DE102008046052B4

DE102008046052B4 - Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Stabilisators

Info

Publication number: DE102008046052B4
Application number: DE200810046052
Authority: DE
Inventors: Meinolf Köthenbürger
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: DE102008046052A1; FR2935619A1; FR2935619B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Stabilisators, bei welchem ein Stahlrohr (3) auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1.000°C erwärmt und in einem Umformwerkzeug zumindest ein Ende (2) des Stahlrohrs (3) durch axiales Einführen eines Stauchdorns (4) aufgeweitet wird, wobei der Aufweitvorgang einen ersten Aufweitschritt (I) und einen zweiten Aufweitschritt (II) mit einer dazwischen liegenden Unterbrechung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aufweitschritt (II) bei einer Temperatur des Endes (2) zwischen 500°C und 600°C durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Stabilisators gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Stabilisatoren sind Federelemente, die in einem Kraftfahrzeug zur Verbesserung der Straßenlage beitragen. Die Federwirkung wird durch Verdrehung (Torsion) von meist runden Drehstäben erreicht, die im Fahrzeug quer zur Fahrtrichtung gelagert sind. Zur Stabilisation macht man sich die Widerstandskraft des Materials gegen Verdrehung zu Nutze. Wird der Fahrzeugaufbau bei Kurvenfahrt infolge der Fliehkraft zur Seite geneigt, so federt das kurveninnere Rad starker ein als das äußere. Der Stabilisator wird dadurch verdrillt und wirkt durch seine Federkraft der Seitenneigung entgegen.
Üblich war die Fertigung von Stabilisatoren aus Vollstäben. Aus Gründen der Gewichtsersparnis ist man bereits seit längerem dazu übergegangen, Stabilisatoren aus Rohren herzustellen. Hierbei macht man sich das bei einem Rohr günstigere Verhältnis von Widerstandsmoment gegen Torsion zur Rohrmasse im Vergleich zu einem Vollstab zu Nutze.
Zur Anbindung gerader Rohrstabilisatoren mit dem Fahrzeugaufbau, beispielsweise an der Radaufhängung, sind diese an ihren beiden Enden aufgeweitet und gestaucht. Bei einem bekannten Verfahren werden Stahlrohre vor dem Stauchen auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1.000°C erwärmt und die Enden des Stahlrohrs durch axiales Einführen von Stauchdornen in einem Umformwerkzeug aufgeweitet.
Nach dem Aufweitvorgang sitzt der Stauchdorn mitunter sehr fest im Ende des Stabilisators, so dass der Stabilisator beim Herausfahren der Stauchdorne gelängt wird, was zu Längenunterschieden bei den Stabilisatoren führen kann. Auch kann eine unsaubere Stauchung entstehen. Zudem leidet die Lebensdauer der Stauchdorne.
Durch die EP 1 401 596 B1 zählt ein Verfahren zum Aufweiten eines rohrförmigen Rohlings zum Stand der Technik mit einer zweistufigen Aufweitung, bei dem zunächst eine Voraufweitung des Endes mittels eines Stauchdorns durchgeführt wird. Die weitere Aufweitung wird anschließend mittels Hydroumformung vorgenommen.
Bei dem aus der EP 1 184 101 B1 bekannten Verfahren wird das Ende eines Rohrs in einer vorgeschalteten Bearbeitungsphase erst mechanisch partiell aufgeweitet und anschließend weichgeglüht, wobei ein spreizbarer Dorn verwendet wird, der zuerst axial eingeführt, anschließend gespreizt und axial über eine begrenzte Strecke weitergetrieben wird.
Die EP 1 690 612 B1 beschreibt ein Verfahren zum Aufweiten der Enden eines Rohrs durch Umformen. Vor dem Stauchen der Enden wird das Stahlrohr so vorbehandelt, dass die gewünschten mechanischen Eigenschaften der Steifigkeit erhalten wenden. Das Stauchen wird in einem Durchgang durchgeführt bei einer Temperatur der Enden zwischen 500°C und 550°C.
