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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aus gegeneinander
gesetzten Profilen bestehenden Achskörpers von geschlossenem Querschnitt
mit rechtwinklig zueinander stehenden Profilabschnitten, wobei die
Eckenbereiche zwischen den Profilabschnitten gerundet sind, und
die Wanddicken in den Eckenbereichen gegenüber den Wanddicken
in den übrigen Profilabschnitten vergrößert sind.
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Ein
derartiges Verfahren ist aus der
DE 43 00 158 A1 bekannt. In einem ersten
Verfahrensschritt wird ein Streifen aus Stahlblech mit mehreren
im Abstand zueinander angeordneten Verdickungen gewalzt, wobei der
Abstand dieser Verdickungen der Kantenlänge des späteren
Achskörpers entspricht. Der so gewalzte Blechstreifen wird
anschließend zu einem im Querschnitt kreisförmigen
Rohr umgeformt, und seine aneinander stoßenden Kanten werden durch
eine Längsnaht miteinander verschweißt. In einem
weiteren Schritt wird der runde Querschnitt des Rohrs in mehreren
Stufen zu dem rechteckigen Endquerschnitt des fertigen Achskörpers
gewalzt.
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Ziel
der Erfindung ist eine vereinfachte Herstellung von Rechteck-Achskörpern
mit Wanddickenverstärkungen in den Eckenbereichen.
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Zur
Lösung ist ein Verfahren der eingangs angegebenen Art durch
die folgenden Schritte gekennzeichnet:
- – Verformen
eines flachen Blechstreifens zu einem abgewinkelten Profil zwischen
einer eine gerundete Innenecke mit einer daran angrenzenden geraden
Fläche aufweisenden Außenmatrize und einer eine
gerundete Außenecke mit einer daran angrenzenden geraden
Fläche aufweisenden Innenmatrize, wobei sich die geraden
Flächen der Matrizen im Wesentlichen parallel zueinander
erstrecken,
- – Beaufschlagen des zwischen den Flächen angeordneten
Profilabschnitts mit einer zu den Ecken hin gerichteten Stauchkraft
unter plastischer Verformung des Materials im Eckenbereich, und
- – Zusammenfügen der so geformten Profile zu dem
Achskörper.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das im Eckenbereich
angeordnete Material zumindest während des Stauchens eine höhere
Temperatur aufweist, als das Material in den übrigen Profilabschnitten.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Krümmung
der Innenecke der Außenmatrize auf einen anderen Krümmungsmittelpunkt
bezogen ist, als die Krümmung der Außenecke der
Innenmatrize. Zur Erzielung der gewünschten Materialverdickung
im Eckenbereich kann der Krümmungsmittelpunkt der Außenecke
weiter von der Innenecke entfernt liegen, als der Krümmungsmittelpunkt
der Innenecke. Vorzugsweise sind die Krümmungen jeweils
Kreisabschnitte, und die Krümmungsmittelpunkte jeweils
die Radienmittelpunkte der Kreisabschnitte.
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Das
Verfahren mit seinen Vorteilen und Einzelheiten wird im Folgenden
anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf
die Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Luftfederachse eines Fahrzeuges und insbesondere
eines Fahrzeuganhängers,
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2 eine
Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens in insgesamt
vier dargestellten Verfahrensschritten,
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3 eine
weitere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens
in wiederum vier Verfahrensschritten,
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4 eine
weitere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens
mit Darstellung insbesondere der Verformungssituation im Eckenbereich,
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5 ein
verkürzt dargestellter Blechstreifen vor der Verformung
und mit grafisch hervorgehobenen Erhitzungszonen, und
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6 eine
weitere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens
mit Darstellung insbesondere der Verformungssituation im Eckenbereich.
