DE4313802B4

DE4313802B4 - Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres

Info

Publication number: DE4313802B4
Application number: DE19934313802
Authority: DE
Inventors: Makoto Kariya Ito; Toshihiro Nagoya Imai; Tokuo Shirai; Seiji Toyohashi Utsunomiya
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: GB2266485A; GB9308590D0; JP2586436B2; JPH05305381A; GB2266485B; DE4313802A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines an einem Ende geschlossenen Doppelrohrs, das ein Außenrohr (32) und ein Innenrohr (33) umfaßt, wobei das Letztere im Inneren des Ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der an einem Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlossen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Vorbereiten eines Pressrings (38) mit einem Gußhohlraum (39) und einem Mittenzapfen (40),
Vorsehen eines rohrförmigen Treibeisens (42), das auf einer Mittenlinie des Mittenzapfens (40) angeordnet ist, mit einer Stirnfläche, in welcher sich zwei Oberflächen (46, 47) an einem Scheitel kreuzen, so dass getrennte Flüsse des metallischen Materials in einen ersten Raum zwischen dem Gußhohlraum (39) des Pressrings (38) und dem rohrförmigen Treibeisen (42), und in einen zweiten Raum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen (42) und dem Mittenzapfen (40) erhalten werden, um das Außenrohr (32) und das Innenrohr (33) zu erhalten,
Einbringen eines massiven metallischen Materials in...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 21 13 593 A beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines an einem Ende geschlossenen Doppelrohres als einen einstückigen Körper mittels Treiben. Bei diesem Verfahren wird ein in einem Gußhohlraum befindliches massives metallisches Material mit einem rohrförmigen Treibeisen schlagartig in Richtung der Rohrachse des Treibeisens gepreßt, wobei das metallische Material entlang den inneren und äußeren Seitenwandoberflächen des Treibeisens fließt. Dadurch entsteht innerhalb des rohrförmigen Treibeisens ein Innenrohr und außerhalb des Treibeisens ein Außenrohr. Die jeweilige Länge des Innen- oder Außenrohrs läßt sich dabei nur schwer steuern. Diese Druckschrift geht nicht darauf ein, wie gewünschte Längen äußerer und innerer Rohre erhalten werden können. Eine gewünschte Länge der äußeren und inneren Rohre könnte allenfalls erreicht werden, indem ein Treibeisen verwendet wird, das an den äußeren und inneren Seitenwandflächen Stirnflächen zum Aushalten der vorderen Enden der äußeren und inneren Rohre bei Erreichen einer gewünschten Länge aufweist. Dies würde jedoch unvermeidlich ein Ansteigen der Last während des Formvorgangs bewirken.

2 zeigt ein anderes , am einen Ende geschlossenes Doppelrohr 21, das in geeigneter Weise als ein Bestandteil einer Sammlereinheit für einen Kühlkreislauf verwendet wird. Das übliche am einen Ende geschlossene Doppelrohr 21 wird durch Vernieten eines Innenrohrstückes 24 mit einem anderen Außenrohrstück 22 am Bodenabschnitt des letzteren hergestellt.

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

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

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

Treiben sieht andererseits solche hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit im Vergleich zu Gießen vor und wird als ein geeignetes Verfahren 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 Innenrohr wie einen monolithischen Körper durch Treiben eines, massiven metallischen 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.

Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Doppelrohr so hergestellt werden kann, dass die Längen der äußeren und inneren Rohre vorbestimmbar sind, ohne die Formlast zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2. Da hier eine Stirnfläche bzw. ein Stirnabschnitt des rohrförmigen Treibeisens, welches mit dem metallischen Material zuerst in Kontakt kommt, in seiner Querschnittsform so gewählt ist, dass die Materialmengen, die jeweils an der äußeren und der inneren Seitenwandoberfläche fließen, vorbestimmt sind, sind auch die Längen des entstehenden Aussenrohrs und des Innenrohrs vorbestimmt. Da dabei die Rohre nicht mechanisch aufgehalten werden, wird dies erzielt, ohne die Formlast zu erhöhen.