Im Umfang der US 5 517 843 A wird ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Werkstücks beschrieben, bei welchem ein Stahlrohr auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1.000°C erwärmt und in einem Umformwerkzeug zumindest ein Ende des Stahlrohrs durch axiales Einführen eines Stauchdorns aufgeweitet wird. Der Aufweitvorgang erfolgt in mehreren Schritten und umfasst einen ersten Aufweitschritt und einen zweiten Aufweitschritt mit einer dazwischen liegenden Unterbrechung, wobei jeweils unterschiedlich gestaltete Stauchdorne zum Einsatz gelangen.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein rationelles kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Stabilisatoren zu schaffen, bei dem Längenunterschiede der Stabilisatoren vermieden wenden und auch die Lebensdauer der Stauchdorne erhöht werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stabilisators wird ein Stahlrohr auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1.000°C, in der Regel ca. 920°C, erwärmt. Das erwärmte Stahlrohr wird dann in einem Umformwerkzeug eingespannt und an zumindest einem Ende des Stahlrohrs aufgeweitet, indem ein Stauchdorn axial in das Ende eingeführt wird.
Erfindungsgemäß umfasst der Aufweitvorgang einen ersten Aufweitschritt und einen zweiten Aufweitschritt mit einer dazwischen liegenden Unterbrechung. Der zweite Aufweitschritt wird bei einer Temperatur des Endes zwischen 500°C und 600°C durchgeführt.
Beim ersten Aufweitschritt fährt der Stauchdorn nur bis ca. 50% ins Ende ein und verformt nur den ersten Bereich des Rohrendes, der sich dabei abkühlt. Nach der Unterbrechung hat das Ende eine Temperatur zwischen 500°C und 600°C. Jetzt wird der zweite Aufweitschritt durchgeführt. Beim zweiten Aufweitschritt fährt der Stauchdorn bis zum Anschlag und schließt die Umformung ab, so dass das Ende die gewünschte aufgeweitete Kontur erhält.
Diese Vorgehensweise ist rationell und kostengünstig. Man erhält qualitativ hochwertige Stabilisatoren mit präzise aufgeweiteten, gestauchten Enden. Schwächezonen in den aufgeweiteten und gestauchten Enden werden vermieden. Insbesondere weist der Stabilisator eine saubere stirnseitige Kante auf. Die Stauchdorne klemmen nach dem Aufweit- und Stauchvorgang nicht mehr in den Rohrenden. Man erhält eine saubere Umformung. Die Stauchdorne unterliegen geringerem Verschleiß und halten länger. Unzulässige Längenabweichungen der Stabilisatoren werden ebenfalls vermieden.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass nur ein Ende eines Rohrs aufgewertet wird. Der Stabilisator setzt sich dann vorzugsweise aus mehreren Rohrelementen zusammen, die untereinander unmittelbar oder über Zwischenelemente gekoppelt sind. Vorzugsweise werden bei einem Stabilisator beide Enden gleichzeitig in einem Umformwerkzeug gestaucht und aufgeweitet.
Gemäß der Maßnahme von Anspruch 2 wird der Stauchdorn nach dem ersten Aufweitschritt entgegen der Stauchrichtung zurückverlagert. Hierbei kann der Stauchdorn nur ein Stück zurückgefahren oder vollständig aus dem Ende des Stahlrohrs herausgezogen werden. Da das Rohr beim ersten Aufweitschritt bereits leicht abkühlt, geht das Ende sauber vom Stauchdorn. Im zweiten Aufweitschritt wird die Umformung dann zu Ende gebracht.
Vorzugsweise wird der Stauchdorn nach dem ersten Aufweitschritt in seine Ausgangsstellung rückverlagert, wie dies Anspruch 3 vorsieht. Hierdurch kann der Stauchdorn beim zweiten Aufweitschritt wieder aus einer definierten Position starten.
Der Stauchweg beträgt beim ersten Aufweitschritt 40%–60% des Gesamtstauchwegs, wie dies Anspruch 4 vorsieht. Insbesondere liegt der Stauchweg beim ersten Aufweitschritt bei ca. 50% des Gesamtstauchwegs.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen rohrförmigen Stabilisator und
2 bis 6 technisch schematisiert den Aufweitvorgang an einem Ende eines Stahlrohrs in verschiedenen Arbeitsschritten.
1 zeigt einen rohrförmigen Stabilisator, welcher an seinen beiden Enden 2 aufgewertet und gestaucht ist. Zur Herstellung des Stabilisators 1 kommt ein Rohr aus einer vergütbaren Stahllegierung zum Einsatz. Das Stahlrohr wird auf eine Temperatur von ca. 920°C erhitzt und anschließend die Enden 2 des Stahlrohrs durch axiales Einführen eines Stauchdorns aufgeweitet. Hierbei ist das Stahlrohr 1 in einem Umformwerkzeug eingespannt.
