DE4313802A1

DE4313802A1 - Verfahren zum herstellen eines am einen ende geschlossenen doppelrohres

Info

Publication number: DE4313802A1
Application number: DE19934313802
Authority: DE
Inventors: Makoto Ito; Toshihiro Imai; Tokuo Shirai; Seiji Utsunomiya
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: GB2266485B; JPH05305381A; GB2266485A; DE4313802B4; JP2586436B2; GB9308590D0

Description

Hintergrund der Erfindung Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres, das aus einem Außenrohr und einem Innenrohr besteht, wobei das letztere im Innern des ersteren mit einem Zwi schenraum dazwischen angeordnet ist, der am einen Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlossen ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 2 zeigt ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr 21, das in geeigneter Weise als ein Bestandteil einer Sammlereinheit für einen Kühlkreislauf verwen det wird. Das übliche am einen Ende geschlossene Doppelrohr 21 wird durch Ver nieten eines Innenrohrstückes 24 mit einem anderen Außenrohrstück 22 am Boden abschnitt des letzteren hergestellt.

Diese Vernietungstätigkeit verbraucht nicht nur Zeit und Arbeit, wobei sie eine Verminderung der Produktivität verursacht, sondern bedingt auch ein Auf treten von Vernietungsfehlern, die umgekehrt die Zuverlässigkeit der Bindung zwischen dem Außen- und dem Innenrohr beeinflussen.

Deshalb schlug die Japanische ungeprüfte Gebrauchsmuster-Veröffentlichung (Kokai) Nr. 64-5067 die Verwendung eines am einen Ende geschlossenen Doppel rohres vor, das aus einem massiven Material hergestellt ist.

Zwei mögliche Wege zum Ausbilden eines am einen Ende geschlossenen Doppel rohres aus einem massiven metallischen Material sind Gießen (Gußformen) und Treiben. Gießen ist jedoch nicht zum Herstellen eines am einen Ende geschlos senen Doppelrohres geeignet, weil es nicht solche guten mechanischen Eigen schaften wie Festigkeit vorsieht.

Treiben sieht andererseits solche hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit im Vergleich zu Gießen vor und wird als ein geeignetes Verfah ren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres mit einer dünnen Wandung vorgesehen, aber es gibt keine etablierte Technologie oder einen Preßring, der einem am einen Ende geschlossenen Doppelrohr mit einem Außen- und einem Innenrohr ermöglicht, wie ein monolithischer Körper aus einem massiven metallischen Material hergestellt zu werden.

Die gegenwärtigen Erfinder führten viele Versuche durch und versuchten, ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr mit einem Außenrohr und einem Innen rohr wie einen monolithischen Körper durch Treiben eines massiven metalli schen Materials herzustellen. Während der Versuche entstanden Probleme, indem das Längenverhältnis zwischen dem Außen- und Innenrohr von einem bemessenen Wert abweicht, weil der plastische Fluß des metallischen Materials während des Treibens vom Außen- wie vom Innenrohr beeinflußt wird. Deshalb sieht der Stand der Technik nur ein Außenrohr als ein einzelnes oder monolithisches Teil vor, mit welchem ein anderes Innenrohrstück durch Vernieten verbunden werden muß. Dies verursacht unvermeidlich eine Minderung in Produktivität und Verbindungsfestigkeit, wie hier vorstehend beschrieben wurde.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstel len eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres durch Treiben eines massi ven metallischen Materials bei hohem Wirkungsgrad vorzusehen, während es ein gewünschtes Verhältnis zwischen den Längen des Außen- und Innenrohres des Doppelrohres gewährleistet.

Um das Ziel gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ein Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres vorgesehen, das aus einem Außenrohr und einem Innenrohr besteht, wobei das letztere im Innern des ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der am einen Rohrende durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlos sen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorbereiten eines Preßrings mit einem Gußhohlraum, einem rohrförmigen Treib eisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens ange ordnet ist;
Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum des Preßrings und
Pressen des metallischen Materials mit dem rohrförmigen Treibeisen, das dadurch das metallische Material zu plastischem Fließen getrennt sowohl in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum des Preßrings und dem rohrförmigen Treib eisen als auch in einen zweiten Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Treib eisen und dem Mittenzapfen treibt, um das Außen- und das Innenrohr des Doppel rohres auszubilden, so daß die getrennten Flüsse des metallischen Materials in den ersten und den zweiten Zwischenraum mittels des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gesteuert werden, der eine Gestalt aufweist, die kon struiert ist, ausgewählte Mengen der getrennten Flüsse vorzusehen, indem sie dadurch dem Außen- und dem Innenrohr deren gewünschtes Längenverhältnis zuteilt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres vorgesehen, das aus einem Außenrohr und einem Innenrohr besteht, wobei das letztere im Innern dem ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der am einen Ende des Doppel rohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlossen ist, wo bei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist;
Vorbereiten eines Preßrings mit einem Gußhohlraum, einem rohrförmigen Treib eisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens angeord net ist;
Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum des Preß rings und
Pressen des metallischen Materials mit dem rohrförmigen Treibeisen, das dadurch das metallische Material zu plastischem Fließen getrennt sowohl in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum des Preßrings und dem rohrförmigen Treibeisen als auch in einen zweiten Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen und dem Mittenzapfen zwingt, um das Außen- und das Innenrohr des Doppelrohres auszubilden, so daß die getrennten Flüsse des metallischen Mate rials in den ersten und den zweiten Zwischenraum mittels der pressenden Stirnfläche des rohrförmigen Treibeisens gesteuert werden, die eine kegelför mige Oberfläche mit einem ausgewählten Gradienten und mit einem Scheitel punkt hat, der an einer ausgewählten Position der pressenden Stirnfläche liegt, wobei der Gradient und die Position so ausgewählt sind, um die ge wünschten Mengen der getrennten Flüsse vorzusehen, indem sie dadurch dem Außen- und dem Innenrohr deren gewünschtes Längenverhältnis zuteilen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres vorgesehen, das aus einem Außenrohr und einem Innenrohr besteht, wobei das letztere im Innern des er steren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der an einem Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlos sen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorbereiten eines Preßrings mit einem Gußhohlraum, einem rohrförmigen Treib eisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens ange ordnet ist;
Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum des Preßrings und
Pressen des metallischen Materials mit dem rohrförmigen Treibeisen, das da durch das metallische Material zu plastischem Fließen getrennt sowohl in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum des Preßrings und dem rohrförmigen Treibeisen als auch in einen zweiten Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen und dem Mittenzapfen zwingt, um das Außen- und das Innenrohr des Doppelrohres auszubilden, so daß die getrennten Flüsse des metallischen Materials in den ersten und den zweiten Zwischenraum mittels des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisen gesteuert werden, der äußere und innere Rücken hat, die radial auswärts und einwärts von dessen äußerer bzw. innerer Seitenwandungs-Oberfläche vorstehen, wobei die Rücken ein so ausgewähltes Längenverhältnis haben, um ausgewählte Mengen der ge trennten Flüsse vorzusehen, indem sie dadurch dem Außen- und dem Innenrohr deren gewünschtes Längenverhältnis zuteilen.

Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein massives metallisches Materi al im Gußhohlraum eines Treibpreßrings eingebracht und wird dann durch ein rohrförmiges Treibeisen gepreßt, das dadurch das metallische Material zu pla stischem Fließen getrennt in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohl raum des Preßrings und dem Treibeisen und in einen zweiten Zwischenraum zwi schen dem Treibeisen und einem Mittenzapfen zwingt, um Außen- und Innenrohr auszubilden, die am einen Ende miteinander zusammenhängen, indem sie dadurch ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr als einen monolithischen Körper formen.

Gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er durch Patentanspruch 2 gekennzeichnet ist, wird das Treiben durch Verwenden eines rohrförmigen Treibeisens ausgeführt, das mit einer pressenden Stirnfläche versehen ist, die eine kegelförmige Oberfläche mit einem ausgewählten Gradienten und mit einem Scheitelpunkt aufweist, der an einer ausgewählten Position von ihr liegt, indem dadurch die getrennten Flüsse des metallischen Materials in den ersten und zweiten Zwischenraum gesteuert werden, d. h., der Scheitelpunkt und der Kegelgradient des Stirnabschnitts bestimmen die Position einer teilenden Fur che des plastischen Flusses des metallischen Materials in getrennte Flüsse zum ersten und zweiten Zwischenraum hin für das Außen- bzw. Innenrohr. Da die Position der teilenden Furche das Verhältnis der Längen des Außen- und Innen rohres festlegt, wird ein gewünschtes Verhältnis der Außen- und Innenrohrlän ge durch ein geeignetes Auswählen der Scheitelpunktposition und des Kegel gradienten erzielt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er durch Patent anspruch 3 gekennzeichnet ist, wird das Treiben durch Verwenden eines rohr förmigen Treibeisens ausgeführt, das mit einem Stirnabschnitt versehen ist, der äußere und innere Rücken aufweist, die radial auswärts und einwärts von dessen äußeren bzw. inneren Seitenwandungs-Oberflächen vorstehen, wobei die Rücken ein Längenverhältnis dabei aufweisen, indem sie dadurch die getrenn ten Flüsse des metallischen Materials in den ersten und zweiten Zwischenraum steuern, d. h., das Längenverhältnis (oder Reibungsgebietsverhältnis) der äuße ren und inneren Rücken des Stirnabschnitts bestimmen die Position einer tei lenden Furche des plastischen Flusses des metallischen Materials in getrennte Flüsse zum ersten und zweiten Zwischenraum hin für das Außen- bzw. Innenrohr. Da die Position der teilenden Furche das Längenverhältnis von Außen- und Innenrohr bestimmt, wird ein gewünschtes Verhältnis von Außen- und Innenrohr durch geeignetes Auswählen des Längenverhältnisses von äußerem und innerem Rücken erzielt.

Es wird vernünftigerweise erkannt werden, daß das rohrförmige Treibeisen so wohl mit kegelförmiger Oberfläche als auch mit äußerem und innerem Rücken ver sehen werden kann, so daß das Rückenlängenverhältnis und der Scheitelpunktort und der Kegelgradient so ausgewählt werden können, um die Position der den Flußteilenden Furche zu steuern, wobei sie dadurch das Längenverhältnis zwi schen dem Außen- und Innenrohr eines Doppelrohrproduktes steuert.

In typischer Weise fließt das metallische Material durch den ersten und zwei ten Zwischenraum mit einer Flußvorderseite frei von mechanischem Hemmnis.

