DE1627760A1

DE1627760A1 - Verfahren zur Schubstangenherstellung

Info

Publication number: DE1627760A1
Application number: DE1967M0075612
Authority: DE
Inventors: Masanobu Nakamura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-09-22
Filing date: 1967-09-16
Publication date: 1970-05-06
Also published as: US3468007A

Description

85 NÜRNBERG Keßlerplatz 1

Telefon 0911/55 8176
Telegramme: Burgpatent

8693 12/Dei

Masanobu Nakamura, 22-8, Matsubara-cho
5-chome, Setagaya-ku, Tokyo, Japan

Verfahren zur Schubstangenherstellung

Schubstangen werden bekanntlich, hergestellt, indem Metallstücke an die Enden von Metallrohren oder -stangen angeschweißt oder angelötet werden. Es ist ferner bekannt, Schubstangen durch Schmieden oder durch einteiliges maschinelles Zuschneiden herzustellen. Die Enden der Schubstange müssen, da sie als Verbindungselemente dienen, über die die Schubstange mit anderen sich bewegenden mechanischen Teilen zusammenarbeitet, eine weiche Oberfläche und genügende Festigkeit gegen Verschleiss aufweisen, während der Schaft der Schubstange nicht notwendigerweise mit einer derart hohen Abriebfestigkeit und einer weichen Oberfläche versehen sein muss.

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Vielmehr wird von ihm lediglich genügende Festigkeit gegen die im Betrieb auftretende Khickbeanspruchung verlangt. Die Schubstange ist gewöhnlich an ihren gegenüberliegenden Endabschnitten gehärtet. Das Härten der Endabschnitte wirkt sich jedoch oftmals schädlich auf den Schaft aus, indem es eine Deformation oder eine gesteigerte Brüchigkeit des Schaftes hervorruft. Es liegt auf der Hand, daß die Herstellung von Schubstangen durch Schweißen, Löten, Schmieden oder durch Schneiden Spezialmaschinen und Spezialwerkzeuge und Fachkräfte erfordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Herstellen von Schubstangen durch einstückiges Verbinden eines aus Metall bestehenden Rohrgestänges mit einem Metallstück zu schaffen, das als Arbeitsende der Schubstange dient.

Gemäss der Erfindung wird eine Schubstange hergestellt, indem zuerst ein Teller von einem Metallstreifen abgeschnitten wird, wobei gleichzeitig derselbe zu einem tassenförmigen Bauteil gezogen wird, das eine zentral konvexe oder konkave Kugeloberfläche und eine zylindrische Seitenwandung aufweist. Das Metallstück von tassenähnlicher Form wird gehärtet, und seine kugelförmige Oberfläche wird als Arbeitsende einer Schubstange geglättet, über die mechanische Kräfte oder Energien nach anderen Maschinenteilen übertragen werden.

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Der Schaft der Schubstange wird durch -Aufschneiden eines langgestreckten metallischen Ißhlen Rohres in vorbestimmten Abständen vorbereitet, um das Enderzeugnis mit der erforderlichen Abmessung einer Schubstange zu erhalten. Die Enden des Metallrohres werden durch "Verminderung ihrer Wandstärke, durch Schleifen oder durch Schneiden ihrer inneren oder äusseren Wandoberfläche herabgesetzt. Die zylindrische Seitenwandung des Metallstückes ist in der Weise vorgesehen, daß die Bohrung etwas größer im Durchmesser bemessen ist als das Metallrohrende. Sodann werden die beiden Teile, nämlich das Metallstück und das Metallrohr, von einer geeigneten Einrichtung aufgenommen und getragen, um das Metallstück auf ein Ende des Metallrohres in der Weise aufzusetzen, dass das Bohrende in die zylindrische Bohrung des Metall-Stückes eingesetzt wird. Ein längsgerichteter Brück wird sodann in Richtung des Metallrohres und des Metall Stückes aufeinanderzu in der Weise ausgeübt, daß das Metall des

Rohres einer axialen Zusammendrückung ausgesetzt wird, die die Wandung des Rohres radial verformt. Bei der radialen 7erformung oder Ausdehnung des Metallrohres innerhalb der Zylinderbohrung des Hetallstückes wird das Bohr mit seinem gesamten Umfang in einen innigen dauerhaften ITerbindungskontakt mit der Zylinderwandung des MetallStückes hineingezwängt. Somit kann die Ineinanderverbindung der beiden Teile durch eine Pressbewegung ausgeführt werden.

