DE102006040519B4

DE102006040519B4 - Verfahren zur Herstellung einer Stromschiene

Info

Publication number: DE102006040519B4
Application number: DE102006040519A
Authority: DE
Inventors: Arno SCHRÖDER; Dieter Bähr
Original assignee: Paul Vahle GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Vahle GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: CN101134442A; CN101134442B; DE102006040519A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene, wobei die Stromschiene einen Grundkörper (1) sowie ein die Schleiffläche (2a) bildendes Schleifflächenelement (2) aufweist, und das Schleifflächenelement (2) aus einem Material ist, das härter als das Material des Grundköpers (1) ist, wobei der Grundkörper (1) eine erste Seite (1d, 1e) aufweist, die dem Schleifflächenelement (2) zugewandt ist und eine Anzahl von sich in Längserstreckung erstreckende Ausnehmungen (1a, 1b) hat, in die Vorsprünge (2b, 2g) des Schleifflächenelements (2) eingreifen, wobei die Vorsprünge (2b, 2g) an einer ersten, dem Grundkörper (1) zugewandten Seite (2i) des Schleifflächenelementes (2) angeordnet sind und Rücksprünge (2d, 2e) bilden, die bei der fertigen Stromschiene vom Material des Grundkörpers (1) zumindest teilweise ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite (1d, 1e) des Grundkörpers (1) quer zur Längserstreckung des Grundkörpers (1) gebogen ausgebildet ist und die Ausnehmungen (1a, 1b) derart ausgebildet sind, dass beim Auflegen des Grundkörpers (1) auf das...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene, wobei die Stromschiene einen Grundkörper sowie ein die Schleiffläche bildendes Schleifflächenelement aufweist, und das Schleifflächenelement aus einem Material ist, das härter als das Material des Grundköpers ist, wobei der Grundkörper eine erste Seite aufweist, die dem Schleifflächenelement zugewandt ist und eine Anzahl von sich in Längserstreckung erstreckende Ausnehmungen hat, in die Vorsprünge des Schleifflächenelements eingreifen, wobei die Vorsprünge an einer ersten, dem Grundkörper zugewandten Seite des Schleifflächenelementes angeordnet sind und Rücksprünge bilden, die bei der fertigen Stromschiene vom Material des Grundkörpers zumindest teilweise ausgefüllt sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen Schleifflächenelements, insbesondere für die erfindungsgemäße Stromschiene.
Eine gattungsgemäße Stromschiene ist aus der EP 111 94 68 B1 der Anmelderin vorbekannt. Bei dieser vorbekannten Stromschiene wird das Schleifflächenelement in mehreren Arbeitsschritten hergestellt. So wird zuerst mittels Strangpressen die Rohform des Schleifflächenelementes hergestellt, wobei nachfolgend durch mehrere Ziehvorgänge nacheinander mit entsprechenden Zwischenbearbeitungsprozessen das entgültige Schleifflächenelement mit seinen Stegen und deren Hinterschneidungen hergestellt wird. Durch dieses aufwendige Verfahren, insbesondere durch den benötigten Strangpressvorgang, kann nur eine begrenzte Profillänge aufgrund der Begrenzung des Volumens des Pressbolzens beim Strangpressen erzielt werden. Zudem entstehen große Maßabweichungen des Querschnitts des Schleifflächenelementes im Verlauf einer Pressung, da die Matrize bei dem hohem Druck und den hohen Temperaturen stark verschleißt. Aus diesem Grunde muss die teure Matrize nach jeder Pressung erneuert oder zumindest nachgearbeitet werden. Hierdurch ergeben sich hohe Herstellungskosten aufgrund des Strangpressvorganges. Aufgrund der großen Maßunterschiede zwischen dem Anfang und Ende jeder einzelnen erzeugten Schleifflächenelementestange sind mehrere Ziehvorgänge zur Nachbehandlung des stranggepressten Schleifflächenelementes erforderlich. Durch