DE4322902A1 - Verfahren zur Herstellung von Wellrohren - Google Patents

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 3^I-3^II-3^III-3^IV-3^V- . . . 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 9^I-9^II-9^III-9^IV- . . . 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.