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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Aus
der
DE 41 13 709 C2 ist
eine Kardanwelle bekannt, welche einen ersten Abschnitt mit einem ersten
Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser
hat, wobei der zweite Durchmesser kleiner als der erste Durchmesser
ist. Zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gibt
es einen Übergangsabschnitt,
in welchem der Durchmesser von dem größeren ersten Durchmesser auf
den kleineren zweiten Durchmesser abnimmt. Mit dieser Ausbildung
wird bezweckt, dass beim Aufprall eines Kraftfahrzeuges auf ein
Hindernis die Kardanwelle bei möglichst
wenig Energieverzehr zusammengeschoben werden kann, indem sich unter
Verformung des Übergangsabschnittes
der erste Abschnitt der Kardanwelle mit dem größeren Durchmesser über den zweiten
Abschnitt der Kardanwelle mit dem kleineren Durchmesser schiebt.
Dabei besteht die Gefahr, dass die Kardanwelle ausknickt. Das ist
unerwünscht,
weil das Ausknicken ein unkontrolliertes Verformungsverhalten zur
Folge haben würde.
Die
DE 41 13 709 C2 offenbart
deshalb, in der Kardanwelle einen Rohrstutzen vorzusehen, welcher mit
einem Abschnitt kleineren Durchmessers fest in dem zweiten Abschnitt
der Kardanwelle mit dem kleineren Durchmesser steckt. Von dort aus
erstreckt sich der Rohrstutzen in den ersten Abschnitt der Kardanwelle
mit dem größeren Durchmesser
und hat dort einen Abschnitt mit einem Durchmesser, welcher dem
Innendurchmesser des ersten Abschnittes der Kardanwelle angenähert ist.
Wenn sich im Falle eines Aufpralls die beiden Abschnitte der Kardanwelle ineinanderschieben,
soll der Rohrstutzen eine das Ausknikken der Kardanwelle verhindernde
Führung bewirken,
so dass die Kardanwelle Verformungsenergie nur aufnimmt, bis ihr
zweiter Abschnitt von ihrem ersten Abschnitt abreißt.
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Es
ist weiterhin bekannt, eine Kardanwelle der in der
DE 41 13 709 C2 beschriebenen
Art dahingehend weiterzubilden, dass sich in der Außenseite des Übergangsabschnittes
zwischen dem ersten, im Durchmesser größeren Abschnitt und dem zweiten, im
Durchmesser kleineren Abschnitt der Kardanwelle eine ringförmige Sicke
befindet, welche koaxial zur Längsachse
der Kardanwelle angeordnet ist. Durch diese Sicke soll festgelegt
werden, an welcher Stelle sich der Übergangsabschnitt im Falle
eines Aufpralls zu falten beginnt und später reißt. Es ist bekannt, eine solche
Kardanwelle mit einer Sicke im Übergangsabschnitt
dadurch herzustellen, dass man von einem Rohr ausgeht, welches den
Durchmesser hat, den die Kardanwelle in ihrem ersten Abschnitt haben soll.
In dieses Rohr rollt oder dreht man an der Stelle, an welcher sich
später
der Übergangsabschnitt
befinden soll, die Sicke ein, wozu man in radialer Richtung auf
das Rohr einwirkt. Anschließend
werden durch Rundkneten, Ziehen oder Pressen des Rohres der zweite
Abschnitt der Kardanwelle mit dem kleineren Durchmesser und der Übergangsabschnitt
gebildet. Danach wird der vorgefertigte Rohrstutzen durch den ersten
Abschnittes der Kardanwelle hindurch in diese eingeführt und
in deren zweiten Abschnitt, dass ist der Abschnitt mit dem kleineren
Durchmesser, eingepresst.
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Trotz
der Sicke unterliegt das Verformungsverhalten von so hergestellten
Kardanwellen Schwankungen, die unerwünscht groß sind. Die Schwankungen sind
deshalb unerwünscht,
weil sie Vorhersagen über
das Verformungsverhalten und davon abhängige konstruktive Vorkehrungen
zur Erfüllung
eines vorgegebenen Maßes
an passiver Sicherheit des Kraftfahrzeuges erschweren.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen,
wie die Schwankungen im Verformungsverhalten von Antriebswellen der
vorstehend genannten Art ohne Einbuße an Sicherheit verringert
werden können.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen
sowie durch eine nach dem Verfahren hergestellte Antriebswelle.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird nicht
eine Sicke in das Rohr, aus welchem die Antriebswelle zu bilden ist,
gerollt oder gedreht, bevor das Rohr umgeformt wird, um neben einem
ersten Abschnitt mit größerem Durchmesser
einen zweiten Abschnitt mit kleinerem Durchmesser zu bilden. Vielmehr
wird die Sicke erfindungsgemäß während des
Umformvorganges oder nach dem Umformvorgang oder in einer Pause
des Umformvorganges gebildet, der den zweiten Abschnitt der Antriebswelle
mit dem kleineren, zweiten Durchmesser d als Ergebnis hat. Das hat
wesentliche Vorteile:
- • Die Lage der Sicke im Übergangsabschnitt
der Antriebswelle läßt sich
genauer vorherbestimmen.
