DE4322902A1 - Verfahren zur Herstellung von Wellrohren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von WellrohrenInfo
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Description
Es ist bekannt, daß in vielen Fällen Metallrohre verwendet
werden, die auf einem Teil ihrer Länge eine Mantellinie in
Wellen oder in gebrochener Form zeigen, da sie an ihrem Umfang
eine Folge abwechselnder Vorsprünge und Einziehungen
aufweisen. Diese Welligkeiten sollen beispielsweise das
Biegen des Rohres zur Herstellung von Bögen verschiedener
Winkel erleichtern oder die Steifheit des Rohres vor
Axialbeanspruchungen vermindern. Dies letztere gilt für die
Rohre, in denen die Lenkspindeln von Kraftfahrzeugen
angeordnet werden, und bei denen eine Verformung mit
Verminderung der Länge vor einem Frontalaufprall von
Interesse ist, um zu verhindern, daß sie sich in eine den
Fahrer und die Fahrzeuginsassen bedrohende Waffe verwandeln.
Gegenwärtig besteht das am häufigsten für die Herstellung von
Wellrohren, d. h. von Rohren des vorbeschriebenen Typs,
eingesetzte Verfahren in der Verwendung einer Form aus zwei
Hälften, die sich an den Bereich des Rohrs, in dem die
Wellenform erreicht werden soll, anlegen und ihn umschließen,
und in denen die Aufeinanderfolge abwechselnder Rippen und
Einziehungen, die diese Wellenform definieren,
vorgesehen ist. Die Anpassung des Rohrs an die Wände der Form
erfolgt durch die Einleitung einer unter Druck stehenden
Flüssigkeit in das Rohr, wodurch dieses gezwungen wird, sich
zu dehnen. Mit diesem Verfahren werden ausgezeichnete
Ergebnisse immer dann erzielt, wenn das Verhältnis zwischen
dem Rohrdurchmesser und den Abmessungen der Verformung, die
man im Rohr herbeiführen will, d. h. der Unterschied zwischen
dem größten und dem kleinsten Durchmesser, den das Rohr in der
welligen Zone aufweisen soll, nicht über bestimmte Grenzen
hinausgeht. Geht man über diese Werte hinaus, so kommt es
unweigerlich zu Rissen an den dem größten äußeren Durchmesser
entsprechenden Stellen, sofern man nicht mit übertriebenen
Wandstärken arbeitet. Der erwähnte Nachteil ist andererseits
sämtlichen Verfahren gemeinsam, bei denen die
Verformung des Rohrs zur Bildung des Wellbereichs gleichzeitig
im gesamten Bereich durchgeführt wird.
Es ist tatsächlich leicht zu verstehen, daß die in der
Entstehung befindlichen Wellen selbst eine Verschiebung von
Material in Axialrichtung verhindern oder zumindest erheblich
behindern und an den dem größten Durchmesser entsprechenden
Stellen beträchtliche Spannungen schaffen.
Die Erfindung hat nun gerade ein Verfahren zum Gegenstand, bei
dem die aufeinanderfolgenden, peripherischen Welligkeiten, die
das fertige Rohr aufweisen soll, im wesentlichen einzeln,
eine nach der anderen, hergestellt werden, so daß sich der
Werkstoff immer axial in einer Richtung verschieben kann und
nie einer übertriebenen Spannung ausgesetzt wird, die sein
Reißen verursachen oder eine unzulässige Schwächung
herbeiführen könnte. Mit diesem Verfahren gibt es schließlich
praktisch keine Grenzen hinsichtlich des Verhältnisses
zwischen dem Rohrdurchmesser und der Größe der Verformung.
Unter diesen Bedingungen ist zu verstehen, daß das
erfindungsgemäße Verfahren, obwohl es natürlich eine
umfangreiche Skala an Anwendungen zuläßt, besonders für die
Herstellung von Wellrohren kleiner Durchmesser und ganz
besonders der Rohre geeignet ist, in die die Lenkspindel von
Kraftfahrzeugen eingesetzt wird.
Um die genannten Ziele zu erreichen, beruht das
erfindungsgemäße Verfahren auf der Herstellung einer inneren
Form, die in den Bereich des Rohres eingeführt wird, der eine
Wellenform erhalten soll, und einer äußeren Form, die diese
Zone umhüllt und die im wesentlichen aus einer Folge gleicher,
übereinanderliegender, kreisbogen- oder kranzförmiger Elemente
gebildet wird, von denen jedes seinerseits aus einer
bestimmten Anzahl gleicher Sektoren besteht, die in radialer
Richtung um einen bestimmten Betrag verstellt werden können,
zwischen einer Stellung, in der sie die Rohrwand an die innere
Form anlegen, und einer entgegengesetzten Endstellung, in der
sie sich von dieser Wand trennen und die Einführung des Rohres
vor dem Arbeitsgang und seine Entnahme nach der Verformung
ermöglichen.
