EP0785831B1 - Verfahren zur herstellung eines metallischen hohlkörpers, nach diesem verfahren hergestellter hohlkörper und einrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Hohlkörpers mit zylindrischem Mantel, der an seiner Aussenfläche mit mindestens einer Sollbruchlinie versehen ist.

Derartige zylindrische Hohlkörper können insbesondere dünnwandige Hohlkörper sein, die beispielsweise zur Verwendung als metallische Verpackungskörper geeignet sind sowie zur Verwendung als sogenannte Spaltkanülen, wie in US 5'318'542 beschrieben, die für die Einführung von medizinischem Gerät, wie Katheter, Endoskope, etc., in den menschlichen oder tierischen Körper benutzt werden. Die vorgesehenen Sollbruchlinien erlauben eine Entfernung der Verpackung, bzw. der Kanüle, ohne Verletzung des im Inneren befindlichen Gutes, beispielsweise empfindliche Lebensmittel, Präzisionsgeräte, Kunstgegenstände, Schmuck, biologische Präparate, wie Viren und Bakterien, elektronische Schaltkreise, insbesondere vor Licht und elektromagnetischer Strahlung zu schützende Speicherelemente, oder die erwähnten medizinischen Instrumente. Im Falle einer Spaltkanüle soll die Sollbruchlinie eine Entfernung der Kanüle nach Einführung der betreffenden Instrumente ermöglichen, ohne den menschlichen oder tierischen Körper zu verletzen. Mit einem solchen Hohlkörper kann insbesondere ein Behälter zur gas-, vakuum- und strahlenfesten Verwahrung gebildet werden, dessen Öffnung ohne Berührung des zu schützenden Gutes, also insbesondere in steriler Weise, erfolgen soll.

Die Druckschift DE-A-25 15 312 beschreibt einen Ziehvorgang, der eine Profilierung an der Aussenfläche des metallischen Hohlkörpers durch spanloses Formen erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannte Sollbruchlinie an der Aussenwand eines metallischen Hohlkörpers, insbesondere eines dünnwandigen Hohlkörpers, in einem kontinuierlichen Herstellungs-vorgang zu erzeugen, wobei insbesondere eine in der Umgebung dieser Sollbruchlinie konstante Wandstärke des Hohlkörpers erreichbar sein soll und die gewünschte Aussen- und Innenform des Hohlkörpers gewahrt werden soll.

Stellt man die Sollbruchlinien eines solchen Hohlkörpers beispielsweise durch Fräsen oder durch Prägen her, so kommt es zum Auftreten entweder von scharfen Kanten und Graten, die insbesondere bei der medizinischen Anwendung eine zusätzliche Verletzungs- und Infektionsquelle darstellen, oder zu einer Verformung der Wand des Hohlkörpers, die eine Veränderung seines Querschnittverlaufs im Gebiet der Sollbruchlinie mit sich bringt. Bei einem Prägevorgang entsteht zudem eine Verformung des Gesamtquerschnittes des Hohlkörpers, die z.B. im Fall einer rotationssymmetrischen Spaltkanüle beim Einführen von medizinischem Gerät mit engen Masstoleranzen in Bezug auf den Innendurchmesser der Kanüle, zu hohen Reibungskräften und damit zur Behinderung des medizinischen Aktes führen kann. Andererseits sind aber solche engen Masstoleranzen erforderlich, um eine Dichtigkeit zwischen der Kanüle und dem medizinischen Gerät zu erreichen.

Die obengennante Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder durch einen Hohlkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus den nachstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigen:

Fig. 1 ein Werkzeug zur Herstellung des erfindungsgemässen Hohlkörpers in Seitenansicht;

Fig. 2 eine Vorderansicht des Werkzeugs von Fig. 1;

Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt durch einen erfindungs-gemässen Hohlkörper;

Fig. 4 ein Schema einer erweiterten Einrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemässen Hohlkörpers;

Fig. 5 einen Teil eines kreiszylindrischen Hohlkörpers mit einer spiralförmig verlaufenden Sollbruchlinie;

Fig. 6 a einen Querschnitt durch einen Hohlkörper zur Aufnahme von zwei kreiszylindrischen Innenkörpern; und

Fig. 6 b einen Querschnitt durch einen Hohlkörper zur Aufnahme von drei kreiszylindrischen Innenkörpern.

