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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftfahrzeugstabilisators gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 14.
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Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeugstabilisatoren bekannt, die im Bereich des Kraftfahrzeugfahrwerkes eingesetzt werden, um die Fahreigenschaften eines Fahrzeuges zu verbessern. So wird beispielsweise durch Einsatz eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes das Wankverhalten bei Kurvenfahrten reduziert.
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Die Kraftfahrzeugstabilisatoren sind dazu maßgeblich als Torsionsstäbe ausgebildet. Auf dem Kraftfahrzeugstabilisator tordiert ein dafür vorgesehener Abschnitt. Hierdurch werden durch das Ein- oder Ausfedern der Räder aufgebrachte Torsionskräfte an das jeweils gegenüberliegende Rad abgegeben. Die Kraftfahrzeugstabilisatoren sind dabei einteilig oder mehrteilig ausgeführt und können als Massiv- und/oder Hohlbauteil ausgebildet sein.
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Weiterhin sind semiaktive und aktive Kraftfahrzeugstabilisatoren bekannt, bei denen Kraftfahrzeugstabilisatorhälften mit einem Stellelement oder aber einem Stellaktuator gekoppelt werden und somit zusätzlich in das aufgebrachte Torsionsmoment eingegriffen werden kann bzw. wird dieser geregelt und/oder gesteuert.
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Im Inneren der Kraftfahrzeugstabilisatoren bauen sich durch das Aufbringen der Torsionskräfte und das Verdrehen Spannungen auf, die das Dauerbetriebsverhalten und die Langlebigkeit des Kraftfahrzeugstabilisators nachteilig beeinflussen. Aus dem Stand der Technik sind diverse Behandlungsmaßnahmen, beispielsweise ein Vergüten, bekannt, um zum einen das Torsionsverhalten und zum anderen die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugstabilisators zu verbessern.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Oberflächenbehandlungsverfahren bekannt, durch die eine entsprechend behandelte Oberfläche einen besseren Spannungsverlauf aufzeigt. Beispielsweise ist ein solches Oberflächenstrahlverfahren aus der
US 6,544,360 B1 bekannt, bei dem Kraftfahrzeugfedern erwärmt werden und anschließend mit einem Verfestigungsstrahlen behandelt werden.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfestigungsstrahlverfahren zeigen besonders gute Ergebnisse bei erwärmten Bauteilen. Kraftfahrzeugstabilisatoren sind jedoch meistens längliche Bauteile, die eine Länge von einem halben Meter oder mehr, insbesondere von mehr als einem Meter aufweisen. Hier ist es mitunter schwierig und/oder ineffizient, durch konventionelle Erwärmungsmethoden das Bauteil zu erwärmen, sodass sich die Erwärmung positiv auf das Verfestigungsstrahlen auswirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Möglichkeit bereitzustellen, Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe kosteneffizient derart zu behandeln, dass sie eine längere Dauerhaltbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit aufweisen.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Der vorrichtungstechnische Anteil der zuvor genannten Aufgabe wird weiterhin mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 14 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes kennzeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte:
- – Einlegen eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes in eine Vorrichtung zum kombinierten mechanischen und thermischen Behandeln, bei Umgebungstemperatur;
- – Konduktives Erwärmen des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes auf 150 bis 350°C;
- – Verfestigungsstrahlen des sich aufwärmenden und/oder erwärmten Kraftfahrzeugstabilisatorstabes;
- – Abkühlen des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes.
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Im Rahmen der Erfindung ist unter Kraftfahrzeugstabilisatorstab entweder ein gesamter einteiliger Kraftfahrzeugstabilisator, beispielsweise ein Rohrstabilisator zu verstehen, oder aber im Falle eines geteilten Rohrstabilisators, eine Rohrstabilisatorhälfte. Letzteres gilt auch im Falle von aktiven oder aber semiaktiven Stabilisatoren.