die vielen Zwischenbearbeitungsschritte, wie Richten, Beizen, Kugelstrahlen, Kälken etc. ist das Herstellungsverfahren des Schleifflächenelementes insgesamt sehr teuer und aufwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein preisgünstigeres Herstellungsverfahren für die Stromschiene sowie deren Einzelteile bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens ergeben sich durch die Merkmale der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche. Das Herstellungsverfahren für ein Schleifflächenelement gemäß des unabhängigen Anspruchs 12 grenzt sich erfinderisch vom bekannten Herstellungsverfahren dadurch ab, dass auf ein Strangpressen verzichtet wird, und stattdessen das Schleifflächenelement lediglich mittels eines oder mehrerer Walzvorgänge und sich daran anschließenden Ziehvorgängen hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Stromschiene zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundkörper, welcher insbesondere durch ein Aluminiumstrangpressprofil gebildet ist, eine gebogene Form aufweist, derart, dass die flache Seite, die zur Anlage mit dem Schleifflächenelement gelangen soll, vor dem Zusammenbringen der Teile gebogen ist. So ist es möglich, lediglich die Anlagefläche des Grundkörpers gebogen, insbesondere konkav auszugestalten. Es ist jedoch auch möglich, die Basiswandung des als im Querschnitt C-förmigen Profil ausgebildeten Grundkörpers bogenförmig auszubilden. Die flache Seite, die zur Anlage an das Schleifflächenelement im späteren Herstellungsprozess gebracht wird, weist in Längserstreckung des Rundkörpers verlaufende Nuten bzw. Ausnehmungen auf, in die die längliche Stege des Schleifeflächenelements zum Eingriff gebracht werden.
Die erfindungsgemäße Stromschiene zeichnet sich dadurch aus, dass beim Aufsetzen des gebogenen Rundkörpers auf das Schleifflächenelement die stegartigen Vorsprünge mit ausgebildeten Hinterschneidungen des Schleifflächenelementes aufgrund der gebogenen Ausgestaltung des Grundkörpers nicht vollständig in dessen Ausnehmungen eingreifen. Beim Aufsetzen liegt daher der Grundkörper zuerst u. a. mit seinen äußeren Längskanten auf den äußeren Stegen des Schleifflächenelementes auf und wird durch das Zusammenwirken der länglichen Ausnehmungen des Grundkörpers und der Stege des Schleifflächenelementes zum Schleifflächenelement selbst positioniert bzw. zentriert. Durch Andrücken mittels Rollen, die das Schleifflächenelement gegen den Grundkörper drücken, wird der gebogene Grundkörper aufgrund seines weicheren Materials gegen das Schleifflächenelement gedrückt und geradegebogen, wobei gleichzeitig das weiche Material des Grundkörpers in die Hinterschneidungen der länglichen Stege des Schleifflächenelementes gedrückt wird. Hierdurch entsteht eine dauerhafte formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Teilen. Durch äußere Rollen, die seitlich gegen die Stromschiene drücken, werden die spitzen Kanten des Grundkörpers an die Runden Enden der äußeren Stege des Schleifflächenelementes seitlich gepresst, wodurch die glatte geschlossene Seitenfläche der Stromschiene entsteht, die das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Die Hauptumformung des Grundkörpers erfolgt bei dem vorbeschriebenen Walzvorgang im wesentlichen im Bereich der beiden inneren Ausnehmungen. Beim Zusammenwalzen des Grundkörpers und des Schleifflächenelementes werden vorteilhaft wesentlich geringere Kräfte benötigt, als beim Herstellen der gattungsgemäßen Stromschiene, bei der durch Walzen und Verformen des Grundkörpers, wobei ein Teil des Aluminiums zum Fließen gebracht wird, die Hinterschneidungen des Schleifflächenelementes ausgefüllt werden.
