DE4004008C1 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B21D17/00—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles
- B21D17/02—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles by pressing
- B21D17/025—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles by pressing by pressing tubes axially
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
angeformten Nippels an einem dünnwandigen, kleinkalibrigen
Metallrohr für den Kraftfahrzeugbau, insbesondere an einer
Kraftstoff-, Brems- oder Hydraulikleitung, wobei der Nippel
an seiner Außenkontur durch Stauchen des Rohrendes mit meh
reren, in axialen Abständen voneinander angeordneten, ring
förmig umlaufenden Verdickungen versehen wird, von denen
jede im Axialschnitt eine radial nach außen flach ansteigen
de Flanke und eine radial nach innen steil abfallende, gege
benenfalls radial oder auch hinterschnitten abfallende Flanke
aufweist, und wobei beide Flanken möglichst scharfkantig in
einander übergehen. Die Erfindung betrifft ferner ein Form
werkzeug zur Durchführung des Verfahrens und einen nach dem
Verfahren hergestellten Nippel.
Derartige dünnwandige, kleinkalibrige Metallrohre werden als
Kraftstoff-, Brems- oder Hydraulikleitungen im Kraftfahrzeug
bau eingesetzt. Hierbei wird auf den angeformten Nippel ein
Schlauch aus elastischem Kunststoff bzw. aus Gummi aufge
steckt. Damit der Schlauch ohne Schlauchklemme auf dem Nippel
sicher gehalten wird und auch Dichtheit zwischen Nippel und
Schlauch gewährleistet ist, muß die dem freien Ende des Nip
pels abgekehrte Flanke in radialer Richtung möglichst steil
zur Rohrachse hin abfallen und der Übergang zwischen beiden
Flanken sollte möglichst scharfkantig sein.
In der DE 38 03 709 C1 ist ein derartiges kleinkalibriges,
dünnwandiges Rohr aus Metall für den Kraftfahrzeugbau be
schrieben, wobei angegeben ist, daß die ringförmigen Ver
dickungen nach spanlosen Formgebungsverfahren hergestellt
sind. Die Verdickungen sollen gewalzt, gerollt, gehämmert
oder gestaucht sein. Das Stauchen von Rohren ist zwar ein
verhältnismäßig billiges Arbeitsverfahren, jedoch können
mit dem bisherigen Stauchverfahren und Stauchwerkzeugen die
genannten ringförmigen Verdickungen nicht so hergestellt
werden, daß die eine Flanke möglichst steil zur Rohrachse
hin abfällt und außerdem der Übergang zwischen beiden Flan
ken möglichst scharfkantig ist. Beim üblichen Stauchen wird
das Rohr in Form einer nach außen gerichteten Falte ausge
wölbt, wobei die Falte außen einen verhältnismäßig großen
Radius aufweist, der mindestens so groß ist wie die Wand
dicke des Rohres. Hierbei handelt es sich im wesentlichen
um einen Biegevorgang ohne Veränderung der Wanddicke. Infol
ge der Abrundung einer auf diese Weise erzeugten Verdickung
wird keine ausreichend große Abzugskraft und auch keine ge
nügende Dichtigkeit zwischen Rohrnippel und Schlauch er
reicht. Werden die Verdickungen, wie es auch in der DE
37 41 446 A1 angegeben ist, durch Hämmern erzeugt, dann
sind hierzu sehr teuere Hämmermaschinen erforderlich. Außer
dem muß das Hämmern unter Ölfluß erfolgen. Durch das Hämmern
bildet sich am Rohrende ein Draht, der in einem zusätzlichen
spanabhebenden Bearbeitungsgang wieder entfernt werden muß.
