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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 55 859 A1 ist ein Achslenker für ein Kraftfahrzeug bekannt, der als einstückiges Schmiedeteil hergestellt wird. Generell ist es bekannt, Bauteile für Kraftfahrzeuge aus einem Rohling zu schmieden. Typischerweise erfolgt im Anschluss an das Schmieden eine Wärmebehandlung des zu einem Rohteil umgeformten Rohlings, wonach das Rohteil einem Zerspanungsschritt unterzogen wird. Dabei werden spanend planparallele Konturen in Anbindungsbereichen des Rohteils hergestellt, die zur Verbindung des fertigen Bauteils mit angrenzenden Bauteilen des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. In den Anbindungsbereichen werden Befestigungsbohrungen erstellt, die ebenfalls typischerweise spanend erzeugt werden. Die Zerspanung ist aufwändig und langwierig und stört den Faserverlauf des typischerweise metallischen Bauteils, was dessen Festigkeit verringert und somit die mechanische Belastbarkeit mindert. Außerdem fällt ein vergleichsweise hoher Materialabfall an, was den Gesamtmaterialeinsatz und damit die Produktionskosten erhöht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit welchem ein Bauteil mit verbesserten mechanischen Eigenschaften unter geringerem Materialeinsatz beziehungsweise mit geringerem Materialverlust herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Hierbei wird zunächst ein Rohteil aus einem Rohling geschmiedet. Das Rohteil wird anschließend in wenigstens einem Anbindungsbereich, welcher der Verbindung des zu fertigenden Bauteils mit weiteren Bauteilen des Kraftfahrzeugs dient, kalibriert, und das Bauteil wird schließlich fertiggestellt, indem eine Befestigungsbohrung in dem wenigstens einen Anbindungsbereich durch Stanzen ausgebildet wird. Der Begriff „kalibrieren” spricht dabei ein Nachpressen des Rohteils in dem wenigstens einen Anbindungsbereich vorzugsweise in einem Pressenwerkzeug an, wodurch eine Maßgenauigkeit in dem nachgepressten Bereich erhöht wird. Die erforderliche Maßgenauigkeit in dem wenigstens einen Anbindungsbereich wird bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren demnach nicht durch Zerspanen, sondern durch Kalibrieren hergestellt. Insbesondere planparallele Konturen in dem Anbindungsbereich sind durch Kalibrieren in einem Pressenwerkzeug hochpräzise herstellbar, ohne dass dabei Materialabfall anfällt. Da auf jegliche Zerspanung verzichtet wird, bleibt der beim Schmieden eingestellte Faserverlauf des Rohteils auch in dem fertigen Bauteil erhalten, sodass dessen Festigkeit in keiner Weise beeinträchtigt wird. Dabei zeigt sich, dass es insbesondere im Rahmen eines Schmiedeverfahrens möglich ist, besonders zähe, feste Bauteile herzustellen, weil beim Schmieden ein hochverdichtetes Gefüge entsteht. Nicht nur diskontinuierliche Wandstärken sind herstellbar, sondern es ist auch möglich, den Faserverlauf in dem Bauteil belastungsgerecht abzustimmen. Insbesondere können die Fasern in Bereichen gesammelt werden, in denen hohe mechanische Belastungen zu erwarten sind. Hierdurch kann das Bauteil bezüglich seines Querschnittsverlaufs und bezüglich seiner Festigkeitseigenschaften lokal bedarfsgerecht eingestellt werden. Durch die erhöhte mechanische Belastbarkeit ist es möglich, Wandstärken auch in mechanisch hoch belasteten Bereichen dünner auszubilden als beispielsweise bei Gussteilen. Diese hervorragenden, beim Schmieden optimal eingestellten Eigenschaften bleiben beim Kalibrieren im Gegensatz zu einer zerspanenden Nachbehandlung vollständig erhalten. Der Gesamtmaterialeinsatz und die damit verbundenen Produktionskosten sinken, weil kein Abfall in Form von Spänen auftritt.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Wandstärke des Rohteils im Bereich der mindestens einen auszustanzenden Befestigungsbohrung beim Kalibrieren reduziert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Wandstärke bereits beim Schmieden zu reduzieren. Dabei wird Material aus dem Bereich der später auszustanzenden Bohrung in benachbarte Bereiche verdrängt, sodass bei dem sich anschließenden Stanzprozess nur sehr kleine Lochbutzen, das heißt ausgestanzte Materialreste, anfallen. Hierdurch wird der Materialeinsatz weiter erniedrigt, beziehungsweise der Materialabfall wird reduziert.