Gemäß einem Aspekt 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 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 Treibeisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens angeordnet 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 das Innenrohr des Doppelrohres auszubilden, so daß die getrennten Flüsse des metallischen Materials in den ersten und den zweiten Zwischenraum mittels der pressenden Stirnfläche des rohrförmigen Treibeisens gesteuert werden, die eine kegelförmige Oberfläche mit einem ausgewählten Gradienten und mit einem Scheitelpunkt hat, der an einer ausgewählten Position der pressenden Stirnfläche liegt, wobei der Gradient und die Position so ausgewählt sind, um die gewünschten Mengen der getrennten Flüsse vorzusehen, indem sie dadurch dem Außenund dem Innenrohr deren gewünschtes Längenverhältnis zuteilen.

Gemäß einem anderen Aspekt 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 ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der an einem 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 Treibeisen und einem Mittenzapfen, der an der Mittellinie des Treibeisens angeordneet 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 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 Treibeisem 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 getrennten Flüsse vorzusehen, indem sie dadurch dem Außen- und dem Innenrohr deren gewünschtes Längenverhältnis zuteilen.

Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein massives metallisches Material im Gußhohlraum eines Treibpreßrings eingebracht und wird dann durch ein rohrförmiges Treibeisen gepreßt, das dadurch das metallische Material zu plastischem Fließen getrennt in einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum des Preßrings und dem Treibeisen und in einen zweiten Zwischenraum zwischen 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 im Patentanspruch 1 angegeben 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, dh., der Scheitelpunkt und der Kegelgradient des Stirnabschnitts bestimmen die Position einer teilenden 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 Verhältnis der Längen des Außen- und Innenrohres festlegt, wird ein gewünschtes Verhältnis der Außen- und Innenrohrlänge durch ein geeignetes Festlegen der Scheitelpunktposition und/oder des Kegelgradienten entsprechend einem vorab ermittelten Zusammenhang erzielt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er im Patentanspruch 2 angegeben ist, wird das Treiben durch Verwenden eines rohrförmigen 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, dh., das Längenverhältnis (oder Reibungsgebietverhältnis) der äußeren und inneren Rücken des Stirnabschnitts bestimmen die Position einer teilenden 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 Festlegen des Längenverhältnisses von äußerem und innerem Rücken entsprechend einem vorab ermittelten Zusammenhang erzielt.

Es wird vernünftigerweise erkannt werden, daß des rohrförmige Treibeisen sowohl mit kegelförmiger Oberfläche als auch mit äußerem und inneren Rücken versehen werden kann, so daß das Rückenlängenverhältnis und der Scheitelpunktort und der Kegelgradient so ausgewählt werden können, um die Position der den Flußeteilenden Furche zu steuern, wobei sie dadurch das Längenverhältnis zwischen dem Außen- und Innenrohr eines Doppelrohrproduktes steuert.