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Bei
der in 1 dargestellten Luftfederachse eines Anhängerfahrzeuges
sind unter einem Fahrzeugrahmen 2 Stützen 3 befestigt,
an denen als Federn ausgebildete Längslenker 8 für
den Achskörper 1 der Fahrzeugachse gelagert sind. Über
verschiedene Verbindungselemente ist der Achskörper 1 quer an
den Längslenkern 8 befestigt. Der Achskörper 1 ist
hier ein durchgehend ausgebildeter Achskörper. Er erstreckt
sich daher quer zum Fahrzeug von der einen bis auf die andere Fahrzeugseite.
An seinen Enden ist der Achskörper 1 mit Achsschenkeln
versehen, auf denen jeweils die Fahrzeugräder 10 gelagert sind.
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Zwischen
dem Fahrzeugrahmen 2 und dem rückwärtigen
Ende des Längslenkers 8 sind Luftfederbälge 9 angeordnet.
Der Achskörper 1 ist unter einem vorderen, höher
liegenden Federast des Längslenkers 8 angeordnet,
während sich die Luftfederbälge 9 auf
tiefer liegenden, hinteren Federästen des jeweiligen Längslenkers 8 abstützen.
Zwischen den Stützen 3 und dem Achskörper 1 ist
auf jeder Seite ein Stoßdämpfer angeordnet.
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Der
als geschlossenes rechteckiges und insbesondere quadratisches Rohr
gestaltete Achskörper 1 setzt sich aus einzelnen
Schalen zusammen. Dies sind beim Ausführungsbeispiel eine
obere Halbschale 1a und eine untere Halbschale 1b.
Die Schalen 1a, 1b sind Profile, die an längs
des Achskörpers verlaufenden Schweißnähten 16 miteinander
verschweißt werden, um so im Ergebnis einen geschlossenen,
im Wesentlichen quadratischen Profilquerschnitt zu bilden. Von Bedeutung
für die Festigkeit des Achskörpers 1 ist
der Umstand, dass die zwischen den einzelnen ebenen Profilabschnitten
angeordneten, gerundeten Eckenbereiche 27 eine Wanddicke
aufweisen, die gegenüber der Wanddicke in den übrigen
Profilabschnitten des Achskörpers vergrößert
ist. Diese örtliche Materialanhäufung führt
zu einer erhöhten Festigkeit in den Eckenbereichen des Achskörpers 1.
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Die
Herstellung der einzelnen, in einem letzten Verfahrensschritt zu
dem Achskörper gefügten Schalen 1a, 1b wird
im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsmöglichkeiten
erläutert.
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2 zeigt
in jeweils verschiedenen Verfahrensstadien eine hier unten angeordnete
Außenmatrize 20, in welche eine hier oben angeordnete Innenmatrize 21 unter
hohem Druck einfahrbar ist. Außenmatrize 20 und
Innenmatrize 21 bilden zusammen eine Kaltformpresse. Als
formgebendes Element verfügt die Matrize 20 über
einen lang gestreckten Kanal 23 von im Wesentlichen Rechteckform,
jedoch abgerundeten Ecken 29. Auch die als Patrize dienende
Innenmatrize 21 weist im Wesentlichen einen lang gestreckten,
rechteckigen Querschnitt auf, wobei die hier als Außenecken
gestalteten Ecken 28 wiederum gerundet sind.
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Zwischen
Matrize und Patrize der geöffneten Kaltformpresse 19 wird
ein gestreckter, flacher Blechstreifen 22, vorzugsweise
aus Stahlblech, eingelegt. Die Länge des Blechstreifens 22 entspricht der
Länge des herzustellenden Achskörpers.
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Durch
das in der zweiten Darstellung der 2 wiedergegebene
Absenken der Innenmatrize 21 in die Außenmatrize 20 wird
der Blechstreifen 22 durch rechtwinkliges Abkanten kaltverformt.
