DE2646089A1

DE2646089A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer zungennadel

Info

Publication number: DE2646089A1
Application number: DE19762646089
Authority: DE
Inventors: Albert S Ashmead; Richard W Shepard; Litchfield Torrington
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: EXELTOR Inc BEDFORD QUEBEC CA
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1976-10-13
Publication date: 1977-05-18
Also published as: PT65744B; PT65744A; IT1077091B; DE2646089C2; BR7605860A; JPS5259750A; FR2329375A2; FR2329375B2; GB1561726A; CA1060668A; ZA765932B

Description

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. \l DIPL.-ING.

THE TORRINGTON COMPANY ir-tor-35

L/Bi. 11.Oktober 1976

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Zungennadel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zungennadel nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 65 837.9-14) sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, ist in der älteren Patentanmeldung P 23 65 837.9-14 dargestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, den Schmelz- oder Schweißvorgang zu erleichtern bzw. zu verbessern und genauer ausführen zu können, der erforderlich ist, nachdem die Wandabschnitte der Seitenwände des Nadelschafts in das Lagerloch der Nadelzunge hinein verformt sind. Insbesondere soll das bei diesem Schmelz- oder SchweißVorgang erzielte Ergebnis dahingehend verbessert werden, daß man einen einheitlichen Lagerzapfen mit homogener Materialverteilung und -struktur erhält, wozu die Wärmeenergie möglichst genau und gleichmäßig auf die beiden, miteinander zu verbindenden Seitenwandabschnitte aufgeteilt werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen in Anspruch gekennzeichnet.

Der Energiestrahl, vorzugsweise ein Laserstrahl, wird also erfindungsgemäß in zwei möglichst genau gleiche Teile aufgeteilt,

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D-707 SCHWABISCH GMOND ' GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÖNCHEN Telefon: (07171) 56 90 Deutsche Bank München 70/37369 (BLZ 700 700 10) Telefon: (0 89) 77 89 H. SCHROETER Telegramme: Schroepat Schwäbisch Gmünd 02/00 535 (BLZ 613 700 86) K.LEHMANN Telegramme: Schnxpu Bodcsgaise 49 Telex: 7248 868 pagd d Foftxhedüconto München 167941-804 LipowtkynraSc 10 Telex: 5 212 248 p»we d

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von denen je einer auf je einen der verformten Wandabschnitte gerichtet wird. Durch das praktisch gleichzeitige Auftreffen der Teilstrahlen wird der zwischen den beiden verformten Seitenwandabschnitten des Schafts verbleibende freie Raum von beiden Seiten her mit schmelzendem und"erhärtendem Metall ausgefüllt, das aus den Seitenwandabschnitten stammt, so daß die fertige Verbindungsstelle einen einheitlichen, durchgehenden Lagerzapfen mit homogener Struktur bildet. Trotzdem bleibt zwischen der Zunge und den beiden ihr benachbarten Seitenwänden jeweils ein schmaler Spalt erhalten, so daß die Zunge in Betrieb nicht klemmen kann, sondern bei ihrer Bewegung einwandfrei geführt wird.

Als Energiequellen können Laser oder Maser verwendet werden, deren Strahlen Teile der verformten Seitenwandabschnitte anschmelzen, so daß die geschmolzenen Teile miteinander in Berührung kommen und beim Erhärten den Raum zwischen den verformten Seitenwandabschnitten ausfüllen, so daß ein homogener Lagerzapfen gebildet wird.

Bevorzugte Ausführungen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht des vorderen Endes einer Zungennadel.

Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt durch eine mittels Pressen unter einem rechten Winkel hergestellte Zungenlagerung.

Fig. 3 ist ein Schnitt ähnlich Figur 2, zeigt jedoch eine unter einem spitzen Winkel gepreßte Zungenlagerung.

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Pig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt der Zungenlagerung gemäß Figur 2 nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Fig. 7 ist ein Schnitt ähnlich Figur 6 nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Zungenlagerung gemäß Figur 3.

Gemäß den Figuren 1 bis 3 hat die Zungennadel 10 einen Schaft mit einem Haken 12 an einem Ende. Eine Zunge 14 ist an einem Gelenk 16 gelagert, das sich quer über einen Schlitz 18 zwischen den beiden Seitenwänden 20 und 22 des Schafts der Nadel 10 erstreckt.

