DE2058043A1

DE2058043A1 - Verfahren zum Herstellen zylindrischer Teile

Info

Publication number: DE2058043A1
Application number: DE19702058043
Authority: DE
Inventors: Millard Barry John
Original assignee: Adwest Engineering Ltd
Current assignee: Adwest Engineering Ltd
Priority date: 1969-11-28
Filing date: 1970-11-25
Publication date: 1971-06-03
Also published as: FR2072431A5; US3780412A; ES385896A1

Description

PATENTANWÄLTE

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DiPL.-ING. β MÜNCHEN 25 · LtPOWSKYSTR. IO

Adwest Engineering Ltd. pl-ad-19

L/ov

24.November 1970

Verfahren zum Herstellen zylindrischer Teile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen zylin-'drischer Teile, die beispielsweise in Lenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge verwendet werden können, also z. B. hohle zylindrische Teile für Drehkörperventile oder Ritzelglieder zur Verwendung in Ritzel-Zahnstangen-Lenkeinrichtungen. ·

Drehkörperventile zur Verwendung in hilfskraftunterstützten Lenkeinrichtungen für Motorfahrzeuge weisen im allgemeinen ein Gehäuse und einen Drehkörper auf, der Innerhalb des Ventilgehäuses unter der Einwirkung einer Lenksäule verdrehbar ist. Das Gehäuse ist mit Einlaß- und Auslaßöffnungen für ein fliessfähiges Medium versehen, und die äussere Oberfläche des Drehkörpers ist mit im Abstand voneinander angeordneten, sich axial erstreckenden Kanälen für das fliessfähige Medium ausgebildet. Das Ventilgehäuse oder eine zwischen das Ventilgehäuse und den Drehkörper eingesetzte Hülse ist an seiner bzw. ihrer inneren Oberfläche mit im Abstand voneinander

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angeordneten, sich axial erstreckenden Kanälen für das fliessfähige Medium versehen, die mit den Kanälen in dem Drehkörper zusammenwirken, um für das fliessfähige Medium einen Strömungsweg zwischen ausgewählten öffnungen in dem Gehäuse zu bilden, wenn der Drehkörper in Bezug auf das Gehäuse oder die Hülse verdreht wird. So kann z.B. an der inneren Oberfläche des Ventilgehäuses oder der Ventilhülse eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Vertiefungen oder Nuten vorgesehen sein, die in gleichmässigen Abständen voneinander angeordnet sind. Wenn eine Hülse vorgesehen ist, kann diese ausserdem an ihrer äusseren Oberfläche mit einer Vielzahl von Nuten oder Kanälen versehen sein, die jeweils so angeordnet sind, dass sie eine Verbindung mit einer öffnung in dem Gehäuse herstellen. Ein solches Ventil ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 958 558 beschrieben.

Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung des Gehäuses oder der Hülse für ein solches Ventil wird das Gehäuse oder die Hülse von einem oder von beiden Enden her aufgebohrt und dann zur Bildung der darin vorgesehenen, sich axial erstreckenden Nuten oder Kanäle ausgeräumt oder ausgerieben, wobei sich die Nuten oder Kanäle zu der oder den Endbohrungen hin öffnen.

Da es wesentlich ist, dass die Enden der Nuten oder Kanäle geschlossen und gegenüber dem fliessfähigen Medium abgedichtet sind, wird ein kreisförmiger Stopfen in die oder in jede Endbohrung eingepasst, um die Enden der Nuten oder Kanäle abzuschliessen. Der oder jeder kreisförmige Stopfen muss eine wirksame Abdichtung der Enden der Nuten oder Kanäle bewirken und in der Lage sein, einen Druck des fliessfähigen Mediums bis zu etwa 140 kg/cm (2000 psi) auszuhalten. Um einen genügend dichten Sitz und eine genügend genaue Abdichtung zwischen der oder jeder Endbohrung und ihren zugehörigen kreisförmigen Stopfen zu erreichen, müssen sowohl die Endbohrung als auch der Stopfen genau geschliffen werden, so dass ihre miteinander zusammenwirkenden Oberflächen so glatt und dicht

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passend wie möglich sind, um unter hohem Druck eine gegen Lecken dichte Verbindung zu ergeben.

Diese herkömmliche Methode zur Herstellung von Ventilgehäusen oder -hülsen hat deswegen Nachteile, weil eine Vielzahl von sehr genau auszuführenden Herstellungsvorgängen notwendig ist, was sowohl zeitraubend als auch kostspielig ist. Es ergibt sich ausserdem ein wesentlicher Ausschuss deswegen, weil eine grosse Zahl von Gehäusen oder Hülsen nicht den Anforderungen entspricht. Darüberhinaus wurde gefunden, dass bei Herstellung der Gehäuse oder der Hülsen in der herkömmlichen Weise die Möglichkeit besteht, dass die kreisförmigen Stopfen sich verschieben, so dass die Enden der Nuten oder Kanäle nicht mehr richtig abgedichtet sind.

