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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements gemäß Anspruch 1.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 057 762 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kopfschraube hervor, im Rahmen dessen ein gleichkanalwinkelgepresster beziehungsweise ecapierter Schraubenschaft geschaffen wird, der anschließend profiliert wird. Ein vorgeformter Rohling eines Schraubenkopfes wird auf den Schraubenschaft aufgepresst, wobei ein Formschluss des Schraubenkopfes mit dem Schraubenschaft erzeugt wird. Anschließend wird eine Endform der Kopfschraube hergestellt. Dieses Verfahren ist zeitlich aufwändig und teuer in der Durchführung. Darüber hinaus ist es schwierig, einen ausreichenden Korrosionsschutz für die Kopfschraube im Rahmen des Verfahrens zu gewährleisten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll es im Rahmen des Verfahrens möglich sein, ein korrosionsfestes Verbindungselement mit hoher Festigkeit in relativ einfacher und kostengünstiger Weise herzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird ein Vormaterial bereitgestellt, welches ein erstes Material als Kernmaterial und ein zweites Material als Hüllmaterial umfasst. Dabei umgreift das Hüllmaterial bevorzugt das Kernmaterial allseitig oder zumindest in Umfangsrichtung. Das erste Material wird von dem zweiten Material verschieden gewählt, wobei das erste Material eine höhere Festigkeit aufweist als das zweite Material, und wobei das zweite Material korrosionsbeständiger ist als das erste Material. Das derart ausgebildete, hybride Vormaterial wird gleichkanalwinkelgepresst beziehungsweise ecapiert. Das Vormaterial wird zu dem Verbindungselement umgeformt. Beim Gleichkanalwinkelpressen wird das Vormaterial intensiv scherverformt, wodurch ein ultra-feinkörniges Gefüge geschaffen wird. Dies steigert die Duktilität des Vormaterials erheblich. Es ist möglich, durch das Gleichkanalwinkelpressen, das auch als ECAP-Technologie (Equal Channel Angular Pressing) oder als Ecapieren bezeichnet wird, vorteilhafte mechanische Eigenschaften, wie eine verbesserte Zugfestigkeit, Dehngrenze, Bruchdehnung und/oder Duktilität einzustellen. Das intensiv scherverformte Material neigt aufgrund seines feineren Gefüges zu einer deutlich geringeren Rissanfälligkeit als das Vormaterial vor der Scherverformung. Dadurch ist das Vormaterial nach dem Gleichkanalwinkelpressen sehr duktil und weist eine extrem hohe Formbarkeit auf. Beim Umformen stellen sich allerdings hochgradige Kaltverfestigungen ein, sodass das letztlich gebildete Verbindungselement eine sehr hohe Festigkeit aufweist. Damit wird ihm die Fähigkeit verliehen, auch hohen Belastungen bruchsicher zu widerstehen. Aufgrund der Auswahl des Kernmaterials ist das Verbindungselement in seinem Inneren besonders stabil und fest. Das Hüllmaterial, mithin der Mantel des Verbindungselements, ist so gewählt, dass das Verbindungselement korrosionsbeständig ist, sodass mit seiner Hilfe insgesamt eine Verbindung hoher Lebensdauer und großer Stabilität geschaffen werden kann. Dabei ist das Kernmaterial großer Festigkeit bevorzugt in das Hüllmaterial, welches besonders korrosionsbeständig ist, eingebettet.
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Durch die intensive Scherverformung beim Ecapieren ergeben sich auch geringere Spannungen in dem Material, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Bauteil-Versagens sinkt. Der Werkstoff des mithilfe des Gleichkanalwinkelpressens gefertigten Verbindungselements weist eine äußerst geringe Kriechneigung auf. Auch ein Ermüdungsverhalten ist verbessert.
