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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung eines röhrenförmigen Elementes mit Längsschlitzen
in seiner Wand. Beispielsweise ist ein solches röhrenförmiges Element die röhrenförmige Hülse eines
Bruchschaft-Blindniets, und zwar der Ausführung, die so mit mehreren
Längsschlitzen
versehen ist, dass beim Setzen des Niets durch axiales Zusammendrücken eines
Teils der Hülse,
sich die Hülse
in eine Anzahl nach außen
hervorstehender Schenkel verformt, die einen nicht zugänglichen Blindnietkopf
bereitstellen, der eine ziemlich große radiale Formschlussabmessung
mit dem Werkstück aufweist.
Beispiele solcher Blindniete mit geschlitzten Hülsen sind im Handel unter den
eingetragenen Warenzeichen BULBEX und TLR erhältlich. Solche längsgeschlitzten
Elemente lassen sich jedoch für viele
andere Zwecke einsetzen.
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Die Benennung „Schlitz" dient dazu, sowohl Ausführungen
einzuschließen,
in denen es einen Spalt gibt zwischen den Rändern oder Wänden der Teile
des Werkstoffes des röhrenförmigen Elementes,
die durch den Schlitz getrennt sind, als auch Ausführungen,
in denen die zwei Ränder
oder Wände des
Schlitzes sich einander berühren,
wobei es im Werkstoff eine mechanische Unterbrechung gibt.
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Solche geschlitzten Elemente sind
gewöhnlich
aus Metall. Bei einem relativ weichen Metall, wie z. B. Aluminium,
werden die Schlitze in einem röhrenförmigen Rohling üblicherweise
dadurch hergestellt, dass durch die Bohrung des Rohlings ein dicht
passendes Werkzeug eines viel härteren
Werkstoffes, wie z. B. Stahl, getrieben wird, das mit einer Anzahl radial
hervorstehender Längsrippen
versehen ist, deren jeweilige radiale Höhe mindestens gleich der Wanddicke
des röhrenförmigen Rohlings
ist. Jede Rippe formt einen korrespondierenden Längsschlitz im Rohling. Wenn
dieses Verfahren jedoch bei röhrenförmigen Rohlingen
aus Stahl eingesetzt wird, stellt man fest, dass am Werkzeug, insbesondere
an den vorderen Enden der Rippen, ein schneller und übermäßiger Verschleiß auftritt.
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In EP-A2-0328314 und US-A-4708553
werden Beispiele von röhrenförmigen Elementen
zur Herstellung von Befestigungsmitteln mit Schlitzen beschrieben.
Die Schlitze werden bei der Verformung des Befestigungsmittels ausgebildet,
die während der
Montage des Befestigungsmittels im Werkstück erfolgt. Folglich tritt
im Montagewerkzeug das oben beschriebene Problem des Verschleißes auf.
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In EP-A-0631831 wird ein erweiterbarer
Niet beschrieben, der Rillen aufweist, die während des Fließpressens
des Niets ausgebildet werden. Es erfolgt keine Erweiterung des Niets
während
der Herstellung.
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Demzufolge stellt die vorliegende
Erfindung in einem ihrer Aspekte ein Verfahren zur Herstellung eines
röhrenförmigen Elementes
mit Schlitzen längs eines
Teils seiner Wand bereit, wobei das Verfahren im beiliegenden Anspruch
1 dargelegt ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden
in den beiliegenden Ansprüchen
2 bis 16 dargelegt. Die Erfindung umfasst ein röhrenförmiges Element, das sich durch
ein erfindungsgemäßes Verfahren,
wie in Anspruch 16 dargelegt, herstellen lässt.
