JP4022273B2 - 波形管の製造方法およびこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、元は平滑な円筒形の金属管に波形を付すことにより予備成形し、引続きこの予備成形された金属管内に予備成形された波形の内径に相当する外径を備えているマンドレルを挿入し、予備成形された波形の波谷内に半径方向で外部から元は互いに間隔をおいて設けられておりかつこの金属管を囲繞している円板状のプレスジョーを据付け、このプレスジョーを引続き金属管に波形の襞を付けを行いながら半径方向で圧縮させることにより行われる様式の、波形金属管を製造するための方法およびこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波形を賦形された金属管を造るための方法および工具は多数知られている。このような方法および工具は以下に掲げる公知の文献に記載されている。
ドイツ連邦共和国特許第３０ ３５ ２３４号公報、ドイツ連邦共和国特許公告第２４ ０７ ２２６号公報、ドイツ連邦共和国特許公開第２０ ２７ ６３８号公報（英国特許第１３ ４１ ７４４号公報に相当）；ドイツ連邦共和国特許第２８ ５１ ９４４号公報、ドイツ連邦共和国特許第２９ ０９ １４２号公報、ドイツ連邦共和国特許第３２ ２４ ３０８号公報、ドイツ連邦共和国特許公開第３０ ０４ ８３８号公報；ヨーロッパ特許公報第２９８ ８３２号；フランス特許第２ １７６ ７０７号公報、英国特許公開第２ ２６８ ４２９号公報および米国特許第１ ８９０ ０９３号公報。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許第３０ ３５ ２３４号によれば、波付け加工される管片内に、軸上に存在している波形板を挿入し、管体に、相応するが、しかし内方の波形板に対して位置ずれして設けられていてかつ同様に軸上に存在している波形板が外側から当接される。回転する軸は相互の方向に当接され、同時に波形板は軸線方向でそれらの軸上を摺動する。小さな断面を有する管体にとってこのようなやり方は不適当である。何故なら、これらの管体が変形を受けることなく作業圧力を受容することができるように、波形板を担持している管体が頑丈に、従って寸法が大きく設定されていなければならないからである。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公告第２４ ０７ ２２６号によれば、最初は円滑な円筒形の管体が、壁部が波形に成形されている母型内に挿入される。次いで、成形されるべき管体内に、弾性的なプレス体が挿入され、このプレス体はラムにより両側から押つけられ、これにより管体は部分毎に成形される。このようにして波形の各々は一つの作業工程で成形が行なわれる。この方法は極めて経費を要し、薄肉の管体にしか適用することはできない。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許公開第２０ ２７ ６３８号（英国特許第１３ ４１ ７４４号に相当）によれば、成形されるべき管材内に、半径方向で拡開可能なマンドレルが挿入され、外側から半径方向で扇形の板がこのマンドレルに押圧される。外側の板と内側のマンドレルとの協働作用により、所望の波形が管体に成形される。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許第２８ ５１ ９４４号とドイツ連邦共和国特許第２９ ０９ １４２号とによれば、内圧の形成と波形の襞付けとにより、管体内に波また波が成形される。この方法とこの方法のための工具は極めて経費を要する。上記の方法に比して利点とされるのは、円筒形の出発管体の肉厚が波付けの領域内で維持されることである。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許第３２ ２４ ３０８号には、円筒形の出発管体に段階的に波谷を圧刻する工具が記載され、かつ説明されている。このようにして予備成形された管体に、外側から、型体が個々の波谷に圧接され、次いでこの管体内に高い液圧が形成され、管体は全体として軸線方向の圧力の下におかれ、管体はその際短縮され、型材によって保護されていた波谷間に存在している管体部分が外方へと押広げられる。このやりかたは極めて経費を要する。
【０００８】