- • Die
Form der Sicke läßt sich
genauer vorherbestimmen.
- • Die
Abmessungen der Sicke, insbesondere ihre Tiefe, lassen sich mit
größerer Genauigkeit
vorherbestimmen.
- • Die
Sicke zeichnet sich durch eine höhere Gleichmäßigkeit
aus.
- • Die
Gefahr einer exzentrischen Lage der Sicke ist verringert.
- • Das
Umformen des Rohrs zur Bildung des zweiten Abschnitts mit dem kleineren
Durchmesser d, welches insbesondere durch Rundkneten oder Ziehen
erfolgen kann, verändert
die Lage, die Gestalt und die Abmessungen der Sicke nicht oder mindestens
weniger als bei Anwendung des bekannten Verfahrens.
- • Das
Verformungsverhalten der Antriebswelle unterliegt weniger Schwankungen
als bisher.
- • Das
Gewährleisten
eines vorgegebenen Maßes an
passiver Sicherheit im Fahrzeug wird erleichtert.
- • Die
Kosten des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen
in derselben Größenordnung
wie die Kosten des bekannten Verfahrens oder darunter.
- • Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wirkt sich eine lokal unterschiedliche Härte, welche zum Beispiel im
Bereich einer Schweißnaht
des Rohres auftreten kann, nur noch minimal auf Schwankungen der
Tiefe der Sicke aus.
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Als
Verfahren zum Umformen des Rohrs, um einen Abschnitt kleineren Durchmessers
und einen Übergangsabschnitt
zum Abschnitt mit dem größeren Durchmesser
zu erreichen, eignen sich insbesondere das Rundkneten und/oder das
Ziehen.
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Die
Sicke wird vorzugsweise in der Außenseite des Übergangsabschnittes
gebildet. Dafür
gibt es mehrere Möglichkeiten
und es erleichtert die Kontrolle des Arbeitsergebnisses. Je nach
dem Verfahren, welches für
das Bilden der Sicke ausgewählt wird,
ist es jedoch auch möglich,
die Sicke in der Innenseite des Übergangsabschnittes
zu bilden; eine an der Innenseite vorgesehene Sicke kann für das Einstülpen und
Abreißen
des Rohres, aus welchem die Antriebswelle gebildet ist, günstiger
sein als eine auf der Außenseite
des Übergangsabschnitts
vorgesehene Sicke. An der Innenseite kommt eine Sicke insbesondere
dann infrage, wenn sie in den Übergangsabschnitt
gedrückt
wird. Die Sicke in den Übergangsabschnitt
zu drücken
ist die bevorzugte Art und Weise, die Sicke zu bilden. Eine andere
Möglichkeit, die
Sicke durch spanlose Bearbeitung zu bilden, ist, sie in den Übergangsabschnitt
zu rollen. Wenn das Rohr durch Rundkneten umgeformt werden soll,
besteht eine günstige
Möglichkeit,
die Sicke zu formen, darin, dass man Knetbacken einsetzt, welche
an ihrer Vorderseite, mit welcher sie auf das Rohr einwirken, mit
einem Vorsprung versehen sind, dessen Kontur sich in dem entstehenden Übergangsabschnitt
der Antriebswelle abbildet.
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Es
ist aber auch möglich,
wenn auch nicht bevorzugt, die Sicke an der Außenseite durch spanende Bearbeitung,
insbesondere durch Drehen, zu bilden.
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Die
Sicke kann nicht nur auf der Innenseite oder der Außenseite
des Übergangsabschnitts
gebildet werden, sondern auch auf beiden Seiten, insbesondere deckungsgleich.
Zweckmäßigerweise
sind die Sicken in diesem Fall zusammengenommen ungefähr so tief
wie die Sicke in dem Fall, dass sie als einzige im Übergangsabschnitt
vorgesehen ist.
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Ist
in dem Übergangsabschnitt
nur eine einzige Sicke vorgesehen, dann wird sie vorzugsweise mit
einer Tiefe von 0,15 mm bis 0,3 mm, insbesondere 0,2 mm ausgebildet.