Im Hinblick auf diese Entnahme besteht die innere Form
ebenfalls aus einer bestimmten Anzahl radial verstellbarer
Teile.
Unter den geschilderten Bedingungen ist einzusehen, daß es
genügt, nacheinander die die äußere Form bildenden Elemente zu
betätigen, um ebenfalls nacheinander an dem zu bearbeitenden
Rohr die gewünschten Umfangswelligkeit zu erzeugen und dabei
die vorerwähnten Spannungen zu vermeiden.
Die Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen leichter
zu verstehen, auf die in der nachstehenden Erläuterung Bezug
genommen wird und in denen ganz schematisch und
selbstverständlich ohne einschränkende Wirkung jeglicher Art
ein konkretes Beispiel für die praktische Ausführung der
Erfindung gezeigt wird.
In diesen Zeichnungen zeigt
Abb. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Gesamtwerkzeugs für die praktische Ausführung der Erfindung.
Abb. 2 und 3 zeigen je einen Querschnitt des gleichen, in der
vorstehenden Abbildung dargestellten Werkzeugs, wobei die das
Werkzeug bildenden Elemente in den beiden Endstellungen
erscheinen, die sie einnehmen können.
Wir beziehen uns für die nachstehende Erläuterung auf diese
Zeichnungen:
Erfindungsgemäß wird für die Bildung eines Welligkeitsbereichs
2 an einem beliebigen Metallrohr 1 eine innere Form
vorgesehen, die in diesen Bereich eingeführt wird und als
Gegenhalter wirkt und auf die später im Einzelnen eingegangen
wird, und eine äußere Form, die im wesentlichen besteht aus
einer bestimmten Anzahl gleicher, übereinander
angeordneter Elemente 3I-3II-3III-3IV-3V- . . . 3n-, von denen jedes
seinerseits aus einer bestimmten Anzahl gleicher, getrennter,
sektorartiger Teile 3a-3b-3c-3d-3e- . . .
eines Kranzes besteht, die einen Kreis um das Rohr 1 bilden.
Diese Teile können gezwungen werden, sich radial zu
verschieben, zwischen einer (in Abb. 2 dargestellten)
Position, in der sie auf die Wände des Rohrs 1 einwirken und
sie an den Gegenhalter anlegen, und einer entgegengesetzten
Stellung (dargestellt in Abb. 3), in der sie von diesen
Wänden getrennt sind und die Entnahme des bereits mit Wellen
versehenen Rohrs oder die Einführung eines neuen, zu
bearbeitenden Rohrs ermöglichen. Es ist daraus zu entnehmen,
daß diese Verschiebungen sehr gering sind und lediglich dem
zwischen dem größten und dem kleinsten Halbmesser des ver
formten Rohrs bestehenden Unterschied entsprechen.
In einer bevorzugten Ausführungsweise wird jedes der Elemente
3, aus denen die äußere Form besteht, so konstruiert, daß es -
natürlich in Verbindung mit der inneren Form - eine einzige
der Umfangswelligkeiten des Wellenbereichs 2 des Rohrs
bestimmt, wozu die Innenränder 4 der aufeinanderfolgenden
Sektoren, aus denen besagtes Element besteht, so ausgebildet
werden, daß sie diese Welligkeit definieren. Es wäre jedoch
ohne weiteres möglich, daß jedes dieser besagten Elemente die
Bildung nicht einer einzigen, sondern zweier oder mehrerer
aufeinanderfolgender Welligkeiten bestimmt und dabei an
besagten Rändern die für diesen Zweck geeignete Form aufweist.
Diese Möglichkeit ist jedoch nur gegeben, wenn das Verhältnis
zwischen dem Rohrdurchmesser und der Tiefe der
Umfangswelligkeiten, die an diesem Rohr zu bestimmen sind,
nicht unterhalb einer bestimmten Schwelle liegt, die von einer
Anzahl Faktoren abhängig ist (Dicke, Art und Güte des
Rohrwerkstoffs, konkretes Profil der Welligkeit usw.).
Es ist zu verstehen, daß es für die Art der Führung und der
Bestimmung der radialen Verstellungen der Sektoren, aus denen
die die Form bildenden Elemente bestehen, weitgesteckte
Möglichkeiten gibt, die immer im Rahmen der Erfindung liegen.