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Im Rahmen der Erfindung wird der bereitgestellte Kraftfahrzeugstabilisatorstabin eine Vorrichtung eingelegt, in der er kombiniert mechanisch und thermisch behandelt wird. Das Einlegen selbst erfolgt bei Umgebungstemperatur, beispielsweise bei Raumtemperatur in einer Werkhalle.
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Erfindungsgemäß wird der Kraftfahrzeugstabilisatorstab in der Vorrichtung selber konduktiv auf eine Temperatur von 150° bis 350°C erwärmt. Insbesondere das konduktive Erwärmen stellt eine äußerst kostengünstige Möglichkeit dar, da keine separate Erwärmungsvorrichtung benötigt wird. Des Weiteren wird eine entsprechende Verlustwärme, die beispielsweise bei einem Transfer des erwärmten Bauteils entstehen würde, vermieden, indem das Bauteil selbst direkt in der Vorrichtung zur weiteren Bearbeitung erwärmt wird. Vorzugsweise können im Rahmen der Erfindung die Erwärmungen je nach nachfolgender mechanischer Behandlung auf 150° bis 200° oder aber 200° bis 350°C erwärmt werden. Einzelne Temperaturbereiche sind daher jeweils verfahrenstypisch zu wählen.
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Im Anschluss an das konduktive Erwärmen oder aber bereits während des konduktiven Erwärmens wird der Kraftfahrzeugstabilisatorstab einer Strahlbehandlung unterzogen, sodass ein Verfestigungsstrahlen durchgeführt wird. Hierdurch werden die eingebrachten Druckeigenspannungen erhöht, wodurch sich eine höhere Festigkeit des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes ergibt.
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Im Anschluss an das Verfestigungsstrahlen oder aber bereits während des Strahlvorganges wird der Kraftfahrzeugstabilisatorstab abgekühlt. Das Abkühlen kann dabei im Rahmen der Erfindung aktiv oder aber auch passiv erfolgen, im Falle einer passiven Abkühlung, würde der Kraftfahrzeugstabilisatorstab bei Umgebungstemperatur abkühlen. Der thermisch und mechanisch behandelte Kraftfahrzeugstabilisatorstab wird anschließend aus der Vorrichtung entnommen.
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Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich die eingebrachten Druckeigenspannungen bei konventionellen Werkstoffen, beispielsweise Stahlwerkstoffen, weiter steigern. Die benötigte Fläche in einer Werkhalle wird durch den kombinierten Vorgang minimiert und es sind ebenfalls keine aufwendigen Transfermanipulatoren notwendig, wodurch ein kostengünstiges Betreiben und somit ein kostengünstiges Herstellen durch eine Produktionsanlage mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von Kraftfahrzeugstabilisatorstäben möglich ist.
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Eine weitere Verbesserung zur homogenen Behandlung des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes wird dadurch erreicht, dass bereits während der Aufwärmung und/oder während dem Verfestigungsstrahlen der Kraftfahrzeugstabilisatorstab rotiert wird. Hierunter ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass der Kraftfahrzeugstabilisatorstab in der Werkzeugspannung innerhalb der Vorrichtung um eine Achse, vorzugsweise um seine Mittellängsachse, gedreht wird. Insbesondere während des Strahlvorganges wird somit sichergestellt, dass mit einem Strahlverfahren ein maßgeblicher, und nahezu ein vollständiger Teil der Oberfläche des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes strahlbehandelt wird.