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Eine klare Vorstellung von den verschiedenen Vorteilen, Aufgaben und Merkmalen der Erfindung ergibt sich aus der folgenden im einzelnen ausgeführten Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung, in der gleiche Positionen dieselben oder gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.

Es zeigen
Figur 1

Figur 2

Figur 3
Figuren 4+5

Figur 6

Figur 7

eine bruchstückhafte Schnittansicht, wobei ein Metallstück und ein Metallrohr gerade in der Stellung gezeigt werden, in der sie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengefügt werden sollen,

das Metallstück und das Metallrohr in ordnungsgemäßer Ineinanderfügung durch, plastische Deformation der Wandung des Metallrohres,

eine Abwandlung des MetallStückes, zwei abgewandelte Ausbildungen des Metallrolires,

eine der Figur i entsprechende Ansicht, wobei eine weitere abgewandelte Ausbildung des Metallstückes gezeigt ist, und das aus der Figur 6 erhaltene Erzeugnis im Schnitt.

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Bezugnehmend nunmehr auf die Figur 1 ist das Metallstück von tassenähnlicher Ausbildung vorgesehen, generell mit IO bezeichnet, das eine zentral konvexe kugelförmige Oberfläche 11 und eine zylindrische Seitenwandung 12 aufweist. Die kugelförmige Oberfläche 11 dient als Einstecksockel einer Kugelkupplung. Das Metallstück 10 wird gehärtet, und seine kugelförmige Oberfläche 11 wird geschmirgelt, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Allgemein mit 13 ist das hohle Metallrohr bezeichnet, das als Schaft der Schubstange dient. Das Metallrohr 13 wird in seiner wanddicke durch Schmirgeln der inneren Handoberfläche an den Endabschnitten 14 herabgesetzt. Dabei sollte bemerkt werden, daß das Rohr 13 aus einem geeigneten metallischen Material verhältnismäßig hoher Verformbarkeit hergestellt wird.

Zur Herstellung einer Schubstange wird das tassenähnliche Metallstück 10 auf das Endstück 14 des Metallrohres 13 angesetzt, wie in Figur 1 dargestellt, wo das äussere Ende 15 des Metalirohres 13 ringförmig mit der Übergangslinie zwischen der geradlinigen Seitenwandung 12 und der gebogenen Bodenoberfläche 16 des Metallstückes 10 in Berührung steht. Wie aus der Figur 1 zu verstehen ist, besitzt das Metallrohr 13 eine sprunghafte Festigkeitslinie bei 17, da das Endstück 14 des Rohres 13 in seiner Wandstärke durch Ausschleifen der Rohrbohrung herabgesetzt ist. Wenn das Metallrohr mit seinem

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Endstück 14 in die Zylinderbohrung des Metall Stückes 10 eingefügt wird, ist die unterbrochene Festigkeitslinie 17 ■ des Metallrohres 13 dazu "bestimmt, eine Position etwas unterhalb des Kugelrandes 18 des tassenähnlichen Metallstückes 10 einzunehmen.