Das Außenrohr des Doppelrohres hat vorzugsweise ein Verhältnis H_außen/D von nicht weniger als 2.5, wobei H_außen und D die Höhe und der Durchmesser des Außenrohres sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein am einen Ende geschlossenes, durch Treiben hergestelltes Doppelrohr gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;

Fig. 2 zeigt ein übliches, am einen Ende geschlossenes Doppelrohr im Querschnitt;

Fig. 3 zeigt ein Beispiel von metallischem Material, das in ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr gemäß der vorliegenden Erfindung getrieben werden soll, in perspektiver Ansicht;

Fig. 4A und 4B zeigen eine Ausführung einer Treibvorrichtung gemäß der vorlie genden Erfindung vor bzw. während des Treibens im Querschnitt;

Fig. 5 zeigt die in Fig. 4A und 4B dargestellte Treibvorrichtung im Abschnitt rund um die pressende Stirnfläche eines rohrförmigen Treibeisens in einem vergrößertem Maßstab;

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die das Längenverhältnis des Innen- und Außenrohres als eine Funktion der inneren Rückenlänge zeigt;

Fig. 7 zeigt ein Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die das Längenverhältnis des Innen- und Außenrohres all eine Funktion des Kegelwinkels der Kegelober fläche zeigt;

Fig. 9 zeigt ein anderes Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;

Fig. 10 zeigt einen Sammler, in dem ein am einen Ende geschlossenes Doppel rohr gemäß der vorliegenden Erfindung als der Hauptkörper verwen det wird, im Querschnitt;

Fig. 11 ist eine Draufsicht des in Fig. 10 dargestellten Sammlers;

Fig. 12 zeigt ein anderes Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;

Fig. 13 zeigt ein anderes Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt:

Fig. 14 zeigt eine andere Ausführung der Treibvorrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung im Querschnitt;

Fig. 15 zeigt eine andere Ausführung der Treibvorrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung im Querschnitt; und

Fig. 16 zeigt ein anderes Beispiel von metallischem Material, das in ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr gemäß der vorliegenden Er findung getrieben werden soll, in perspektiver Ansicht.

Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen

Fig. 1 zeigt ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr, das durch ein Ver fahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, im Querschnitt. Ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr 31 ist ein getriebener monolithischer Körper, der aus einem dünnwandigen Außenrohr 32 und einem dünnwandigen Innen rohr 33 mit einem geschlossenen Ende 34 besteht. Das Innenrohr 33 öffnet sich an seinen beiden Enden, d. h., es passiert durch das geschlossene Ende 34 in dem als 33a bezeichneten Abschnitt hindurch. Der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 32 und dem Innenrohr 33 ist an seinem einen Ende durch das geschlos sene Ende 34 geschlossen.

Das am einen Ende geschlossene Doppelrohr 31 wird aus einem massiven metalli schen Material 35 mit solch einer guten plastischen Verformbarkeit oder Treib formbarkeit wie Aluminium-Legierungsqualität A 3004 hergestellt. Z.B. hat das metallische Material 35 eine Gestalt eines kurzen hohlen Zylinders mit einer dicken Wandung und einem Mittendurchgangsloch 35a mit einem Durchmesser, der etwas größer als der Innendurchmesser des Innenrohres 33 des Doppelrohres 31 ist.

Fig. 4A und 4B verdeutlichen schematisch eine Ausführung 36 zum Herstellen des am einen Ende geschlossenen Doppelrohres 31 aus einem massiven metalli schen Material 35. Ein oberer Preßring 37 und ein unterer Preßring 38 werden aneinandergefügt, um einen Treibpreßring mit einem Gußhohlraum 39 für ein Unterbringen des kurzen, dickwandigen, hohlen Zylinders 35 zu formen. Der Guß hohlraum 39 hat eine Höhe, die etwas größer als die des metallischen Materials 35 ist.

Ein Mittenzapfen 40 ist an dem unteren Preßring 38 in einer aufwärts gerichte ten Position befestigt, um vom Mittelpunkt des Gußhohlraums 39 nach oben vor zuragen. Der vorragende Abschnitt des Mittelzapfens 40 hat den gleichen Durch messer wie der Innendurchmesser des Innenrohres 33. Das Durchgangsloch 35a des metallischen Materials 35 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Durch messer des vorragenden Abschnitts des Mittenzapfens 40, so daß der letztere in den ersteren eingerückt werden kann. Der vorragende Abschnitt des Mittenzapfens 40 hat eine größere Höhe als die des metallischen Materials 35. Auswerferstifte 41 sind durch den unteren Preßring 38 hindurch angeordnet, um ein getriebenes Produkt aus dem Gußhohlraum 39 herauszustoßen.