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Hierzu ist besonders bevorzugt eine Rotationsachse mit der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes zusammenfallend ausgerichtet. Während des Rotationsvorganges wird somit sichergestellt, dass durch eventuelle Auslenkungen eines gebogenen Kraftfahrzeugstabilisatorstabes, der Platzbedarf innerhalb der Vorrichtung selbst gering gehalten wird. Ebenfalls wird somit sichergestellt, dass das Strahlgut, welches im Verfestigungsstrahlschritt eingesetzt wird, nahezu immer die gleiche Entfernung zu dem Kraftfahrzeugstabilisatorstab aufweist und somit wiederum ein besonders homogenes Strahlbild erzeugt wird. Ebenfalls wird eine gleiche Strahlintensität durch den gleichbleibenden Abstand erzeugt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird der Kraftfahrzeugstabilisatorstab in der Vorrichtung auf einer Erwärmungstemperatur gehalten. Dieser Verfahrensschritt bietet wiederum den Vorteil, dass nur auf eine konkrete Erwärmungstemperatur erwärmt werden muss. Die Energiekosten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere zur Durchführung der Erwärmung, werden dadurch gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verringert, wodurch die Produktionskosten sinken.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird der mechanisch und thermisch behandelte Kraftfahrzeugstabilisatorstab in der Vorrichtung abgekühlt. Die Abkühlung kann beispielsweise durch ein Kühlmittel oder aber ein Kühlgebläse oder aber auch eine Jetkühlung erfolgen. In jeder Hinsicht wird in dieser Verfahrensvariante aktiv abgekühlt, was zu besonders kurzen Taktzeiten und somit einer optimalen Ausnutzung einer Produktionsanlage, auf der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird, erfolgt.
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In einer weiteren Ausführungsvariante, oder aber als ergänzende Ausführungsvariante zu dem aktiven Abkühlen, wird der Kraftfahrzeugstabilisatorstab aus der Vorrichtung entnommen und in einer Abkühlvorrichtung oder an einem Ablageort abgekühlt. Hierdurch ist es wiederum möglich, eine erste Abkühlung innerhalb der thermischen und mechanischen Behandlungsvorrichtung durchzuführen, wobei in dieser Vorrichtung jedoch nicht die Endtemperatur des Abkühlungsprozesses erreicht wird, sondern in einer weiteren Abkühlvorrichtung oder aber bei Raumtemperatur abgekühlt wird. Auch hier ergeben sich wiederum die Vorteile, dass kurze Taktzeiten realisiert werden können und somit eine optimale Ausnutzung einer Produktionsanlage durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt.
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Das Verfestigungsstrahlen selber wird vorzugsweise mit einer Strahlturbine, vorzugsweise mit zwei oder auch drei oder mehr Strahlturbinen durchgeführt. Durch eine Strahlturbine wird sichergestellt, dass ausreichendes Strahlgut an die Oberfläche des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes geschossen und/oder geschleudert wird. Die Strahlturbinen sind dabei in bevorzugter Ausführungsvariante Turbinenräder, die das Strahlgut, welches wiederum bevorzugt in Form von Kugeln oder Punktmassen ausgebildet ist, aufnehmen oder aber dieses den Strahlturbinen zugeführt wird und anschließend in einem kontinuierlichen Prozess an die Oberfläche des Kraftfahrzeugstabilisators schleudert oder schießt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird das Verfestigungsstrahlen durch eine mittlere sowie eine obere und untere Strahlturbine durchgeführt. Bevorzugt werden obere, mittlere und untere Turbinenpaare eingesetzt, sodass ein entsprechend homogenes Strahlbild an der Oberfläche des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes erzeugt wird.
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Optional können während des Verfahrens Zusatzstrahlturbinen eingeschaltet werden, die dann Druckeigenspannungen unterschiedlicher Intensität an dem Kraftfahrzeugstabilisatorstab erzeugen. Hierdurch wird das Verfahren flexibler und es können verschiedene Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe, beispielsweise für verschiedene Kraftfahrzeughersteller oder aber Kraftfahrzeugmodelle hergestellt werden, ohne den Herstellungsprozess aufwendig neu konfigurieren zu müssen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird das Strahlmittel für das Verfestigungsstrahlen erwärmt.