In ähnlicher Weise ergeben sich Schwierigkeiten, wenn man ein Ritzel aus Stangenmaterial herstellt, insbesondere dann, wenn sich das Ritzel zwischen den Enden des fertigen Teils befinden soll, da es hierbei notwendig ist, das Metal an jedem Ende des Teils abzutragen, in den die Zähne des Ritzels geschnitten werden sollen, so dass man dem Ritzel insgesamt eine unnötige Länge geben muss, um Raum für den Eintritt und den Austritt des die Zähne schneidenden Werkzeugs zu schaffen. Die beiden so gebildeten Endteile, an denen das Material abgetragen ist, haben Jedoch unvermeidlich zur Folge, dass die Enden der Zähne nicht abgestützt sind, was, zusammen mit der unnötigen Länge des Ritzels, die Höhe des Drehmoments begrenzt, das das Ritzel bei einem gegebenen Ritzeldurchmesser aushalten bzw. übertragen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, die vorstehenden Nachteile und Schwierigkeiten zu überwinden.

Zu diesem Zweck wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung zylindrischer Bauteile geschaffen, das darin besteht, dass das Bauteil anfänglich in zwei oder mehr getrennten Teilen hergestellt wird, worauf diese Teile zusammengefügt

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und durch Elektronenstrahl-Schweissen oder Stumpfschweissen (friction welding) zur Bildung des vollständigen Bauteils miteinander verbunden werden.

Wenigstens eines der Einzelteile kann vor dem Zusammenfügen und Schweissen wärmebehandelt werden, insbesondere dann, wenn das Elektronenstrahl-Schweissen angewendet wird, da sich herausgestellt hat, dass der Elektronenstrahl von Elektronenstrahl-Schweisseinrichtungen.sehr genau fokussiert werden kann und nur eine sehr kleine Streuung hat, so dass demgemäss die dadurch erzeugte Wärme eng lokalisiert ist und nicht in unerwünschter Weise die wärmebehandelten Oberflächen des Einzelteils oder der Einzelteile negativ beeinflusst.

Bei Herstellung eines zylindrischen Bauteils für ein Drehkörperventil, wobei dieses zylindrische Bauteile im Abstand voneinander angeordnete, sich axial erstreckende Nuten oder Kanäle in einer Oberfläche aufweist, und wobei sich die Nuten oder Kanäle nur über einen Teil der Länge des Bauteils erstrecken, kann das erfindungsgemässe Verfahren darin bestehen, dass das Bauteil anfänglich in zwei oder mehr getrennten Teilen hergestellt wird, von denen in dem einen die Nuten oder Kanäle ausgebildet sind, so dass sie sich über die volle Länge dieses Teils erstrecken, worauf die Einzelteile zusammengefügt und durch Elektronenstrahl-Schweissen oder Stumpfschweissen (friction welding) zur Bildung des vollständigen Bauteils miteinander verbunden werden.

Wenn sich die axial erstreckenden Nuten oder Kanäle nur über einen zwischen den Enden liegenden oder mittleren Teil der Länge des Bauteils erstrecken, kann das Bauteil in drei Teilen hergestellt werden, wobei der mittlere Teil zur Bildung von im Abstand voneinander angeordneten, sich axial erstreckenden Nuten oder Kanälen in der inneren Oberfläche dieses Teils ausgeräumt oder ausgerieben wird, wobei sich die Nuten oder Kanäle über die ganze Länge dieses mittleren Teils erstrecken,

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und wobei Teile, die zum Abschliessen der offenen Enden der Nuten oder Kanäle geeignet sind, getrennt hergestellt und mit dem mittleren Teil zusammengefügt und mit diesem zusammengeschweisst werden. Ringförmige Vertiefungen oder Kanäle können in der äusseren Oberfläche eines oder mehrerer dieser Teile gebildet werden, bevor diese Teile zusammengefügt und miteinander verschweisst werden. Die Einzelteile können vor dem Zusammenfügen und Schweissen maschinell fertig bearbeitet werden.

Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Herstellung eines Ritzelgliedes kann das Verfahren darin bestehen, dass zunächst ein Ritzelteil durch Schneiden von Ritzelzähnen über die volle Länge eines kurzen Stückes von Stangenmaterial hergestellt wird, worauf das so hergestellte Ritzelteil wärmebehandelt wird, und wobei Endstücke zum Zusammenfügen mit dem Ritzelteil getrennt hergestellt werden, worauf die Einzelteile zusammengefügt und durch Schweissen, vorzugsweise Elektronenstrahl-Schweissen, miteinander verbunden werden.