Das entstehende Profil 24 weist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Gestalt einer Halbschale mit U-förmigem Querschnitt
und mit mehreren Profilabschnitten auf, nämlich einer Basis 25,
zwei rechtwinklig zu der Basis 25 angeordneten Schenkeln 26 sowie den
gerundeten Eckenbereichen 27 zwischen den Schenkeln 26 und
der Basis 25. In diesem ersten Verfahrensschritt erfolgt
die Gestaltung der Eckenbereiche 27 daher in erster Linie
durch die Form der an der Innenmatrize 21 ausgebildeten,
entsprechend gerundeten Außenecken 28.
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Die
dritte Darstellung in 2 zeigt das Endstadium in der
Verformung durch die Kaltformpresse 19, d. h. die Innenmatrize 21 ist
maximal in die Außenmatrize 20 eingefahren. Die
Unterseite der Innenmatrize 21 presst flächig
gegen die Basis 25 des Profils, und zugleich liegt diese
Basis 25 unter Presskraft flächig am Boden der
Außenmatrize 20 an. Zugleich ist aber auch erkennbar,
dass im Bereich der Innenecke 29 der Außenmatrize 20 Hohlräume 30 vom
Material des Profils 24 unausgefüllt bleiben.
Um diese Hohlräume 30 zu füllen und damit
zugleich das Profil in seinen Eckenbereichen 27 zu verstärken,
erfolgt im Anschluß an die Kaltverformung ein zusätzlicher
Stauchschritt.
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Dieser
Stauchschritt mit der Stauchkraft F (4 und 6)
erfolgt bei maximal eingefahrenen Matrizen 20, 21.
Gemäß der unteren Darstellung der 2 werden
Stempel 33 gegen die freien Stirnflächen 34 der
Schenkel 26 verfahren. Mit zunehmendem Stempeldruck kommt
es zu einer zu den beiden Flächen 36, 37 der Matrizen
parallelen und zu den Ecken hin gerichteten Stauchkraft mit der
Folge einer plastischen Verformung des Profilmaterials. Infolge einer
vorherigen gezielten Erhitzung der die Ecken bildenden Profilbereiche,
auf die später noch einzugehen sein wird, erfolgt die durch
den Stauchprozess hervorgerufene plastische Verformung ausschließlich
im Eckenbereich 27 des Profils 24 mit der Folge, dass
das Material die dort vorher noch bestehenden Hohlräume 30 vollständig
ausfüllt. Dies führt zu der gewünschten
Materialverstärkung im Eckenbereich des Profils.
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Bei
der Ausführungsform nach 2 dienen als
Stempel 33 langgestreckte, gegen die Stirnflächen 34 verfahrbare
Leisten, welche in oder an der Innenmatrize 21 geführt
sind.
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Bei
der in 3 dargestellten Verfahrensvariante sind die als
Stempel 33 dienenden Leisten verschwenkbar an der Innenmatrize 21 befestigt.
Während der Rechteckverformung des Profils 24 sind
diese Leisten noch ohne Funktion, und zu diesem Zweck nach außen
geschwenkt. Anschließend wird gemäß der
dritten Darstellung in 3 die Innenmatrize 21 zunächst
noch einmal angehoben, und die Stempel 33 werden nach innen
eingeschwenkt. Sodann fährt gemäß der
vierten Darstellung in 3 die Innenmatrize 21 einschließlich
der nach innen eingeschwenkten Stempel 33 nochmals nach
unten, so dass nunmehr die Stempel 33 die gewünschte Stauchkraft
auf die beiden Schenkel 26 des Profils 24 ausüben
und es zu der plastischen Verformung in den zuvor erwärmten
Eckenbereichen 27 kommt.