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Es ist möglich, dass das Rohteil zunächst in einem ersten Werkzeug kalibriert wird, wobei anschließend in einem zweiten Werkzeug die Befestigungsbohrung ausgestanzt wird. Es wird allerdings ein Verfahren bevorzugt, bei welchem das Kalibrieren und das Stanzen in einem gemeinsamen, insbesondere in einem einzigen Werkzeug durchgeführt wird. In diesem Fall ist das Verfahren besonders einfach und wirtschaftlich durchführbar.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, bei dem ein als Pressenwerkzeug ausgebildetes Werkzeug verwendet wird. Dieses weist vorzugsweise ein Obergesenk und ein Untergesenk auf. Dabei ist vorzugsweise in das Obergesenk eine Stanzeinrichtung integriert. Alternativ ist es auch möglich, dass die Stanzeinrichtung in das Untergesenk integriert ist. Vorzugsweise ist in dem Untergesenk eine Ausnehmung vorgesehen, in der mindestens ein Lochbutzen aufnehmbar ist, der durch die in das Obergesenk integrierte Stanzeinrichtung ausgestanzt wird. Alternativ ist es möglich, dass in dem Obergesenk eine entsprechende Aufnahme vorgesehen ist, wenn die Stanzeinrichtung in das Untergesenk integriert ist. Sollen mehrere Bohrungen zugleich erzeugt werden, ist es auch möglich, dass die Stanzeinrichtung teilweise – in Bezug auf bestimmte Bohrungen – in dem Obergesenk und teilweise – in Bezug auf andere zu erzeugende Bohrungen – in dem Untergesenk ausgebildet ist, wobei entsprechend die Aufnahmen teilweise in dem Obergesenk und teilweise in dem Untergesenk vorgesehen sind. Unter den Begriffen „Aufnahme” und „Aufnehmen” ist auch eine Ausgestaltung zu verstehen, bei der Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, durch welche ausgestanzte Lochbutzen hindurchfallen können. Es ist also nicht zwingend angesprochen, dass die Lochbutzen in dem Obergesenk oder in dem Untergesenk verbleiben. Es ist allerdings möglich, dass sie bei einer Ausführungsform des Verfahrens in dem Obergesenk oder in dem Untergesenk verbleiben, gegebenenfalls dort gesammelt werden, wobei sie vorzugsweise in regelmäßigen Abständen entnommen werden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es mittels mindestens eines Roboters durchgeführt wird. Dabei ist es möglich, dass das Pressenwerkzeug zum Kalibrieren an einem ersten Roboter vorgesehen ist, während das Stanzwerkzeug zum Ausstanzen der Befestigungsbohrung an einem weiteren Roboter vorgesehen ist. Alternativ ist es möglich, dass das Pressenwerkzeug und das Stanzwerkzeug an dem gleichen Roboter vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist ein kombiniertes Kalibrier-/Stanz-Werkzeug in eine Roboterhand eines Roboters integriert, mit dessen Hilfe das Verfahren durchgeführt wird. Es ist dann möglich, dass das Rohteil von der Roboterhand ergriffen wird, wobei zugleich die Kalibrierung und das Stanzen der mindestens einen Befestigungsbohrung durchgeführt werden. Das so gebildete Bauteil kann anschließend von der Roboterhand weitergereicht werden. Durch die Verwendung von Robotern im Rahmen des Verfahrens sind insbesondere eine hohe Mobilität und eine Platzersparnis erreichbar.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Rohteil einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Insbesondere ist es möglich, das Rohteil nach dem Schmieden wärmezubehandeln, insbesondere um es zu härten. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das fertige Bauteil nach dem Kalibrieren und Stanzen einer Wärmebehandlung unterzogen wird, insbesondere um es zu härten.