Ein rohrförmiges Treibeisen 42 wird von einer nicht dargestellten Preßvorrich tung in vertikaler Richtung beweglich und koaxial mit dem Mittenzapfen 40 ge halten. Der Stirnabschnitt (untere Seite in Fig. 4A und 4B) des rohrförmigen Treibeisens 42 hat ringförmige innere und äußere Rücken 43 und 44, die radial in ausgewählten Abständen von dessen innerer bzw. äußerer Seitenwandungs-Ober fläche vorstehen. Die pressende Stirnfläche des rohrförmigen Treibeisens 42 hat kegelförmige Flächen 46 und 47 mit einem Scheitelpunkt an einer ausge wählten Position von ihr. Ein erster Zwischenraum zwischen dem äußeren Rücken 44 und dem Gußhohlraum 39 ist gleich der Wandungsdicke des Außenrohres 32 des Doppelrohres 31; und ein zweiter Zwischenraum zwischen dem inneren Rücken 43 und dem Mittenzapfen 40 ist gleich der Wandungsdicke des Innenrohres 33 des Doppelrohres 31. Während des Kalttreibens wird das in den Gußhohlraum 39 ge legte metallische Material 35 durch das rohrförmige Treibeisen gepreßt, wobei es dadurch das metallische Material zwingt, getrennt in den ersten Zwischen raum zwischen dem Gußhohlraum 39 und dem äußeren Rücken 44 des rohrförmigen Treibeisens 42 und in den zweiten Zwischenraum zwischen dem inneren Rücken 43 des rohrförmigen Treibeisens 42 und dem Mittenzapfen 40 in solch einer Weise plastisch zu fließen, wie von den leeren Pfeilen der Fig. 5 dargestellt ist, um das Außen- und Innenrohr 32 und 33 zu formen.

Während des Kalttreibens zum Herstellen des am einen Ende geschlossenen Doppel rohres 31 dieses Beispiels wird stets eine flußteilende Furche 48 in dem ge schlossenen Ende 34 zwischen dem Innen- und Außenrohr 33 und 32 erzeugt. Die flußteilende Furche 48 ist ein Verzweigen, an welchem der plastische Fluß des metallischen Materials 35 in Flüsse zum Außen- und Innenrohr 32 und 33 hin getrennt wird, wie durch die leeren Pfeile in Fig. 5 dargestellt ist. Die Fließgeschwindigkeit oder Verschiebung ist an der flußteilenden Furche 48 in der Radialrichtung Null.

Das Längenverhältnis H_innen/H_außen (siehe Fig. 1) des Innen- und Außenrohres 33 und 32 variiert mit der Position der flußteilenden Furche 48. Besonders vergrößert eine Ablenkung der flußteilenden Furche nach innen die relative Materialzufuhr für das Außenrohr 32 und vergrößert dadurch die Höhe des Außen rohres 32 (d. h. kleinerer H_inn/H_außen-Wert) Im entgegengesetzten Sinn ver größert eine Ablenkung der flußteilenden Furche nach außen die relative Mate rialzufuhr für das Innenrohr 33 und vergrößert dadurch die Höhe des Innenroh res 32 (d. h. größerem H_innen/H_außen-Wert).

Das Längenverhältnis des Außen- und Innenrohres 33 und 32 variiert auch mit den Verhältnissen A_innen/A_gesamt und A_außen/A_gesamt der Querschnitte A_innen und A_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 zum Querschnitt A_gesamt des metallischen Materials 35 oder mit dem Wandungsdickenverhältnis des Innen- und Außenrohres 33 und 32. Jedoch ist es gewöhnlich sehr schwierig, solche Querschnittsverhältnisse oder Wandungsdickenverhältnis so auszuwählen, daß sie ein gewünschtes Längenverhältnis des Innen- und Außenrohres 33 und 32 vorsehen. Überdies würde eine Veränderung in irgendeinem dieser Verhältnisse nicht nur die mechanischen Eigenschaften des getriebenen Produktes wie Festig keit und Wärmeleitfähigkeit verändern, sondern auch ein unerwünschtes Vergrö ßern im Gewicht des getriebenen Produktes wegen einer übermäßigen Wandungs dicke verursachen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Längenverhältnis des Innen- und Außenrohres 33 und 32 durch Einstellen der Position der flußteilenden Furche 48 gesteuert, nicht durch solche Querschnitts- oder Wandungsdickenverhältnisse. Das gewünschte Positionieren der flußteilenden Furche 48 kann einerseits durch Auswählen des Scheitelpunktortes und/oder Kegelgradienten der kegelför migen Oberflächen 46 und 47 bewirkt werden und andererseits durch Auswählen des Längenverhältnisses (L_innen/L_außen) des inneren und äußeren Rückens 43 und 44. In diesem Beispiel werden diese beiden Arten kombiniert.

Denn der Ort des Scheitelpunkts 45 und/oder der Kegelgradient der kegelför migen Oberflächen 46 und 47 und das Längenverhältnis des inneren und äußeren Rückens 43 und 44 werden beide durch einen einleitenden Versuch und Berech nung festgelegt, um die Position der flußteilenden Furche 48 für das Vorsehen eines gewünschten Wertes des Längenverhältnisses H_inn/H_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 zu steuern die verwendeten Versuchsdaten werden nach stehend im einzelnen beschrieben.

Um z. B. eine gemeinsame Höhe des Innen- und Außenrohres 33 und 32 vorzusehen, muß die flußteilende Furche 48 auf einem Radius r1 positioniert werden, wie festgelegt wird durch

A_innen/A_r1=A_außen/A_r2-r1

wo A_r1 den Querschnittsbereich des geschlossenen Endes 34 im Gebiet innerhalb des Radius r1 darstellt und A_r2-r1 den Querschnittsbereich des geschlossenen Endes 34 im Gebiet außerhalb des Radius r1 darstellt.

Um eine größere Höhe des Innenrohres 33 als des Außenrohres 32 vorzusehen, sollte die flußteilende Furche 48 außerhalb des Gebietes positioniert werden, das durch den Radius r1 bestimmt ist, und um im entgegengesetzten Sinn eine größere Höhe des Außenrohres 32 als des Innenrohres 33 vorzusehen, sollte die flußteilende Furche innerhalb des Gebietes positioniert werden, das durch den Radius r1 bestimmt ist.