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Das Verfahren des Gleichkanalwinkelpressens ist insbesondere in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2008 033 027 A1 beschrieben. Dabei handelt es sich um einen Massivumformvorgang, bei welchem ein Rohling durch einen Kanal einer Matrize gepresst oder gezogen wird, wobei der Kanal einen zur Pressrichtung oder Ziehrichtung koaxialen Anfangsabschnitt oder Eingangskanal und einen sich an diesen abgewinkelt anschließenden Endabschnitt oder Ausgangskanal aufweist. Indem das Material den Bereich passiert, in welchem die Kanalabschnitte sich in einem Winkel treffen, wird es intensiv scherverformt, sodass ein ultra-feinkörniges Gefüge ausgebildet wird.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Vormaterial als Verbundzylinder bereitgestellt wird. Es weist also bevorzugt eine zylindrische Geometrie auf, wobei das Kernmaterial vorzugsweise von dem Hüllmaterial – in Umfangsrichtung gesehen – umgriffen ist. Bevorzugt wird das Vormaterial als Vollzylinder bereitgestellt. Alternativ ist es möglich, dass das Vormaterial als Hohlzylinder bereitgestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine gegebenenfalls von dem Verbindungselement umfasste Bohrung schon an dem Vormaterial ausgebildet sein kann und nicht erst entweder beim Gleichkanalwinkelpressen oder danach erzeugt werden muss. Soll dagegen ein massives Verbindungselement hergestellt werden, ist es vorteilhaft, ein Vormaterial bereitzustellen, welches aus Vollmaterial besteht.
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Das hybride Vormaterial wird bevorzugt in einem Strangpressprozess hergestellt. Hierbei ist es ohne Weiteres möglich, das Kernmaterial mit dem Hüllmaterial gemeinsam zu dem Vormaterial auszuformen.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das erste Material ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung umfasst, wobei es bevorzugt aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das zweite Material ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung umfasst, wobei es bevorzugt aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht. Die Wahl eines Leichtmetalls oder einer Leichtmetalllegierung trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung, wobei aufgrund der hohen Festigkeit, die beim Gleichkanalwinkelpressen und Umformen des Vormaterials erreicht wird, trotzdem ein Verbindungselement geschaffen wird, welches auch hohen mechanischen Belastungen dauerhaft widersteht. Es ist ohne Weiteres möglich, das Verbindungselement zum Fügen von Leichtmetall-Bauteilen zu verwenden, ohne dass Probleme mit Kontaktkorrosion auftreten. Besonders bevorzugt wird eine Materialgleichheit zwischen dem Verbindungselement und einem zu fügenden Leichtmetall-Bauteil angestrebt, wodurch ein Materialmix vermieden wird. Aufgrund des gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile ergeben sich dann keine oder nur geringe Spannungen. Durch die Vermeidung eines Materialmixes ergibt sich auch der Vorteil einer vereinfachten Rezyklierbarkeit. Es ist nämlich nicht mehr nötig, das Bauteil, in welches das Verbindungselement eingebracht ist, in verschiedene Materialien zu trennen. Somit ergibt sich bei der Wiederaufbereitung eine reinere Schmelze. Insbesondere entfällt das Problem eines Eisenanteils in einer Leichtmetallschmelze. Es sind alle bekannten und geeigneten Fügetechnologien für eine Anordnung des Verbindungselements und des Leichtmetall-Bauteils einsetzbar. Insgesamt kann so eine starke Verbindung mithilfe des Verbindungselements ohne Korrosionsanfälligkeit in einer Leichtbaukonstruktion erreicht werden. Insbesondere ist es so möglich, Aluminiumbauteile mit Aluminium-Verbindungselementen zu fügen, ohne einen gesonderten Korrosionsschutz vorsehen zu müssen. Dies wird durch die deutlich erhöhte Festigkeit des Verbindungselements möglich, auch an Stellen, wo aus Festigkeitsgründen ansonsten Verbindungselemente aus Stahl eingesetzt werden müssten. Es bestehen keinerlei Restriktionen beim Fügen von Guss-, Schmiede- oder Strangpressteilen aus Leichtmetall oder Kombinationen hieraus. In Hinblick auf eine Oberflächenvorbereitung ergeben sich äußerst geringe Anforderungen. Es ist ein Fügen von Mischverbindungen mit Magnesium und anderen Buntmetallen möglich. Ein form- und/oder kraftschlüssiges Fügen ist möglich, wobei besonders bevorzugt eine Warmnietung durchgeführt wird, wobei durch Abkühlung und Schrumpfung zusätzlich ein Kraftschluss erzeugt werden kann.