Das hat sich für
den Zweck der Sicke als besonders zweckmäßig erwiesen und nimmt zugleich
darauf Rücksicht,
dass es die eigentliche Aufgabe der Antriebswelle ist, Drehmomente
zu übertragen.
Sind zwei deckungsgleiche Sicken vorgesehen, eine auf der Außenseite
und eine auf der Innenseite, dann sind sie zweckmäßigerweise
zusammengenommen ungefähr
0,15 mm bis 0,3 mm tief.
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Die
beim Formen der Sicke auftretenden Kräfte werden vorzugsweise von
einem Widerlager aufgefangen, welches dem Übergangsabschnitt der Antriebswelle
auf seiner der Sicke abgewandten Seite zeitweilig angelegt wird.
Auf diese Weise erhält man
eine in Gestalt und Tiefe besonders gleichmäßige und damit für Zwecke
der Erfindung besonders vorteilhafte Sicke. Es ist aber auch möglich, eine
Sicke auszubilden, welche sich nicht ohne Unterbrechung über einen
Umfangswinkel von 360 ° erstreckt, sondern
welche an einigen Stellen unterbrochen ist. Diese Stellen sind vorzugsweise
regelmäßig über den
Umfang des Übergangsabschnitts
verteilt. Sie ermöglichen
das Übertragen
größerer Drehmomente bei
gleichzeitigem Erfüllen
der Aufgabe der Sicke, im Falle eines Crash ein Einstülpen und
Abreißen
der Antriebswelle am vorbestimmter Stelle herbeizuführen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt, in welchen gleiche oder einander entsprechende
Teile mit übereinstimmenden
Bezugszahlen bezeichnet sind.
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1 zeigt
im Längsschnitt
eine Antriebswelle, welche nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist,
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2 zeigt
das Detail X aus 1, die
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2a und 2b zeigen
Abwandlungen von 2
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3 zeigt
im Längsschnitt
eine Antriebswelle mit Werkzeugen für das Einformen einer Sicke,
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4 zeigt
in einer Darstellung entsprechend der 3 ein zweites
Beispiel für
die Herstellung einer Sicke in der Antriebswelle,
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5 zeigt
in einer Darstellung entsprechend der 3 ein drittes
Beispiel für
das Einformen einer Sicke in eine Antriebswelle, und
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6 zeigt
in einer Ansicht auf den Übergangsabschnitt
der Antriebswelle in Abwandlung des Beispiels aus 1 eine
Sicke mit Unterbrechungen.
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Die
in 1 dargestellte Antriebswelle ist ausgehend von
einem zylindrischen Rohr mit dem Außendurchmesser D gebildet.
Dieses Rohr wird zunächst
durch Umformen, insbesondere durch Ziehen oder Rundkneten, auf einem
Teil seiner Länge
bearbeitet. Dadurch verbleibt ein erster Abschnitt 1 des Rohres
bei seinem ursprünglichen
Außendurchmesser
D und es entsteht ein zweiter Abschnitt 2 mit einem zweiten,
kleineren Außendurchmesser
d. Damit sich im Falle eines Aufpralls der Abschnitt 1 über den Abschnitt 2 schieben
kann oder sich der Abschnitt 2 in den Abschnitt 1 hineinschieben
kann, ist der Außendurchmesser
d wenigstens um die Wandstärke des
ersten Abschnittes 1 kleiner als der Innendurchmesser des
Abschnittes 1. Zwischen den Abschnitten 1 und 2 befindet
sich ein Übergangsabschnitt 3 mit
einem im Längsschnitt
andeutungsweise S-förmigen
Verlauf, dessen größte Steigung
gegenüber
der Längsachse 4 der
Antriebswelle vorzugsweise 45 ° bis
80 ° beträgt. In die
Außenseite
des Übergangsabschnittes 3 ist
eine ringförmige
Sicke 5 eingeformt, welche koaxial in Bezug auf die Längsachse 4 angeordnet
ist. 2 zeigt, welche Gestalt die auf diese Weise gebildete
Sicke 5 im Ausführungsbeispiel
hat. Da sie nur ungefähr
0,2 mm tief ist, ist sie in 2 übertrieben
dargestellt. 2a und 2b zeigen Alternativen
zu 2. In 2a befindet
sich die Sicke 5 nicht auf der Außenseite, sondern auf der Innenseite
des Übergangsabschnitts 3.