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Durch das Erwärmen dehnt sich das Material des Stabilisators aus, folglich wird Zug in das Material eingebracht. Danach erfolgt das Kugelstrahlen, wodurch Druckeigenspannungen in die Oberfläche des Stabilisators eingebracht werden. Beim Abkühlen zieht sich das Material wieder zusammen, so dass diese Druckeigenspannungen nochmals verstärkt werden. Dabei beschränkt sich dieser Effekt nicht nur auf die Oberfläche wie beim normalen Kugelstrahlen, sondern erstreckt sich auch in tiefere Bereiche. Zum Kugelstrahlen werden bevorzugt Eisenkugeln oder auch Glaskugeln eingesetzt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung werden mindestens zwei Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe gleichzeitig in der Vorrichtung hergestellt, vorzugsweise unter Einsatz einer Kassette. Durch den Einsatz von zwei oder mehreren Kraftfahrzeugstabilisatorstäben in eine Vorrichtung sowie ein konduktives Erwärmen der Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe und ein Rotieren dieser ist es möglich, mehrere dieser länglichen Bauteile gleichzeitig herzustellen, und dadurch die Produktionsmöglichkeiten und Kapazitäten bestmöglich zu nutzen. Die Strahlbehandlung erzeugt ein Streubild, welches gleichzeitig für die mindestens zwei oder mehr, also jeweils benachbarten Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe, genutzt werden kann. Durch den Einsatz einer Kassette oder aber eines Magazins ist es somit möglich, die Kassette mit den mindestens zwei Kraftfahrzeugstabilisatorstäben vorzeitig zu bestücken und dann nur die Kassette in die Vorrichtung einzusetzen. Auch hier wird wiederum die Produktionskapazität derart bestmöglich ausgenutzt, dass aus der gleichzeitigen Behandlung der Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe kurze Herstellungszeiten sowie günstige Produktionskosten resultieren.
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Weiterhin bevorzugt ist das Verfahren in einer Durchlaufstrahlkabine durchführbar, so dass die Aufnahmen zur konduktiven Erwärmung an ein Förderband gekoppelt sein können und die Durchlaufstrahlkabine mittels des Förderbandes passieren. Da die Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe während des Behandelns bevorzugt rotiert werden, ist es möglich, durch stationär eingesetzte Strahlturbinen dennoch alle Seiten des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes zu behandeln.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes ist zur Durchführung eines zuvor erläuterten Verfahrens geeignet und erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung zur Aufnahme des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes vorgesehen ist, wobei über die Halterung eine konduktive Erwärmung des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes durchführbar ist.
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Zuvor genannte Merkmale in dem Verfahren gehen bei der Vorrichtung einher und gelten entsprechend.
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Die Halterung zur Aufnahme des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes ist dabei bevorzugt auf einem elektrischen, gut leitenden metallischen Werkstoff ausgebildet, besonders bevorzugt aus Kupfer. Die Halterung erfasst dabei den Kraftfahrzeugstabilisatorstab insbesondere an einem unteren und an einem oberen Ende, sodass ein mittlerer Torsionsbereich nicht durch die Halterung abgedeckt ist und bestmöglich durch das Strahlverfahren erfasst wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Kraftfahrzeugstabilisatorstab in der Halterung selber drehbar oder aber mit der Halterung drehbar. Im Rahmen der Erfindung kann dabei der Kraftfahrzeugstabilisatorstab nach Art eines Schleifkontaktes in der Halterung gehalten werden oder aber die Halterung derart drehbar gelagert sein, dass diese wiederum über Schleifkontakte in einem Drehlager angeordnet ist. Hiermit ist stets ein Kontakt zur Durchführung einer konduktiven Erwärmung gegeben.