ヨーロッパ特許第０ ２９８ ８３２号にあっては、成形されるべき管体内に挿入可能であり、半径方向で拡開可能でありかつ波形を備えているマンドレルが設けられており、この波形の全長にわたって相応する波形が延在して形成されている扇形のジョーがこのマンドレルに対してハンマのように打ちつけられる。これにより行なわれる成形により、管体が延伸され、波形領域内において、変形されていない管壁の肉厚よりも薄い肉厚が得られる。
【０００９】
フランス特許第２ １７６ ７０７号においてもまた、波形が成形されている表面を有していてかつ半径方向で拡開可能なマンドレルが設けられている。外側のジョーとして、管体を囲繞する多数の歯車が設けられており、その配設は、これらの歯車の歯がマンドレルの波形と噛み合うように行なわれている。これらの歯車はスライダの上に支承されており、このスライダは成形されるべき管体に沿って運動される。この配設にあってもまた、管体の波付けされた領域内において材料が過大に延伸されることが避けられない。
【００１０】
英国特許公開第２ ２６８ ４２９号には、軸線方向で多数の板に分割されている拡開可能なマンドレルが開示されており、これらの板の表面が波形を成形する。これに対して、扇形の、円板状の外側ジョーは押圧可能であり、この外側ジョーは上記のマンドレルと協働して管体に波形を賦形する。これに比されるやり方は米国特許第１ ８９４ ０９３号公報にも開示されている。
【００１１】
特に、ここではドイツ連邦共和国特許公開第３０ ０４ ８３８号をあげなければならない。これには、横波形が圧成されている管体の製造方法が記載されている。この方法に使用される装置には、多数のプレスジョーが設けられており、これらのプレスジョーは仕上げられるべき管体の軸線方向で互いに間隔をもって設けられている。成形されるべき管体はこの装置内に導入され、その際管体の平滑な円筒形に形成されているジャケット面がプレスジョーに当接する。管体は端面側において封隙されており、上記の工程に引続いて管体の内部に高い静液圧が形成される。この静液圧は管体を互いに間隔を有しているプレスジョー間で幾分膨張させる。次いで、この静液圧の維持の下にプレスピストンが圧縮され、その際管体の膨張されている部分が押広げられる。管体の軸線方向で相前後している部分が静液圧の下で膨張することにより、管体のプレスジョーに当接する環状の領域が延伸され、これに伴いこの環状の領域の肉厚が幾分先細りに成形されて薄肉に成形される。次に、プレスジョーを管体の軸線方向でかつ静液圧−これは膨張された部分を外方に押出すのに必要であるばかりでなく、プレスジョーと管体のこれに当接する環状の領域との間十分に高い摩擦力を保証するのにも必要である−の維持の下に圧縮すると、上記の延伸と薄肉の先細り化とが更に増大され、従って仕上げ成形された管体はこの内部波谷の領域内で極めて僅かな肉厚を有することとなる。従って、上記の摩擦力は、プレスジョーが圧縮作用を行う際にプレスジョー間内に存在している管部分が僅かに膨張するに過ぎないことからプレスジョーが管体に対して滑動し、従って所望の成形が不十分な程度にしか達せられないと言うことを回避するために、大きくなければならない。このように波付けされた管体は自動車のステアリングコラムとの関連において使用され、クラッシュ事故の際のエネルギー吸収する中間部材として働く。ステアリングコラム内で、この波付けされた管体はステアリングに必要な回転モーメントを吸収し、かつ伝達する。この公知の方法で波付けされて造られた管体は、内部領域内において上記の回転モーメントの伝達の際極めて大きな応力が生じにもかかわらず、この内部領域内においてが極めて薄い肉厚を有している。従って、この場合十分に大きな肉厚を有する管体を選択し、これにより波付けされた管体にあって極めて高い応力負荷される環状の帯域において許容しがたい応力が生じないようにしなければならない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような公知の技術を基礎として、本発明の根底をなす課題は、著しく圧刻された波形、即ち波の高さの波の長さに対する比率が１：１である波形が得られ、この際安定性の理由から出発管体の肉厚が内部の波形の領域内においても本質的に維持され、肉厚がこの内部の波形の領域内において増強されるような波形を達することが可能な方法、およびこの方法を実施するための装置工具並びにこれらにより得られた波付けされた管を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は本発明により、特許請求の範囲の請求項１の特徴部に記載した特徴により解決される。
本発明による方法の優れた発明の実施の形態は、特許請求の範囲の請求項２から５に記載した。