In 2b befindet sich auf beiden Seiten des Übergangsabschnitts 3 eine
Sicke 5, und zwar liegen sie ungefähr deckungsgleich und sind
nur ungefähr
halb so tief wie in den Beispielen gemäß den 2 und 2a.
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Ein
Rohrstutzen 6 mit einem dünneren Hals 7 und
einem dickeren Abschnitt 8, der in einen sich verjüngenden,
kurzen Abschnitt 9 ausläuft,
steckt mit seinem Hals 7 fest im zweiten Abschnitt 2 der
Antriebswelle. Der Außendurchmesser
des Halses 7 ist so auf den Innendurchmesser des zweiten
Abschnittes 2 der Antriebswelle abgestimmt, dass sich beim Einführen des
Halses 7 in den zweiten Abschnitt 2 ein Presssitz
ergibt, durch welchen der Rohrstutzen 6 in der Antriebswelle
fixiert wird. Der Außendurchmesser
des dickeren Abschnittes 8 des Rohrstutzens 6 ist an
den Innendurchmesser des Abschnittes 1 der Antriebswelle angenähert, so
dass sich zwischen beiden eine Führung
ergibt, wenn im Falle eines Aufpralls die Abschnitte 1 und 2 der
Antriebswelle ineinandergeschoben werden. Die Erfindung schließt aber
auch Antriebswellen ein, in welchen ein Rohrstutzen 6 nicht
vorgesehen ist.
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Anhand
der 3 wird erläutert,
wie eine solche Sicke 5 in den Übergangsabschnitt 3 einer
Antriebswelle eingeformt werden kann. Dazu wird die Antriebswelle
mit ihrem ersten Abschnitt 1 mittels einer Spanneinrichtung 11 eingespannt.
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Von
der Seite des ersten Abschnittes 1 her wird zweckmäßigerweise
z. B. ein Widerlager 12 in die Antriebswelle eingeführt, welches
eine Kontur hat, die dem Verlauf der Innenseite der Antriebswelle an
dem Übergangsabschnitt 3 und
in der Nachbarschaft des Übergangsabschnitts 3 angepasst
ist. Das Widerlager 12 wird mittels eines ersten Druckmittelzylinders 13 an
die Innenseite des Übergangsabschnittes 3 gedrückt. In
die Außenseite
des Übergangsabschnittes 3 wird
mittels eines hohlen Stempels 14, welcher an seiner Vorderseite
eine Ringwulst 15 hat und koaxial bezüglich der Längsachse 4 über den
zweiten Abschnitt 2 der Antriebswelle geschoben wird, eine
der Ringwulst 15 komplementäre ringförmige Sicke 5 in den Übergangsabschnitt 3 gedrückt. Dazu
wird mittels eines zweiten Druckmittelzylinders 16 auf
den Stempel 14 eingewirkt. Der Stempel 14 hat
an seiner Vorderseite zu beiden Seiten der Ringwulst 15 eine
Kontur 17, welche komplementär mit der Kontur übereinstimmt,
welche die Antriebswelle auf der Außenseite ihres Übergangsabschnittes 3 und
in dessen Nachbarschaft haben soll. Hat die Antriebswelle bereits
vor dem Einformen der Sicke 5 im Bereich des Übergangsabschnittes 3 die gewünschte Kontur,
dann stellt das Zusammenwirken des Stempels 14 mit dem
Widerlager 12 sicher, dass die gewünschte Kontur beim Einformen
der Sicke 5 nicht verändert,
sondern beibehalten wird.
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Hat
die Antriebswelle jedoch im Bereich des Übergangsabschnittes 3 vor
dem Einformen der Sicke 5 eine Kontur, welche von der gewünschten
Kontur noch etwas abweicht, dann erhält der Bereich des Übergangsabschnittes 3 durch
das Pressen zwischen dem Stempel 14 und dem Widerlager 12 seine endgültige Kontur;
die Kontur der Vorderseite des Stempels 14 hat in diesem
Fall die Funktion einer Matrize, in welche der Übergangsabschnitt 3 der
Antriebswelle durch das Zusammenwirken des Stempels 14 und
des Widerlagers 12 hineingedrückt und kalibriert wird.
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Eine
Abwandlung der so gebildeten ringförmigen Sicke 5 ist
in 6 darstellt. Bei dieser Abwandlung ist die Sicke
an drei Stellen unterbrochen. Die Unterbrechungen sind um 120° gegeneinander versetzt.