Das erfindungsgemäße Schleifflächenelement wird vorteilhaft mittels eines Walzvorganges mit daran anschließenden Ziehvorgängen hergestellt. Da das Schleifflächenelement Stege mit Hinterschneidungen aufweisen muss, war es bislang nur möglich, das Schleifflächenelement mittels eines Strangpressvorganges und anschließenden Ziehvorgängen und weiteren Zwischenbearbeitungsprozessen herzustellen. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für das Schleifflächenelement vermeidet den kostspieligen Strangpressvorgang, der zudem die Profillänge des Schleifflächenelementes begrenzt hat. Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für das Schleifflächenelement wird in einem ersten Arbeitsschritt, das Schleifflächenelement gewalzt, wobei die Walzen ein halbmondförmiges Walzenprofil aufweisen, wodurch aus der Bramme ein im Querschnitt gebogenes Schleifflächenelement mit daran angeformten bzw. ausgewalzten länglichen Stegen entsteht. Nach dem Walzvorgang weist das gebogene Schleifflächenelement mehrere angeformte Stege auf, die auf einer flachen Seite des Schleifflächenelementes ausgebildet sind. Dabei sind an den seitlichen Kanten des Schleifflächenelementes rechtwinklig zur angrenzenden Oberfläche des Schleifflächenelementes angeformte Stege vorhanden, die bereits Hinterschneidungen aufweisen können. Die äußeren Stege können deshalb bereits beim Walzvorgang mit Hinterschneidungen ausgebildet werden, da aufgrund der gebogenen Form des Schleifflächenelementes die Stege seitlich nach außen stehen und somit die Hinterschneidungen mittels der einen Walze mit entsprechend ausgebildeter Walzenform hergestellt werden können. Die länglichen Stege, die zwischen den äußeren länglichen Stegen des Schleifflächenelementes angeformt sind, sind derart aufgerichtet, dass ihre Seitenflanken keine Hinterschneidungen zur angrenzenden Oberfläche des Schleifflächengrundkörpers aufweisen. Hierdurch sind sie ebenfalls mittels eines Walzvorganges herstellbar. So muss die die Stege auswalzende Walze lediglich umlaufende Nuten mit entsprechendem Querschnitt aufweisen, um die inneren Stege auszuwalzen. Durch das anschließende Geradebiegen durch z. B. einen Ziehvorgang, bei dem die Stege selbst nicht relativ zur Oberfläche des Grundkörpers des Schleifflächenelementes umgebogen werden bzw. umgeformt werden, bleiben die äußeren Stege rechtwinkelig zum Grundkörper angeordnet. Die dazwischen liegenden länglichen Stege, nehmen durch das Geradebiegen des Grundkörpers eine zur Oberfläche geneigte Position ein, wodurch sie einen Hinterschnitt bilden, der in Richtung der Mittellinie des Schleifflächenelementes weist.
Die freien Kanten bzw. Stirnseiten der Stege sind insbesondere im Querschnitt rund bzw. kreisförmig oder tropfenförmig auszubilden.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der Stromschiene sowie des Schleifflächenelementes näher erläutert.
Es zeigen:
1: Querschnittsdarstellung durch den gebogenen Grundkörper;
2: fertiges Schleifflächenelement im Querschnitt;
3: auf das Schleifflächenelement aufgesetzter gebogener Grundkörper vor dem Walzen;
4: fertiggestellte Stromschiene im Querschnitt;
5: Andrück- und Umformvorgang zur formschlüssigen Verbindung zwischen Grundkörper und Schleifflächenelement;
6: im Querschnitt gebogenes Schleifflächenelement nach erstem Walzvorgang mit daran angeformten länglichen Stegen;
7: fertiggestelltes Schleifflächenelement;
8: Querschnitt durch die Herstellungswalzen zur Herstellung eines gebogenen Schleifflächengrundkörpers gemäß 6.
Die 1 zeigt den Querschnitt eines gebogenen Grundkörpers 1 der Stromschiene, wobei der Grundkörper 1 eine Basiswandung 1h aufweist, dessen eine erste Seite 1d, 1e gebogen ausgebildet ist. Gleichfalls ist die zweite Seite 1f der Basiswandung 1f des Grundkörpers gebogen ausgebildet. In die gebogene Seite 1d, 1e sind Ausnehmungen 1a, 1b in Form von Nuten in Längsrichtung ausgebildet, die zur Aufnahme der länglichen Stege 2b, 2c des Schleifflächenelementes 2 gemäß 2 dienen. Die seitlichen Wandungen 1g, welche an die Basiswandung 1h des Grundkörpers 1 angeformt sind, weisen an ihren der Basiswandung 1h abgewandten länglichen Seiten nach innen gerichtete Längskragen 1k auf. Die Basiswandung 1h weist seitliche Längskanten 1c auf, die nach außen gebogen sind und beim Zusammenfügen von Grundkörper 1 und Schleifflächenelement 2 mittels Rollen R3 gegen die äußere obere Seite der seitlichen Längsstege 2g des Schleifflächenelementes 2 angedrückt werden (5). Die Ausnehmungen 1a und 1b sind derart ausgebildet, dass beim Zusammenwalzen des Grundkörpers und des Schleifflächenelementes 2 mittels der Walzen R1 und R2 (5) die Hinterschnitte 2d und 2e der Längsstege 2b und 2c des Schleifflächenelementes 2 möglichst vollständig ausgefüllt werden und hierdurch der Grundkörper 1 und das Schleifflächenelement 2 formschlüssig und dauerhaft fest miteinander verbunden sind. Beim Drücken mittels der Rollen R1 und R2 werden die zugewandten Seiten 1d, 1e sowie 2i des Grundkörpers 1 und des Schleifflächenelementes 2 fest gegeneinander gedrückt, wodurch die Seiten ebenfalls vollflächig aneinander liegen und sich kein Schmutz oder Feuchtigkeit zwischen den Bauteilen 1, 2 ansammeln kann. Beim Aneinanderdrücken der Bauteile richten sich die Seitenwandungen 1g auf, so dass sie nahezu senkrecht zur Schleiffläche 2a der fertigen Stromschiene ausgerichtet sind.