Das schematisch in Fig. 1 gezeigte Werkzeug dient zur Herstellung eines erfindungsgemässen dünnwandigen kreiszylindrischen Hohlkörpers 1 mit Hilfe eines Ziehwerkzeugs 2 und einer Vorrichtung 3 zum Einwalzen der gewünschten Sollbruchlinien. Das Ziehwerkzeug 2 weist eine Ziehdüse 2a und einen frei schwebenden Kern 2b auf. Die Einwalzvorrichtung 3 enthält im gezeigten Beispiel zwei Walzräder 4, 5, deren Profil in der Vorderansicht gemäss Fig. 2 sichtbar ist und die mit einer Kraft F1 auf den Mantel des Rohrs 1 einwirken. Der frei schwebende Kern 2b reicht in Längsrichtung über die Eingriffsstelle der Walzräder 4, 5 hinaus und dient somit gleichzeitig als Gegenlager für diese Walzräder. Der in die Eingangsöffnung 2c des Ziehwerkzeugs 2 eingeführte Rohrkörper wird kontinuierlich weiterbewegt und am Ausgang der Ziehdüse 2a durch die Walzräder 4, 5 mit zwei'diametral gegenüberliegenden Sollbruchlinien versehen, deren Tiefe durch den ausgeübten Walzdruck bestimmt wird. Die gezeigte Anordnung ermöglicht die Erzielung sehr genauer Rohrabmessungen und die Beibehaltung einer exakten Rotationssymmetrie, da der frei schwebende Dorn als Gegenlager für jedes der Walzräder dient. Durch die in Richtung auf die Rohrmittellinie wirkenden Kräfte F1 erfolgt eine Materialverdrängung im Rohrmantel und ergibt sich eine genau bestimmbare Restwandstärke. Ferner wird bei dieser Art der spanlosen Herstellung der Sollbruchlinie eine Versprödung des Bereichs verminderter Wandstärke erzielt, wodurch die Öffnung des hergestellten Hohlkörpers zusätzlich erleichtert wird. Die kontinuierliche Verarbeitung des Rohres ermöglicht das Einhalten sehr genauer Toleranzen über die gesamte Rohrlänge und einen gleichmässigen Widerstand gegenüber der zum Aufbrechen des Rohrkörpers angewandten Kraft.

Die Vorderansicht der Einwalzvorrichtung gemäss Fig. 2 zeigt die Lagerung der Walzräder 4 und 5 und ihre Ausrichtung zur Herstellung von achsparallelen Sollbruchlinien. Durch eine Drehung der Walzräder um die Vertikale können mit dieser Vorrichtung spiralförmige Sollbruchlinien erzeugt werden, wobei das herzustellende Rohr in eine winkelkonforme Drehung um seine Achse versetzt wird. Solche spiralförmigen Sollbruchlinien haben besonders in der medizinischen Technik den Vorteil, dass nach Öffnen der durch den Hohlkörper gebildeten Kanüle die Endbruchstelle sich in einem beliebigen Winkel, beispielsweise einem Winkel von 90° gegenüber der Ausgangslage befindet und damit die Entfernung der Kanüle den Anforderungen und Entwicklungen dieser Technik angepasst werden kann.

Die Sollbruchlinien des vorliegenden Hohlkörpers sind durch das verwendete Verfahren von keinerlei Kanten oder Graten umgeben, und sie können insbesondere durch eine endgültige Kalibrierung des Rohrkörpers nach dem Einwalzen der Sollbruchlinie unter geeigneter Wahl des Ziehdüsendurchmessers in nahezu geschlossener Form hergestellt werden, unter gleichzeitiger Einstellung der gewünschten Endmasse des Aussen- und Innendurchmessers des Hohlkörpers.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt durch einen Teil eines Hohlkörpers 31 eine solche Sollbruchstelle 32, die am Aussenmantel des Hohlkörpers praktisch geschlossen ist, wobei der Rohrkörper auch in der Umgebung der Sollbruchstelle einen konstanten Aussendurchmesser aufweist. Ein solcher Hohlkörper besitzt eine erhöhte Biegefestigkeit trotz vermindertem Querschnitt entlang der Sollbruchlinie.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Anlage zur Herstellung eines Hohlkörpers mit automatisch geregelter Restwandstärke der Sollbruchstellen. Ein Hohlkörper 41 wird dabei von einer Trommel 40 abgewickelt und durch ein Ziehwerkzeug 42 der in Fig. 1 beschriebenen Art geführt. Vor oder hinter diesem Ziehwerkzeug sind Einwalzvorrichtungen 43 bzw. 44 angeordnet, mit denen die gewünschten Sollbruchlinien eingewalzt werden. In Laufrichtung des Hohlkörpers gesehen wird hinter der Einwalzvorrichtung mit Hilfe eines Tiefenmessgeräts, z.B. auf optischem, akustischem oder mechanischem Weg, die Tiefe des eingewalzten Profils gemessen. Der entsprechende Messwert wird einem Regelverstärker 46 zugeführt, an dessen Ausgang ein den Walzdruck bestimmendes Regelsignal entsteht und über eine Leitung 47, wie schematisch gezeigt, den Einwalzvorrichtungen 43 bzw. 44 zugeführt wird. Am Ausgang der Anlage ist eine Einrichtung 48 zum Zuschneiden des kontinuierlich erzeugten endlosen Hohlkörpers auf gewünschte Längen angedeutet. Da dies als letzter Herstellungsschritt erfolgt, erlaubt es eine genaue Anpassung an das Volumen des zu verpackenden oder zu schützenden Innenkörpers. Es vermeidet damit eine kapitalintensive Zwischenlagerung von Hohlkörpern gleichen Durchmessers und verschiedener Länge.