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Die Halterung ist weiterhin bevorzugt als Kassette zur Aufnahme mindestens zweier Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe ausgebildet, wobei die Kassette vorzugsweise drehbar in der Vorrichtung gelagert ist. Weiterhin bevorzugt sind die Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe in der Kassette selbst wiederum drehbar gelagert. Es ist somit möglich, zum einen die Kassette zu drehen, zum anderen aber auch nur die Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe in der Kassette zu drehen oder aber eine kombinierte Drehbewegung oder aber Überlagerung beider Drehbewegungen durchzuführen. Im Ergebnis kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein jeweils für den Anwendungsfall optimales homogenes Strahlbild an den Kraftfahrzeugstabilisatorstäben erzeugt werden, da die Oberflächen der Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe homogen durch das Schussbild der Strahlturbinen erreicht wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den schematischen Figuren gezeigt und dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine Prinzipskizze zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
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2 eine Prinzipskizze zur Behandlung mehrerer Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Kraftfahrzeugstabilisatorstabes 2 mittels thermischer Behandlung und Verfestigungsstrahlen. Der Kraftfahrzeugstabilisatorstab 2 wird dazu mit seinen Enden 3 in eine Halterung 4 eingespannt, wobei der Kraftfahrzeugstabilisatorstab 2 gleichzeitig über die Halterung 4 konduktiv erwärmt wird. Die Ausbildung der Halterung 4 sowie die Anordnung des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes 2 über die Enden 3 in der Halterung 4 erfolgt derart, dass eine Mittellängsachse 5 des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes 2 mit einer Rotationsachse 6 der Halterung 4 zusammenfallend ausgebildet sind. In einem folgenden Rotationsvorgang R wird somit ein starkes Auslenken eines Torsionsabschnittes 7 des Kraftfahrzeugstabilisatorstabes 2 vermieden. Der Vorteil bietet sich hier, dass grundsätzlich ein äquidistanter Abstand A zwischen Torsionsabschnitt 7 und in der Vorrichtung 1 beinhalteten Strahlturbinen 8 gegeben ist. Die Strahlturbinen 8 schießen vereinfacht dargestelltes Strahlgut 9 an den Torsionsabschnitt 7, sodass hier an der Oberfläche ein nicht näher dargestelltes Verfestigungsstrahlen erfolgt.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahrens mit mehreren Kraftfahrzeugstabilisatorstäben 2, wobei die mehreren Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe 2 über Halterungen 4 in einer Kassette 10 aufgehangen sind. Die gesamte Kassette 10 wird wiederum in die Vorrichtung 1 eingesetzt, sodass mehrere Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe 2 gleichzeitig behandelt werden. Über die Halterungen 4 können die Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe 2 wiederum konduktiv erwärmt werden sowie in einer weiteren möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung noch einmal um eine Halterachse 11 eigenständig rotieren. Die gesamte Kassette 10 rotiert wiederum um eine Rotationsachse 6. Damit alle Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe 2 eine homogene Behandlung erfahren, sind bevorzugt eine obere Strahlturbine 12, eine mittlere Strahlturbine 13 und eine untere Strahlturbine 14 eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung können auch Strahlturbinenpaare oder aber mehrere Strahlturbinen 8 als obere, mittlere und/oder untere Strahlturbine 12, 13, 14 eingesetzt sein. Ebenfalls ist es möglich, im Falle von Turbinenpaaren oder mehreren eingesetzten Strahlturbinen 8, optionale Zuschaltbarkeiten vorzusehen, sodass die Intensität des Strahlvorganges beeinflusst wird. Wiederum sichergestellt wird durch die Kassette 10 sowie die Drehbewegungen bzw. Rotationsbewegungen, dass zum einen ein homogenes Strahlbild hergestellt wird, zum anderen dass ein nahezu äquidistanter Abstand A zu den Strahlturbinen 8 von allen Seiten der Oberflächen der Kraftfahrzeugstabilisatorstäbe 2 erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kraftfahrzeugstabilisatorstab
- 3
- Ende zu 2
- 4
- Halterung
- 5
- Mittellängsachse zu 2
- 6
- Rotationsachse
- 7
- Torsionsabschnitt
- 8
- Strahlturbine
- 9
- Strahlgut
- 10
- Kassette
- 11
- Halterachse
- 12
- obere Strahlturbine
- 13
- mittlere Strahlturbine
- 14
- untere Strahlturbine
- A
- Abstand
- R
- Rotation