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

Das Außenrohr des Doppelrohres hat vorzugsweise ein Verhälnis H_außen/D von nicht weniger als 2.5, wobei H_auß _en und D die Höhe und der Durchmesser des Außenrohres sind.
1 zeigt ein am einen Ende geschlossenes, durch Treiben hergestelltes Doppelrohr gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
2 zeigt ein übliches, am einen Ende geschlossenes Doppelrohr im Querschnitt;
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;
4A u. 4B zeigen eine Ausführung einer Treibvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vor bzw, während des Treibens im Querschnitt;
5 zeigt die in 4A und 4B dargestellte Treibvorrichtung im Abschnitt rund um die pressende Stirnfläche eines rohrförmigen Treibeisens in einem vergrößertem Maßstab;
6 ist eine graphische Darstellung, die das Längenverhältnis des Innenund Außenrohres als eine Funktion der inneren Rückenlänge zeigt;
7 zeigt ein Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
8 ist eine graphische Darstellung, die das Längenverhältnis des Innenund Außenrohres als eine Funktion des Kegelwinkels der Kegeloberfläche zeigt;
9 zeigt ein anderes Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
10 zeigt einen Sammler, in dem ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr gemäß der vorliegenden Erfindung als der Hauptkörper verwendet wird, im Querschnitt;
11 ist eine Draufsicht des in 10 dargestellten Sammlers;
12 zeigt ein anderes Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
13 zeigt ein anderes Beispiel des Stirnabschnitts des rohrförmigen Treibeisens gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt:
14 zeigt eine andere Ausführung der Treibvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
15 zeigt eine andere Ausführung der Treibvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; und
16 zeigt ein anderes Beispiel von metallischem Material, das in ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr gemäß der vorliegenden Erfindung getrieben werden soll, in perspektiver Ansicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
1 zeigt ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr, das durch ein Verfahren 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 Innenrohr 33 mit einem geschlossenen Ende 34 besteht. Das Innenrohr 33 öffnet sich an seinen beiden Enden, dh., 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 geschlossene Ende 34 geschlossen.
Das am einen Ende geschlossene Doppelrohr 31 wird aus einem massiven metallischen Material 35 mit solch einer guten plastischen Verformbarkeit oder Treibformbarkeit 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.
4A und 4B verdeutlichen schematisch eine Ausführung 36 zum Herstellen des am einen Ende geschlossenen Doppelrohres 31 aus einem massiven metallischen 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 Gußhohlraum 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 gerichteten Position befestigt, um vom Mittelpunkt des Gußhohlraums 39 nach oben vorzuragen. Der vorragende Abschnitt des Mittelzapfens 40 hat den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Innenrohres 33. Das Durchgangsloch 35a des metallischen Materials 35 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Durchmesser 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 Preßvorrichtung in vertikaler Richtung beweglich und koaxial mit dem Mittenzapfen 40 gehalten. Der Stirnabschnitt (untere Seite in 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 ausgewählten 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 gelegte metallische Material 35 durch das rohrförmige Treibeisen gepreßt, wobei es dadurch das metallische Material zwingt, getrennt in den ersten Zwischenraum 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 5 dargestellt ist, um das Außen- und Innenrohr 32 und 33 zu formen.
Während des Kalttreibens zum Herstellen des am einen Ende geschlossenen Doppelrohres 31 dieses Beispiels wird stets eine flußteilende Furche 48 in dem geschlossenen 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 5 dargestellt ist. Die Fließgeschwindigkeit oder Verschiebung ist an der flußteilenden Furche 48 in der Radialrichtung null.
Das Längenverhältnis H_innen/H_außen (siehe 1) des Innen- und Außenrohres 33 und 32 variiert mit der Po sition 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 Außenrohres 32 (dh. kleinerer H_inn./H_außen-Wert). Im entgegengesetzten Sinn vergrößert eine Ablenkung der flußteilenden Furche nach außen die relative Materialzufuhr für das Innenrohr 33 und vergrößert dadurch die Höhe des Innenrohres 32 (dh. größerer 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 Innenund 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 Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit verändern, sondern auch ein unerwünschtes Vergrößern im Gewicht des getriebenen Produktes wegen einer übermäßigen Wandungsdicke 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 kegelförmigen 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 kegelförmigen Oberflächen 46 und 47 und das Längenverhältnis des inneren und äußeren Rückens 43 und 44 werden beide durch einen einleitenden Versuch und Berechnung festgelegt, um die Position der flußteilenden Furche 48 für das Vorsehen eines gewünschten Wertes des Längenverhältnisses H_innen/H_außen des Innen- und Außenrohres 33 und 32 zu steuern. die verwendeten Versuchsdaten werden nachstehend 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 Ainnen/Ar1 = Aaußen/Ar2–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 entgegengesetzten 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 den plastischen Fluß zum Innenrohr 33 hin und veranlaßt dadurch die flußteilende Furche, sich nach außen zu bewegen, und im entgegengesetzten Sinn vergrößert ein größerer L_innen/L_außen-Wert den plastischen Fluß zum Außenrohr 32 hin und veranlaßt dadurch die flußteilende Furche 48, sich nach innen zu bewegen.