Andererseits veranlaßt ein kleinerer Wert des Verhältnisses A_innen/A_außen der Querschnittsbereiche A_innen und A_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 die flußteilenden Furche 48, sich nach innen zu bewegen, und im entgegenge setzten Sinn veranlaßt ein größerer A_innen/A_außen-Wert die Furche 48, sich nach außen zu bewegen.

Wenn das Längenverhältnis (L_innen/L_außen) des inneren und äußeren Rückens 43 und 44 verändert wird, wird das getrennt zum äußeren und inneren Rohr 32 und 33 plastisch fließende metallische Material 35 der geänderten Reibungskraft wegen des geänderten Berührungsbereichs zwischen dem fließenden Material und den Rücken 43 und 44 ausgesetzt, indem sich dadurch die Widerstandskraft gegen den plastischen Fluß ändert, um die Position der flußteilenden Furche 48 zu ändern. In diesem Fall vergrößert ein kleinerer L_innen/L_außen-Wert der plasti schen Fluß zum Innenrohr 33 hin und veranlaßt dadurch die flußteilende Furche, sich nach außen zu bewegen, und im entgegengesetzten Sinn vergrößert ein grö ßerer L_innen/L_außen-Wert den plastischen Fluß zum Außenrohr 32 hin und veran laßt dadurch die flußteilende Furche 48, sich nach innen zu bewegen.

Diese Beziehung wird durch die in Fig. 6 eingetragenen Versuchswerte nachge wiesen, die eine Veränderung des Längenverhältnisses H_innen/H_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 zeigen, wenn die Länge L_innen des inneren Rückens 43 verändert wird, mit der Länge L_außen des äußeren Rückens 44, die konstant bei 1,7 mm gehalten wird. Das in diesem Versuch verwendete rohrförmige Treib eisen 42 hat keine kegelförmige Oberfläche, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Das Treibeisen 42 hat einen Innen- und Außendurchmesser von 9,5 mm bzw. 56,8 mm. Ein Mittenzapfen 40 mit einem Außendurchmesser von 7,5 mm und ein durch Preß ringe 37 und 38 festgelegter Gußhohlraum mit einem Innendurchmesser von 60 mm werden verwendet.

Obgleich die Position der flußteilenden Furche 48 vorzugsweise die gleiche wie oder dicht an der des Scheitelpunkts 45 ist, an der die kegelförmigen Oberflächen 46 und 47 sich schneiden, kann sie absichtlich durch Einstellen des Längenverhältnisses der Rücken 43 und 44 und/oder des Kegelgradienten der kegelförmigen Oberflächen 46 und 47 verschoben werden, wie vorstehend be schrieben wurde. Z.B. vergrößert ein größerer Gradient der inneren kegelförmi gen Oberfläche 46 den plastischen Fluß zum Innenrohr 33 hin und veranlaßt da durch die flußteilende Furche 48, sich nach außen zu bewegen, und im entge gengesetzten Sinn vergrößert ein größerer Gradient der äußeren kegelförmigen Oberfläche 47 den plastischen Fluß zum Außenrohr 32 hin und veranlaßt da durch die flußteilende Furche 48, sich nach innen zu bewegen.

Diese Beziehung wird durch die in Fig. 8 eingetragenen Versuchswerte nach gewiesen, die die Veränderung des Längenverhältnisses H_innen/H_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 zeigen, wenn der Kegelgradient der äußeren kegel förmigen Oberfläche 47 verändert wird. Fig. 9 zeigt das in diesem Versuch verwendete rohrförmige Treibeisen 42, das keine innere kegelförmige Oberfläche hat, sondern einen inneren Rücken 43 mit einer Länge L_innen von 20 mm, einen äußeren Rücken 44 mit einer Länge L_außen von 1,7 mm, einen Scheitelpunkt 45 der äußeren kegelförmigen Oberfläche 47, wobei der Scheitelpunkt von der Achse des Treibeisens 42 durch einen Radius von 8,8 mm entfernt ist. Das verwendete metallische Material 35 hat zwei Höhenpegel von 39 mm und 35 mm und einen ge meinsamen Durchmesser von 59 mm. Es kann aus Fig. 8 erkannt werden, daß das Längenverhältnis H_innen/H_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 auch durch den Gradienten der kegelförmigen Oberfläche 47 oder die Höhe des metallischen Materials 35 verändert werden kann.

Ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr 31 wird durch Kalttreiben in der Treibvorrichtung 36 in der folgenden Reihenfolge hergestellt.