Die hierbei entstehenden Späne und das beim Hämmern verwen
dete Öl verunreinigen das Rohr, so daß es nicht den Sauber
keitsanforderungen im Kraftfahrzeugbau entspricht. Es muß
also noch zusätzlich gereinigt werden, was besonders bei
langen Rohren aufwendig ist. Das Hämmern ist nur bei geraden
und blanken Rohren möglich und bei kunststoffbeschichteten
Rohren nicht anwendbar. Das Rollen kann wirtschaftlich nur
durchgeführt werden, wenn sich das Werkstück dreht. Da je
doch die im Kraftfahrzeugbau verwendeten Rohre Längen bis
zu 4 m und mehr aufweisen und da außerdem beim Rollen Metall
abrieb entsteht, der das Rohr verunreinigen würde, ist auch
dieses Verfahren, ebenso wie das Walzen für den genannten
Zweck nicht einsetzbar.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zur Herstellung eines angeformten Nippels an einem
dünnwandigen, kleinkalibrigen Metallrohr für den Kraftfahr
zeugbau der eingangs genannten Art aufzuzeigen, mit dem
sich die Nippel in der geforderten Qualität möglichst preis
wert und ohne wesentliche Verunreinigung des Rohres herstel
len lassen.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zur
Durchführung des Verfahrens besonders geeignetes Formwerk
zeug sowie vorteilhafte Ausgestaltungen eines nach dem Ver
fahren hergestellten Nippels aufzuzeigen.
Das Verfahren ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch
folgende Verfahrensschritte:
- a) Einbringen des Rohrendes in ein mehrteiliges, das Rohr ende umfassendes Formwerkzeug, wobei die einzelnen Form teile des Formwerkzeuges axial gegeneinander verschieb bar sind und ihre Innenkontur in zusammengeschobenem Zu stand der Außenkontur des fertigen Nippels entspricht;
- b) Einbringen eines an der Innenwand des Rohres anliegenden, zylindrischen Dornes an das Rohrende zumindest auf der Länge des herzustellenden Nippels;
- c) Aufbringen eines Axialdruckes auf das Rohrende mittels eines Stauchstempels, wodurch bei gleichzeitigem axialen Zusammenschieben der einzelnen Formteile des Formwerkzeuges das Metall zumindest im Bereich der Verdickungen des Nip pels zum Fließen gebracht wird, in die durch die Innen kontur der vollständige zusammengeschobenen Formteile ge bildeten Hohlräume fließt und diese vollständig ausfüllt.
Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, das Stauchen
mit einem Pressen zu kombinieren, bei welchem die Fließgren
ze des Metalls überschritten wird, so daß es in die ent
sprechend ausgestalteten Hohlräume des den Nippel umgebenden
Formwerkzeuges verdrängt wird und diese Hohlräume vollstän
dig ausfüllt. Der an der Rohrinnenwand anliegende Dorn
stützt hierbei die Innenwand ab, so daß das Metall nur
radial nach außen verdrängt werden kann. Da die Innenkontur
der zusammengeschobenen Formteile der gewünschten Außenkon
tur des Nippels entspricht und da das Metall infolge des
angewendeten hohen Axialdrucks auch in die äußersten Ecken
der Hohlräume der Formteile verdrängt wird, haben die Flan
ken der Verdickungen den gewünschten scharfkantigen Übergang
und auch jede gewünschte Neigung zur Rohrachse. Man kann die
dem Nippelende abgewandte Flanke so ausgestalten, daß sie
senkrecht zur Achse verläuft oder erforderlichenfalls auch
eine Hinterschneidung bildet. Es wird damit die geforderte
Dichtheit und Abzugskraft zwischen Nippel und dem aufge
steckten Schlauch gewährleistet. Ein weiterer Vorteil des
erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nach diesem
Verfahren auch geschweißte Rohre mit den gewünschten Nippeln
versehen werden können und daß es auch möglich ist, die Ver
dickungen anzubringen, ohne daß der ursprüngliche Innen
durchmesser des Rohres verengt wird. Auch bleibt das Rohr
im Bereich des Nippels innen im wesentlichen glatt, so daß
Strömungsveränderungen im Bereich des Nippels vermieden
werden. Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Verfahren
erfolgt während der Nippelherstellung kein Materialabtrag
und es ist auch kein Öl erforderlich. Verunreinigungen des
Rohres werden damit vermieden. Auch kann die Wanddicke des
Rohres über die gesamte Nippellänge im wesentlichen erhalten bleiben. Zur
Durchführung des Verfahrens können kostengünstige Formwerk
zeuge und Maschinen verwendet werden, wobei die Werkzeuge
eine hohe Standzeit aufweisen. Der Nippel kann in einem
Arbeitsgang geformt werden und ein späteres Entgraten ent
fällt. Bei gleichem Außendurchmesser der Verdickungen ist
es möglich, schwächere Rohre zu verwenden. Das Verfahren
ist großserientauglich, einfach, automatensicher und unab
hängig von der Rohrlänge.