また、本発明による方法を実施するための装置にあって、本発明による課題は請求項６に記載した特徴により解決される。
【００１４】
ドイツ連邦共和国特許公開第３０ ０４ ８３８号に開示されている技術に伴う困難な点を、本発明は簡単な手段を使用して対処し、かつ良い結果が得られた。
管体の出発波形を成形する多段階の予備成形は、請求項６に記載の装置の使用の下に行なわれ、この場合波形は連続的に圧刻され、内部の環状の領域の肉厚は一定に維持されるばかりでなく、明白にかつ著しく拡大される。これは、円筒形の管体から出発して、内部の小さな波谷が内方へと押圧され、この環状の領域の直径が、円筒形の管体の直径に対して、細められ、このことがこの領域内において材料の滞りを招くことにより行なわれる。圧刻された波形により、内方の小さな波形、即ち内方の環状の領域は、その側面が比較的強い勾配を示すように成形される。平均のねじ山角は４５°および６０°である。従って続いて行なわれる波形の襞付けは、波形を成形するための装置を構成している単純な工具を挿入するだけで十分に行なわれる。ここでこれらの工具は、波形の成形工程の間この内方の領域を支持する働きをし、従ってプレスジョー間に存在している領域の波形の襞付けに、もはや内圧が必要でなくなる。何故なら、プレスジョーがそのように波形が成形された狭い波谷内に嵌合し、プレスジョーが軸線方向に摺動した際、プレスジョーがこの波谷から脱出することがないからである。即ち、予め波形を成形された管体と外側に当接しているプレスジョー間に緊密かつ確実な形状結合が形成され、この形状結合はプレスジョーが軸線方向で摺動した際管体部分の携行を保証し、しかもその際この運動を内方から高い圧力で支援する必要がない。
【００１５】
本発明による構成により、内部の環状の帯域内で肉厚を有している波付けされた管が造られる。この肉厚は明白に出発管体の肉厚より大きい、従ってこのようにして造られた波付け管は上記の使用目的には最も良く適している。これらの管は、作業上回転モーメントを伝達する際に極めて高い応力がかかる場所において最も大きい肉厚を有している。
【００１６】
予備成形された波形に、引続いて波形の襞付けを行って所望の圧刻された波形を成形するために、プレスジョーは、多数の面内で、対の状態で設けられており、かつ円板状に形成されており、各々のプレスジョーは半環状の開口を有しており、これらの開口を区画する面は階段状に段差を付されており、この段差の高さは少なくとも波形の襞付けを行うことによって形成される波形の高さに相当している。
【００１７】
以下に添付した図面に図示された発明の実施の形態につき本発明を詳細に説明する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
平滑な表面を備えており、両側或いは片側のみを開けることができる円筒形の管体１内に、マンドレル２が挿入される。このマンドレルは多数の扇形に形成されている部分３から成り、これらの部分の間には半径方向の拡開を行うためのくさび状シャフト４が（矢印方向で）挿入可能である。管体１の周囲をとりまくように、同様に扇形に形成されている外側ジョー６が設けられている。この外側ジョー６とマンドレル２の部分３は、それらの外側ジョーの全長Ｌにわたって、互いに向き合った側において互いに同じ様式で構成されており、本質的に等しく形成された波形７と８を備えており、その際これらの波形の波形列は比較的間隔の狭い波谷と長く延在している波山とを備えている。
【００１９】
このような工具は多様の構成様式で造られており、その際個々の工具はそれぞれ、それらの波形が工具から工具へと圧刻されることにより異なる。第一の工具は比較的平坦な波形を、即ち高さの僅かな波形を備えている場合、次の工具から次の工具へとこの波形は絶えず圧刻され、その高さは工具から工具へと増大する。しかし、図面を単純化し、かつ見やすくするために、図面には一つの工具のみを図示した。
【００２０】
マンドレル２と外側ジョー６との間に存在していてかつ始め平滑な管体１は、マンドレル２が半径方向で拡開し、外側ジョー６が半径方向でマンドレル２に対して（矢印１１の方向で）当接されることによって成形され、従ってこれにより管体１は全長Ｌにわたって波様の形が賦形される。この波様の形は工具から工具へと絶えず、図２に拡大した寸法で示した形状に達するまで圧刻される。この図から、波谷９が比較的狭く、これに対して波山１０が長く延在しているのが認められる。図２に示した成形された波形２０の場合、波の長さｌはその高さの数倍および三倍から四倍である。このようにして成形された波形２０にあっては、管体の内方へと指向している波谷の長さｌ₁ は、外方を指向している波山１０の長さｌ₂ の０，３から０，６の比率であるに過ぎず、これらの長さｌ ₁ 、ｌ ₂ は波の高さＨの半分の領域で測定されている。管体の内方へと指向している波谷９は上記のように圧刻され、深められ、例えば平均のねじ山角αは少なくとも４５°および６０°である。