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Einige spezifische Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden jetzt exemplarisch und unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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die 1a bis 1i aufeinander folgende Konfigurationen
eines Rohlings unter Anwendung eines Ausführungsbeispiels für das Verfahren
zeigen;
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die 2d bis 2h jeweils den 1d bis 1h entsprechen und ein zweites Ausführungsbeispiel
für das
Verfahren veranschaulichen, das eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
ist;
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die 3d bis 3h jeweils den 1d bis 1h entsprechen und ein drittes Ausführungsbeispiel
für das
Verfahren veranschaulichen, das eine andere Abwandlung des ersten
Ausführungsbeispiels
ist;
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die 4 eine
Blindnietbaugruppe mit einer eingebauten erfindungsgemäß hergestellten
röhrenförmigen Hülse veranschaulicht;
und
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die 5a und 5b den Niet von 4 im Zustand nach der Montage
zeigen.
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Die Benennung „Rohling" wird dabei für die Bezugnahme auf das röhrenförmige Element
in all diesen aufeinander folgenden Konfigurationen, mit Ausnahme
des fertigen Erzeugnisses, benutzt.
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In den 1, 2 und 3 ist der Rohling mindestens im axialen
Längsschnitt,
und in einigen Figuren ebenfalls im Querschnitt, dargestellt, wobei
der Querschnitt längs
der mit Pfeilen versehenen Schnittlinie am Längsschnitt zugrundegelegt wurde.
In einigen Figuren ist auch die Form, in der sich der Rohling befindet,
und ein Ziehstempel und/oder Auswerfer dargestellt.
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Bei den Ausführungsbeispielen ist der Rohling
normalerweise aus kohlenstoffarmem Stahl und für den Einsatz bei der Herstellung
einer Niethülse mit
einem Außendurchmesser
von etwa 5 mm konstruiert. Die bei den Herstellungsverfahren eingesetzten
Ziehstempel und Formen sind aus Werkzeugstahl hergestellt. Die Herstellungsverfahren
werden unter Verwendung einer Folgekaltstauchmaschine durchgeführt, und
zwar der Ausführung,
die üblicherweise
bei der Herstellung solcher Niethülsen und sonstiger Artikel
zur Anwendung kommt und allgemein bekannt ist und mit der der Fachmann
vertraut ist.
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Zuerst wird auf 1a Bezug genommen, in der ein Rohling 11 aus
einem zylindrischen, von Drahtmaterial abgeschnittenen Rohteil hergestellt und
mit einem Kopf 12 und einer konischen axialen Vertiefung 13 am
Kopfende geformt wurde. Er wird einer Form 14 dargeboten,
die zylindrischförmig
ist und vier Längsrippen 15 aufweist,
die auf dem Umfang der Form jeweils voneinander 90° versetzt
angeordnet sind. Wie in 1a veranschaulicht,
weisen die Rippen einen dreieckigen Querschnitt mit einem Spitzenwinkel
von 90° und
eine ziemlich scharfe Kante auf.
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Es wird dann ein Ziehstempel in die
Vertiefung 13 des Rohlings getrieben. Der Ziehstempel 16 ist
koaxial zu einem federbelasteten Werkzeug 17 angeordnet,
das so mit einer ringförmigen
Vertiefung 18 an seinem vorderen Ende versehen ist, dass
es um den Kopf des Rohlings passt. Der Ziehstempel und das Werkzeug
treiben den Rohling, wie in 1b dargestellt,
so lange in die Form, bis das vordere Ende des Rohlings den Boden
der Form (der durch die Stirnfläche
eines Auswerferstifts 21 bereitgestellt wird) berührt, und
die Unterseite des Kopfes des Rohlings die Stirnfläche der
Form berührt.