In einer besonders einfachen und günstigen Ausführungsform
weisen die äußeren Ränder 5 der erwähnten Sektoren eine Fase
oder einen schrägen Bereich 6 in der Art einer Drückerfalle
auf, wodurch eine gleichzeitige Betätigung aller Sektoren
jedes Elements durch die Axialverschiebung eines (in den
Zeichnungen nicht dargestellten) Rings möglich wird, der sie
umfaßt und der an seinem inneren Rand eine Schrägkante mit der
gleichen Neigung aufweist wie die vorerwähnte Fase. Dieser
gleiche Ring wirkt bei seiner Axialverschiebung nacheinander
auf die verschiedenen Elemente oder "Stockwerke" der äußeren
Form, und treibt sie an, das Rohr 1 an die innere Form
anzulegen. In dieser gleichen bevorzugten Ausführungsform
weisen die Sektoren 3 jeweils eine Öffnung 7 auf, die mit
einer Schrägkante oder geneigtem Rand 8 versehen sind,
auf die das im gleichen Maß geneigte Ende eines (nicht
dargestellten) Schafts einwirken kann, der durch eine Wirkung
als Drückerfalle ihren Rücklauf auslöst, wobei der Rand 4 vom
Bereich 2 des bereits bearbeiteten Rohrs getrennt wird. Es
ist zu verstehen, daß so viele Schäfte vorhanden sein müssen
wie Sektoren, aus denen jedes Element der Form besteht, und
daß jeder Schaft nacheinander auf alle übereinander
angeordneten Sektoren wirkt, aus denen die Form besteht, und
sie dabei zwingt, sich in die bezeichnete Richtung zu bewegen.
In der bevorzugten Ausführungsform, auf die wiederholt Bezug
genommen wurde, wirkt die innere Form als Gegenhalter und darf
sich nur zusammenziehen können, um die Entnahme nach
Beendigung der Wellenbildung zu ermöglichen. In dieser
Ausführungsform besteht die bezeichnete Form ebenfalls aus
einer Folge von Stockwerken oder gleichen
übereinanderliegenden Elementen 9I-9II-9III-9IV- . . . 9n-, von denen
jedes seinerseits von einer bestimmten Anzahl gleicher
Sektoren 9a-9b-9c-9d-9e- . . . gebildet wird. Wie aus den
Abb. 2 und 3 ersichtlich, werden diese Elemente im Verhältnis
zu den die äußere Form bildenden Elemente bevorzugt
schachbrettartig versetzt, und ihre äußeren Ränder 10 weisen
das einer der am Wellrohr auszubildenden Umfangswelligkeiten
entsprechende Profil auf, so daß der konkave Teil jeder dieser
Welligkeiten durch zwei übereinander angeordnete innenliegende
Elemente und ein einziges außenliegendes Element bestimmt
wird, während der konvexe Teil durch ein einziges inneres
Element und zwei äußere Elemente bestimmt wird.
Es ist außerdem vorzuziehen, daß die erwähnten inneren und
äußeren Elemente nicht durch die gleiche Anzahl Teile gebildet
werden oder auf jeden Fall, daß diese Teile im Kreis
verschoben werden, so daß in den beiden Elementen die
zwischen den nebeneinanderliegenden Teilen vorhandenen
Radialfugen nicht zusammenfallen.
Wie bereits im Zusammenhang mit der äußeren Form erwähnt,
bestehen für die Form der Führung und der radialen
Verstellungen in beiden Richtungen der Sektoren, aus denen
jedes der Elemente oder Stockwerke der inneren Form besteht,
zahlreiche Möglichkeiten, ohne daß dadurch der Rahmen der
Erfindung überschritten wird. Diese Bewegungen können außerdem
gleichzeitig die Gesamtheit der die Form bildenden Elemente
betreffen oder, wie dies im wesentlichen bei der äußeren Form
der Fall ist, nacheinander stattfinden. Zudem kann, wie
bereits bei der äußeren Form erwähnt, jedes Element an seinem
äußeren Rand das Profil aufweisen, das einer einzigen oder
zwei oder mehreren Welligkeiten entspricht, wobei die innere
Form sogar aus einem einzigen Element bestehen kann, dessen
Form dem gesamten Welligkeitsbereich entspricht und das in
eine Folge unabhängiger zylindrischer Kreisabschnitte
aufgeteilt ist, die in radialer Richtung eine bestimmte
Verschiebung ausführen können.
In dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel
ist jedes der Elemente 9 ringförmig und weist eine große
kreisförmige Öffnung 11 auf, so daß durch die Gesamtheit
dieser Elemente eine Welle hindurchgeführt werden kann, die
axial verstellt werden kann und zwei Bereiche verschieden
großer Durchmesser besitzt, die untereinander durch eine
kegelförmige Zone verbunden sind. Der Durchmesser des Bereichs
dieser Welle, gegen den die Sektoren 9 jeweils gedrückt
werden, bestimmt natürlich die radiale Stellung dieser
Sektoren, und die kegelförmige Verbindungszone zwischen
den beiden zylinderförmigen Bereichen wurde so ausgelegt, daß
sie die Wirkung einer Drückerfalle auf die Teile
9a-9b-9c-9d . . . ausübt, aus denen jedes der "Stockwerke" oder
Elemente der inneren Form besteht, so daß dadurch die
gleichzeitige Verstellung aller Teile jedes Elements bestimmt
wird, indem sie nacheinander auf alle diese Elemente einwirkt
und damit die radiale Verstellung dieser Teile von der
Ruhestellung zur Arbeitsstellung auslöst. Logischerweise
erfolgt in der entgegengesetzten Axialbewegung die
Freigabe aller bezeichneten Teile von der Arbeits- in die
Ruhestellung, in der dann die Entnahme des verformten Rohrs
und die Einführung eines zu bearbeitenden Rohrs möglich ist.
Die Erfindung kann keinesfalls als auf das beschriebene und
dargestellte schematische Ausführungsbeispiel beschränkt
gelten, sondern sie läßt innerhalb ihrer wesentlichen Merkmale
zahlreiche Abwandlungen zu, von denen einige bereits
aufgeführt wurden und die selbstverständlich alle als
vollständig im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten
sind. Insbesondere ist ein Maximum an Variationen hinsichtlich
der Anzahl der die Form bildenden Elemente, der Anzahl der
radial verstellbaren Teile, aus denen besagte Elemente
bestehen, und ganz besonders der Form möglich, in der die
radialen Verstellungen dieser Teile in der einen oder anderen
Richtung bestimmt werden, zu welchem Zweck Systeme angepaßt
oder konstruiert werden können, die stark von den Systemen
abweichen, die in der vorliegenden Beschreibung schematisch
vorgeschlagen wurden, und bei denen es sich um Lösungen mit
der Nutzung von Druckluft, Hydraulik, Federkraft usw. handeln
kann, die sich von den hier erwähnten, rein mechanischen
Systemen stark unterscheiden.
Claims (4)
1. Verfahren für die Herstellung von Wellrohren,
gekennzeichnet durch die Konstruktion einer Form, bestehend
aus einer über einer Einheit liegenden Anzahl flacher,
ringförmiger, unter sich gleicher, übereinanderliegender
und getrennter Elemente, die so angeordnet werden, daß sie
den zu verformenden Bereich des Rohrs umschließen, wobei
jedes dieser Elemente sich seinerseits aus mindestens zwei
gleichen und unabhängigen Teilen in Form eines
Kreisabschnitts zusammensetzt, die gleichzeitig, unter
Einwirkung eines Steuersystems, in radialer Richtung
zwischen zwei Endstellungen verstellt werden können, wobei
dieses Steuersystem nacheinander auf die vorbezeichneten
ringförmigen Elemente einwirkt und die Teile, aus denen
jedes dieser Elemente besteht, von einer Stellung, in der
ihr innerer Rand von den Rohrwänden entfernt ist und damit
die Einführung des zu verformenden Rohrs und die Entnahme
des verformten Rohrs ermöglicht, in eine Lage verstellt, in
der sie die Rohrwände an eine im Inneren des Rohrs
angeordnete Gegenform anlegen und sie damit zwingen, sich
zu verformen, und in diesen Rohrwänden nacheinander die
entsprechenden Umfangswelligkeiten formen.
2. Verfahren gemäß vorstehendem Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gegenform, die im Inneren des
Rohrs angeordnet ist, aus einer über einer Einheit
liegenden Anzahl flacher, untereinander gleicher,
übereinander angeordneter, getrennter Elemente gebildet
wird, von denen jedes seinerseits aus mindestens zwei
gleichen und getrennten Teile besteht, die radial verstellt
werden können zwischen einer Endstellung, in der sie an den
Rohrwänden anliegen und mit der nacheinander von den
ringförmigen, die äußere Form bildenden Elementen
ausgeübten Druckwirkung zusammenwirken können, und einer
entgegengesetzten Endstellung, in der sie von den
Rohrwänden entfernt sind und die Entnahme des Wellrohres
ermöglichen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der innere Rand der Teile oder Kreisabschnitte, die jedes
der ringförmigen Elemente bilden, aus denen die äußere
Form besteht, ein Profil aufweist, durch das eine
Umfangswelligkeit am Rohr bestimmt wird.
4. Verfahren gemäß den vorstehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß die unabhängigen Teile, aus denen sich
jedes der scheibenförmigen Elemente zusammensetzt, aus
denen die innere Form besteht, einen äußeren Rand
aufweisen mit einem Profil zur Bestimmung einer
Umfangswelligkeit am Rohr, wobei diese Elemente gegenüber
den die äußere Form bildenden Elemente schachbrettartig
versetzt sind.
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