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Rohling verwendet wird, der ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung umfasst. Bevorzugt besteht der Rohling aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, wobei er ganz besonders bevorzugt eine Aluminium-Knetlegierung umfasst oder aus einer solchen besteht. Es zeigt sich, dass sich die Vorteile eines Schmiedeverfahrens in Hinblick auf die erreichte Zähigkeit und Festigkeit des Bauteils ganz besonders bei der Herstellung von Leichtmetallkonstruktionen auswirken, weil Leichtmetall grundsätzlich mechanisch geringer belastbar ist als beispielsweise Stahl. Soll zusätzlich die Wandstärke des zu bildenden Bauteils möglichst gering sein, um dem Leichtbaugedanken Rechnung zu tragen, wirken sich die Vorteile des hochverdichteten Gefüges beziehungsweise des optimal einstellbaren Faserverlaufs, die beim Schmieden erzielbar sind, in besonders prägnanter Weise aus. Dabei ist es dann weiterhin besonders vorteilhaft, wenn das so gebildete Gefüge beziehungsweise der Faserverlauf nicht durch sich an das Schmiedeverfahren anschließende Zerspanungsschritte beeinträchtigt werden, sondern wenn die durch das Schmieden erreichten, sehr günstigen Bauteileigenschaften auch bei dem Fertigen der hochpräzisen Endkontur mittels Kalibrieren und Ausstanzen der Befestigungsbohrungen erhalten bleiben.
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Dabei zeigt sich auch, dass sich im Rahmen des kombinierten Schmiede- und Kalibrierverfahrens kaltverfestigte Anlageflächen ausbilden, die besonders günstige mechanische Eigenschaften aufweisen. Dies ist wiederum gerade in Zusammenhang mit Leichtmetall-Bauteilen vorteilhaft.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass ein Bauteil für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs hergestellt wird. Besonders bevorzugt wird ein Federlenker für ein Fahrwerk hergestellt. Die hier beschriebenen Eigenschaften des Verfahrens insbesondere in Hinblick auf die mechanische Festigkeit des zu bildenden Bauteils sind besonders wichtig bei stark beanspruchten Kraftfahrzeug-Teilen. Dabei sind solche besonders stark beanspruchten Bauteile insbesondere im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs zu finden. Gerade der Federlenker ist ein Bauteil, das hohen mechanischen Belastungen im Betrieb ausgesetzt ist. Daher entfaltet das Verfahren seine Vorteile in ganz besonderer Weise in Zusammenhang mit Fahrwerks-Bauteilen und mit einem Federlenker.
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Es zeigt sich noch, dass das Rohteil nach dem Schmieden vorzugsweise abgegratet wird. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass das Bauteil nach dem Kalibrieren und/oder nach dem Stanzen der Befestigungsbohrung abgegratet wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens, und
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2 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
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1a) zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts einer Ausführungsform des Verfahrens. Dabei wird ein Rohteil 1, das zuvor aus einem nicht dargstellten Rohling geschmiedet wurde, mithilfe eines Pressenwerkzeugs 3 in einem Anbindungsbereich 5 kalibriert. Beim Kalibrieren werden durch Pressen mithilfe des Pressenwerkzeugs 3 planparallele Konturen geschaffen, die letztlich der Anbindung des aus dem Rohteil 1 gebildeten Bauteils an weitere Teile eines Kraftfahrzeugs dienen. Bei der dargestellten Ausführungsform wird aus dem Rohteil 1 ein Federlenker für ein Kraftfahrzeug hergestellt, der aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, bevorzugt einer Aluminium-Knetlegierung besteht. Entsprechend besteht auch das Rohteil 1 aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminium-Knetlegierung.
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Das Pressenwerkzeug 3 umfasst ein Obergesenk 7 und ein Untergesenk 9. Das Rohteil 1 wird nun zunächst mithilfe des Untergesenks 9 arretiert oder gehalten, wobei anschließend – wie in 1b) dargestellt – das Obergesenk 7 entlang von Pfeilen P – in 1 in vertikaler Richtung – relativ zu dem Untergesenk 9 verlagert wird, wobei das Rohteil 1 in dem Anbindungsbereich 5 zwischen dem Obergesenk 7 und dem Untergesenk 9 gepresst beziehungsweise kalibriert wird. Hierdurch werden insbesondere planparallele Konturen in dem Anbindungsbereich 5 ausgebildet.