Das Metallstück 10 und das Metallrohr 13 werden in der Lage gemäß Figur 1 mit Hilfe geeigneter Einricltu hgen gehalten, wobei die Mitte des Metallstückes 10 mit der Achse des Metallrohres 13 fluchtet. Die Position 19 bezeichnet eine Klemmvorrichtung, um das Metallrohr 13 aufrecht auf einem geeigneten festen harten Untergrund zu halten (nicht gezeigt). Sodann kann ein geeignetes Werkzeug, wie etwa ein hydraulischer Preßstempel oder eine Spindel oder eine kurvengesteuerte Presse angewendet werden, um einen Druck auf das Metallstück 10 auszuüben, der in Richtung der Achse des Metallrohres 13 verläuft. Wie in Figur 1 dargestellt ist, ist die Presse für das Metallstück 10 vorzugsweise mit einem Kopfstück 20 versehen, das dieselbe kugelförmige Oberfläche aufweist wie die gebogene Oberfläche 11 des Metallstückes 10. Durch Anwendung dieses Druckes wird das äußere Ende 15 des Rohres 13 in die gebogene Bodenoberfläche 16 des Metall Stückes* 10 hineingedrückt, so dass eine Kraft auf das Endstück 14 des Metallrohres 13 in der Weise ausgeübt wird, daß die Wandung des Rohres axial zusammengepreßt wird und an ihrem äußeren Ende umschwenkt und sich einwärts bewegt.

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Venn ein metallisches Bohr einem axialen Druck ausgesetzt wird, besitzt das Rohr die Tendenz, sich radial zu verformen oder auszudehnen, um seinen Durchmesser zu vergrößern sowie seine Wandstärke heraufzusetzen. Somit veranlaßt der längsgerichtete Druck, der auf das Metallstück 10 über den Preß-

kopf 20 ausgeübt wird, das Metall des Metallrohres 13, daß es einer axialen Zusammendrückung ausgesetzt wird, die die Wand des Endstückes 14- des Rohres in eine radiale Deformierung oder Ausdehnung zwingt, während gleichzeitig der Durchmesser des Rohres am äußeren Ende 15 reduziert wird und die Wandstärke in dem Seil des extremen Endes 15 heraufgesetzt wird. Es ist offensichtlich, daß je kleiner das Verhältnis bei einem Rohr zwischen seinem Durchmesser und der Wandstärke ist, umso geringer die Verformbarkeit ist. Mit dem Fortschreiten des Druckes auf das Rohr 13 über das Metallstück 10, im Beispiel also mit der Verminderung des Durchmessers des Rohrendstückes 14 in dem Teil des äußeren Endes 15 ebenso wie mit dem Ansteigen der Wandstärke in diesem Teil wächst der Widerstand gegen die Deformierung in diesem äußeren Endteil des Rohres 13. Somit hört das Zusammengehen oder das Sicheinwärtsbewegen des Metalles des Rohres am äußeren Ende 15 in einer bestimmten Lage auf. Dann wirkt der gesamte Druck auf den verbleibenden, geraden Teil des Rohr ends tückss 14 ein, um die radiale Deformierung oder Ausdehnung der Wand des Rphrendteiles 14 zu bewirken.

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Bei der radialen Deformierung oder Ausdehnung des Rohrendteils 14 innerhalb der Zylinderbohrung des MetallStückes 10 wird das Rohr bei 14 mit seinem gesamten Umfang in innigen dauerhaften Verbindungskontakt mit der Zylinderwandung des Metallstückes 10 gezwängt. Somit kann das Ineinanderfügen des Metallstückes 10 und des Metallrohres 13 durch ein ein-

faches längsgerichtetes Pressen des Teils 10 und des Rohres 13 gegeneinander durchgeführt werden.

Wenn der längsgerichtete Druck auf das Metallstück 10 von tassenähnlicher Ausbildung und das Metallrohr 13 ausgeübt wird, und zwar in Richtung dieser Teile aufeinander zu, weist die zylindrische Seitenwandung 12 des Metallstückes 10 eine Tendenz auf, sich zusammen mit der Ausdehnung der Wand des Metallrohres um einiges auszudehnen. Jedoch kann die Ausdehnung der zylindrischen Seitenwandung 12 als eine Angelegenheit der Verbindungsbeanspruchung zwischen dem Teil 10 und dem Rohr 13 außer acht gelassen werden, da ein starkes Ineinandergreifen oder eine starke Verankerung dazwischen vorgesehen wird. Jedoch kann die Ausdehnung der zylindrischen Seitenwandung 12 des Metallstückes 10 an der umfänglichen Kante 18 verhindert werden, indem eine geeignete Zusatzeinrichtung zur Presse vorgesehen wird, beispielsweise durch Umklammerung des umfänglichen Bereiches 18 des Metallstückes 10 von außen her durch eine geeignete Klammervorrichtung (nicht dargestellt).