Wie in 1b und 1c veranschaulicht, ist der
Durchmesser des Ziehstempels 16 etwas kleiner als der diametrale Abstand
zwischen den gegenüberliegenden
Rippenkanten 15. Dadurch, dass die Bewegung des Ziehstempels 16 in
die Form 14 noch weiter fortgesetzt wird, wird das Rückwärtsfließpressen
des Rohlingwerkstoffes nach oben um den Ziehstempel 16 bewirkt,
wodurch sich das koaxiale Werkzeug 17 gegen seine Federbelastung
aufwärts
bewegt. Die Rippen 15 in der Form 14 haben Längsrillen 19 in
die äußere Mantelfläche des
rückwärts fließgepressten Rohlings
geformt, wie dies in 1c dargestellt
ist. Diese Rillen verlaufen von der Nähe der Unterseite des Kopfes
des Rohlings bis zum entfernten Ende des Rohlings. Der Ziehstempel 16 wird
nur so weit in die Form getrieben, dass sein vorderes Ende zur Stirnwand
der Form einen Abstand aufweist, wodurch ein dicker Steg 22 am
Ende des Rohlings bestehen bleibt, wie dies in den 1c und 1d dargestellt
ist.
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Der Ziehstempel 16 und das
Werkzeug 17 werden jetzt zurückgezogen und der Rohling vom Auswerfer 21 der
Form ausgeworfen. Der Rohling weist dann die in 1d dargestellte Form auf und auf ihn wird
jetzt mit dem Bezugszeichen 23 verwiesen. Der überwiegende
Teil der Länge
des Rohlings umfasst vier Längszonen 34 mit
voller Dicke, die, wie in 1d gezeigt,
jeweils mit der daneben liegenden über einen dünnen Längssteg 35 verbunden
sind. Der Rohling 23 wird jetzt in die nächste Form 24,
wie in 1e (die auch einen
in den Rohling 23 eindringenden Ziehstempel 25 zeigt),
dargestellt, eingeführt.
Das untere Ende der Form 24 wird durch die obere Stirnfläche eines
Auswerferstiftes 26 bereitgestellt. Der Teil mit dem inneren
Ende 27 der Form, der an den Auswerfer 26 angrenzt,
und der Teil mit dem äußeren Ende 28 der
Form 24, haben den passenden Durchmesser für die Aufnahme
des Außendurchmessers
des Rohlings 23. Ein längeres
Zwischenteil 29 der Form weist jedoch einen größeren Durchmesser
als der des Rohlings 23 auf. Dieser erweiterte Teil 29 geht
jeweils mit Hilfe eines konischen Teils 31, 32 in
den entsprechenden Endteil mit kleinerem Durchmesser 27, 28 über.
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Wenn der Rohling 23 vollständig in
der Form 24 eingeführt
ist, so dass sein unteres Ende den Auswerferstift 26 berührt und
die Unterseite des Kopfes an der Außenfläche der Form anstößt, ist
der Steg 22 des Rohlings in dem Teil mit dem inneren Ende 27 der
Form enthalten, der einen verringerten Durchmesser aufweist. Ein
zylindrischer Ziehstempel 25 wird in den Rohling getrieben. 1e veranschaulicht den Beginn
dieses Prozesses. Der Ziehstempel weist einen Hauptdurchmesser auf,
der größer ist
als der Durchmesser der Bohrung des Rohlings 23, und ist
mit einer angefasten Vorderkante 33 versehen, um das Eindringen
in die Bohrung des Rohlings zu erleichtern. In dem Maße, wie
der Ziehstempel 25 allmählich
in die Form eindringt, erweitert sich der Rohling 23 radial.
Dies bewirkt, dass die vier Längszonen 34 mit
voller Dicke durch den Bruch der vier dünnen Stege 35, mindestens über den
größten Teil
ihrer Längen,
auseinander bersten, wodurch sich die vier, in 1f dargestellten Spalte 36 ergeben.
Der Werkstoff in den dünnen
Stegen 35 ist in einem viel höheren Maße kaltverfestigt als die anderen
Teile des Rohlings. Dies unterstützt,
zusammen mit der Spannungskonzentration in den Stegen, deren Bruch. 1 f zeigt die Konfiguration
des Ziehstempels 25, wenn dieser ganz in den Rohling eingedrungen
ist. Die Stirnfläche
des unteren Endes des Ziehstempels befindet sich gegenüber dem
unteren konischen Teil 31 der Form und weist bezogen auf
das Stegteil 22 des Rohlings einen kleinen Zwischenraum
auf. Die Spalte verlaufen nicht bis zum Stegteil am Ende des Rohlings.