Gemäß Figur 2 wird die Zungenlagerung dadurch gebildet, daß die Zunge 14 mit ihrer Lagerbohrung in die richtige Stellung innerhalb des Schlitzes 18 eingelegt wird. Die Seitenwände 20 und des Nadelschaftes werden dann mit Hilfe von nicht dargestellten Stempeln eingedrückt, wodurch verformte zylindrische Seitenwandabschnitte 24 und 26 gebildet werden. Diese verformten Seitenwandabschnitte 24 und 26 ragen in die Lagerbohrung der Zunge hinein, und sie sind parallel zu der Längsachse der Nadel 10.

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Das in Figur 3 dargestellte winkelförmig gepreßte Gelenk wird durch Stempel hergestellt, die gegenüber den zur Herstellung des rechtwinklig gepreßten Gelenks gemäß Figur 2 verwendeten Stempeln geringfügig in der Form abweichen. Bei diesem winkelförmig gepreßten Gelenk-werden zylindrische Seitenwandabschnitte 28 und 30 unter einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Nadel 10 in die Lagerbohrung der Zunge 14 hineingepreßt.

Nach dem Pressen der Zungenlagerung verbleiben wegen der Elastizität des Metalls zwischen den beiden verformten Seitenwandabschnitten 24, 26 bzw. 28, 30 freie Räume oder Abstände 32 (Figur 2) oder 34 (Figur 3). Diese freien Räume 32 und 34 sind zur klareren Darstellung in den Figuren 2 und 3 übertrieben groß dargestellt. Gewöhnlich handelt es sich um einen gegenseitigen Abstand der verformten Seitenwandabschnitte von etwa 0,025 bis 0,050 mm. Dieser Abstand wird gebildet durch das Zurückfedern des Metalls, nachdem die verformten Seitenwandabsehnitte 24, 26 bzw. 28, 30 durch die Preßstempel hergestellt worden sind.

Das erfindungsgemäße "Verfahren besteht nun darin, daß man von einer starken Energiequelle, beispielsweise einem Laser oder einem Maser, einen Energiestrahl gesteuert gegen die beiden verformten Seitenwandabschnitte einwirken läßt, um zwischen diesen Wandabschnitten geschmolzenes Metall zu bilden bzw. um wenigstens einen Teil jedes der beiden Seitenwandabschnitte anzuschmelzen. Das geschmolzene Metall fließt in den zwischen den verformten Seitenwandabschnitten verbleibenden freien Raum hinein, wo man es zur Verbindung oder Verschmelzung der beiden verformten Wandabschnitte miteinander abkühlen läßt.

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Da die Zungennadeln sehr klein sind, ist es notwendig, daß die Energiequelle die benötigte Wärme sehr gut definiert oder gebündelt und sehr genau in der Intensität gesteuert liefert. Hierfür können insbesondere gewisse Arten von Lasern, aber auch Maser oder gewisse Arten von Elektronenstrahlen benutzt werden.

Ein Verfahren zum Aufbringen energiereicher Laserstrahlen auf beide Seiten der Zungennadel zur Bildung der Zungenlagerung ist in Figur 4 veranschaulicht. Ein Laserstab 44 ist von Blitzlampen 40 und 42 umgeben. Außerdem sind Spiegel 46 und 48 in dem gemeinsamen Lasergehäuse 50 angeordnet. Wenn sich die Blitzlampen 40, 42 entladen oder aufleuchten, wird im Laser 44 Energie erzeugt. Das Laserlicht schwingt in dem Stab 44 hin und her, und es wird durch die Spiegel 46 und 48 wiederholt in diesen hinein reflektiert. Während dieses Hin- und Herschwingens wird das Licht bzw. die Energie in dem Laser verstärkt und wird immer intensiver. Der Spiegel 46 ist ein dichter, fester Spiegel, der nur Licht reflektiert, aber kein Licht durchläßt. Der Spiegel 48 ist ein Teilspiegel, der bis zu einer bestimmten Lichtintensität oder -energie reflektiert, der aber oberhalb dieser Intensität oder dieses Energieniveaus das Licht durchläßt.

Wenn das erforderliche Energieniveau erreicht ist, wird der Spiegel 48 durchlässig, und der Laser 44 "schießt" bzw. entlädt sich und strahlt seine Energie ab, die durch den Spiegel 48 hindurchgeht. Der Energiestrahl gelangt auf einen halbdurchlässigen Spiegel 52, der 50 % der auftreffenden Energie glatt durchläßt und 50 % reflektiert. Der Spiegel 52 spaltet somit den Energiestrahl in zwei getrennte Teilstrahlen 54 und 56 von etwa gleicher Intensität oder Energie auf. Der Teilstrahl 54 wird anschließend mehrfach durch Spiegel 58, 60 und 62 reflektiert. Dann geht er durch eine Blende 64 und durch eine Linse 66, die ihn auf einen

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der verformten Seitenwandabschnitte der Nadel 10 fokussiert. Der andere Teilstrahl 56 geht durch den halbdurchlässigen Spiegel 52 hindurch, anschließend durch eine Blende 68 und eine Linse 70 und wird auf den anderen verformten Seitenwandabschnitt der Nadel 10 fokussiert.

