Vorteile, nämlich eine Erhöhung der Geschwindigkeit
des Herstellungsverfahrens, ein gutes und anziehendes Aussehen des Produktes, die
Möglichkeit der Massenproduktion, die Erwartung, daß das Einführen des Rohlings
in die Ausbauchstufe automatisch erfolgen kann, eine beträchtliche Kostensenkung
in der Größenordnung von etwa 40% im Vergleich mit dem auf dem Markt befindlichen
Produkt und eine ausgezeichnete Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Produktes.
-
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine schematische
Ansicht der erfindungsgemäßen Öldruckausbauchpresse.
-
Fig. 2 zeigt die Ansicht eines längsgeschweißten Stahlrohres
mit
einer längs verlaufenden Schweißnaht, das als Ausgangsmaterial dient.
-
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Ansicht ein erstes zweiteiliges
Formwerkzeug, in das der Rohrrohling eingesetzt und dem Ausbauchen unter Druck unterworfen
wird.
-
Fig. 4 zeigt das halbfertige Produkt mit zwei vorstehenden, während
des Ausbauchens geformten Elementen.
-
Fig. 5 zeigt die schematische Ansicht eines zweiten zweiteiligen
Formwerkzeuges, in das das in Fig. 4 dargestellte halbfertige Produkt eingesetzt
und mit Hilfe von zwei Dornen und nicht mit Öldruck einem mechanischen Ausbauchen
unterworfen wird.
-
Fig. 6 zeigt den fertigen Steuerkopf mit einer Verzierung in Form
eines abgesetzten, eingeschnittenen Wellenmusters, das während der in Fig. 5 dargestellten
Verfahrens stufe gebildet wurde, wobei abschließend die geschlossenen oberen Enden
der zwei Elemente zur Bildung von Rohrstutzen geöffnet wurden.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Ausbauchpresse 1 umfaßt einen einteiligen,
bogenförmigen Rahmen 1a, einen vertikal hin und her bewegbaren Druckkolben 2, der
am Oberteil des Rahmens aufgehängt ist, und zwei an beiden Seiten des Rahmens angebrachte,
horizontal und gegeneinander hin und her bewegbare Druckkolben 3 und 4. Das erste
zweiteilige Formwerkzeug 5,5a befindet sich unmittelbar unter dem vertikal hin und
her bewegbaren Druckkolben 2, und zwischen den zwei horizontal und gegeneinander
hin und her bewegbaren Druckkolben 3 und 4. Die untere Hälfte 5a des Formwerkzeuges
ist mit Bolzen auf dem Bett 6 befestigt, während die obere Hälfte 5 am vertikalen
Druckkolben 2 angebracht ist. Zwei Kolben 14,14a sind an den beiden horizontal einander
gegenüberliegenden Druckkolben 3,4 derart befestigt, daß jeder Kolben auf ein Ende
des Rohrrohlings 7 im zweiteiligen Formwerkzeug einen Druck ausüben kann. Die Druckkolben
werden in bekannter Weise hydraulisch betrieben.
-
Der geschweißte Rohrrohling 7 weist eine Schweißnaht 8 auf,
die
in einer unterbrochenen Linie in Fig. 2 dargestellt ist.
-
Wie bereits erwähnt, muß beim Einsetzen des Rohlings 7 in das erste
Formwerkzeug 5,5a darauf geachtet werden, daß die Schweißnaht 8 sich außerhalb des
Bereiches befindet, an dem die vorstehenden Elemente ausgebaucht werden sollen.
Da das herzustellende Produkt ein verzierter Steuerkopf für ein Fahrrad sein soll,
darf sich die Schweißnaht 8 nicht an der Stirnfläche des Steuerkopfes befinden,
weil durch Polieren ein weitaus besseres Aussehen der Stirnfläche des Steuerkopfes
zu erzielen ist, wenn diese Fläche keine SchweißnahtaufweistO Der Rohrrohling wurde
vor seiner anschließenden Bearbeitung nach dem Bonder-Verfahren behandelt, um ihn
mit einem Bonder-Film zu überziehen. Es hat sich herausgestellt, daß außer dem Bonder-Film
kein weiterer Überzug erforderlich ist, da er für den Ausbauchvorgang und die anschließende
Bearbeitung eine gute Schmierung liefert.