Die Enden eines jeden Spalts 36 verjüngen sich hinsichtlich der
Breite wegen der Wirkung des konischen Teils 31, 32 der
Form.
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Der Ziehstempel 25 wird
jetzt zurückgezogen
und der Auswerferstift 26 wird betätigt, um den Rohling in umgekehrter
Richtung aus der Form 24 zu drücken. 1g zeigt einen Zwischenzustand bei diesem
Ablauf. Dadurch, dass der Hauptteil des Rohlings in Form der vier
Längszonen 34 durch
den konischen Teil 32 gedrückt wird und diese ihn und
den äußeren Teil
der Form mit dem verringerten Durchmesser 28 passieren,
werden die vier Zonen 34 radial nach innen gedrückt, wodurch
sich die vier Längsspalte 36 schließen. 1h zeigt die Form des Rohlings,
nachdem dieser Prozess abgeschlossen ist. Die Ränder eines jeden angrenzenden
Paares von Längszonen 34 sind
miteinander in Kontakt und grenzen an die Innenwand des röhrenförmiges Elementes
an, wobei ein Schlitz 37 zwischen ihnen eine effektive
Dicke von null (d. h. eine physikalische Unterbrechung) aufweist,
und eine Rille an der Außenseite des
Elementes von oben nach unten verläuft.
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Der Rohling in der in 1h gezeigten Form wird dann
in eine andere (nicht dargestellte) Form eingeführt, wo das Stegteil 22 am
Ende des Rohlings durch ein geeignetes (nicht dargestelltes) Werkzeug entfernt
wird, wie dies 1 i schematisch
gezeigt ist. Dies ergibt das vollständig hergestellte röhrenförmige geschlitzte
Element, wie es unter dem Bezugszeichen 38 in 1i veranschaulicht ist.
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Der mit dem Folgekaltstauchen vertraute Fachmann
wird es schätzen,
dass dieses Beispiel-Herstellungsverfahren
auf einem 5-Stationen-Folge-Kaltstauchautomat ausgeführt werden kann,
bei dem sich zwei Formen zum Stauchen und Herstellen der Vertiefung
im Ausgangsrohling 11 in 1a,
die zwei Formen 14 und 24, und die weitere Form
zum Entfernen des Stirnsteges einsetzen lassen.
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2 veranschaulicht
eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels
für das
Verfahren, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
wird. Bei der 2 entsprechen
die 2d bis 2h jeweils den 1d bis 1h. Zur Vereinfachung des Vergleiches und
des Verständnisses
werden identische Teile durch identische Bezugszeichen und korrespondierende
Teile durch ähnliche
Bezugszeichen angegeben, bei denen zur ursprünglichen Zahl 100 hinzuaddiert
wurde.
