DE2250323C3 - Verfahren und Vorrichtung für das Vereinigen eines Metallrohrs mit einer kerbverzahnten Metallstange - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Endab schnitt eines Rohres aus Metall und einem mit Axiaikeilen oder einer Verzahnung versehenen Abschnitt einer Stange aus Metall, bei dem der Stangenabschnitt axial in den Endabschnitt eingesetzt wird und dann auf die Außenseite des Endabschnitts radiale Druckkräfte ausgeübt werden, die den Endabschnitt plastisch verformen und in formschlüssigen Eingriff mit den Keilen bzw. der Verzahnung des Stangenabschnitts bringen.

Eine aus einem hohlen Metallrohr und einer darin

eingesetzten kerbverzahnten Metallstange bestehende Baugruppe wird häufig bei der Herstellung einer zusammendrückbaren oder nachgiebigen Kraftfahrzeuglenksäule angewendet Diese Baugruppe einer nachgiebigen Lenksäule besitzt ein innen kerbverzahn tes Lenkrohr, das eine außen kerbverzahnte Hauptlenk stange aufnimmt die an ein Lenkrad angeschlossen ist. Die Hauptlenkstange sitzt an dem Rohr, und zwar durch Arbeitseingriff zwischen den Kerbverzahnungen auf der Stange und dem Rohr und wird teleskopartig in das Rohr eingeschoben, wenn auf die Lenkstange eine ungewöhnlich hohe Belastung wirkt Eine Lenksäule dieser Art kann daher Stoßkräfte absorbieren, die auf den Fahrer im Falle eines Frontalzusammenstoßes einwirken, wobei der Fahrer nach vorn geschleudert wird und heftig auf das Lenkrad aufschlägt

Bei einem bekannten, in der DE-OS 19 34 339 beschriebenen Verfahren werden zur Erzeugung der für das Vereinigen eines Metallrohres mit einer Metallstange notwendigen Pressung radiale Druckkräfte von zumindest drei Preßbacken ausgeübt, die radial auf den Endabschnitt des Rohres und in der Folge auf den darin eingesetzten Stangenabschnitt drücken. Dieses Vorgehen hat zur Folge, daß an der Außenseite des Endabschnitts an den Fugen zwischen den Preßbacken entsprechende Grate entstehen, so daß der Endabschnitt des Rohrs außen unrund ist Wenn dies verhindert werden soll, muß entweder zumindest ein zweiter Preßvorgang durchgeführt werden, nachdem die Baugruppe aus Rohr und Stange etwas gedreht worden ist oder vor dem eigentlichen Preßvorgang müssen an den den Fugen zwischen den Preßbacken entsprechenden Stellen Abflachungen auf dem Endabschnitt erzeugt werden. Dieses Vorgehen ist verhältnismäßig kompliziert und stellt obendrein nicht sicher, daß der Endabschnitt nach der Herstellung der Verbindung außen rund ist Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß von den Preßbacken nicht ausschließlich radiale Druckkräfte, sondern auch tangentiale Kräfte ausgeübt werden, was zu über den Umfang unterschiedlichen Materialfluß im Endabschnitt des Rohrs führt so daß die Zwischenräume zwischen den Zähnen am Stangenabschnitt nicht gleichmäßig ausgefüllt werden. Dies wiederum hat zur Folge, daß nicht alle Zähne des Stangenabschnitts gleich belastbar sind, so daß die hergestellte Verbindung ein geringeres Drehmomentaufnahmevermögen hat, als sie der Kerbverzahnung des Stangenabschnitts entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren der angegebenen Art so durchzuführen, daß die hergestellte Verbindung ein möglichst hohes Drehmoment aufnehmen kann und gleichzeitig bei axialer Krafteinwirkung in vorher bestimmter Größe axial verschiebbar ist. S

Diese Aufgabe wird erfindungsgemiß dadurch gelöst, daß die radialen Druckkräfte gleichmäßig über den gesamten Umfang des Endabschnitts und vom freien Ende des Endabschnitts aus in Axialrichtung kontinuierlich fortschreitend aufgebracht werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß der Materialfluß Ober den gesamten Umfang von Endabschnitt des Rohres und Stangenabschnitt gleichmäßig ist, so daß die durch die plastische Verformung erzeugten Gegenzähne im Endabschnitt ebenfalls über den Umfang gleichmäßig ausgebildet sind. Dies ergibt eine Vielnutverbindung bzw. Kerbzahnverbindung, deren Zähne bzw. Keile gleich belastet werden können, so daß eine Überdimensionierung zum Ausgleich geringerer Belastbarkeit einzelner Keile bzw. Zähne nicht erforderlich ist Ein weiterer Vorteil des Anmeldungsgegenstandes besteht darin, daß die Außenseite des Endabschnitts rund bleibt, ohne daß eine Nachbearbeitung oder ein zusätzlicher vorangehender Arbeitsgang erforderlich ist