Diese Beziehung wird durch die in 6 eingetragenen Versuchswerte nachgewiesen, die eine Veränderung des Längenverhältnisses H_innen/H_außen des Innenund Außenrohres 33 und 32 zeigen, wenn die Länge L_innen des inneren Rückens 43 verändert wird, mit der Länge L_auß _en des äußeren Rückens 44, die konstant bei 1,7 mm gehalten wird. Das in diesem Versuch verwendete rohrförmige Treibeisen 42 hat keine kegelförmige Oberfläche, wie in 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 Preßringe 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 beschrieben wurde. Z.B, vergrößert ein größerer Gradient der inneren kegelförmigen Oberfläche 46 den plastischen Fluß zum Innenrohr 33 hin und veranlaßt da durch die flußteilende Furche 48, sich nach außen zu bewegen, und im entgegengesetzten Sinn vergrößert ein größerer Gradient der äußeren kegelförmigen Oberfläche 47 den plastischen Fluß zum Außenrohr 32 hin und veranlaßt dadurch die flußteilende Furche 48, sich nach innen zu bewegen.
Diese Beziehung wird durch die in 8 eingetragenen Versuchswerte nachgewiesen, die die Veränderung des Längenverhältnisses H_innen/H_außen des Innenund Außenrohres 33 und 32 zeigen, wenn der Kegelgradient der äußeren kegelförmigen Oberfläche 47 verändert wird. 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 gemeinsamen Durchmesser von 59 mm. Es kann aus 8 erkannt werden, daß das Längenverhältnis L_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 Mittenzapfen 40 in das Durchgangsloch 35a des metallischen Materials 35 eingerückt gelegt, wie in 4A zu sehen ist. Eine (nicht dargestellte) Preßvorrichtung 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 metallische Material innerhalb des Gußhohlraumes 39 zusammenzupressen und zu zerquetschen, wie in 4B zu sehen ist. Dies veranlaßt das metallische Material 35 zu plastischem Fließen innerhalb des Hohlraumes 39, wobei es entpegenpesetzt gerichtete getrennte Flüsse bildet, die durch die Furche 48 geteilt sind, wie durch die leeren Pfeile in 5 angezeigt wird. Das metallische Material 35 wird so sowohl durch einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gußhohlraum 39 und dem äußeren Rücken 44 des rohrförmigen Treibeisens 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 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, dh. 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 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 geschlossenen Doppelrohres mit einem Verhältnis H_außen/D von 2,5 oder größer angewandt. Z.B. zeigen 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 weggehoben, und das getriebene Produkt oder ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr 31 wird dann aus dem Gußhohlraum 39 durch den Auswerfstift 41 ausgestoßen. 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 Hauptkörper eines Sammlers 49 verwendet wird, der einen Teil eines Kühlkreislaufs bildet, sollte das Innenrohr 33 eine Länge H_innen gleich der oder bis zu etwa 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 zwischen 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 9 dargestelltes rohrförmiges Treibeisen 50 gemäß einer bevorzugten 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 fallen. Wenn H_innen 195 mm beträgt, wird eine kegelförmige Oberfläche 47 mit einem Gradientwinkel von 13° erfolgreich verwendet.
Obgleich das rohrförmige Treibeisen 50 der 9 eine pressende Stirnfläche hat, in der der Innenbereich hinsichtlich des Scheitelpunkts 45 nicht kegelförmig, sondern flach ist, kann der Innenbereich hinsichtlich des Scheitelpunkts 45 auch kegelförmig sein wie z.B. die kegelförmige Oberfläche 46 des in 5 dargestellten Treibeisens 42 im Herstellen eines getriebenen Produkts 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 12 dargestellte rohrförmige Treibeisen 51.
Ferner kann die pressende Stirn vollkommen flach sein, wie z.B. die in 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 7 hat einen längeren inneren Rücken 43 als ein äußerer Rücken 44, und das Treibeisen 53 der 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 Hauptkörper 49 eines Sammlers (ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs) verwendet werden, wie in 10 und 11 im Vertikalschnitt bzw. in Draufsicht dargestellt ist. Der Sammler-Hauptkörper 49 hat ein offenes Ende, 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 Innenund Außenrohr 33 und 32 gestützt. Wie in 11 zu sehen ist, hat das geschlossene Ende 34 des Sammler-Hauptkörpers 49 einen Kühlmitteleinlaß 60, Schraublöcher 61 und 62 und Positionierungslöcher 63 und 64, die später maschinell bearbeitet wurden.