-
Wie es im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist, wird zunächst nicht
unter Druck stehendes, hydraulisches Öl 20 von einer Ölversorgungspumpe 17 durch
die Leitung 17a und die zentralen Bohrungen 19,19a der Kolben 14,14a in den rohrförmigen
Rohling 7 im Formwerkzeug 5,5a gepumpt. Wenn die beiden Enden des Rohlings 7 in
engem Kontakt mit den Kolben stehen, wird der Öldruck dadurch erhöht, daß von der
Ölversorgungspumpe 17 auf die Hochdruckpumpe 16 umgeschaltet wird, um den erfindungsgemäß
gewünschten Druck im Bereich von 950 bis 1200 kg/cm2 zu erreichen.
-
Die Leistungsfähigkeit des nun arbeitenden vertikalen Druckkolbens
2 liegt im Bereich von 120 bis 360 t, während die Leistungsfähigkeit der horizontalen
Druckkolben im Bereich von 60 bis 180 t jeweils liegt. Wenn beispielsweise ein Formwerkzeug
verwandt wird, beträgt die vom vertikalen Druckkolben gelie£erte Kraft 120 t, während
die Kraft der horizontalen Druckkolben jeweils 60 t beträgt. Wenn sechs Formwerkzeuge
verwandt werden,
liefert der Vertikale Druckkolben eine Kraft von
360 t, während die horizontalen Druckkolben jeweils eine Kraft von 180 t liefern.
-
Der Rohrrohling 7 im ersten Formwerkzeug wird somit einer kombinierten
Belastung unterworfen, nämlich einer Belastung von 120 bis 360 t, die in vertikaler
Richtung von oben auf das Werkstück einwirkt, dem Ölinnendruck von 950 bis 1200
kg/c#m2 und einer Belastung von 60 bis 180 t, die von beiden Seiten horizontal am
Werkstück jeweils liegt. Dann werden mit Hilfe des Öldruckausbauchverfahrens die
zwei ach#enasymmetrischen vorstehenden Elemente der vorgeformten Innenform des ersten
Formwerkzeuges entsprechend ausgebildet. Obwohl bei dem dargestellten Beispiel zwei
Elemente 11 und 12 ausgebildet werden, können erforderlichenfalls auch zwei achsensymmetrische
Elemente oder nur ein Element ausgebildet werden.
-
Der Außendurchmesser des verwandten Rohrrohlings beträgt 34 bis 38
mm, und seine Wandstärke 1,9 bis 2,3 mm. Wenn ein Rohling dieser Größe durch Ausbauchen
geformt ist, hat Jedes Element 11 oder 12 einen Außendurchmesser von 28,0 bis 31
mm und eine Länge bis zur Rohrachse, die 1- bis 1,4-mal so groß ist, wie der Außendurchmesser.
Die Stauchung, d.h. der Unterschied zwischen der ursprünglichen Länge des Rohrrohlings
und der Länge des halbfertigen Produktes nach dem Ausbauchen beträgt 50 bis 55 mm.
-
Die für das erfindungsgemäße Ausbauchverfahren erforderliche Zeit
is so außerordentlich kurz, daß die Zeitspanne vom Einsetzen des Rohlings in das
Werkzeug bis zum Ende des Formvorganges nur 15 Sekunden beträgt.
-
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung des Steuerkopfes für ein Fshrrad
aus einem rohrförmigen Rohling ist es weder erforderlich, den Rückstoß zu beseitigen
noch eine Öldichtung in Form
einer gezahnten Schulter am Kolbenende
vorzusehen.
-
Als Hydrauliköl wird ein käuflich erhältliches Maschinenöl mit einem
Elammpunkt bei 22000 verwandt. Eine Kühleinrichtung für das Öl ist derart vorgesehen,
daß ein Brennen des Öles während des Hochdruckbetriebes nicht auftritt.
-
Bei dem dargestellten Beispiel verlaufen die vorstehenden Elemente
zwar schräg zur Rohrachse, der Neigungswinkel, der für den Steuerkopf erzielbar
ist, liegt jedoch im Bereich von 580 bis 1150, einschließlich des rechten Winkels
zur Rohrachse.