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4 zeigt
die Verhältnisse im Eckenbereich einer Innenmatrize 21 (Patrize)
und einer entsprechenden Außenmatrize 20. Sowohl
die Außenecke 28 der Innenmatrize 21,
als auch die Innenecke 29 der Außenmatrize 20 sind
als Krümmung in Gestalt eines Viertelkreis-Kreisabschnitts
gestaltet. Damit die Wanddicke W1 in den Eckenbereichen 27 gegenüber
den Wanddicken W2 in den übrigen Profilabschnitten 25, 26 vergrößert
ist, ist der Krümmungsmittelpunkt 42 der Außenecke 28 weiter
von der Innenecke 29 entfernt, als der Krümmungsmittelpunkt 41 der
Innenecke 29 von der Innenecke entfernt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 4 ist zudem der Radius R2 der Innenecke 29 etwas
größer, als der Radius R1 der Außenecke.
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Damit
die gewünschte plastische Materialverformung im Eckenbereich 27 erfolgt,
wird der Blechstreifen 22 vor dem Stauchschritt partiell
erhitzt. Ziel der Erhitzung ist zunächst, daß bereits
der erste Verformungsschritt, bei dem durch rechtwinkliges Abkanten
die Eckenbereiche entstehen, mit weniger Verformungskraft durchführbar
ist. Ziel ist aber vor allem, daß das im Eckenbereich der
Matrizen 20, 21 angeordnete Material während
des anschließenden Stauchschritts eine höhere
Temperatur aufweist, als das Material in den übrigen Profilabschnitten 25, 26. Die 5 zeigt
hierzu in verkürzter Darstellung den noch unverformten,
flachen Blechstreifen 22 einschließlich zweier
Längsbereiche 44, in denen der Blechstreifen örtlich
erhitzt wird. Bei der anschließenden Verformung bilden
die Längsbereiche 44 die Eckenbereiche 27 des
abgekanteten Profils. Wird der Schenkel 26 mit der Stauchkraft
F (4) beaufschlagt, kommt es zu einer plastischen
Verformung nahezu ausschließlich in dem Eckenbereich 27. Denn
dort wird der Werkstoff wegen seiner erhöhten Temperatur
eher der Staucheinwirkung nachgeben, als über die Länge
des Schenkels 26. Der Werkstoff in dem Abschnitt 26 ist
zwar dem Stauchdruck unmittelbarer ausgesetzt, weist jedoch eine
vergleichsweise niedrige Temperatur auf. Zudem ist der Werkstoff bei
der Ausführungsmöglichkeit nach 4 zwischen
den hier parallel zueinander angeordneten Flächen 36, 37 gleitend
geführt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel nach 6 sind die
beiden Flächen 36, 37 nicht exakt parallel
zueinander, sondern weisen einen geringen Winkel W zueinander auf.
Dieser kann z. B. 2,5° oder 4° betragen. So kann
z. B. die ebene Fläche 37 zur Basis 25 einen
von 90° abweichenden Winkel aufweisen, so dass die Schenkel 26 zur
Basis 25 hin einen breiteren Querschnitt erhalten. Auch
hierfür ist eine gezielte Wärmeeinbringung denkbar.
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- 1
- Achskörper
- 1a
- Schale
- 1b
- Schale
- 2
- Fahrzeugrahmen
- 3
- Stütze
- 8
- Längslenker
- 9
- Luftfederbalg
- 10
- Rad
- 16
- Schweißnaht
- 19
- Kaltformpresse
- 20
- Außenmatrize
- 21
- Innenmatrize
(Patrize)
- 22
- Blechstreifen
- 23
- Kanal
- 24
- Profil
- 25
- Basis
- 26
- Schenkel
- 27
- Eckenbereich
- 28
- Außenecke
- 29
- Innenecke
- 30
- Hohlraum
- 33
- Stempel
- 34
- Stirnfläche
- 36
- gerade
Fläche
- 37
- gerade
Fläche
- 41
- Krümmungsmittelpunkt
Innenecke
- 42
- Krümmungsmittelpunkt
Außenecke
- 44
- Erhitzter
Längsbereich
- F
- Stauchkraft
- R1
- Radius
- R2
- Radius
- W
- Winkel
- W1
- Wanddicke
- W2
- Wanddicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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