Ein massives metallisches Material 35 wird in den Gußhohlraum 39 mit dem Mit tenzapfen 40 in das Durchgangsloch 35a des metallischen Materials 35 einge rückt gelegt, wie in Fig. 4A zu sehen ist. Eine (nicht dargestellte) Preß vorrichtung wird dann betätigt, um das rohrförmige Treibeisen 42 abzusenken, so daß die pressende Stirnfläche (kegelförmige Oberflächen 46 und 47) des Treibeisens 42 gegen das metallische Material 35 gepreßt werden, um das me tallische Material innerhalb des Gußhohlraumes 39 zusammenzupressen und zu zerquetschen, wie in Fig. 4B zu sehen ist. Dies veranlaßt das metallische Material 35 zu plastischem Fließen innerhalb des Hohlraumes 39, wobei es entgegengesetzt gerichtete getrennte Flüsse bildete die durch die Furche 48 geteilt sind, wie durch die leeren Pfeile in Fig. 5 angezeigt wird. Das metallische Material 35 wird so sowohl durch einen ersten Zwischenraum zwi schen dem Gußhohlraum 39 und dem äußeren Rücken 44 des rohrförmigen Treib eisens 42 hindurch als auch durch einen zweiten Zwischenraum zwischen dem inneren Rücken 43 des Treibeisens 42 und dem Mittenzapfen 40 hindurch auf wärts gepreßt, um das Außen- und Innenrohr 32 und 33 zu bilden, die durch das geschlossene Ende 34 zusammenhängen, wobei sie dadurch ein monolithisches, am einen Ende geschlossenes Doppelrohr 31 formen.

Es sollte in dieser Reihenfolge beachtet werden, daß das metallische Material 35 aufwärts mit der frei von mechanischem Hemmnis sich aufwärts bewegenden Fließfront fließt während es das Außen- und Innenrohr 32 und 33 bildet, wie aus Fig. 4B und 5 ersehen werden kann. Diese freie Bewegung der Fließfront ohne Hemmnis hindert in vorteilhafter Weise das Außen- und Innenrohr 32 und 33 an einer Faltenbildung, d. h. einer wellenförmigen Verformung entlang der Längs- oder Fließrichtung während seiner Ausbildung.

Im allgemeinen hängt die Neigung zum Faltenbilden von der Wandungsdicke der Rohre 32 und 33 ab. Eine Versuchsforschung durch die gegenwärtigen Erfinder zeigte, daß im Fall eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres mit einer relativ dünnen Wandung, wie in Fig. 4A und 4B zu sehen ist (z. B. so dünn wie 1 bis 2 mm) das Faltenbilden leicht auftritt, wenn das Verhältnis H_außen/D 2,5 oder größer ist, wobei H_außen und D die Höhe und der Außendurchmesser des Außenrohres 32 sind.

Die vorliegende Erfindung verhindert solch Faltenbilden wirkungsvoll und wird deshalb besonders vorteilhaft für die Herstellung eines am einen Ende geschlos senen Doppelrohres mit einem Verhältnis H_außen/D von 2,5 oder größer angewandt. Z.B. zeigen Fig. 10 und 11 einen Sammler mit dem Hauptkörper 49, der aus einem am einen Ende geschlossenen Doppelrohr 31 besteht, gewöhnlich mit einem H_außen/D von 2,5 oder größer.

Nachdem das Treiben vollendet ist, wird das rohrförmige Treibeisen 42 wegge hoben, und das getriebene Produkt oder ein am einen Ende geschlossenes Doppel rohr 31 wird dann aus dem Gußhohlraum 39 durch den Auswerfstift 41 ausgesto ßen. Im Fall, daß das getriebene Produkt zusammen mit dem Treibeisen 42 auch aus dem Hohlraum 39 weggehoben wird, wird das Produkt dann vom Treibeisen 42 mittels eines geeigneten (nicht dargestellten) Entferners entfernt.

Wenn das getriebene, am einen Ende geschlossene Doppelrohr 31 als der Haupt körper eines Sammlers 49 verwendet wird, der einen Teil eines Kühlkreislaufs bildet, sollte das Innenrohr 33 eine Länge H_innen gleich der oder bis zu et wa 20 mm länger als die Länge H_außen des Außenrohres 32 haben, so daß der H_innen/H_außen-Wert innerhalb des Bereichs von 0,9 bis 1,0 fällt.

Wenn z. B. ein getriebenes Produkt ein Verhältnis A_innen/A_außen von 0,091 zwi schen den Querschnittsbereichen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 haben sollte, würde ein rohrförmiges Treibeisen, das keine kegelförmige Stirnfläche hat (das Längenverhältnis von äußerem und innerem Rücken gleicht dem 1,0), aber einen H_innen/H_außen-Wert von 1,4 bis 1,6 liefern, der nicht innerhalb des vorstehend zitierten bevorzugten Bereichs fällt.

Ein in Fig. 9 dargestelltes rohrförmiges Treibeisen 50 gemäß einer bevorzug ten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung hat einen Scheitelpunkt 45 einer kegelförmigen Oberfläche 47, der 8,8 mm entfernt von der Achse des Treibeisens 50 oder auf einem Radius von 8,8 mm liegt eine kegelförmige Oberfläche 47 mit einem Gradientwinkel von 7°, eine innere Rückenlänge L_innen von 20 mm und eine äußere Rückenlänge L_außen von 1,7 mm. Ein Treiben durch Verwenden dieses Treibeisens 50 lieferte ein Produkt mit Abmessungen, die innerhalb des bevorzugten H_innen/H_außen-Bereichs von 0,9 bis 1,0 mit H_innen von 235 mm fal len. Wenn H_innen 195 mm beträgt, wird eine kegelförmige Oberfläche 47 mit einem Gradientwinkel von 13° erfolgreich verwendet.