Vorzugsweise sind die verformten Seitenwandabschnitte der Nadel 10 geringfügig gegenüber den Brennpunkten der beiden Teilstrahlen versetzt. Wenn dies geschieht, werden keine Löcher in die verformten Seitenwandabschnitte gebohrt, sondern die verformten Seitenwandabschnitte werden wenigstens teilweise angeschmolzen. Das geschmolzene Metall fließt in den Raum oder Abstand zwischen den beiden verformten Seitenwandabschnitten. Anschließend wird das Metall wieder hart und bildet einen einheitlichen homogenen Lagerzapfen.

Eine nach den bisherigen Erfahrungen bessere, einfachere und daher bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist schematisch in Figur 5 dargestellt. Es ist möglich, einen Laser zu bauen, der sich gleichzeitig nach beiden Seiten oder an beiden Enden entladen kann. Ein solcher Laser kann dadurch hergestellt werden, daß am Ende eines Laserstabs 78 zwei exakt gleiche Spiegel 80 und 82 angeordnet werden. Blitzlampen 74 und 76 in dem Lasergehäuse 72 wirken in der gleichen Weise wie gemäß Figur 4 mit dem Laserstab 78 zusammen. Wenn ein bestimmtes, vorherbestimmbares Energieniveau erreicht wird, werden zwei gleiche Energie-Teilstrahlen 84 durch die untereinander gleichen Spiegel 80 und 82 hindurch entladen. Man kann also sagen, daß der Laserstab 78 aus beiden Enden "schießt". Die durch die identischen Spiegel 80 und 82 hindurchgehenden beiden Teilstrahlen 84 gelangen über gleiche Strahlenwege zu einer Zungennadel 10.

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Der Laser 78, die Spiegel 88, 90 bzw. 96, 98 und damit die Strahlenwege sind symmetrisch zu der Längsmittelachse der Nadel 10 angeordnet. Gleiche optische Wege ergeben somit eine sehr viel einfachere Anordnung. Insbesondere gelangen die beiden Teilstrahlen 84 zu dem gleichen Zeitpunkt an die Zungennadel bzw. die Arbeitsstelle. Der durch den Spiegel 80 austretende Teilstrahl geht durch eine Blende 86, so daß dieser Laserstrahl den erforderlichen Querschnitt für die optische Abbildung aufweist, die durch Fokussierung mittels einer Linse 92 an einem verformten Seitenwandabschnitt der Zungennadel 10 erzeugt wird. Dieser Teilstrahl 84 wird auf seinem Weg nacheinander durch Spiegel und 90 reflektiert, bevor er durch die Linse 92 auf den einen Seitenwandabschnitt der Nadel 10 fokussiert wird. In gleicher Weise wird der andere, durch den Spiegel 82 hindurchtretende Teilstrahl 84 in seinem Querschnitt durch eine Blende 94 reduziert und dann nacheinander durch Spiegel 96 und 98 reflektiert und schließlich durch eine Linse 100 auf den anderen verformten Seitenwandabschnitt der Nadel 10 fokussiert. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 könnten die beiden Teilstrahlen so fokussiert werden, daß die Brennpunkte in die verformten Seitenwandabschnitte fallen; aber vorzugsweise liegen die verformten Seitenwandabschnitte geringfügig außerhalb der beiden Brennpunkte.

Figur 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des durch das beschriebene Verfahren hergestellten festen Zungengelenks entsprechend Figur Die nach innen verformten Seitenwandabschnitte 24 und 26, die durch die Laser-Teilstrahlen getroffen wurden, wurden jeweils teilweise angeschmolzen. Da die geschmolzenen Metallteile sich berühren und gemeinsam erhärten, verbindet sich der gebildete Metallteil 102, der zur klareren Darstellung übertrieben groß

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gezeichnet ist, auch mit den Seitenwandabschnitten 24 und An den Außenseiten dieser Seitenwandabschnitte bilden sich dabei konkave Formen 104 und 106. Der Metallteil 102 wird dabei durch die geschmolzenen Teile der verformten Seitenwandabschnitte 24 und 26 gebildet, wobei diese- geschmolzenen Teile in den Raum zwischen diesen beiden Seitenwandabschnitten fließen und dort unter Verbindung miteinander erhärten. Auf diese Weise besteht der Metallteil 102 aus demselben Material bzw. Metall wie die Seitenwandabschnitte 24 und 26.