【００２１】
図２に示した波形２０は多数の工具を使用した多数の作業工程で成形される。その際、個々の工具は、協働する面の波形が工具組から工具組へと絶えず圧刻されることにより、即ち波形の高さＨが工具組から工具組へと徐々に大きくなるように、そしてねじ山角が徐々に勾配を増していくように構成されていることにより異なる。一般に二組の工具組で十分である。このようにして成形される−図２に示す波形２０が有する−波形の成形により、実際に波形に沿って管体１の肉厚が維持されるが、波谷９にあってはこの肉厚は著しく拡大されている。
【００２２】
このようにして予備成形され、図示した実施の形態のあって片側のみが閉じられていてかつその閉じられている端部に延長部１２を備えている管体１には、平滑な表面を備えた円筒形のマンドレル１３が挿入される。このマンドレル１３は図１の実施の形態に関連して説明したようなマンドレルのように構成されているのが有利であり、ただこの場合個々の扇形の部分の外表面が−上記したように−平滑な表面を備えているに過ぎない。このマンドレル１３はくさび状シャフトが挿入されることにより、その外径が予備成形された波形２０の内径に直径方向で当接するように拡開される。換言すれば、予備成形された管体１の波谷９の内側はマンドレル１３の円筒形の平滑な面に当接する。
【００２３】
図３に図示したこの工具はプレスジョー１５の領域内に存在しており、これらのプレスジョーのうち一つは図７に平面図で示した。異なる面において対の配設で多様に設けられている（図４参照）この長方形のプレスジョー１５は、半球形の開口１６を有している。この開口の境界面１７は階段状に段差を付されており、その際高さｈは、予備成形された波形（図２参照）が引続き波形の襞付けが行われることにより形成される高さに少なくとも相当する。図３に図示した工具へのプレスジョー１５のこの対の状態での配設は、図４から明瞭に認められる。図示していない案内部材および調節部材によりこの配設は、プレスジョー１５の突出している段差が、管体１の予備成形された波形２０の波谷９の面内に存在するように行なわれる。ここでプレスジョー１５はマンドレル１３上に存在している予備成形された管体１に対して押圧され（図５参照）、その際プレスジョー１５の突出している段差が波谷９内に入り、その際プレスジョー１５はこの管体を囲繞する。波谷９が深く、側面が急峻であることから、プレスジョー１５に対して形状一体的な結合が達せられ、この形状一体的な結合は引続いて波形の襞付けが正しく行なわれることを保証する。しかもこの際、この波形の襞付け工程の間管体の内部に圧力を形成する必要がない。使用されるマンドレルにより達せられる波谷の支持は完全に達せられる。
【００２４】
引続いてプレスラム１８が最も上方に位置しているプレスジョー対方向に当接され、互いに間隔を以て位置しているプレスジョー１５（図５参照）が圧縮される。プレスジョー１５の列で最も下方に存在しているプレスジョーは反力により支持されている。この反力はここでは矢印１９で示した（図６参照）。プレスジョー１５のこの圧縮により平坦な波山１０が折畳まれて波形の長さｌが短縮され、従ってこれにより圧刻された波形を有する管体が成形される。この発明における意味での圧刻された波形とは、波の長さの波の高さに対する比率が１：１である波形を意味する。
【００２５】
波形がこのようにして成形される（図６参照）と、プレスラム１８は上昇させられ、プレスジョー１５は側方へと当接させられ（図４参照）、こうして次にマンドレル１３の半径方向の先細りの部分方向へ、くさび状シャフトが引戻されることにより成形仕上がりされた管体が引抜かれる。
プレスジョーの案内部材および調節部材に関しては、色々な構成が可能であるが、本発明の対象ではないのでここでは図示しもしなかったし、詳しい説明も省略した。
【００２６】