Obgleich das rohrförmige Treibeisen 50 der Fig. 9 eine pressende Stirnfläche hat, in der der Innenbereich hinsichtlich des Scheitelpunkts 45 nicht kegel förmig, sondern flach ist, kann der Innenbereich hinsichtlich des Scheitel punkts 45 auch kegelförmig sein wie z. B. die kegelförmige Oberfläche 46 des in Fig. 5 dargestellten Treibeisens 42 im Herstellen eines getriebenen Pro dukts mit gewünschten Abmessungen, wenn die Position des Scheitelpunktes 45 und der Gradientwinkel ausgewählt sind, die auf einem vorbereitenden Versuch und einer Berechnung basieren.

Es kann natürlich verstanden werden, daß der Außenbereich hinsichtlich des Scheitelpunktes 45 statt dessen nicht kegelförmig, sondern flach sein kann, wie z. B. das in Fig. 12 dargestellte rohrförmige Treibeisen 51.

Ferner kann die pressende Stirn vollkommen flach sein, wie z. B. die in Figu ren 7 und 13 dargestellten Treibeisen 52 und 53. In diesem Fall kann ein gewünschtes Längenverhältnis H_innen/H_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 erzielt werden, wenn die Position der flußteilenden Furche 48 durch Auswählen des Längenverhältnisses L_innen/L_außen des inneren und äußeren Rückens 43 und 44 gesteuert wird, das auf einem vorbereitenden Versuch und einer Berechnung basiert. Das rohrförmige Treibeisen 52 der Fig. 7 hat einen längeren inneren Rücken 43 als ein äußerer Rücken 44, und das Treibeisen 53 der Fig. 13 hat einen längeren äußeren Rücken 44 als ein innerer Rücken 43.

Ein durch Verwenden irgendeines der rohrförmigen Treibeisen 42, 50, 51, 52 und 53 getriebenes, am einen Ende geschlossenes Doppelrohr kann als der Hauptkör per 49 eines Sammlers (ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs) verwendet werden, wie in Fig. 10 und 11 im Vertikalschnitt bzw. in Draufsicht dargestellt ist. Der Sammler-Hauptkörper 49 hat ein offenes Enden das zusammengedrückt ist, um den Durchmesser zu verringern, und mit einer Verschlußkuppel 54 verschweißt ist, die einen Abstand zur Spitze des Innenrohres 33 aufweist, um einen Weg für eine Kühlflüssigkeit vorzusehen. Der Sammler-Hauptkörper 49 enthält ein Trockenmittel oder Sikkativ 55, das zwischen Filztafeln (56, 57) und poröse Platten (58, 59) gepackt ist. Die porösen Platten 58 und 59 werden vom Innen- und Außenrohr 33 und 32 gestützt. Wie in Fig. 11 zu sehen ist, hat das ge schlossene Ende 34 des Sammler-Hauptkörpers 49 einen Kühlmitteleinlaß 60, Schraublöcher 61 und 62 und Positionierungslöcher 63 und 64, die später maschi nell bearbeitet wurden.

Obgleich die Treibvorrichtung 36 den am unteren Preßring 38 befestigten Mitten zapfen 40 aufweist, kann ein Mittenzapfen 66 im Innern des rohrförmigen Treib eisens 42 befestigt werden, wie z. B. eine in Fig. 14 dargestellte Treibvor richtung. In diesem Fall muß der Mittenzapfen 66 eine Länge aufweisen, die ge nügend größer ist als die Höhe des metallischen Materials 35 ist, so daß des sen vorragender Endabschnitt während des Treibens in einem im Zentrum des unteren Preßrings 38 offenen Loch 38a eingerückt ist.

Obgleich die Mittenzapfen 40 und 66 sich durch das Durchgangsloch 35a des me tallischen Materials 35 in den vorstehend beschriebenen Beispielen erstrecken, kann sich ein Mittenzapfen 68 nicht durch das metallische Material 35 hindurch erstrecken, wie er in einer Treibvorrichtung 67 verwendet wird, die in Fig. 15 und 16 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Mittenzapfen 68 im Innern des rohrförmigen Treibeisens 42 befestigt, wie in dem in Fig. 14 dargestell ten Fall. Die Spitze des Mittenzapfens 68 ist auf demselben Niveau der pressen den Stirnfläche des rohrförmigen Treibeisens 42 positioniert, so daß diese bei den ein metallisches Material 69 während des Treibens pressen und zerquetschen. Das metallische Material, das in den Gußhohlraum 39 dieser Treibvorrichtung 67 in der Form eines kurzen, festen Zylinders eingesetzt werden kann, benötigt aber kein Durchgangsloch, wie in Fig. 16 dargestellt ist.

Ein von der Treibvorrichtung 67 hergestelltes, am einen Ende geschlossenes Doppelrohr 70 weist das untere Ende des Innenrohres 33 auf, das auch von ei nem geschlossenen Ende 71 verschlossen ist. Wenn das am einen Ende geschlosse ne Doppelrohr 70 als ein Sammler-Hauptkörper 49 verwendet wird, der in Figu ren 19 und 11 dargestellt ist, muß das geschlossene Ende 71 gebohrt werden, um ein Durchgangsloch zu öffnen, das mit dem unteren Ende des Innenrohres 33 in Verbindung steht.

Das metallische Material 35 ist nicht auf eine Aluminium-Legierung begrenzt, sondern kann auch aus Kupfer, niedriggekohltem Stahl oder anderen Metallen oder Metallegierungen bestehen, die eine gute plastische Verformbarkeit oder Treibfähigkeit aufweisen.