Ein vorteilhaftes Formwerkzeug zur Durchführung des Verfah
rens gemäß Patentanspruch 1 besteht aus mehreren, jeweils
einen halben Rohrumfang umgrenzenden, axial zusammenschieb
baren Formteilen, deren Innenkontur in zusammengeschobenem
Zustand der Außenkontur des fertigen Nippels entspricht und
von denen sich jedes von dem größten Durchmesser einer
ringförmigen Verdickung des Nippels bis zum größten Durch
messer der benachbarten Verdickung des Nippels erstreckt,
und besteht ferner aus einem axial gegenüber den Formteilen
und dem Rohrende beweglichen Stauchstempel, sowie einem in
das Rohrende, zumindest auf der Länge des herzustellenden
Nippels einschiebbaren und an der Innenwand des Rohres an
liegenden Dorn.
Vorteilhafte Ausgestaltungen eines nach dem Verfahren her
gestellten Nippels sind in den Unteransprüchen gekennzeich
net.
Die Erfindung wird in folgendem, anhand eines für die Durch
führung des Verfahrens besonders geeigneten Formwerkzeuges
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt des Formwerkzeuges und des Rohr
endes vor Beginn der Verformung,
Fig. 2 einen Axialschnitt am Ende der Verformung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für kleinkalibrige, dünn
wandige Metallrohre, insbesondere Stahlrohre, im Durchmesser
bereich D von 6 bis 15 mm und einer Wanddicke d von 0,7 bis
1 mm geeignet. Hierbei kann das Metallrohr ein gezogenes
Metallrohr, ein längsgeschweißtes oder auch nach dem Bundy-
Verfahren aus Streifen gewickeltes Metallrohr sein. An
das Rohrende 1 soll ein Nippel 1 a angeformt
werden, der mehrere in axialen Abständen voneinander ange
ordnete, ringförmige Verdickungen 2 aufweist. Beim gezeig
ten Ausführungsbeispiel sind drei derartige Verdickungen 2
angeformt. Jede dieser Verdickungen 2 weist im Axialschnitt
eine dem Nippelende 1 b zugekehrte, radial nach außen flach
ansteigende Flanke 2 a auf, die einen Winkel α von beispiels
weise etwa 15° mit der Rohrachse A einschließt. Außerdem
weist jede Verdickung 2 an ihrer dem Nippelende 1 b abge
wandten Seite eine radial nach innen steil abfallende Flanke
2 b auf, die einen Winkel β von wenigstens 70° mit der Rohr
achse A einschließt. Der Winkel β kann jedoch auch 90° be
tragen. Ist der Winkel β größer als 90°, dann bildet die
Flanke 2 b eine Hinterschneidung. Der Übergang von der flach
ansteigenden Flanke 2 a zur steil abfallenden Flanke 2 b soll
möglichst scharfkantig sein.
Kleine Abrundungsradien von etwa 0,15 mm sind jedoch zulässig.
Das zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Formwerk
zeug besteht aus einem Klemmbacken 3, einem Stauchstempel 4,
mehreren Stauchscheiben 5 und einem Dorn 6. Der Stauchstempel
4 und die Stauchscheiben 5 sind senkrecht zur Zeichenebene in
Axialrichtung längsgeteilt, so daß sie von der Seite her an
das Rohrende 1 angelegt und von diesen wieder seitlich ent
fernt werden können. Der Stauchstempel 4 und der Dorn 6 können
jeweils einteilig ausgebildet sein. Der Außendurchmesser des
zylindrischen Dornes 6 entspricht dem Innendurchmesser D 1 des
unverformten Rohrendes 1. Der Dorn 6 weist eine so große
axiale Länge auf, daß er sich während des Verformungsvor
ganges über den gesamten Nippelbereich erstreckt.