成形されるべき管体１は一層の構造でも、或いは互いに挿入される多数の管から成る多層の構造であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、著しく圧刻された波形、即ち波の高さの波の長さに対する比率が１：１である波形を備えた波形管が得られ、この波形管の内部の波形領域内においても出発管体の肉厚が本質的に維持され、かつ肉厚がこの内部の波形の領域内において増強される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 波形を成形するための工具の垂直断面図である。
【図２】 管体の成形された波形の図である。
【図３】 波形を成形するためのマンドレルが挿入された予備成形された管体の図である。
【図４】 仕上げ工程におけるプレスジョーを或る加工位置で示した図３に相当する垂直断面図である。
【図５】 仕上げ工程におれるプレスジョーを或る加工位置で示した図３に相当する垂直断面図である。
【図６】 仕上げ工程におけるプレスジョーを或る加工位置で示した図３に相当する垂直断面図である。
【図７】プレスジョーの平面図である。
【符号の説明】
１ 管体
２ マンドレル
３ マンドレルの扇形の部分
４ くさび状シャフト
５，１１，１９ 矢印
６ ジョー
７，８ 波形
９ 波谷
１０ 波山
１２ 延長部
１３ マンドレル
１５ プレスジョー
１６ 開口
１８ プレスラム
２０ 波形

Claims (6)

1. 元は平滑な円筒形の金属管（１）に波形を付すことにより予備成形し、引続きこの予備成形された金属管（１）内に予備成形された波形（２０）の内径に相当する外径を備えているマンドレル（１３）を挿入し、予備成形された波形（２０）の波谷（９）内に半径方向で外部から元は互いに間隔をおいて設けられておりかつこの金属管（１）を囲繞している円板状のプレスジョー（１５）を据付け、このプレスジョー（１５）を引続き金属管（１）の波形（２０）の襞付けを行いながら半径方向で圧縮させることにより行われる様式の、波形金属管を製造するための方法において、金属管（１）の波形（２０）の予備成形を同じ様式の相前後して行われる多数の作業行程によって行い、この場合それぞれの作業行程において金属管（１）内に軸方向に指向している波形を備えている半径方向で拡開可能なマンドレル（２）を挿入し、金属管（１）に関してこの金属管（１）の方向に当接され、マンドレル（２）の波形に少なくともほぼ相応する波形を備えている外方のジョー（６）により金属管（１）内に波形を圧刻すること、予備成形の相前後している作業行程において使用されたマンドレル（２）とジョー（６）とが異なった高さの波形を備えていること、および金属管（１）の予備成形後に続いて行われる軸方向の圧縮の作業行程において金属管（１）内に挿入されるマンドレル（１３）が半径方向に拡開可能であることを特徴とする製造方法。
2. 予備成形として、波の長さ（ｌ）がその高さ（Ｈ）の数倍である波形（２０）を成形することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 予備成形として、波の長さが（ｌ）がその高さ（Ｈ）の三倍から四倍である波形（２０）を成形することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 予備成形として、管体の内側方向に指向している波谷（９）の長さ（ｌ ₁ ）が外側を指向している波山（１０）の長さ（ｌ ₂ ）の０，３から０，６であり、これらの長さ（ｌ ₁ ，ｌ ₂ ）は波の高さの半分の領域で測定されていることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
5. 予め成形された波形（２０）を順々に、波長さのその高さとの比率が１：１になるように押広げることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 波形金属管を造るための装置において、金属管（１）の波形を予備成形するための異なった高さの波形を備えているマンドレル（２）とジヨー（６）とから成る工具と、予備成形された波形（２０）の内径に相当する外径を有する半径方向に拡開可能なマンドレル（１３）と金属管（１）を外側で囲繞しており、多数の面で対の状態で設けられていてかつ円板状に形成されているプレスジョー（１５）とを備えている工具とを備えており、この場合各々のプレスジョーが半円環状の開口（１６）を備えており、この開口（１６）を区画している面（１７）が階段状に段差を付されており、かつこの段差の高さ（ｈ）が少なくとも波形の襞付けによって形成される波形の高さに相当していることを特徴とする装置。

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