Sie erlauben das Übertragen
größerer Drehmomente
unter Bewahrung der Aufgabe, im Crashfall ein Einstülpen und
Abreißen
des äußeren Rohrs
der Antriebswelle an vorbestimmter Stelle herbeizuführen.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 4 unterscheidet
sich von dem in 3 darin, dass die Kontur des Übergangsabschnittes 3 noch
deutlich von der gewünschten
endgültigen
Kontur abweicht: Zwischen dem ersten Abschnitt 1 mit dem
Außendurchmesser
D und dem zweiten Abschnitt 2 mit dem Außendurchmesser
d liegt als Vorform z. B. ein konischer Übergangsbereich 3' vor, welcher
noch eine größere Länge als
die gewünschte
endgültige
Kontur des Übergangsabschnittes 3 aufweist,
welche in 4 in der unteren Hälfte der
Zeichnung dargestellt ist. In diesem Fall wird durch das Zusammenwirken des
Stempels 14 und des Widerlagers 12 die endgültige Kontur
des Übergangsabschnittes 3 gebildet
und dabei zugleich die Sicke 5 geformt.
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Das
in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von den in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispielen
darin, dass das in einer Spanneinrichtung 11 eingespannte Rohr,
welches zu einer Antriebswelle umgeformt werden soll, endseitig
gegen einen Anschlag 18 positioniert ist. Von der gegenüberliegenden
Seite wird in das Rohr ein zylindrischer Dorn 19 eingeführt, dessen
Außendurchmesser
mit dem Innendurchmesser übereinstimmt,
den der zweite Abschnitt 2 der Antriebswelle erhalten soll.
Dieser zweite Abschnitt 2 wird durch Rundkneten gegen den
Dorn 19 gebildet. In 5 sind für diesen
Zweck zwei Knetbacken 20 schematisch dargestellt. Diese
haben an ihrem dem Anschlag 18 zugewandten Ende eine Kontur 17,
welche der gewünschten
Kontur im Bereich des zu bildenden Übergangsabschnittes 3 entspricht.
Dabei haben die Knetbacken 20 in ihrer Kontur zusätzlich Abschnitte 21 einer
Ringwulst, durch deren Einwirken auf das eingespannte Rohr zugleich
mit den Kneten des Übergangsabschnittes 3 die
Sicke 5 geformt wird.
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Der
vom Übergangsabschnitt 3 weiter
entfernte zweite Abschnitt der Antriebswelle mit dem Durchmesser
d kann auch durch Pressen anstatt durch Rundkneten gebildet werden.
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Sind
der zweite Abschnitt 2 und der Übergangsabschnitt 3 der
Antriebswelle geformt, kann durch den im Durchmesser größeren ersten
Abschnitt 1 ein Rohrstutzen 6, wie in 1 dargestellt, eingeführt und
durch Einpressen in den zweiten Abschnitt 2 fixiert werden.
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Erst
nach dem Einführen
des Rohrstutzens 6 wird entsprechend der Darstellung in 1 ein
dem zweiten Abschnitt 2 abgewandter dritter Abschnitt 10 der
Antriebswelle durch Umformen, insbesondere durch Ziehen oder Rundkneten
ausgehend vom Außendurchmesser
D des ersten Abschnittes 1 geformt. Der dritte Abschnitt 10,
welcher bei Betrachtung der 5 in dem
an den Anschlag 18 angrenzenden Abschnitt des Rohrs geformt
wird, weist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, denselben Durchmesser
d auf, den auch der zweite Abschnitt 2 aufweist. Zwischen
dem ersten Abschnitt 1 und dem dritten Abschnitt 10 ergibt
sich ein weiterer Übergangsabschnitt 22,
in welchem erfindungsgemäß eine weitere
Sicke gebildet werden kann, deren Aufgabe der Aufgabe der Sicke 5 im Übergangsbereich 3 entspricht.
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- 1
- erster
Abschnitt
- 2
- zweiter
Abschnitt
- 3
- Übergangsabschnitt
- 3'
- konischer Übergangsbereich
- 4
- Längsachse
- 5
- Sicke
- 6
- Rohrstutzen
- 7
- Hals
von 6
- 8
- dickerer
Abschnitt von 6
- 9
- sich
verjüngender
Abschnitt von 8
- 10
- dritter
Abschnitt
- 11
- Spanneinrichtung
- 12
- Widerlager
- 13
- erster
Druckmittelzylinder
- 14
- Stempel
- 15
- Ringwulst
- 16
- zweiter
Druckmittelzylinder
- 17
- Kontur
- 18
- Anschlag
- 19
- zylindrischer
Dorn
- 20
- Knetbacken
- 21
- Abschnitte
einer Ringwulst
- 22
- weiterer Übergangsabschnitt
- 23
- Unterbrechungen