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Eine größere Verbindungskraft zwischen dem Metallstück 10 und dem Metallrohr 13 kann gewährleistet werden, indem eine konische innere Wandoberfläche für die zylindrische Seitenwandung 12 des Metallstückes vn tassenähnlicher Ausbildung vorgesehen wird. Wie in Figur 1 gezeigt ist, ist die innere wandoberfläche der zylindrischen Seitenwandung 12 leicht einwärts geneigt in Richtung auf die Öffnung des tassengestaltigen Metallstückes 10. Somit bildet die Zylinderbohrung einen Verbindungshohlraum, der eine knollenförmige Ausdehnung des Rohrendstückes 14 innerhalb der konkaven Zylinderbohrung des Metallstückes 10 gestattet.

Wenn das Metallstück 10 und das Metallrohr 13 wie vorgeschrieben miteinander vereinigt sind, was auch in Figur 2 dargestellt ist, wird das Rohr 13 in der Auswirkung zu einem dauerhaften einstückigem Bestandteil des Metallstückes 10, und ihre Ineinanderfügung ist der Schweiß- oder Lötverbindung im wesentlichen gleichwertig.

Die Figur 3 stellt eine weitere abgewandelte Ausbildung des Metallstückes dar, die zusätzlich zu den Vorteilen des Metallstückes gemäss den Figuren 1 und 2, wie soeben beschrieben, die Fähigkeit aufweist, größere Verbindungskraft aufzunehmen. Das Metallstück 10a gemäss Figur 3 besitzt die zylindrische Seitenwandung 12a, die der gemäss der Figur 1 gleich ist. Aber die innere Wandoberfläche 21 der zylindrischen Seitenwandung 12a ist mit einer ringBrmigen Ausnehmung

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22 versehen, und zwar in einer Position etwas oberhalb der Öffnung oder der umfänglichen Kante 18a des tassenähnlichen Metallstückes 10a. Wenn die plastische Deformation oder Ausdehnung des Metallrohres in der Zylinderbohrung des Metallstückes 10a gemäss Figur 3 stattfindet, wird-das Metall des Rohres in die Ausnehmung 22 hineingezwängt, woraus ein stärkeres Ineinandergreifen zwischen ihnen resultiert. Die ringförmige Ausnehmung 22 ist vorzugsweise dazu bestimmt, mit der abgesetzten Festigkeitslinie 17 des Metallrohres übereinzuliegen, wenn ihre Ineinanderfügung bewerkstelligt ist, weil die zusammendrückende Beanspruchung sich an der Linie 17 konzentriert, wenn ein axialer Druck auf das Rohr ausgeübt wird. Somit findet die meiste Ausdehnung in der Nähe der Linie 17 in der Rohrwandung statt, wobei die Ausdehnung das Metall des Rohres in die ringförmige Ausnehmung 22 hineinzwängt.

Die Deformierung und Ausdehnung des Metallrohres 13 am Endstück 14 geht auf die Verminderung der Wandstärke an dieser Stelle zurück und auf das Vorhandensein der diskontinuierlichen Festigkeitslinie bei 17 in der Wandung des Rohres. Jedoch ist das Verhältnis des Durchmessers zur Wandstärke offensichtlich auf ein bestimmtes Verhältnis begrenzt. Wenn das Verhältnis des ^urchmessers zur Wandstärke zu groß ist und wenn in diesem Falle das Rohr einer axialen Zusammen-

