DE102011009029A1

DE102011009029A1 - Verfahren zum Bruchtrennen eines Bauteils

Info

Publication number: DE102011009029A1
Application number: DE102011009029A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Elsner Christian
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: ELSNER, CHRISTIAN, DIPL.-ING., DE
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2011-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bruchtrennen eines Bauteils (10), insbesondere eines Lagers, bei welchem entlang einer umlaufenden Solltrennlinie (12) eine Einkerbung (16) in dem Bauteil (10) erzeugt und das Bauteil (10) durch Kraftbeaufschlagung entlang der Einkerbung (16) in zwei Bauteilhälften (18, 20) getrennt wird, wobei die Einkerbung (16) durch Anbringen einer mit einem Laser oder einem Elektronenstrahl geschweißten Blindnaht (14) entlang der Solltrennlinie (12) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bruchtrennen eines Bauteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Das Bruchtrennen, auch als Cracken bekannt, wird insbesondere zum Trennen von Lagern und dergleichen verwendet. Üblicherweise wird hierzu das zu trennende Bauteil entlang einer umlaufenden Solltrennlinie eingekerbt und mittels Kraftbeaufschlagung, gegebenenfalls unter Aufweitung durch einen Dorn, getrennt. Hierdurch entstehen unregelmäßige Bruchflächen, die jedoch formschlüssig perfekt ineinander greifen und daher zu einem besonders haltbaren Lager bzw. einer besonders haltbaren Lagerhülse fügbar sind.
Aus der DE 10 2004 026 297 B4 ist ein derartiges Verfahren bekannt. Die Einkerbung entlang der Solltrennlinie wird hierbei mittels eines Lasers erzeugt. Dazu findet üblicherweise ein gepulster Laser Anwendung, mittels welchem eine Kerbe von einigen zehntel Millimeter Tiefe erzeugt wird. Da beim Laserkerben entlang der Solltrennlinie Material verdampft wird, muss entlang der Trennlinie ein entsprechendes Übermaß vorgehalten werden. Da das Laserkerben zudem in Bezug auf die erreichbare Kerbtiefe beschränkt ist, können nur Bauteile bis zu einer vorgegebenen Wandstärke derartig getrennt werden.
Bei dickwandigen Bauteilen tritt zudem das Problem auf, dass zum Trennen des gekerbten Bauteils relativ hohe Kräfte benötigt werden. Dies gilt auch für zähe Werkstoffe. Durch den hohen Kraftaufwand kann es zu unerwünschten Verzügen oder zum Aufbau von Eigenspannungen führen. Gerade bei einer nachgelagerten Wärmebehandlung kann es durch die Freisetzung derartiger Eigenspannungen zu Formveränderungen in den getrennten Bauteilhälften kommen, die dazu führen können, dass die Hälften anschließend nicht mehr perfekt formschlüssig zusammen passen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches ein zuverlässiges Bruchtrennen auch von dickwandigen Bauteilen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem derartigen Verfahren zum Bruchtrennen eines Bauteils, insbesondere eines Lagers, wird entlang einer umlaufenden Solltrennlinie eine Einkerbung in dem Bauteil erzeugt und das Bauteil durch Kraftbeaufschlagung entlang der Einkerbung in zwei Bauteilhälften getrennt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Einkerbung durch Anbringen einer mit einem Laser oder einem Elektronenstrahl geschweißten Blindnaht entlang der Solltrennlinie erzeugt wird. Im Gegensatz zum Laserkerben wird hier kein Material abgetragen. Vielmehr findet beim Erzeugen der Blindnaht lediglich ein Aufschmelzen des Materials im Nahtbereich statt.
Da üblicherweise für Lager verwendete Bauteile aufgrund der notwendigen Härtbarkeit einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,2% aufweisen, entsteht in einer derartigen Blindnaht durch Schrumpfspannungen ein Mittelriss. Dieser entspricht im Wesentlichen der Schweißnahttiefe und dient beim späteren Trennen durch Kraftbeaufschlagung als Sollbruchstelle.
Insgesamt können so auf zuverlässige Weise wesentlich tiefere Einkerbungen erzeugt werden, als beim Laserkerben. Durch die höhere Kerbwirkung und die größere Kerbtiefe wird die insgesamt durch Bruch zu trennende Fläche vermindert, so dass auch Bauteile mit hoher Wandstärke oder aus zähen Materialien zuverlässig bruchgetrennt werden können. Bei dünneren Bauteilen ist es zudem möglich, die Blindnaht durchzuschweißen, so dass der entstehende Mittelriss bereits zur Trennung der Bauteilhälften genügt, ohne dass nennenswerte Kräfte aufgewendet werden müssen. Durch die Reduktion der notwendigen Trennkräfte kommt es in geringerem Maße zum Aufbau von Verzügen oder Eigenspannungen, so dass die getrennten Bauteilhälften später zuverlässig wieder formschlüssig zusammengefügt werden können. Da kein nennenswerter Materialabtrag stattfindet ist zudem nur ein sehr geringes Übermaß notwendig. Dies vereinfacht die spätere Nachbearbeitung des Bauteils.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Nahttiefe der Blindnaht in Abhängigkeit einer Dicke des Bauteils im Bereich der Solltrennlinie gewählt. Die Nahttiefe kann dabei durch Wahl der Laser- oder Elektronenstrahlleistung, Vorschubgeschwindigkeit und weitere Schweißparameter gewählt werden. Zuverlässig sind Nahttiefen bis zu 5 mm realisierbar, die zu entsprechend tiefen Mittelrissen mit entsprechend hoher Kerbwirkung führen.