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Das Obergesenk 7 weist Führungsausnehmungen 11 auf, die einer in das Obergesenk 7 integrierten Stanzeinrichtung 13 zugeordnet sind. In dem Untergesenk 9 sind Ausnehmungen 15 vorgesehen, die der Aufnahme von Lochbutzen dienen, die beim Stanzen von Befestigungsbohrungen anfallen.
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In 1c) ist die Funktionsweise der Stanzeinrichtung 13 schematisch dargestellt. Diese umfasst Lochstempel 17, die in den Führungsausnehmungen 11 und auch zumindest bereichweise in den Ausnehmungen 15 des Untergesenks 9 verlagerbar sind. Sind das Obergesenk 7 und das Untergesenk 9 vollständig aufeinander zu verlagert, werden die Lochstempel 17 der Stanzeinrichtung 13 entlang der Pfeile P' – in 1c) – nach unten verlagert, und es werden Lochbutzen 19 aus dem Anbindungsbereich 5 ausgestanzt, die von den Ausnehmungen 15 aufgenommen werden beziehungsweise durch diese hindurchfallen. Vorzugsweise wurde die Wandstärke in dem Bereich der späteren Lochbutzen 19 zuvor beim Schmieden und/oder beim Kalibrieren soweit verringert, dass die Lochbutzen 19 letztlich ein möglichst kleines Volumen aufweisen, sodass möglichst wenig Material beim Stanzen mittels der Stanzeinrichtung 13 entfernt wird. So kann ein bei dem Verfahren auftretender Materialabfall möglichst klein gehalten werden.
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Nach dem Ausstanzen der Lochbutzen 19, wodurch Befestigungsbohrungen 21 gebildet werden, werden die Lochstempel 17 wieder zurückgezogen, und das Obergesenk 7 wird von dem Untergesenk 9 wegverlagert. Das nun fertige Bauteil kann dann dem Pressenwerkzeug 3 entnommen werden.
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Es zeigt sich, dass das Pressenwerkzeug 3 hier als kombiniertes Kalibrier-/Stanz-Werkzeug 23 ausgebildet ist.
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2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugzeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Hierbei sind vorzugsweise gleichzeitig zwei kombinierte Kalibrier-/Stanz-Werkzeuge 23 aktiv, die genauso ausgebildet sind und verwendet werden, wie dies in Zusammenhang mit 1 erläutert wurde.
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Vorzugsweise ist jedes der kombinierten Kalibrier-/Stanz-Werkzeuge 23 an einer nicht dargestellten Roboterhand eines Roboters angeordnet, wobei das Rohteil 1 vorzugsweise zugleich mithilfe der Roboterhände ergriffen wird.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform werden zwei Anbindungsbereiche 5 zugleich bearbeitet, während zwei weitere Anbindungsbereiche 5 zu einer anderen Zeit bearbeitet werden. Alternativ ist es möglich, dass jeweils nur ein Anbindungsbereich 5 zu einem Zeitpunkt bearbeitet wird. Ebenso ist es alternativ möglich, dass drei oder bevorzugt alle Anbindungsbereiche 5 zugleich bearbeitet werden.
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Bevorzugt wird das Rohteil 1 von mindestens einer Roboterhand ergriffen, welche ein kombiniertes Kalibrier-/Stanz-Werkzeug aufweist. Das Verfahren kann dann mithilfe der Roboterhand durchgeführt werden, noch während das Rohteil 1 von der Roboterhand zu einer weiteren Station im Rahmen der Fertigung weitergereicht wird. Auf diese Weise ist das Verfahren besonders schnell, effizient und platzsparend durchführbar.
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Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens möglich ist, insbesondere einen Federlenker für ein Kraftfahrzeug aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung in mechanisch hoch belastbarer Bauweise herzustellen, wobei durch Schmieden ein hoch verdichtetes Gefüge hergestellt wird, das durch das anschließende Kalibrieren und Stanzen bezüglich seiner mechanischen Festigkeit und insbesondere in Hinblick auf seinen Faserverlauf nicht beeinträchtigt wird. Zugleich entsteht ein äußerst geringer Materialabfall, sodass hiermit verbundene Kosten minimiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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