Die Erfindung *ird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert Die Figur zeigt eine teilweise geschnittene Längsansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Baugruppe aus einem Metallrohr und einer kerbverzahnten Metallstange, die gerade durch die Vorrichtung verbunden werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine stationäre Plattform 20, die einen Bock 22 mit einer Axialbohrung 22a aufnimmt Der Bock 22 trägt an dem Vorderende seiner Bohrung 22a ein Gesenk oder eine Matrize 24 mit einer Axialbohrung, die mit der Bohrung 22a des Bocks 22 fluchtet Das Gesenk 24 besteht gewöhnlich aus gehärtetem Stahl ausreichender Festigkeit oder ist mit einem solchen Stahl ausgekleidet Die Axialbohrung des Gesenks 24 hat einen Außenabschnitt 24a, der über eine Umfangsabschrägung 24c in einen Innenabschnitt 24b übergeht Der Außen- und Innenabschnitt 24a bzw. 24b des Gesenks 24 haben Durchmesser D und d, wobei D>d ist, während die Umfangsabschrägung oder Abfasung 24c sich axial nach außen zur Bohrung mit einem Winkel θ vergrößert. Die Länge des reduzierten Innenabschnitts 24b der Bohrung des Gesenks 24 hat den Wert 1, wie es in der Figur dargestellt ist

In der Bohrung 22a des Bocks 22 ist ein allgemein rohrförmiges Führungsteil 26 axial verschiebbar. Das Führungsteil 26 besitzt eine Axialbohrung 26a, die mit der Bohrung des Gesenks 24 fluchtet Auf der Plattform 20 befinden sich zwei Hydraulikzylinder 28 und 30; der eine Zylinder 28 befindet sich in einem Abstand SS gegenüber dem Gesenk 24, während sich der andere Zylinder 30 hinter dem Bock 22 befindet, wie in F i g. 1 dargestellt Diese Hydraulikzylinder 28 und 30 haben hin- und hergehende Kolben 32 und 34, die mit den Bohrungen im Bock 22, im Gesenk 24 und im Führungsteil 26 fluchten.

Vor dem Preß- oder Ziehvorgang werden ein hohles Metallrohr 36 und eine Metallstange 38 mit einem kerbverzahnten Abschnitt 38a vorbereitet. Das Rohr 36 hat einen reduzierten Endabschnitt 36a, in den der kerbverzahnte Stangenabschnitt 38a zunächst lose eingesetzt wird. Die Länge des reduzierten Endabschnitts 36a ist im wesentlichen gleich der des kerbverzahnten Stangenabschnitts 38a und soll im vorliegenden Fall im wesentlichen gleich der Axiallänge / des reduzierten Innenabschnitts 24b der Bohrung im Gesenk 24 haben. Der reduzierte Endabschnitt 36a des Rohrs 36 soll ferner einen Außendurchmeser haben, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser D des vergrößerten Außenabschnitts 24a der Bohrung im Gesenk 24 ist Vor Beginn des Aufpressen des Rohrs 36 auf den kerbverzahnten Stangenabschnitt 38a wird der reduzierte Endabschnitt 36a des Rohrs 36 in den vergrößerten Außenabschnitt 24a der Bohrung des Gesenks 24 eingepaßt, wobei gemäß der Darstellung die Stange 38 axial in der Bohrung 26a aufgenommen wird. Der Kolben 34 des sich hinter dem Bock 22 befindenden Hydraulikzylinders 30 wird anfänglich in einer aus dem fluchtenden Führungsteil 26 zurückgezogenen Lage gehalten.

Bei Verfahrensbeginn wird der Hydraulikzylinder 28 betätigt, so daß der Kolben 32 in Richtung des Pfeils A vorrückt und mit seinem Führungsende auf das freie Ende des Rohrs 36 trifft Beim Vorrücken des Kolbens 32 in Richtung auf den Bock 22 wird der reduzierte Endabschnitt 36a in den reduzierten Innenabschnitt 24b der Bohrung des Gesenkes 24 gepreßt und unter radialem Zusammendrücken durch den umgebenden Abschnitt des Gesenks 24 verformt Wenn sich das Rohr 36 axial um die Länge / vorwärtsbewegt und dementsprechend der reduzierte Endabschnitt 36a voll in die Bohrung des Gesenks 24 eingepreßt wird, wird der Endabschnitt 36a auf diese Weise auf einen Außendurchmesser d zusammengedrückt. Dabei wird der Endabschnitt 36a mit Gewalt eng auf den kerbverzahnten Stangenabschnitt 38a gedrückt, wobei überschüssige Rohrwand in die einzelnen Nuten zwischen die Leisten oder Zähne des kerbverzahnten Stangenabschnitts 38a fließt

Nach Beendigung dieses Preß- oder Ziehvorgangs wird der Kolben 32 des Hydraulikzylinders 28 vom Bock 22, d. h. in Richtung des Pfeils A', weggezog<"i, während der andere Hydraulikzylinder 30 betätigt wird. Der Kolben 34 des Hydraulikzylinders 30 stößt in Richtung des Pfeils B gegen das Führungsteil 26 vor. Das Führungsteil 26 wird demzufolge axial in Richtung auf den sich in der zurückgezogenen Stellung befindlichen Kolben 32 gedrückt, so daß der gepreßte Endabschnitt 36a des Rohrs 36 aus der Bohrung 24a des Gesenks 24 zusammen mit der Stange 38 herausgedrückt wird, die über den kerbverzahnten Stangenabschnitt 38a fest mit dem Rohr 36 verbunden ist.