Der Aufweitvorgang eines Endes 2 ist anhand der 2 bis 6 erläutert.
2 zeigt das unverformte Ende 2 eines Stahlrohrs 3. Die Aufweitung des Endes 2 erfolgt mittels eines Stauchdorns 4, der einen an die Kontur eines aufgeweiteten Endes 2 angepassten Dornkörper 5 und einen rückwärtigen Anschlag 6 aufweist. In der Ausgangsstellung A gemäß der 2 befindet sich der Stauchdorn 4 in axialer Ausrichtung zur Längsachse L des Rohrs 3 außerhalb des Endes 2.
Zur Aufwertung des Endes 2 wird der Stauchdorn 4 in das Ende 2 eingefahren. Die Stauchrichtung ist durch den Pfeil S verdeutlicht. Der Stauchdorn 4 fährt in einem ersten Aufweitschritt I, wie in der 3 dargestellt, etwa 50% in das Ende 2 ein. Der Stauchweg a beträgt beim ersten Aufweitschritt I dementsprechend etwa 50% des Gesamtstauchwegs b (siehe 6).
Der Aufweitvorgang wird nach dem Aufweitschritt I unterbrochen und der Stauchdorn 4 entgegen der Stauchrichtung zurückverlagert, wie dies in der 4 dargestellt ist. Hierbei kann der Stauchdorn 4 vollständig aus dem Ende 2 herausgefahren und in seine Ausgangsposition zurückverlagert werden. Die Zurückverlagerung des Stauchdorns 4 ist durch den Pfeil Z gekennzeichnet.
Das Ende 2 kühlt auf eine Temperatur zwischen 500°C und 600°C ab. Der Aufweitvorgang wird dann in einem zweiten Aufweitschritt II abgeschlossen (siehe hierzu 5). Beim Aufweitschritt II fährt der Stauchdorn 4 aus der definierten Position in der Ausgangsstellung A bis zum Anschlag 6 in das Ende 2 und bringt die Umformung zu Ende. Hierbei erfolgt eine saubere Umformung und Aufwertung sowie Stauchung des Endes 2.
6 zeigt das fertig geformte aufgeweitete Ende 2 eines Stabilisators 1. Der Stauchdorn 4 ist wieder entgegen der Stauchrichtung aus dem Ende 2 herausgefahren. Das aufgeweitete Ende 2 weist einen ersten zylindrisch kreisrund ausgeformten Abschnitt 7 und einen von dort sich in Richtung zum Ausgangsdurchmesser des Rohrs 3 verjüngenden zweiten Abschnitt 8 auf.
Man erhält in rationeller und kostengünstiger Weise qualitativ hochwertige Stabilisatoren 1 mit definiert ausgeformten Enden 2. Längendifferenzen infolge von klemmenden Stauchdornen 4 können vermieden werden. Da die Stauchdorne 4 nicht mehr klemmen, kann auch die Lebensdauer der Stauchdorne 4 erhöht werden.
Bezugszeichenliste

1: Stabilisator
2: Ende v. 1
3: Stahlrohr
4: Stauchdorn
5: Dornkörper
6: Anschlag
7: Abschnitt v. 2
8: Abschnitt v. 2
a: Stauchweg
b: Gesamtstauchweg
A: Ausgangsstellung A
L: Längsachse
S: Stauchrichtung
Z: Zurückverlagerungsrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Stabilisators, bei welchem ein Stahlrohr (3) auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1.000°C erwärmt und in einem Umformwerkzeug zumindest ein Ende (2) des Stahlrohrs (3) durch axiales Einführen eines Stauchdorns (4) aufgeweitet wird, wobei der Aufweitvorgang einen ersten Aufweitschritt (I) und einen zweiten Aufweitschritt (II) mit einer dazwischen liegenden Unterbrechung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aufweitschritt (II) bei einer Temperatur des Endes (2) zwischen 500°C und 600°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchdorn (4) nach dem ersten Aufweitschritt (I) entgegen der Stauchrichtung (S) zurückverlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchdorn (4) nach dem ersten Aufweitschritt (I) in seine Ausgangsstellung (A) zurückverlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchweg (a) beim ersten Aufweitschritt (I) 40% bis 60%, vorzugsweise 50%, des Gesamtstauchwegs (b) beträgt.