DE102010007955A1

DE102010007955A1 - Verfahren zur Herstellung von hochfesten Bauteilen mittels adiabatischen Stanzens

Info

Publication number: DE102010007955A1
Application number: DE102010007955A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg 40764 Werner; Bernd 40764 Gross
Original assignee: Johnson Controls GmbH
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-02-13
Also published as: JP5998056B2; KR20120126097A; KR20140147151A; JP2013519556A; CN102753385A; WO2011098250A9; US20130220049A1; EP2533999A1; DE102010007955B4; WO2011098250A1; KR101566154B1; CN102753385B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Verstellvorrichtung für Fahrzeugsitze, wobei in einem ersten Schritt ein Werkstück derart bearbeitet wird, dass das Werkstück in einem ersten Bereich härter ist als in einem zweiten Bereich und/oder dass das Werkstück in einem dritten Bereich eine größere geometrische Abmessung aufweist als in einem vierten Bereich, wobei in einem zweiten Schritt das Werkstück derart umgeformt wird, dass ein Werkzeug mit einer Geschwindigkeit größer als 1 m/s auf das Werkstück bewegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Verstellvorrichtung für Fahrzeugsitze, wobei in einem ersten Schritt ein Werkstück derart bearbeitet wird, dass das Werkstück in einem ersten Bereich härter ist als in einem zweiten Bereich und/oder dass das Werkstück in einem dritten Bereich eine größere geometrische Abmessung aufweist als in einem vierten Bereich, wobei in einem zweiten Schritt das Werkstück derart umgeformt wird, dass ein Werkzeug mit einer Geschwindigkeit größer als 1 m/s auf das Werkstück bewegt wird.
Verfahren zur Herstellung von Bauteilen sind allgemein bekannt. Weiterhin sind aus den Druckschriften EP 1 516 717 A1 , WO 2007/026091 A1 und WO 2007/026090 A1 Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die das Prinzip der adiabatischen Trennung verwenden. Beim Prinzip der adiabatischen Trennung wird ein Werkzeug mit hoher Geschwindigkeit auf ein Werkstück bewegt, sodass unter Hitzeentwicklung an den Trennkanten ein herausstanzen des Bauteils erfolgt. Nachteilig bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, dass nach dem Stanzvorgang eine Nachbearbeitung, wie z. B. das Härten der Oberfläche des Bauteils, erfolgen muss, um hochfeste Bauteile herzustellen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das den Nachteil von herkömmlichen Verfahren nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Verstellvorrichtung für Fahrzeugsitze zur Verfügung gestellt wird, wobei in einem ersten Schritt ein Werkstück derart bearbeitet wird, dass das Werkstück in einem ersten Bereich härter ist als in einem zweiten Bereich und/oder dass das Werkstück in einem dritten Bereich eine größere geometrische Abmessung aufweist als in einem vierten Bereich, wobei in einem zweiten Schritt das Werkstück derart umgeformt wird, dass ein Werkzeug mit einer Geschwindigkeit größer als 1 m/s auf das Werkstück bewegt wird. Erfindungsgemäß kann im ersten Verfahrensschritt

– eine lokale Härtung erfolgen oder
– eine lokale bzw. bereichsweise Änderung einer geometrischen Abmessung oder aber
– sowohl eine lokale Härtung als auch eine lokale bzw. bereichsweise Änderung einer geometrischen Abmessung (etwa in einem ersten Teilschritt des ersten Verfahrensschritts die lokale Härtung und in einem zweiten Teilschritt des ersten Verfahrenssschritts die lokale bzw. bereichsweise Änderung einer geometrischen Abmessung) vorgenommen werden. Dadurch ist es möglich, dass nur der erste und der zweite Bereich erzeugt werden (für den Fall dass lediglich eine lokale Härtung im ersten Bereich vorgenommen wird) oder dass nur der dritte und der vierte Bereich erzeugt wird (für den Fall dass lediglich eine lokale bzw. bereichsweise Änderung einer geometrischen Abmessung im dritten bzw. vierten Bereich vorgenommen wird). Bevorzugt ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sowohl eine lokale Härtung als auch eine lokale bzw. bereichsweise Änderung einer geometrischen Abmessung vorgenommen werden. Damit werden (bezüglich der unterschiedlichen Härte) sowohl ein erster und zweiter Bereich als auch (bezüglich der geometrischen Abmessung) ein dritter und vierter Bereich erzeugt, wobei sich der erste Bereich mit dem dritten oder vierten Bereich überschneiden kann und wobei sich der zweite Bereich mit dem dritten oder vierten Bereich überschneiden kann. Der erste Bereich wird bevorzugt durch Härten der Werkstückoberfläche erzeugt (lokales Härten). Sowohl der dritte und vierte Bereich wird bevorzugt durch ein Walzverfahren erzeugt, sodass durch das Walzen bevorzugt eine geringere Materialdicke des Werkstücks im vierten Bereich als im dritten Bereich erzeugt wird.