Wenn das rohrförmige Treibeisen (42, 50, 51) eine kegelförmige Oberfläche (46, 47) an der pressenden Stirnfläche aufweist, kann das Längenverhältnis L_innen/L_außen der Rücken (43, 44) 1,0 betragen, weil die Position der flußteilenden Furche 48 durch die Scheitelposition und den Kegelgradienten der kegelförmigen Ober flächen 46 und 47 gesteuert wird.

Es kann billigerweise von einem Fachmann verstanden werden, daß das getriebe ne Produkt eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres (31, 70) der vorlie genden Erfindung in anderen unterschiedlichen Anwendungen, als es ein Sammler (49) ist, innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wie es durch die Ansprüche spezifiziert ist.

Um es zusammenzufassen, die vorliegende Erfindung hat die erkennbaren Vortei le, daß ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr effizient durch Treiben ei nes massiven metallischen Materials unter Verwenden eines rohrförmigen trei benden Treibeisens mit einer pressenden Stirnfläche hergestellt wird, die durch die kegelförmigen Oberflächen mit einem Scheitelpunkt an einer ausge wählten Position und einem ausgewählten Kegelgradienten und/oder mit innerem und äußerem Rücken mit einer ausgewählten Länge an der inneren und äußeren Seitenwandung festgelegt ist, und daß das Längenverhältnis des Innen- und Außenrohres des Doppelrohres einen gewünschten Wert durch Steuern der fluß teilenden Furche durch Auswählen der Scheitelpunktposition und/oder des Ke gelgradienten der kegelförmigen Oberflächen und/oder des Längenverhältnisses des inneren und äußeren Rückens aufweisen kann.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres, be stehend aus einem Außenrohr und einem Innenrohr, wobei das letztere im Innern des ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der am einen Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlossen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorbereiten eines Preßrings mit einem Gußhohlraum, einem rohrförmigen Treib eisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens ange ordnet ist;
Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum des Preßrings und
Pressen des metallischen Materials mit dem rohrförmigen Treibeisen, das da durch das metallische Material zu plastischem Fließen getrennt sowohl in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum des Preßrings und dem rohrförmigen Treibeisen als auch in einen zweiten Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen und dem Mittenzapfen zwingt, um das Außen- und das Innenrohr des Doppelrohres auszubilden, so daß die getrennten Flüsse des metallischen Materials in den ersten und den zweiten Zwischenraum mittels des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gesteuert werden, der eine Gestalt aufweist, die ausgelegt ist, für ausgewählte Mengen der getrennten Flüsse zu sorgen, indem sie dadurch dem Außen- und Innenrohr deren gewünsch tes Längenverhältnis zuteilt.

2. Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres, bestehend aus einem Außenrohr und einem Innenrohr, wobei das letztere im In nern des ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der am einen Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Mate rials geschlossen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorbereiten eines Preßrings mit einem Gußhohlraum, einem rohrförmigen Treib eisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens ange ordnet ist;
Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum des Preßrings und
Pressen des metallischen Materials mit dem rohrförmigen Treibeisen, das da durch das metallische Material zu plastischem Fließen getrennt sowohl in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum des Preßrings und dem rohrförmigen Treibeisen als auch in einen zweiten Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen und dem Mittenzapfen zwingt, um das Außen- und das Innenrohr des Doppelrohres auszubilden, so daß die getrennten Flüsse des metallischen Materials in den ersten und zweiten Zwischenraum mittels der pressenden Stirnfläche des rohrförmigen Treibeisens gesteuert werden, die eine kegelförmige Oberfläche mit einem ausgewählten Gradienten und ei nem Scheitelpunkt aufweist, der an einer ausgewählten Position der pressen den Stirnfläche liegt, wobei der Gradient und die Position so ausgewählt sind, um ausgewählte Mengen der getrennten Flüsse vorzusehen, die dadurch dem Außen- und dem Innenrohr deren gewünschtes Längenverhältnis zuteilt.

3. Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres, bestehend aus einem Außenrohr und einem Innenrohr, wobei das letztere im Innern des ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der am einen Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlossen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Vorbereiten eines Preßrings mit einem Gußhohlraum, einem rohrförmigen Treib eisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens ange ordnet ist;
Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum des Preßrings und
Pressen des metallischen Materials mit dem rohrförmigen Treibeisen, das dadurch das metallische Material zu plastischem Fließen getrennt sowohl in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum des Preßrings und dem rohrförmigen Treibeisen als auch in einen zweiten Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen und dem Mittenzapfen zwingt, um das Außen- und Innen rohr des Doppelrohres auszubilden, so daß die getrennten Flüsse des metalli schen Materials in den ersten und zweiten Zwischenraum mittels des Stirnab schnitts des rohrförmigen Treibeisens gesteuert werden, das äußere und in nere Rücken aufweist, die radial auswärts und einwärts von der äußeren und inneren Seitenwandungs-Oberfläche vorstehen; die Rücken weisen ein so aus gewähltes Längenverhältnis auf, um ausgewählte Mengen der getrennten Flüsse vorzusehen, indem sie dadurch dem Außen- und Innenrohr deren gewünschtes Längenverhältnis zuteilen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das metallische Material durch den ersten und zweiten Zwischenraum hindurch mit einer Flußvorderseite frei von mechanischem Hemmnis fließt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Außenrohr des Doppelrohres ein Verhältnis H_außen/D von nicht weniger als 2,5 aufweist, wobei H_außen und D die Höhe und der Durchmesser des Außenrohres sind.