Der Stauchstempel 4 ist mit einer zylindrischen Eindrehung 7
versehen, die zur Aufnahme des Rohrendes 1 bestimmt ist. Außer
dem weist der Stauchstempel 4 eine kegelstumpfförmige Ein
drehung 8 auf, deren Neigung zur Rohrachse und deren Aus
dehnung in radialer Richtung genau der Flanke 2 a der hiermit
herzustellenden Verdickung 2 entspricht. Die Stauchscheibe 5
ist an ihrem dem Stauchstempel 4 zugekehrten Ende mit einer
Eindrehung 9 versehen, die zur Formgebung der Flanke 2 b dient
und die Negativform dieser Flanke 2 b bildet. Weiterhin ist die
Stauchscheibe 5 mit einer Ausdrehung 10 versehen, die zur
Formgebung der flach ansteigenden Flanke 2 a der nächsten Ver
dickung 2 dient. Die darunterliegende Stauchscheibe 5 ist
genauso ausgebildet, wie die vorhergehend beschriebene. Es
sind deshalb auch die gleichen Bezugszeichen für Teile
gleicher Funktion verwendet worden. Der Klemmbacken 3 weist
eine kegelstumpfförmige Eindrehung 11 auf, die zur Formgebung
der steil abfallenden Flanke 2 b bestimmt ist. Mittels Federn
14 werden die beiden Stauchscheiben 5 bei geöffnetem Werk
zeug in axialem Abstand voneinander gehalten, wie es in
Fig. 1 dargestellt ist. Wenn die Formteile 3, 4, 5 des Formwerkzeuges
axial vollständig zusammengeschoben sind, wie es in
Fig. 2 dargestellt ist, dann entspricht die Innenkontur der
Formteile 3, 4, 5 mit den durch die Eindrehungen 8
bis 11 gebildeten Hohlräumen genau der Außenkontur des her
zustellenden Nippels 1 a. Die beiden Stauchscheiben 5 erstrecken
sich jeweils von dem größten Durchmesser D 2 einer ringförmi
gen Verdickung 2 bis zum größten Durchmesser der benachbar
ten Verdickung 2.
Vor Beginn der Anformung des Nippels 1 a sind die beiden die Klemm
backen 3 und die Stauchscheiben 5 enthaltenden Formhälften et
was voneinander entfernt, so daß das Rohrende 1 in die ge
öffnete Form eingesteckt oder eingelegt werden kann. Die Form
hälften werden dann einander genähert, wobei sich die Klemm
backenhälften 3 fest an das Rohrende 1 anlegen und dieses
gegen axiale Verschiebung sichern. Der Stauchstempel 4 und
der Dorn 6 werden in Axialrichtung B zum Rohrende 1 hin bewegt,
wobei der Dorn 6 in das Rohrende 1 eintritt. Bei weiterer
Bewegung des Stauchstempels 4 nach unten kommt zunächst
dessen untere Stirnfläche an der oberen Stauchscheibe 5 zur Anlage
und schließlich auch das Nippelende 1 b an den Absatz 12 des
Stauchstempels 4. Hierdurch wird im folgenden Verlauf das Rohren
de 1 in axialer Richtung gestaucht. Da der an der Innenwand
des Rohrendes 1 anliegende Dorn 6 ein Ausweichen der Rohr
wandung nach innen unmöglich macht, weicht das Metall der
Rohrwandung nach außen in die kegelstumpfförmigen Eindrehungen
8 bis 11 aus. Die Stauchscheiben 5 kommen schließlich
aneinander zur Anlage und die untere Stauchscheibe 5 an der
Radialfläche 13 des Klemmbackens 3. Damit ist das Formwerkzeug voll
ständig geschlossen und die Formteile 3, 4, 5 nehmen die in Fig. 2
dargestellte Stellung ein. Der Druck des Stauchstempels 4 sowie auch
die ursprünglich über den Klemmbacken 3 nach oben hinaus
ragende Länge des Rohrendes 1 sind so aufeinander abgestimmt, daß
das Metall des gestauchten Rohrendes 1 zu fließen beginnt, in
die Hohlräume der Innenkontur 8 bis 11 der zusammengeschobenen Formteile 3, 4, 5 verdrängt
wird und diese vollständig ausfüllt, wie es in Fig. 2 dar
gestellt ist. Damit ist der eigentliche Anformvorgang beendet.
Die Formhälften werden dann wieder radial auseinanderbewegt
und der Stauchstempel 4 zusammen mit dem Dorn 6 entgegen der
Pfeilrichtung B axial nach oben bewegt.
Das Anformen der Verdickungen 2 kann gegebenenfalls auch nach
einander in einem mehrstufigen Verfahren mit sogenannten
Folgewerkzeugen erfolgen. Jedes dieser Folgewerkzeuge weist
einen geteilten Klemmbacken, einen Stauchstempel und einen
Dorn auf. Mit dem ersten Folgewerkzeug wird zunächst die vom
Nippelende 1 b am weitesten entfernt liegende Verdickung ange
formt und dann nacheinander in zwei weiteren Folgewerkzeugen
die übrigen Verdickungen.