Der Außendurchmesser D des vergrößerten Außenabschnitts 24a der Bohrung des Gesenks 24 und der Durchmesser c/des reduzierten Innenabschnitts 246 der Bohrung des Gesenkes 24 können in geeigneter Weise in Abhängigkeit vom anfänglichen und erwünschten endgültigen Außendurchmesser des reduzierten Endabschnitts 36a des Rohrs 36, dem Material des Rohrs 36, sowie dem Durchmesser, dem Material und der Anzahl der Kerbverzahnungen auf dem Stangenabschnitt 38a gewählt werden. Der Winkel θ der Umfangsabschrägung 24cder Bohrung des Gesenkes 24 kann im Bereich von 30° bis 60° variieren. Es ist ferner ersichtlich, daß die Kolben 32 und 34 der Hydraulikzylinder 28 und 30 so ausgelegt werden können, daß sie einen Hub in der Größenordnung der Strecke / haben. Es kann auch um die Bohrung 22a des Bocks 22 herum hinter dem reduzierten Innenabschnitt 246 der Bohrung des Gesenks 24 ein ringförmiger Spielraum vorgesehen sein. Im Bedarfsfall kann Ha* Fühmncrcieii -yc ■>*. ,.«.;^„_m

Ende einen gegen den Kolben 34 stoßenden angeformten Flansch 26b haben, um dadurch den Hub des Führungsteils 26 in Richtung auf den anderen Kolben 32 während des Ausstoßens von Rohr 36 und Stange 38 zu begrenzen. Wie dargestellt, kann der Bock 22 ferner einen rohrförmigen Führungsabschnitt 22b haben, der in Richtung auf den Hydraulikzylinder 30 vorsteht und verschiebbar den Flansch 26b des Führungsteils 26 und den Kolben 34 aufnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Endabschnitt eines Rohres aus Metall und einem mit Axialkeilen oder einer Verzahnung versehenen Abschnitt einer Stange aus Metall, bei dem der Stangenabschnitt axial in den Endabschnitt eingesetzt wird und dann auf die Außenseite des Endabschnitts radiale Druckkräfte ausgeübt werden, die den Endabschnitt plastisch verformen und in formschlüssigen Eingriff mit den Keilen bzw. der Verzahnung des Stangenabschnitts bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Druckkräfte gleichmäßig über den gesamten Umfang des Endabschnitts und vom freien Ende des Endabschnitts aus in Axialrichtung kontinuierlich fortschreitend aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkräfte so bemessen sind, daß die Verbindung in Axialrichtung nachgiebt, wenn in Axialrichtung eine Kraft oberhalb eines Grenzwertes wirkt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stangenabschnitt vor dem Einsetzen mit einem reibungsmindernden Überzug beschichtet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Herstellung einer Kraftfahrzeuglenksäule aus einem Rohr (36) und einer massiven Stange (38).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Werkzeug zur Aufbringung der radialen Druckkräfte auf die Außenseite des Enriabschnitts und einer stationären Werkzeughalterung, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Gesenk (24) mit einer axialen Bohrung (24a, 246, 24c) ist, die einen zylindrischen Innenabschnitt (24b) und anschließend daran eine trichterförmige, nach außen weiter werdende Umfangsabschrägung (24c) umfaßt, deren Durchmesser außen zumindest gleich dem Außendurchmesser des Endabschnitts (36a) ist, daß der Bock (22) für das Gesenk eine axiale, mit der Gesenkbohrung fluchtende Bohrung (22a) aufweist, die gleichen Durchmesser wie der Innenabschnitt der Bohrung hat und sich an diesen anschließt, wobei der Durchmesser der Bohrung (22a) und des Innenabschnitts der Bohrung deutlich kleiner als der Außendurchmesser des Endabschnitts ist, daß in der Bohrung (22a) und der Axialbohrung des Gesenkes ein rohrförmiges Führungsteil (26) axial zwischen einer ersten Stellung, in der das Vorderende des Führungsteils in der trichterförmigen Abschrägung (24c) angeordnet ist, und einer zweiten Stellung verschiebbar ist, in der es aus seiner ersten Stellung zumindest um die Länge des Endabschnitts nach innen zurückgezogen ist, daß das Führungsteil in seiner Axialbohrung (26a) die Stange (38) mit Ausnahme des kerbverzahnten bzw. mit Kei!:n versehenen Abschnitts (3Sa) aufnehmen und führen kann, daß der Endabschnitt mit darin eingesetztem Stangenabschnitt (3Sa) von einer Antriebseinrichtung (28,32) in die Gesenkbohrung gedrückt werden kann und daß der auf den Stangenabschnitt gepreßte Endabschnitt von einer zweiten Antriebseinrichtung (30, 34) aus der Gesenkbohrung gedrückt werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsabschrägung (24c) der Axialbohrung kegelig ist und einen Kegelwinkel im Bereich von ungefähr 30° bis ungefähr 60° hat