Fig. 5 zeigt einen Abschnitt eines rohrförmigen Hohlkörpers 50, der wie oben erwähnt mit einer spiralförmig verlaufenden Sollbruchlinie 51 versehen ist.

Die Figuren 6a und 6b zeigen Beispiele von nicht kreiszylindrischen Querschnittsformen der erzeugten Hohlkörper 60 bzw. 65, die sich insbesondere zur Aufnahme von zwei Geräten 61, 62, bzw. von drei Geräten 66, 67, 68 kreiszylindrischen Querschnitts eignen. Generell kommen alle durch einen Ziehvorgang herstellbaren Querschnitts-formen in Betracht, wobei Sollbruchlinien wie 63, 64 bzw. 69 an einer oder mehreren Stellen des Mantelumfangs erzeugt werden können. Eine rotationssymmetrische Querschnittsform gestattet jedoch eine vollständige Ausnutzung des inneren Volumens des Hohlkörpers durch Gegenstände mit kreiszylindrischem Querschnitt.

Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt insbesondere die Herstellung von verschiedenen Enddurchmessern der Hohlkörper, unabhängig vom Aussendurchmesser und der Wandstärke des Ausgangsmaterials in einem kontinuierlichen Arbeitsgang. Die Herstellung wird im ganzen wesentlich vereinfacht und gewährt eine erhöhte Betriebssicherheit, insbesondere im Fall einer kontinuierlichen Überwachung der Restwandstärke. Dies bewirkt auch eine erhöhte und konstante Qualität des Endprodukts, was insbesondere in der medizinischen Handhabung von grosser Bedeutung ist, da dort eine konstante Spaltkraft wesentlich für die Sicherheit der Anwendung ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Hohlkörpers (1, 31, 41, 50, 60, 65) mit zylindrischem Mantel, der an seiner Aussenfläche mit mindestens einer Sollbruchlinie (32, 51, 63, 64, 69) versehen ist, wobei die Sollbruchlinie durch spanloses Formen auf der Aussenfläche des genannten Mantels erzeugt wird, und dass Mittel zum spanlosen Formen der herzustellenden Sollbruchlinie einen Kern (2b) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel durch einen Ziehvorgang geformt wird und die Sollbruchlinie kontinuierlich vor, nach oder während dieses Ziehvorgangs erzeugt wird, und dass der Kern ein fliegender oder ein fester Kern ist.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchlinie durch Einwalzen erzeugt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einwalzen ein mit steuerbarem Walzdruck beaufschlagbares Profilwalzrad (4, 15) aufweisen, sowie eine Tiefenmessvorrichtung für die erzeugte Sollbruchlinie und einen diese Messvorrichtung enthaltenden, geschlossenen Regelkreis (46, 47) zur Steuerung des Walzdruckes.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine endgültige Kalibrierung des Hohlkörpers durch einen an das Einwalzen der Sollbruchlinie anschliessenden Ziehvorgang erfolgt.
5. Hohlkörper mit zylindrischem Mantel, der an seiner Aussenfläche mit mindestens einer Sollbruchlinie versehen ist, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er im Bereich der Sollbruchlinie eine konstante Wandstärke aufweist und dass die Aussenfläche des Mantels im Bereich der Sollbruchlinie (32) praktisch geschlossen ist.
6. Hohlkörper nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchlinie (51) am genannten Mantel spiralförmig verläuft.
7. Hohlkörper nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei gegeneinander versetzte Sollbruchlinien aufweist.
8. Hohlkörper nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er eine im Vergleich zu seinen Querschnittsabmessungen geringe Wandstärke besitzt und seine allgemeine Aussen- und Innenform keine Abweichung von einer gewünschten Form aufweist.

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