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Der einzige wesentliche Unterschied
bei dieser Abwandlung besteht darin, dass die Form 124 eine Öffnung mit
einem geringfügig
größeren Durchmesser
aufweist. Dies wird aus den 2e und 2f ersichtlich, die einen
ringförmigen
Spalt 41 zwischen dem Rohling 23 und dem äußeren Teil 128 der
Form zeigen, an der ihre Öffnung
angrenzt. Dies bewirkt, dass, wenn der Rohling ausgeworfen wird,
sein radial vergrößerter Teil
auf einen Durchmesser reduziert wird, der geringfügig größer ist
als seine Ausgangsgröße. Folglich
haben die vier Längsteile 134 miteinander
keinen Rand-zu-Rand-Kontakt, sondern sind durch enge Spalte 137,
wie in 2h dargestellt,
getrennt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe
der 3d bis 3h veranschaulicht, die ebenfalls jeweils
den 1d bis 1h entsprechen. Wieder werden
werden identische Teile durch identische Bezugszeichen und korrespondierende
Teile durch ähnliche
Bezugszeichen angegeben, bei denen zur ursprünglichen Zahl 200 hinzuaddiert
wurde. Dies ist ebenfalls eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
für das
Verfahren, wobei ein größeres Ausmaß der Abänderung
als bei dem gerade beschriebenen Beispiel vorliegt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der röhrenförmige Rohling 223 vor
der radialen Erweiterung faktisch vier mit gleichem Zwischenraum
angeordnete Längsrillen 219 entlang
seiner inneren Mantelfläche
auf. Die Bohrung des Rohlings ist faktisch im Querschnitt quadratisch,
wie dies in 3d veranschaulicht
ist. Dies wird erreicht, indem eine Form und ein Ziehstempel eingesetzt
werden, die gegenüber
denen in 1 veranschaulichten
abgewandelt sind. Die Form ist jetzt im Querschnitt zylindrisch
und der Ziehstempel im Querschnitt quadratisch. Der Fachmann auf
dem Gebiet der Kaltumformung wird ohne Schwierigkeiten verstehen,
wie eine solche Form und ein solcher Ziehstempel, die die gegenteilige
Ausführung
von denen in 1 sind,
zu konstruieren ist. Der andere Unterschied besteht darin, dass der
in dieser Form hergestellte Rohling eine Bohrung aufweist, die vollständig durch
ihn verläuft,
so dass kein Steg quer zum Ende vorhanden ist, obwohl der korrespondierende
Teil des Endstückes
mit einer Dicke wie bei 222 in 3d ausgeführt werden kann.
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Die radiale Erweiterung des Rohlings
erfolgt mit Hilfe einer Form 224 und eines Ziehstempels 225. Der
Ziehstempel 225 weist einen Endteil 44 mit verringertem
Durchmesser auf, der dort in den entfernten Endteil der Rohlingbohrung
passt, wo sich, in 1 und 2, das Stegteil 22 befand.
Diese radiale Erweiterung des Rohlings und seine anschließende Durchmesserverringerung
bei Auswurf aus der Form ist im Wesentlichen jeweils mit der identisch,
die beim ersten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
wurde. Der einzige wesentliche Unterschied in dem fertig hergestellten röhrenförmigen Element 238 besteht
darin, dass es vier Längsteile 234 aufweist,
die durch Innenlängsrillen
getrennt sind, von denen jede zu einem Schlitz 237, der
an die Außenseite
des röhrenförmigen Elementes
angrenzt, mit einer Dicke von null führt. Es gibt keinen Steg am
Ende des röhrenförmigen Elementes,
der entfernt werden muss. Somit kann dieses Herstellungsverfahren
auf einem 4-Stationen-Stauchautomat ausgeführt werden.
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4 veranschaulicht,
wie ein röhrenförmiges Element
wie 38, 138 oder 238 bei einem Blindniet
eingesetzt wird, bei dem die Montage auf einem Nietschaft 41 erfolgt,
der einen Nietschaftkopf 42 aufweist. Wenn der Niet durch
axiales Zusammendrücken
der Hülse 38, 138 oder 238 gesetzt
wird, bilden die Hülsenteile
an den vier Schlitzen 37, 137 oder 237 vier
nach außen
gefaltete Schenkel 43, wie dies in 5 dargestellt ist.
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Die in 2h veranschaulichte
Konfiguration des röhrenförmigen Elementes 138 ist
besonders vorteilhaft für
den Einsatz als Blindniethülse.
Der Umstand, dass bei einer Zwischenlänge der Hülse die Außenseite bezogen auf ihre Enden
radial nach außen
versetzt ist, fördert
die Anfangsknickung der Hülse
beim axialen Zusammendrücken.
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Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der
vorherigen Beispiele beschränkt.
Ein geschlitztes röhrenförmiges Element
kann für
jeden anderen passenden Zweck als den einer Blindniethülse eingesetzt
werden.
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Es könnte eine Kombination von sowohl
Innen- als auch Außenrillen
eingesetzt werden.