Eine geometrische Abmessung ist jede messbare Erstreckung des Werkstücks wie beispielsweise die Dicke oder Stärke eines Bandmaterials. Material im Kontext dieser Erfindung ist jeder metallische Stoff, der mit Bearbeitungsverfahren behandelt werden kann. Werkzeug im Kontext dieser Erfindung ist jedes Mittel zur Bearbeitung eines Werkstücks. Umformen im Kontext dieser Erfindung ist jeder Bearbeitungsvorgang des Werkstücks, bei dem sich die Form des Werkstücks vor dem Vorgang von der Form des Werkstücks nach dem Vorgang unterscheidet.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch das Umformen mit hoher Geschwindigkeit eine optimale Ausformung des Bauteils wie beispielsweise einer Verzahnung erreicht wird und gleichzeitig Bereiche des Bauteils mit unterschiedlichen Härten und/oder Dicken realisierbar sind, ohne dass aufwendige Nachbearbeitungsschritte zur Härtung erforderlich sind. Dadurch lassen sich Produktionskosten senken sowie das Gewicht des Bauteils reduzieren. Weiterhin ist bei der Bearbeitung kein Einsatz von Schmiermittel erforderlich, sodass vorteilhaft eine wesentlich einfachere Herstellung möglich ist und keine Nachbearbeitung wie z. B. Reinigung des Bauteils vom Schmiermittel oder Entgraten erforderlich ist. Durch die hohe Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs wird der Werkstoff in einen adiabatischen Zustand versetzt, in dem beispielsweise die Verzahnungsausformung bzw. -herstellung stattfindet. Dabei werden die atomaren Bindekräfte des metallischen Werkstoffs reduziert, so dass dieser beim Umformen leichter fließen kann. Daher ist der Umformprozess im Wesentlichen spanlos, sodass vorteilhaft durch die spanlose Herstellung der Fertigungsaufwand deutlich reduziert werden kann und eine bessere Materialausnutzung möglich ist. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, durch die geringe Deformation der Randbereiche eine vergleichsweise gute Materialausnutzung zu erreichen. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, dass eine vergleichsweise gute Verzahnungsqualität erzielt wird. Zudem ergibt sich eine sehr hohe Effizienz gegenüber bekannten Verfahren wie das Fräsen einer Verzahnung. Weiterhin ist die Werkzeugbelastung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleichsweise gering gegenüber Fließpressen oder Schmieden, so dass sich deutlich höhere Standzeiten des Werkzeugs und der Maschine ergeben.
Bevorzugt weist das Werkzeug eine Formauflage und einen Formstempel auf, wobei das Umformen durch eine hohe Auftreffgeschwindigkeit des Formstempels auf dem auf die Formauflage gelegten Werkstück erfolgt. Die Auftreffgeschwindigkeit des Formstempels beträgt bevorzugt mehr als 3 m/s, weiter bevorzugt mehr als 6 m/s, weiter bevorzugt mehr als 9 m/s.