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drückung unterworfen wiJid, läßt die im Metallrohr hervorgerufene innere Beanspruchung den Mantel des Rohres einknicken und auabuckeln. Im Betrieb kann das Verhältnis Durchmesser zur Wandstärke anhand verschiedener Faktoren festgelegt werden, wie z.B. anhand der Festigkeit des Materials, der Form, der Preßintensität usf. Eine gewünschte Verformbarkeit des Rohres am Endstück 14 kann erreicht werden, indem dieses, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, abgewandelt wird. Das Metallrohr 13a gemäß Figur 4 besitzt axiale Nuten 23 an der Bohrung des Rohres in gleichmässigen Abständen. Das Metallrohr 13b gemäß Figur 5 ist nifc einer Ringnut 24 an der Bohrung des Rohres versehen. Die äussere umfängliche Kante des Rohres 13b gemäss Figur 5 ist b_j3i 25 gerundet, um der Wandung des Rohres zu gestatten, daß sie einwärts gebogen wird, ohne daß bei der Ineinanderfügung ein© Beschädigung des Metallstückes eintritt.

Die Gestalt des Arbeitsendes der Schubstange, die gemäss der Erfindung hergestellt ist, ist nicht auf eine bestimmte Form begrenzt. Die Figur 6 zeigt ein Beispiel für die Abwandlung des Schubstangenendes. Das Metallstück 10b gemäss Figur 6 besitzt eine mittig konkave kugelförmige Oberfläche 26t über welche die Schubstange mit anderen Maschinenteilen zur übertragung mechanischer Kräfte oder Energien zusammenwirkt. Das Metallstück 10b besitzt die zylindrische Seitenwandung 12b, die solchen gleich ist, die oben beschrieben sind.

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Die Figur 6 zeigt das Metallstück 10b gerade in der Stellung, in der es mit dem Metallrohr 13 zusammengefügt werden soll. Dabei ist das Metallstück 10b auf das Metallrohr 13 in der Weise aufgesetzt, daß die gebogene Bodenoberfläche 27 des Metallstückes 10b auf dem äußeren Ende 15 des Metallrohres 13 aufruht. Durch Ausübung eines axialen Druckes in Richtung des Metallstückes 10b und des Metallrohres 13 aufeinander zu wird das äußere Ende 15 des Metallrohres 13 in die Bodenoberfläche 27 des Metallstückes 10b hineingepresst, derart, daß eine Kraft in das Endstück 14 des Metallrohres 13 hinein ausgeübt wird, um die Wandung des Rohres zu veranlassen, sich axial zusammenzudrücken. Gemäss der Krümmung der Bodenoberfläche 27 ist ringförmig eine konische Ausnehmung 28 zwischen der BodenobeifLäche 27 und der zylindrischen Seitenwandung 12b des Metallstückes 10b gebildet. Somit wird das Metall des Rohres 13 in die ringförmige Ausnehmung 28 hineingezwängt. Zur gleichen Zeit ruft die vertikale Komponente des Vektors die zusammendrückende Beanspruchung in dem Endstück 14 des Metallrohres 13 hervor. Wenn der axiale Druck einen bestimmten Grenzwert erreicht, beginnt die Wandung des Endstückes 14 des Metallrohres 13, sich zu deformieren oder radial auszudehnen. Es sollte bemerkt werden, daß die diskontinuierliche Festigkeitslinie 17 des Metallrohres 13 innerhalb der Zylinderbohrung des Metallstückes 10b angeordnet ist, wenn der axiale Druck auf das Metallrohr 13 ausgeübt wird, und daß das äußere Ende 15 des Metallrohres 13 durch das ineinanderschiebende Zusammenwirken

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mit dem ringförmigen Zwischenraum 28 des Metallstückes 101» während der axialen Zusammendrückung des Metallrohres 13 gegriffen wird. Somit findet die Ausdehnung des Metallrohres 13 in dem Zwischenstück zwischen den Punkten 15 und 17 statt. Somit findet die Ausdehnung der Zylinderwandung 12b des Metallstückes 10b an der umfänglichen Kante 18b nicht statt.