Figur "7 zeigt das aus den winkelförmig gepreßten Seitenwandabschnitten 28 und 30 gemäß Figur 3 hergestellte feste Gelenk. Eine konkave Form 108 ist auf der Außenseite des verformten Seitenwandabschnittes 28 gebildet, und eine konkave Form 110 ist auf der Außenseite des verformten Seitenwandabschnittes gebildet. Diese konkaven Formen 108 und 110 entstehen durch das Fließen des geschmolzenen Metalls in den Raum hinein, der zwischen den beiden verformten Seitenwandabschnitten 28 und besteht. Das geschmolzene und erhärtete Metall 112 bildet gemeinsam mit den Seitenwandabschnitten 28 und 30 das fertige, einheitliche, homogene und feste Lagergelenk bzw. den Lagerzapfen für die Nadelzunge 14.

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Le e rs e i te

Claims

ir-tor-35 PATENTANSPRÜCHE

1. !^erfahren zum Herstellen einer Zungennadel mit einem Schaft —und einer zwischen einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Schafts schwenkbar gelagerten Zunge mit einem durchgehenden Lagerloch, wobei zur Lagerung der Zunge Wandabschnitte der Seitenwände in das Lagerloch hinein verformt und die verformten Wandabschnitte durch Wärmeeinwirkung miteinander verschmolzen werden, indem man einen scharf gebündelten Energiestrahl (Laserstrahl) auf wenigstens einen der verformten Wandabschnitte gesteuert derart einwirken läßt, daß zwischen den beiden Wandabschnitten geschmolzenes Metall gebildet wird, und man anschließend das geschmolzene Metall zur Verschmelzung der Wandabschnitte miteinander abkühlen läßt, nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 65 837·9-14), dadurch gekennzeichnet , daß der Energiestrahl (Laserstrahl) in zwei möglichst genau gleiche Teile (54, 56; 84) aufgeteilt wird, von denen je einer auf je einen der verformten Wandabschnitte (24, 26; 28, 30) gerichtet wird, derart, daß die beiden Teilstrahlen praktisch gleichzeitig auf entgegengesetzte Seiten der zu bearbeitenden Zungennadel (10) auftreffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Energiestrahl als einheitlichen Strahl an einer Stelle der Energiequelle (Laser 44) austreten läßt und daß dieser Strahl anschließend in zwei im wesentlichen gleiche Teile (54, 56) aufgeteilt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Energiestrahl zu gleichen Teilen (84) an zwei Stellen der Energiequelle (Laser 78) austreten läßt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß vor der Energiequelle (Laser 44) im Strahlenweg als Strahlteiler ein halbdurchlässiger Spiegel (52) vorgesehen ist, der so angeordnet ist, daß durch ihn hindurch ein erster Energie-Teilstrahl (56) unmittelbar auf einen der verformten Wandabschnitte (24, 26; 28, 30) gelangt, und daß im Strahlenweg des von dem halbdurchlässigen Spiegel (52) abgelenkten zweiten Energie-Teilstrahls (54) mindestens ein weiterer Spiegel (58, 60, 62) angeordnet ist, von dem der zweite Teilstrahl um die Zungennadel (10) herum auf den anderen verformten Wandabschnitt gelangt.

5· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3» gekennzeichnet durch eine Energiequelle (Laser 78), die an zwei einander gegenüberliegenden Stellen gleich starke Energie-Teilstrahlen (84) austreten läßt, und durch in den Strahlenwegen dieser Teilstrahlen angeordnete Spiegel (88, 90; 96, 98), durch die die Teilstrahlen auf die einander gegenüberliegenden verformten Wandabschnitte einer Zungennadel (10) gerichtet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (78) und die Spiegel (88, 90; 96, 98) und damit die Strahlenwege der Teilstrahlen (84) symmetrisch zu der Längsmittelachse der zu bearbeitenden Zungennadel (10) angeordnet sind.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß im Strahlenweg beider Teilstrahlen (54, 56; 84) vor den zu bearbeitenden Zungennadeln (10) Linsen (66, 70; 92, 100) zum Fokussieren der Teilstrahlen auf die-verformten Wandabschnitte (24, 26; 28, 30) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß im Strahlenweg beider Teilstrahlen (54, 56; 84) zwischen der Energiequelle (44; 78) und der zu bearbeitenden Zungennadel (10) Blenden (64, 68; 86; 9*0 zum Steuern der an die Zungennadeln gelangenden Energiemengen der Teilstrahlen vorgesehen sind.

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