Obgleich die Treibvorrichtung 36 den am unteren Preßring 38 befestigten Mittenzapfen 40 aufweist, kann ein Mittenzapfen 66 im Innern des rohrförmigen Treibeisens 42 befestigt werden, wie z.B. eine in 14 dargestellte Treibvorrichtung. In diesem Fall muß der Mittenzapfen 66 eine Länge aufweisen, die genügend größer ist als die Höhe des metallischen Materials 35 ist, so daß dessen 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 metallischen 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 15 und 16 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Mittenzapfen 68 im Innern des rohrförmigen Treibeisens 42 befestigt, wie in dem in 14 dargestellten Fall. Die Spitze des Mittenzapfens 68 ist auf demselben Niveau der pressenden Stirnfläche des rohrförmigen Treibeisens 42 positioniert, so daß diese beiden 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 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 einem geschlossenen Ende 71 verschlossen ist. Wenn das am einen Ende geschlossene Doppelrohr 70 als ein Sammler-Hauptkörper 49 verwendet wird, der in 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 Längenver-hältnis 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 Oberflächen 46 und 47 gesteuert wird.
Es kann billigerweise von einem Fachmann verstanden werden, daß das getriebene Produkt eines am einen Ende geschlossenen Doppelrohres (31,70) der vorliegenden 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 Vorteile, daß ein am einen Ende geschlossenes Doppelrohr effizient durch Treiben eines massiven metallischen Materials unter Verwenden eines rohrförmigen treibenden Treibeisens mit einer pressenden Stirnfläche hergestellt wird, die durch die kegelförmigen Oberflächen mit einem Scheitelpunkt an einer ausgewählten 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 flußteilenden Furche durch Auswählen der Scheitelpunktposition und/oder des Kegelgradienten der kegelförmigen Oberflächen und/oder des Längenverhältnisses des inneren und äußeren Rückens aufweisen kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines an einem Ende geschlossenen Doppelrohrs, das ein Außenrohr (32) und ein Innenrohr (33) umfaßt, wobei das Letztere im Inneren des Ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der an einem Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlossen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Vorbereiten eines Pressrings (38) mit einem Gußhohlraum (39) und einem Mittenzapfen (40), Vorsehen eines rohrförmigen Treibeisens (42), das auf einer Mittenlinie des Mittenzapfens (40) angeordnet ist, mit einer Stirnfläche, in welcher sich zwei Oberflächen (46, 47) an einem Scheitel kreuzen, so dass getrennte Flüsse des metallischen Materials in einen ersten Raum zwischen dem Gußhohlraum (39) des Pressrings (38) und dem rohrförmigen Treibeisen (42), und in einen zweiten Raum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen (42) und dem Mittenzapfen (40) erhalten werden, um das Außenrohr (32) und das Innenrohr (33) zu erhalten, Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum (39) des Pressrings (38) und Pressen des metallischen Materials mit dem Pressring (38), der dadurch das metallische Material zum plastischen getrennten Fließen in die ersten und zweiten Räume zwingt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Außenrohr und dem Innenrohr ein gewünschtes Längenverhältnis zugeteilt wird, indem eine bestimmte Position des Scheitels oder ein bestimmter Gradient einer Kegeloberfläche, die eine der zwei die Stirnfläche des Treibeisens bildenden Flächen ist, entsprechend einem vorab ermittelten Zusammenhang festgelegt werden.
Verfahren zur Herstellung eines an einem Ende geschlossenen Doppelrohrs, das ein Außenrohr (32) und ein Innenrohr (33) umfaßt, wobei das Letztere im Inneren des Ersteren mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, der an einem Ende des Doppelrohres durch Treiben eines massiven metallischen Materials geschlossen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Vorbereiten eines Pressrings (38) mit einem Gußhohlraum (39) und einem Mittenzapfen (40), Vorsehen eines rohrförmigen Treibeisens (42), das auf einer Mittenlinie des Mittenzapfens (40) angeordnet ist, mit einem Stirnabschnitt mit äußeren und inneren Rücken (44, 43), die jeweils radial nach außen und innen von äußeren und inneren Seitenwandoberflächen des Treibeisens vorstehen, so dass getrennte Flüsse des metallischen Materials in einen ersten Raum zwischen einem Gußhohlraum (39) eines Pressrings (38) und dem rohrförmigen Treibeisen (42), und in einen zweiten Raum zwischen dem rohrförmigen Treibeisen (42) und einem Mittenzapfen (40) zur Bildung der äußeren und inneren Rohre des Doppelrohrs erhalten werden, Einbringen eines massiven metallischen Materials in den Gußhohlraum (39) des Pressrings (38) und Pressen des metallischen Materials mit dem Pressring (38), der dadurch das metallische Material zum plastischen getrennten Fließen in die ersten und zweiten Räume zwingt, dadurch gekennzeichnet, dass den äußeren und inneren Rohren ein gewünschtes Längenverhältnis zugeteilt wird, indem ein bestimmtes Längenverhältnis der äußeren und inneren Rücken entsprechend einem vorab ermittelten Zusammenhang festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Material durch den ersten und zweiten Raum hindurch mit einer Flussvorderseite frei von mechanischem Hemmnis fließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Längenverhältnis so eingestellt wird, dass das Außenrohr (32) des Doppelrohrs ein Verhältnis H_außen/D von nicht weniger als 2,5 aufweist, wobei H_außen und D die Höhe und der Durchmesser des Außenrohrs (32) sind.