Das erflndungsgemässe Verfahren kann ferner die Verfahrensschritte aufweisen, dass die zusammengefügten, getrennt hergestellten Teile zusammengeklemmt werden, dass die zusammengefügten und zusammengeklemmten Teile in Umdrehung versetzt werden und dass während der Umdrehung die Teile durch Elektronenstrahl-Schweissen miteinander verbunden werden. Die zusammengefügten und zusammengeklemmten Teile einer Vielzahl von Bauteilen können in einen· gemeinsamen Rahmen eingebaut und nacheinander an einer Elektronenstrahl-Schweissvorrichtung vorbeigeführt werden, während sie, wie zuvor erwähnt, rotieren, so dass die zusammengefügten und zusammengeklemmten Teile der verschiedenen Bauteile nacheinander miteinander verschweisst werden.

Das Schweissen kann in einer Vakuumkammer unter reduziertem Druck ausgeführt werden.

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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Ventilhülse mit einigen verdeckten Einzelheiten

Fig.' 2 eine Endansicht der Ventilhülse nach Fig. 1 Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 durch Fig. 1, Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht von oben zur Veranschaulichung der Elektronenstrahl-Schweissung von zusammengefügten Hülsen und

Fig. 5 ein Ritzelglied und den daran ausgeführten Schweiss-Vorgang.

Gemäss den Figuren 1 bis 4 wird eine Hülse 10 für ein Drehkörperventil in drei Einzelteilen hergestellt, nämlich einem Mitteil 11, einem die Kanäle in dem Mittelteil 11 abdichtenden Endteil in der Form eines zylindrischen Schafts 12 und einem ebenfalls die Kanäle abdichtenden Endteil 13. Das Mitteilteil 11 hat in gleichmässigen Abständen angeordnete, sich axial erstreckende Schlitze oder Kanäle 14a (Fig. 3) an seiner inneren Oberfläche 14 und ringförmige Kanäle 15a in seiner äusseren Oberfläche 15. Zwei Schweissnähte l6 verbinden den Schaftteil 12 und den Endteil 13 mit dem Mittelteil 11.

Der Teil 12 weist eine Bohrung 17 und eine Senkbohrung 18 auf, die vor dem Zusammenfügen der Teile hergestellt sind. In gleicher Weise haben der Mittelteil 11 und der Endteil Jeweils maschinell hergestellte Bohrungen, die in diesen Teilen vor dem Zusammenfügen der Teile ausgebildet sind. Die Kanäle oder Nuten 14a werden längs der inneren Oberfläche des Teils 11 ausgeräumt oder ausgerieben. Ebenso werden die ringförmigen Kanäle 15a vor dem Zusammenfügen in die äussere Oberfläche 15 eingeschnitten. Die Kanäle 15a erstrecken sich auch um den Schaftteil 12 und den Endteil 13 herum.

Die Hülse 10 wird jeweils als ein Bauteil innerhalb einer

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bestimmten Menge oder eines Postens durch Zusammenfügen und Elektronenstrahl-Schweissen der vorher maschinell bearbeiteten Teile 11, 12 und 15 hergestellt.

Wie Fig. 4 zeigt, wird ein Posten Ventilhülsen 10 unter einer Elektronenstrahl-Schweisseinrichtung 22 vorbeigeführt. Eine Fördereinrichtung, die Zahn- oder Kettenräder 235, eine Kette 24 und Räder 25 aufweist, ist vorgesehen und dient dazu, die Hülsen 10 sowohl zu drehen als auch vorwärts zu bewegen. Durch jede Hülse 10 geht eine Stange 21 hindurch. Geeignete nicht dargestellte Kiemmittel halten die zusammengefügten Schaftteile 12, Mittelteil 11 und Endteile IJ jeder Ventilhülse 10 zusammen. Die Teile 11, 12 und 13 können innerhalb einer eng passenden äusseren Hülse zusammengefügt werden, um eine korrekte Ausrichtung der Teile in axialer Richtung sicherzustellen, wobei diese äussere Ausrichthülse nach dem Zusammenklemmen wieder entfernt wird. Die zusammengefügten Teile mehrerer Hülsen 10 können in einem gemeinsamen, nicht dargestellten Rahmen angeordnet sein, der ' durch die Fördervorrichtung an der Schweisseinrichtung 22 vorbei bewegt wird. Die Fördervorrichtung überträgt gleichzeitig durch die Stangen 21 eine Drehbewegung auf die zusammengefügten Teile.

Das Schweissen kann in einer Vakuumkammer unter reduziertem Druck durchgeführt werden.

Im folgenden wird auf Fig. 5 Bezug genommen.

Ein gezahntes Ritzel Jl wird aus einem Stück Stangenmaterial maschinell hergestellt und dann wärmebehandelt.