Weiterhin ist es durch das Walzen und/oder das Härten vor dem adiabatischen Umformprozess vorteilhaft möglich, dass auf einfache Art und Weise ein Bauteil für eine Verstellvorrichtung herstellbar ist, das Bereiche mit unterschiedlichen Härten und/oder Bereiche mit unterschiedlichen Dicken aufweist. Ein Nachbearbeiten ist insofern nicht mehr notwendig, da kein Härtprozess mehr erforderlich ist. Bevorzugt liegt das Werkstück als Band- oder Streifenmaterial vor. Weiter bevorzugt liegt das Streifenmaterial als Platine vor. Weiter bevorzug wird das Streifenmaterial von einer Rolle abgerollt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auf einfache Art und Weise beispielsweise Verzahnungen von Rastklinken oder Gear Sector Plates (Zahnsegmenthebel) hergestellt werden, die eine große Härte bzw. eine große Festigkeit erfordern. Bevorzugt ist es möglich, dass ein Beschlagteil, ein Sperrnocken, Zahnsegmente, Verriegelungshaken oder Ritzel mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar sind. Das Härten des Werkstücks vor dem Stanzen erfolgt beispielsweise durch einen Laser, mit dem das Werkstück selektiv lokal erhitzt wird, sodass vergleichsweise wenig Materialverzug auftritt. Bevorzugt wird ein Fiber-Laser verwendet. Dadurch werden Fertigungsprozesse gespart und die Herstellungskosten erheblich verringert. Weiterhin vorteilhaft ist, dass weniger beanspruchte Bereiche dünner ausgeführt werden können, sodass Material eingespart werden kann, sodass das Gewicht des Bauteils reduziert werden kann und die Materialkosten pro Bauteil erheblich gesenkt werden können. Gleichzeitig kann auf einfache Weise die erforderliche Festigkeit des Bauteils in speziellen Bereichen realisiert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der hohen Werkzeuggeschwindigkeit auch vergleichsweise dicke Werkstücke gestanzt werden können. Bevorzugt wird als Material ein Stahlmaterial verwendet, weiter bevorzugt ein hochfestes oder ultrahochfestes Stahlmaterial, weiter bevorzugt eine MnCrStahl-Legierung wie beispielsweise hochfester 16MnCr5-Stahl. Es ist aber auch jedes andere Stahlmaterial einsetzbar. Bevorzugt weist das Werkstück in einem dickeren Bereich eine Dicke von 5 mm auf und in einem dünneren Bereich eine Dicke von 4 mm auf, wobei auch jede andere Kombination aus dünnem und dickem Material realisierbar ist. Weiterhin ist es möglich sowohl Bereiche mit unterschiedlichen Dicken als auch Bereiche mit unterschiedlichen Härten zu kombinieren, sodass vorteilhaft eine Vielzahl an möglichen Bauteilen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften realisierbar sind. Bevorzugt wird das Bauteil aus einem streifenförmigen Werkstück gestanzt, wobei durch geeignete Anordnung von Bereichen unterschiedliche Dicke und Härte die Fertigung von Bauteilen unter optimierter Ausnutzung des Materialstreifens möglich ist, sodass der Materialausschuss reduziert werden kann. Bevorzugt erfolgt das adiabatische Umformen mit einer Taktfrequenz von 30 bis 200 Werkstücken pro Minute, weiter bevorzugt 50 bis 160 Werkstücke pro Minute, weiter bevorzugt 70 bis 130, weiter bevorzugt 80 bis 110 Werkstücke pro Minute.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bauteil einer Verstellvorrichtung für Fahrzeugsitze, hergestellt nach einem der vorhergehenden Verfahren, wobei das Bauteil eine gehärtete Verzahnung und/oder eine gehärtete Lagerstelle aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung eine Hochgeschwindigkeitspresse zum Stanzen des Bauteils aus dem Werkstück aufweist. Bevorzugt ist die Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs auf das Werkstück größer als 1 m/s, bevorzugt größer als 3 m/s, bevorzugt größer als 5 m/s, weiter bevorzugt größer als 7 m/s, weiter bevorzugt größer als 9 m/s. Weiter bevorzugt ist, dass die Vorrichtung für 20 bis 200 Stanzbewegungen pro Minute konfiguriert ist, weiter bevorzugt 50 bis 160 Stanzbewegungen pro Minute, weiter bevorzugt 70 bis 130, weiter bevorzugt 80 bis 110 Stanzbewegungen pro Minute.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1 zeigt schematisch eine Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Rastklinke im verriegelten Zustand.