Damit das Metall des Rohrendes 1 die Hohlräume der Form voll
ständig ausfüllt und somit die Außenkontur des angeformten
Nippels 1 a der Innenkontur 7 bis 11 der Form entspricht, sollte das Rohren
de 1 nur soweit verformt werden, daß das Durchmesserverhältnis
des Außendurchmessers D 3 des Nippels 1 a im Bereich zwischen
zwei ringförmigen Verdickungen 2 zu dem größten Durchmesser
D 2 der Verdickung 2 gleich oder kleiner 1,15, vorzugsweise
gleich oder kleiner 1,12 ist.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines angeformten Nippels an
einem dünnwandigen, kleinkalibrigen Metallrohr für den
Kraftfahrzeugbau, insbesondere an einer Kraftstoff-,
Brems- oder Hydraulikleitung, wobei der Nippel an seiner
Außenkontur durch Stauchen des Rohrendes mit mehreren,
in axialen Abständen voneinander angeordneten, ringför
mig umlaufenden Verdickungen versehen wird, von denen
jede im Axialschnitt eine radial nach außen flach an
steigende Flanke und eine radial nach innen steil abfal
lende, gegebenenfalls radial oder auch hinterschnitten
abfallende Flanke aufweist, und wobei beide Flanken mög
lichst scharfkantig ineinander übergehen, gekennzeichnet
durch folgende Verfahrensschritte:
- a) Einbringen des Rohrendes (1) in ein mehrteiliges, das Rohrende umfassendes Formwerkzeug, wobei die einzel nen Formteile (3 bis 5) des Formwerkzeuges axial ge geneinander verschiebbar sind und ihre Innenkontur (7 bis 11) in zusammengeschobenem Zustand der Außen kontur des fertigen Nippels (1 a) entspricht;
- b) Einbringen eines an der Innenwand des Rohres anliegen den, zylindrischen Dornes (6) in das Rohrende (1) zu mindest auf der Länge des herzustellenden Nippels (1 a);
- c) Aufbringen eines Axialdruckes auf das Rohrende mittels eines Stauchstempels (4), wodurch bei gleichzeitigem axialen Zusammenschieben der einzelnen Formteile (3 bis 5) des Formwerkzeuges das Metall zumindest im Bereich der Verdickungen (2) des Nippels (1 a) zum Fließen gebracht wird, in die durch die Innenkontur der vollständig zu sammengeschobenen Formteile (3 bis 5) gebildeten Hohl räume fließt und diese vollständig ausfüllt.
2. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, bestehend aus mehreren, jeweils einen halben
Rohrumfang umgrenzenden, axial zusammenschiebbaren Form
teilen (3 bis 5), deren Innenkontur (7 bis 11) in zusam
mengeschobenem Zustand der Außenkontur des fertigen Nip
pels (1 a) entspricht und von denen sich jedes von dem
größten Durchmesser (D 2) einer ringförmigen Verdickung
(2) des Nippels (1 a) bis zum größten Durchmesser (D 2)
der benachbarten Verdickung (2) des Nippels (1 a) er
streckt, und bestehend ferner aus einem axial gegenüber
den Formteilen (3 bis 5) und dem Rohrende beweglichen
Stauchstempel (4), sowie einem in das Rohrende (1), zu
mindest auf der Länge des herzustellenden Nippels (1 a)
einschiebbaren und an der Innenwand des Rohres anliegen
den Dorn (6).
3. Nippel hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende (1) so weit
verformt wird, daß das Durchmesser-Verhältnis des Außen
durchmessers (D 3) des Nippels (1 a) im Bereich zwischen
zwei ringförmigen Verdickungen (2) zu dem größten Durch
messer (D 2) der Verdickung (2) gleich oder kleiner 1,15
ist.
4. Nippel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Durchmesser-Verhältnis gleich oder kleiner 1,12 ist.
5. Nippel nach mindestens einem der Ansprüche 1, 3, 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die steil abfallende Flanke
(2 b) einen Winkel (β) von minimal 70° mit der Rohrachse
(A) einschließt.
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