Die 6 bis 8 zeigen den Herstellungsvorgang des erfindungsgemäßen Schleifflächenelementes 2. Das Schleifflächenelement 2 wird dabei in einem ersten Arbeitsvorgang mittels Walzen W1, W2 gemäß 8 im Querschnitt gewalzt, wobei auf der Seite 2i die länglichen Stege 2b und 2g ausgebildet werden. Die länglichen seitlichen Stege 2g sind dabei rechtwinklig mit ihrer Mittellinie M zur angrenzenden Oberfläche 2i des Grundkörpers 2h ausgerichtet. Die zwischen den äußeren Stegen 2g ausgeformten länglichen inneren Stege 2b sind, damit sie mittels eines Walzvorganges herstellbar sind, derart ausgebildet, dass ihre Mittellinien A_2b ungefähr parallel zur Längsachse A des gebogenen Schleifflächenelementes ausgerichtet sind. Durch diese Ausgestaltung weisen die Längsstege 2b zunächst keine Hinterschneidungen gegenüber der gebogenen Oberfläche 2i des Grundkörpers 2h auf. Die Längsstege 2b, 2c werden dabei mittels der Aussparungen W_1b und W_1c der äußeren Walze W1 ausgeformt, welche gleichzeitig mit ihrer Walzenwandung W_1a die Oberfläche der Seite 2i ausformt. Die Schleiffläche 2a wird mittels der Seitenwalze W2 hergestellt, die zudem zur Bildung der äußeren Längsstege 2g entsprechend ausgeformt ist.
Beim anschließenden Ziehvorgang, wird der im Querschnitt gebogene Grundkörper 2h des Schleifflächenelementes 2 flachgezogen, wobei sich der Winkel der Mittellinien M und A_2b zu der Oberfläche 2i des Grundkörpers 2h nicht ändert, so dass sich die Hinterschneidungen 2d bei den mittleren Stegen 2b ausbilden.
Aufgrund der nach außen weisenden äußeren Stege 2g können deren freien Stirnseiten rund und breiter als deren Basis ausgebildet werden, so dass sie bereits vor dem Flachziehen Hinterschneidungen 2e aufweisen.