2 zeigt schematisch die Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Rastklinke im unverriegelten Zustand.
3 zeigt schematisch einen Sitz, der mit der Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Rastklinke betätigt wird.
4 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt schematisch eine Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Rastklinke im verriegelten Zustand. Der Beschlag 1 besteht aus einem ersten Beschlagteil 2 und einem zweiten Beschlagteil 3, die zueinander um eine Drehachse 4 drehbar sind. Der Beschlagteil 3 ist beispielsweise an dem Sitzteil und der Beschlagteil 2 an der Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes oder umgekehrt angeordnet. Die Verriegelung erfolgt durch Eingriff der Gegenverzahnung 15 der Rastklinke 5 in die Verzahnung 6 des Beschlagteils 3. Die Rastklinke 5 ist um eine Achse 7 drehbar am Beschlagteil 2 angeordnet und wird von dem Sperrnocken 8 in die Verzahnung 6 gespannt und in dieser Stellung gesichert. Der am Umfang der Rastklinke 5 anliegende Sperrnocken 8 dreht sich gegenüber dem Beschlagteil 2 um eine Drehachse 9 und steht über eine partielle Umfangsverzahnung 10 mit einem Ritzel 11 in Eingriff, welches einen zur Richtung der Rastklinke 5 weisenden Fortsatz 13 aufweist und für diese somit gleichfalls als Sperrelement (Hilfsnocken 14) dient. Die Drehachse 12 des Hilfsnockens 14 ist zur Drehachse 9 des Sperrnockens 8 beabstandet angeordnet, und zwar in Richtung des der Drehachse 7 gegenüberliegenden Ende der Rastklinke 5. Die Drehachse 12 liegt damit, von der Drehachse 7 aus gesehen, jenseits einer die Drehachsen 4 und 9 verbindenden Geraden G. Der Hilfsnocken 14 liegt im Ausführungsbeispiel nicht unmittelbar am Umfang der Rastklinke 5 an, sondern weist gegenüber dieser über einen kleinen Spalt auf. Es ist jedoch auch denkbar, den Hilfsnocken 14 an der Rastklinke 5 anliegen zu lassen und den Sperrnocken 8 mit einem Spalt zu versehen. Der Sperrnocken 8 ist im Uhrzeigersinn drehend und der Hilfsnocken 14 gegen den Uhrzeigersinn drehend vorgespannt. Die Vorspannung von Sperrnocken 8 und Hilfsnocken 14 erfolgt über eine auf den Sperrnocken 8 wirkende Feder (nicht dargestellt), deren Kraft über die Verzahnung 10 auch auf den Hilfsnocken 14 übertragen wird.
Bei einer unfallbedingten Deformation der Zähne der Rastklinke 5 spannen Hilfsnocken 14 und Sperrnocken 8 beide gegen den Umfang der Rastklinke 5 und verhindern deren Öffnen. Der zuvor konstruktiv vorgesehene Spalt wird dabei geschlossen. Der Kontaktpunkt des Hilfsnockens 14 mit der Rastklinke 5 ist dabei so gewählt, dass der Zahneingriff zwischen Verzahnung 6 und Rastklinke 5 bei einer nach vorne gerichteten Belastung des Beschlags 1 (Pfeil A) in besonderem Masse gefördert wird.
2 zeigt schematisch das bewusste Öffnen des Beschlags 1 zur Einstellung der Neigungsposition durch vorbekanntes Verdrehen des Sperrnockens 8 entgegen seiner Vorspannrichtung. An dem Hilfsnocken 14 ist eine Handhabe (nicht dargestellt) angeordnet, mit der diese im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dabei wird seinen Fortsatz 13 von der Rastklinke 5 weggedreht und die Drehbewegung auf den Sperrnocken 8 übertragen, so dass dieser ebenfalls von der Rastklinke 5 gegen den Uhrzeigersinn weggedreht wird. Die Handhabe kann aber auch an dem Sperrnocken 8 angeordnet sein.