Zwei Stützglieder in der. Form fester zylindrischer Stangen und 33 werden dann zum Anschlag mit den Enden des Ritzels'31 gebracht und mit diesem elektronenstrahl-verschweisst.

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ORIGINAL JNSPECTEO

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Da der Elektronenstrahl eine sehr kleine Streuung hat, d.h. da er sehr genau fokussiert werden kann, ist die durch ihn erzeugte Wärme sehr eng lokalisiert und beeinflusst die wärmebehandelten Oberflächen der Zähne des Ritzels nicht negativ.

Der Durchmesser der beiden Stangen 32 und 33 ist so gewählt, dass er mindestens dem Durchmesser gleich ist, den das Ritzel 31 hat, bevor die Zähne hergestellt werden, so dass die Zähne an jedem ihrer Enden durch die beiden Stangen gestützt werden und auf diese Weise ein grösseres Drehmoment aushalten oder übertragen können als ein Ritzel mit dem gleichen Durchmesser, das nach dem zuvor beschriebenen bekannten Verfahren hergestellt wurde.

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Claims

Patentansprüche

1.!Verfahren zum Herstellen zylindrischer Bauteile, dadurch ^—^g ekenn zeichnet, dass ein Bauteil zunächst in zwei oder mehr getrennten Einzelteilen hergestellt wird, dass diese Teile zusammengefügt werden und dass schliesslich die Einzelteile zur Bildung des vollständigen Bauteils miteinander durch Schweissen, insbesondere Elektronenstrahl -Schweissen oder Stumpfschweissen (friction welding) verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Einzelteile vor dem Zusammenfügen und Schweissen wärmebehandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung eines zylindrischen Bauteils für ein Drehkörperventil, wobei das zylindrische Bauteil mit Abstand voneinander angeordnete, sich axial erstreckende Nuten oder Kanäle in einer Oberfläche aufweist und wobei die Nuten oder Kanäle sich nur über einen Teil der Länge des Bauteils erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zunächst in zwei oder mehr getrennten Einzelteilen hergestellt wird, von denen eines die Nuten oder Kanäle aufweist, die darin so ausgebildet sind, dass sie sich über die volle Länge dieses Einzelteils erstrecken, wo-

, rauf die Einzelteile zusammengefügt und durch Schweissen, vorzugsweise Elektronenstrahl-Schweissen oder Stumpfschweissen (friction welding) zur Bildung des vollständigen Bauteils miteinander verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelteil des Bauteile ausgeräumt oder ausgerieben wird, um in der inneren Oberfläche dieses Mittelteils

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mit Abstand voneinander angeordnete, sich axial erstreckende Nuten oder Kanäle zu bilden, die sich über die volle Länge des Mittelteils erstrecken, dass Endteile getrennt hergestellt werden, die beim Zusammenfügen mit dem Mittelteil die offenen Enden der Nuten oder Kanäle abschliessen, worauf die Teile zusammengefügt und zur Bildung eines vollständigen Bauteils durch Schweissen, insbesondere Elektronenstrahl-Schweissen oder Stumpfschweissen (friction welding) miteinander verbunden werden, wobei sich die Nuten oder Kanäle nur über den mittleren Teil der Länge des Bauteils erstrecken.

5· Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ringförmige Nuten oder Kanäle in der äusseren Oberfläche eines oder mehrerer der Einzelteile gebildet werden, bevor diese Teile zusammengefügt und miteinander verschweisst werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung eines Ritzelgliedes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ritzel-

^v teil dadurch hergestellt wird, dass Ritzelzähne über die volle Länge eines kurzen Abschnitts eines Stangenmaterials geschnitten werden, worauf das so gebildete Ritzelteil wärmebehandelt wird, dass Endteile zum Zusammenfügen mit dem Ritzelteil getrennt hergestellt¹ werden, worauf die Einzelteile zusammengefügt und durch Schweissen, vorzugsweise Elektronenstrahl-Schweissen, miteinander verbunden werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengefügten, getrennt hergestellten Teile zusammengeklemmt werden, dass die zusammengefügten und zusammengeklemmten Teile in Umdrehung versetzt werden und dass diese Teile während ihrer Rotation durch Schweisaen*. insbesondere jiurch Elektronenstrahl-Schweissen, miteinander verbunden werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengefügten und zusammengeklemmten Teile einer Vielzahl von Bauteilen in einem gemeinsamen Rahmen angeordnet werden und dass diese zusammengefügten und zusammengeklemmten Teile nacheinander an einer Schweisseinrichtung, insbesondere einer Elektronenstrahl-Sohweisseinrichtung, vorbeigeführt werden, so dass die zusammengefügten und zusammengeklemmten Einzelteile verschiedener Bauteile nacheinander miteinander verschweisst werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweissen in einer Vakuumkammer bei reduziertem Druck durchgeführt wird.

10. Zylindrisches Bauteil, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.

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