Es versteht sich von selbst, dass die Form der Längsstege anders ausgeformt sein kann, wobei deren Höhe und Breite der Querschnittsform variieren kann. Zudem können mehr als vier Längsstege vorgesehen werden, um den Grundkörper mit dem Schleifflächenelement formschlüssig zu verbinden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene, wobei die Stromschiene einen Grundkörper (1) sowie ein die Schleiffläche (2a) bildendes Schleifflächenelement (2) aufweist, und das Schleifflächenelement (2) aus einem Material ist, das härter als das Material des Grundköpers (1) ist, wobei der Grundkörper (1) eine erste Seite (1d, 1e) aufweist, die dem Schleifflächenelement (2) zugewandt ist und eine Anzahl von sich in Längserstreckung erstreckende Ausnehmungen (1a, 1b) hat, in die Vorsprünge (2b, 2g) des Schleifflächenelements (2) eingreifen, wobei die Vorsprünge (2b, 2g) an einer ersten, dem Grundkörper (1) zugewandten Seite (2i) des Schleifflächenelementes (2) angeordnet sind und Rücksprünge (2d, 2e) bilden, die bei der fertigen Stromschiene vom Material des Grundkörpers (1) zumindest teilweise ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite (1d, 1e) des Grundkörpers (1) quer zur Längserstreckung des Grundkörpers (1) gebogen ausgebildet ist und die Ausnehmungen (1a, 1b) derart ausgebildet sind, dass beim Auflegen des Grundkörpers (1) auf das Schleifflächenelement (2) zumindest einige Vorsprünge (2b, 2g) nicht oder nur zum Teil in die Aussparungen (1a, 1b) hineinragen, wobei in einem ersten Herstellungsschritt die gebogene Seitenfläche (1d, 1e) des Grundkörpers (1) gegen die Vorsprünge (2b, 2g) aufweisende erste Seite (2i) des Schleifflächenelementes (2) gedrückt wird.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite (1d, 1e) konkav gebogen ist.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) eine Basiswandung (1h) aufweist, deren eine Seite die erste Seite (1d, 1e) des Grundkörpers (1) bildet, wobei an der der ersten Seite (1d, 1e) gegenüberliegenden zweiten Seite (1f) an den Längskanten jeweils schmale Seitenwandungen (1g) angrenzen, wobei die Basiswandung (1h) vor dem ersten Herstellungsschritt quer zur Längserstreckung des Grundkörpers (1) gebogen, insbesondere konkav gebogen ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Herstellungsschritt die Basiswandung (1h) begradigt wird, derart, dass deren erste Seite (1d, 1e) vollflächig an der Wandung (2i) des Schleifflächenelements (2) anliegt.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Längskanten die erste Seite (1e) der Basiswandung (1h) jeweils eine sich in Längserstreckung des Grundkörpers (1) erstreckende Aussparung (1b) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifflächenelement (2) einen flachen Grundkörper (2h) hat, an dessen ersten flachen Seite (2i) die sich in Längserstreckung erstreckenden Vorsprünge (2b, 2g) in Form von Stegen angeordnet sind und die zweite flache Seite (2a) die Schleiffläche bildet.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidungen (2d, 2e) der Stege (2b, 2g) in Richtung der Profilmittellinie (A) des Schleifflächenelementes (2) weisen.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an einer Längskante des Schleifflächenelementes (2) jeweils ein Steg (2g) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Längsseiten der Stege (2b, 2g) rund ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht an den Längskanten angeordneten Stege (2b) schräg zur Flächennormalen des Schleiffläche (2a) des Schleifflächenelementes (2) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer länglichen Stromschiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) aus Aluminium mittels eines Strangpressverfahrens gefertigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines länglichen Schleifflächenelements (2), insbesondere für eine Stromschiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifflächenelement (2) in einem ersten Fertigungsschritt aus einer länglichen Bramme mittels Walzen (W₁, W₂) zu einem quer zur Längserstreckung gebogenen, im Vergleich zur Breite dünnwandigen Quader gewalzt wird, wobei beim Walzvorgang Stege (2b) auf einer ersten Seite (2i) ausgewalzt werden, deren Mittellinie (A_2b) senkrecht zur Walzenachse (A_W1) ausgerichtet sind, wobei in einem anschließenden Ziehvorgang durch eine Matrize die gebogene Quaderform in eine ebene bzw. flache Quaderform mit angeformten Stegen (2b, 2g) umgeformt wird, wobei die Stege (2b, 2g) beim Ziehen durch die Matrize relativ zur Quaderoberfläche (2i) nicht oder nur wenig verformt werden, derart, dass die Stege (2b, 2g) Hinterschnitte (2d, 2e) bilden.
Verfahren zur Herstellung eines länglichen Schleifflächenelements (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch Walzen die Bramme quer zur Längserstreckung im Querschnitt in ein Ringsegment umgeformt wird, wobei auf der Ringaußenseite die Stege (2b, 2g) ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines länglichen Schleifflächenelements (2) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Stege (2g) an den seitlichen Kanten des Schleifflächenelements (2) nach dem Walzvorgang rechtwinklig zur angrenzenden Oberfläche (2i) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines länglichen Schleifflächenelements (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (W1) zwei umlaufende Nuten (W_1b) aufweist, die inneren Stege (2b) ausformen.