-
Das hohle, halbfertige Produkt 10 mit zwei vorstehenden Elementen
ii und 12, das in Fig. 4 dargestellt ist, wird anschliessend in ein zweites, zweiteiliges
Formwerkzeug 17 eingesetzt, das in Fig. 5 dargestellt ist. Zwei Dorne 18,18a mit
einem Außendurchmesser, der um etwa 1,5 bis 2,5 mm größer als die Bohrung des halbfertigen
Produktes 10 ist, werden mechanisch in beide Enden des Produktes mit Hilfe der Kolben
14,14a gedrückt, die an den horizontalen, einander gegenüberliegenden Druckkolben
3,4 befestigt sind. Dadurch wird eine Verzierung in Form eines eingeschnittenen
Wellenmusters 13 auf der Oberfläche des halbfertigen Produktes ausgebildet, wie
sie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Bohrung des halbfertigen Produktes 10 liegt im
Bereich von 27 bis 28 mm, und der Außendurchmesser der Dorne liegt genau bei 29,5
mm. Die Länge der Dorne ist kürzer als die halbe Länge des hohlen, halbfertigen
Produktes. Die Bohrung des fertigen Steuerkopfes mit dem eingeschnittenen Wellenmuster
liegt im Bereich zwischen 29 und 30 mm.
-
Es ist festzuhalten, daß das Ausbauchen zur Herstellung der Verzierung
in Form eines eingeschnittenen Wellenmusters 13 auf der Oberfläche des Hohlkörpers
nicht hydraulisch, sondern mechanisch mit Hilfe von Dornen erfolgt, die in den Hohlkörper
gedrückt werden. Die Stärke des abgesetzten Wellenschnittnusters
beträgt
etwa 1mm. D.h., daß der Unterschied in der Dicke zwischen dem Musterbereich und
der Restoberfläche etwa 1 mm beträgt.
-
Es ist ersichtlich, daß die Dorne mit einer Drehbewegung in den Hohlkörper
eingeführt werden können, d.h., daß ein sich drehender Dorn leichter und mit einer
geringeren Kraft eingeführt werden kann.
-
Die Leistungsfähigkeit der in Fig. 5 dargestellten Ausbauchpresse
beträgt am vertikalen Druckkolben 120 t und an den horizontalen Druckkolben Jeweils
60 t, wobei zwei der zweiten zweiteiligen Formwerkzeuge gleichzeitig betrieben werden
können. Die obere Hälfte des zweiten Formwerkzeuges ist am vertikalen Druckkolben
2 befestigt, während die untere Hälfte mit Hilfe von Bolzen auf dem Bett der Presse
befestigt ist. Das zweite zweiteilige Formwerkzeug 17, das in Fig. 5 dargestellt
ist, weist einen konkaven oder eingerückten Flächenbereich 13a mit einer Tiefe von
etwa 1 mm auf, der so ausgebildet ist, daß ein Fliessen des Metalls in den konkaven
Bereich infolge des von den Dornen erzeugten Druckes erfolgt, wenn die Dorne in
den Hohlkörper gedrückt werden. Auf diese Weise dehnt sich die Außenfläche des Hohlkörpers
um etwa 1 mm an dem Flächenbereich aus, an dem die Dorne angreifen.
-
Es wurden andererseits auch Versuche durchgeführt, bei denen ein Präge-
oder Stanzwerkzeug mit dem Wellenschnittmuster auf die Außenfläche des Hohlkorpers
gedrückt wurde, der von dem eingesetzten Dorn gehalten wurde, um das gewünschte
abgesetzte Wellenschnittmuster zu bilden. Diese Versuche sind aus Gründen, die nicht
näher angegeben werden, fehlgeschlagen.
-
Das nach dem Ausbauchverfahren hergestellte Produkt mit dem Wellenmuster
weist zwei vorstehende Elemente oder Abzweigungen mit geschlossenen oberen Enden
auf, die zunächst mit einer kleinen Bohrung mit einem Durchmesser von 9 bis 12 mm
ausgebohrt
werden. Anschließend werden die Abzweigungen zur Herstellung
der offenen Mündung des Rohrstutzens mit Hilfe eines Stechwerkzeuges entgratet.
Abschließend wird das Innere des hohlen Produktes maschinell auf die richtige Größe
endbearbeitet, um den in Fig. 6 dargestellten fertigen Steuerkopf mit einem Wellenschnittmuster
herzustellen.
-
Leerseite