Mit dem Zweck, stärkere Ineinanderfügung zwischen dem Metallstück 10b und dem Metallrohr 13 zu gewährleisten, kann die zylindrische Seitenwandung 12b des MetallStückes 10b in der Weise konisch gestaltet werden, daß die zylindrische Seitenwandung an der umfänglichen Kante 18b enger im durchmesser gestalte* wird. Das Metallstück 10b gemäss Figur 6 zeigt eine solche konisch gestaltete zylindrische Seitenwandung. Durch konische Gestaltung der Zylinderwandung wird die Ausdehnung der Wandung des Rohrendstückes 14 des Metallrohres 13 beschleunigt, was in einer stärkeren ineinandergreifenden Zusammenwirkung dazwischen resultiert. Die Press» einrichtung für das Metallstück 10b gemäss Figur 6 kann, falls erforderlich, mit einem Hemmungswerkszeug versehen sein zu dem Zweck, um eine wahrscheinliche Ausdehnung der zylindrischen Seitenwandung 12b des Metallstückes 10b an der umfänglichen Kante 18b aufzuhalten. Die Figur 7 zeigt die fertige Verbindung zwischen dem Metallstück 10b und dem Metallrohr 13, wobei das Bohrendstück 14 über seinen gesamten Umfang hin mit

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der ZyIinderwandung des MetallStückes 10b vereinigt worden ist, um einen innigen dauerhaften Verbindungskontakt dazwischen · auszubilden.

Die Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Ansprüche beschränkt. Ihr zugehörig sind sämtliche Merkmale aus der vorstehenden Beschreibung und der Zeichnung, die aufgrund des Standes der Technik ersichtlich erfinderisch sind.

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Claims

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Patentanspruciie '

Verfahren zur Herstellung einer Schubstange, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein tassenförmiges Metallstück (10,1Oa) hergestellt wird, das eine mittig konvexe (11) oder konkave (26) kugelförmige Wandung und eine zylindrische Seitenwandung (12,12a,12b) aufweist, die sich im wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene erstreckt, die durch den Kreisumfang der mittigen kugelförmigen Wandung des Metallstückes bestimmt ist, wobei das Metallstück gehärtet ist und eine geglättete Oberfläche an der mittigen kugelförmigen Wandung aufweist, daß ferner ein metallenes hohles Rohr (15) mit verminderter Wandstärke an den Endstücken (14) hergestellt wird, an denen es ausserdem etwas geringer im Durchmesser bemessen ist als die Zylinderbohrung, die durc^h die zylindrische Seitenwandung des MetallStückes bestimmt ist, und daß das Metallrohr mit dem Endstück in die Zylinderbohrung des Metallstückes hineingesetzt wird und alsdann ein längsgerichteter Druck auf das Metallstück und das Metallrohr in Richtung aufeinander zu ausgeübt wird, wodurch eine Kraft in dem Metallrohr hervorgerufen wird, durch welche ein axiales Zusammendrücken der Rohrwandung bewirkt wird, wodurch wiederum die Wandung des Endstückes des Metallrohres sich radial verformt, derart, daß das Endstück

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an seinemgesamten; Kreisumfang in innigen dauerhaf bindungskontakt mit der .zylindrischen, ßeitejawandung .,des Metallstückes gebracht wird. , -. . ■--,- _; ...,,..

Verfahren nacii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _r daß _ eine Vergrößerung des Durchmessers der Zylinderbohrung des Metallstückes (10) in deren Mitte vorgesehen ist, um eine knollenförmige Ausdehnung des Endteiles (14-) des Metallrohres (13) bei der axialen Zusammenpressung zu gestatten.

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung einer ringförmigen Ausnehmung (22) an der inneren Wandoberfläche (21) der zylindrischen Seitenwandung (12a) des Metallstückes (10) vorgesehen ist, um ein ineinandergreifendes Zusammenwirken mit dem Metall des fiohres (13) *u gestatten.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß an der mittigen kugelförmigen Wandung des Metallstückes (10) die Ausbildung eines Teiles einer Kugelkupplung vorgesehen ist,

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung" einer diskontinuierlichen Festigkeitslinie (17) durch Verminderung des Endstückes (14·) des Metallrohres (13) vorgesehen ist.

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Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der diskontinuierlichen Festigkeitslinie (17) des Metallrohres (13) ein wenig innseitig der Zylinderbohrung vorgesehen ist, wenn die axiale Zusammendrückung auf das Metallrohr ausgeübt wird.

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-AS-Lee rseite