Nach dem Trennen der Bauteilhälften wird vorzugsweise die Blindnaht bzw. der überstehende Schweißwulst durch Schleifen, Honen oder dergleichen entfernt. Dies kann im Rahmen einer normalen Oberflächennachbearbeitung geschehen, da nur ein sehr geringes Übermaß vorgegeben werden muss. Die Nachbearbeitung ist daher besonders einfach und kostengünstig.
Zum Trennen der Bauteilhälften wird das Bauteil vorzugsweise insbesondere mittels eines Dorns aufgeweitet. Dies ist insbesondere bei besonders dickwandigen Bauteilen notwendig, verglichen mit konventionellen Bruchtrennverfahren ist die dabei aufzubringende Kraft jedoch wesentlich geringer.
Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schliffdarstellung durch eine Blindnaht eines mittels eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens Bruch zu trennenden Bauteils; und
2 eine Draufsicht auf eine Bruchfläche eines mittels eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens Bruch getrennten Bauteils.
Zum Bruchtrennen eines Bauteils 10 wird entlang einer Solltrennlinie 12 in diesem Ausführungsbeispiel eine lasergeschweißte Blindnaht 14 in das Bauteil eingebracht. Die Nahttiefe d beträgt dabei in etwa 5 mm. Mit anderen Worten schmilzt das Material des Bauteils 10 bis 5 mm tief in den Nahtbereich hinein auf und härtet dann wieder aus. Da für das Bauteil 10 relativ kohlenstoffhaltige Stähle mit entsprechend schlechter Schweißbarkeit Anwendung finden, kommt es beim Auskühlen der Schweißnaht 14 zur Bildung eines wohl definierten Mittenrisses 16, der sich beinahe über die gesamte Schweißnahttiefe erstreckt. Durch Kraftbeaufschlagung des Bauteils 10 kann das Bauteil 10 nun durch die Kerbwirkung des Mittelrisses 16 in zwei Bauteilhälften 18, 20 getrennt werden.
Alternativ zum Laserschweißen kann die Blindnaht auch mit Hilfe eines Elektronenstrahls erzeugt werden.
Wie aus der Bruchflächendarstellung in 2 zu erkennen, ist dabei der überwiegende Dickenbereich d des Bauteils 10 bereits durch die Bildung des Mittelrisses 16 getrennt. Lediglich ein geringerer Dickenbereich d' weist noch eine Bruchfläche 22 auf. Die Bauteiltrennung kann daher mit besonders geringem Kraftaufwand durchgeführt werden.
Je nach Geometrie und Materialbeschaffenheit des zu trennenden Bauteils kann die gewünschte Tiefe der Schweißnaht 14 durch Wahl der Schweißparameter beim Laserschweißen eingestellt werden. Im gezeigten Beispiel fand eine Laserleistung von 5 kW bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 5 m/min Anwendung. Bei Bauteilen geringerer Wandstärke kann dies bereits für eine vollständige Trennung der Bauteilhälften 18, 20 genügen.
Nach dem Trennen der Bauteilhälften 18, 20 verbleibt im Bereich der Blindnaht 12 an den Bauteilhälften noch ein Schweißwulst 24. Dieser kann im Rahmen der üblicherweise ohnehin durchgeführten Oberflächenbearbeitung durch Schleifen oder Honen oder dergleichen entfernt werden.
Insgesamt ergibt sich so ein besonders zuverlässiges und schnelles Verfahren zum Bruchtrennen eines Bauteils 10, welches auch auf Bauteile mit hoher Wandstärke bzw. auf Bauteile aus zähen Materialien Anwendung finden kann.
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

DE 102004026297 B4 [0003]

Claims

Verfahren zum Bruchtrennen eines Bauteils (10), insbesondere eines Lagers, bei welchem entlang einer umlaufenden Solltrennlinie (12) eine Einkerbung (16) in dem Bauteil (10) erzeugt und das Bauteil (10) durch Kraftbeaufschlagung entlang der Einkerbung (16) in zwei Bauteilhälften (18, 20) getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung (16) durch Anbringen einer mit einem Laser oder einem Elektronenstrahl geschweißten Blindnaht (14) entlang der Solltrennlinie (12) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nahttiefe (d) der Blindnaht (14) in Abhängigkeit einer Dicke des Bauteils (10) im Bereich der Solltrennlinie (12) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem Trennen der Bauteilhälften (18, 20) die Blindnaht (14) durch Schleifen, Honen oder dgl. entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen der Bauteilhälften (18, 20) das Bauteil (10) insbesondere mittels eines Dorns aufgeweitet wird.