3 zeigt schematisch einen Sitz 300, der mit der Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung 305 mit der erfindungsgemäßen Rastklinke 5 betätigt wird. Ein Lehnenteil 304 ist über die Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung 305 mit einer Karosserie 302 eines Fahrzeugs verbunden. Bevorzugt ist der Sitz 300 entlang zweier Schienen verstellbar, die an der Karosserie 302 angeordnet sind. Bevorzugt ist es möglich, dass ein Sitzteil 303 und das Lehnenteil 304 über die Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung 305 derart miteinander verbunden sind, dass die Neigung des Lehnenteils 304 gegenüber dem Sitzteil 303 veränderbar ist.
4 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird das Werkstück 400 derart gewalzt, dass im Bereich 401 (die Bereich sind durch gestrichelte Linien angedeutet) eine geringere Materialdicke vorliegt als in den Bereichen 402 und 403. Dadurch kann Material eingespart werden und das Gewicht des Bauteils reduziert werden. Danach wird das Werkstück in den Bereichen 404 und 405, die sich in den Bereichen 402 bzw. 403 befinden, durch lokales Erhitzen beispielsweise durch einen Fiber-Laser gehärtet. Danach wird das Werkstück auf ein Werkzeugunterteil gelegt, das zwei Aussparungen 406 (durch dünne Linien dargestellt) in negativer Form des Bauteils aufweist. Diese Aussparungen 406 sind derart angeordnet, dass das Werkstück 400 bestmöglich ausgenutzt wird und möglichst geringer Ausschuss entsteht. Danach werden zwei hier nicht dargestellte Formstempel mit der Form des Bauteils mit Höchstgeschwindigkeit auf das Werkzeugunterteil bewegt. Dadurch werden zwei erfindungsgemäße Bauteile aus dem Werkstück 400 gestanzt.. Ein nachfolgendes Härten ist nicht mehr notwendig.
Bezugszeichenliste

1: Beschlag
2, 3: Beschlagteil
4: Drehachse (zwischen den Beschlagteilen 2, 3)
5: Rastglied, Rastklinke
6: Verzahnung (des Beschlagteils 3)
7: Drehachse (der Rastklinke 5)
8: Sperrnocken
9: Drehachse (des Sperrnockens 8)
10: Verzahnung (des Sperrnockens 8)
11: Ritzel
12: Drehachse (des Ritzels 11)
13: Fortsatz
14: Sperrnocken, Hilfsnocken
15: Verzahnung der Rastklinke
300: Sitz
302: Karosserie
303: Sitzteil
304: Lehnenteil
305: Feststell- und Neigungsverstellvorrichtung
400: Werkstück
401, 402, 403, 404, 405: Bereiche des Werkstücks
406: Aussparungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1516717 A1 [0002]
WO 2007/026091 A1 [0002]
WO 2007/026090 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Verstellvorrichtung für Fahrzeugsitze, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein Werkstück derart bearbeitet wird, dass das Werkstück in einem ersten Bereich härter ist als in einem zweiten Bereich und/oder dass das Werkstück in einem dritten Bereich eine größere geometrische Abmessung aufweist als in einem vierten Bereich, wobei in einem zweiten Schritt das Werkstück derart umgeformt wird, dass ein Werkzeug mit einer Geschwindigkeit größer als 1 m/s auf das Werkstück bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit größer als 3 m/s, bevorzugt größer als 5 m/s, weiter bevorzugt größer als 7 m/s, weiter bevorzugt größer als 9 m/s auf das Werkstück bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück als Platine oder als abgerolltes Bandmaterial vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein Stahlmaterial aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt zunächst das Werkstück gewalzt wird und nach dem Walzen der erste Bereich des Werkstücks gehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt das Werkstück mit einer Hochgeschwindigkeitspresse gestanzt wird.
Bauteil einer Verstellvorrichtung für Fahrzeugsitze, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil im ersten Bereich eine gehärtete Verzahnung und/oder eine gehärtete Lagerstelle aufweist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Hochgeschwindigkeitspresse zum Stanzen des Bauteils aus dem Werkstück aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs auf das Werkstück größer als 1 m/s ist, bevorzugt größer als 3 m/s, bevorzugt größer als 5 m/s, weiter bevorzugt größer als 7 m/s, weiter bevorzugt größer als 9 m/s ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für 30 bis 200 Stanzbewegungen pro Minute konfiguriert ist.