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Aufgrund der Verwendung eines korrosionsbeständigen, zweiten Materials als Hüllmaterial weist das Verbindungselement auch dann keine Korrosionsprobleme auf, wenn es in einem Materialmix zur Verbindung materialungleicher Bauteile verwendet wird. Bevorzugt wird jedoch Materialgleichheit angestrebt, wobei dann insbesondere keine Kontaktkorrosion auftreten kann.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass als erstes Material eine Aluminiumknetlegierung der Legierungsgruppe 7xxx verwendet wird. Das Kernmaterial wird also aus einer besonders festen Aluminiumknetlegierung gebildet. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt, dass als zweites Material eine Aluminiumknetlegierung der Legierungsgruppe 6xxx verwendet wird. Als Hüllmaterial wird demnach vorzugsweise eine besonders korrosionsstabile Aluminiumknetlegierung eingesetzt. Insgesamt sorgt bei einem Ausführungsbeispiel, welches als Kernmaterial eine Aluminiumknetlegierung der Legierungsgruppe 7xxx und als Hüllmaterial eine Aluminiumknetlegierung der Legierungsgruppe 6xxx aufweist, die kupferhaltige 7000er Legierung für ein erhöhtes Festigkeitsniveau, welches sich zum Beispiel für Niete zum form- und/oder kraftschlüssigen Fügen eignet. Die 6000er Legierung sorgt für eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit insbesondere im Berührungsbereich des Verbindungselements mit benachbarten Bauteilen.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Vormaterial beim Gleichkanalwinkelpressen umgeformt wird. Dies spricht insbesondere an, dass zumindest in einer letzten Stufe des Gleichkanalwinkelpressens bereits eine Formgebung des Vormaterials erfolgt, sodass dieses zumindest grob, vorzugsweise vollständig, in die Form des Verbindungselements gebracht wird. Hierzu ist es möglich, dass die Vorrichtung zum Gleichkanalwinkelpressen eine Matrize umfasst, durch welche das Vormaterial gepresst wird, um die Form des Verbindungselements zu erhalten. Ist das Verbindungselement selbst quasi hülsenförmig mit einer Bohrung ausgebildet, ist es möglich, dass als Vormaterial ein Hohlzylinder verwendet wird. Dabei ist es möglich, den Hohlzylinder durch Gleichkanalwinkelpressen zu behandeln, ohne dass ein offener Innenquerschnitt desselben durch die intensive Scherverformung geschlossen wird. Gegebenenfalls wird im Bereich eines Ausgangskanals einer Vorrichtung zum Gleichkanalwinkelpressen zur Stützung des Hohlquerschnitts ein Dorn oder Kernstempel vorgesehen. Auch wenn ein Vormaterial verwendet wird, das als Vollzylinder ausgebildet ist, wird bevorzugt ein Dorn oder Kernstempel zur Ausbildung einer Ausnehmung oder Bohrung oder zur Formung einer Geometrie des Verbindungselements beim Gleichkanalwinkelpressen verwendet.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Kopf des Verbindungselements von einem Stempel der Vorrichtung zum Gleichkanalwinkelpressen ausgeformt wird. Hierbei kann es sich um einen Stempel handeln, mithilfe dessen das Vormaterial durch die Matrize einer Vorrichtung zum Gleichkanalwinkelpressen gepresst wird. Alternativ wird bevorzugt, dass der Kopf des Verbindungselements von einem Stempel ausgeformt wird, der als Gegenhalter oder als Kernstempel beim Gleichkanalwinkelpressen ausgebildet ist. In jedem Fall weist der Stempel an seiner Stirnseite eine Gegenform auf, die komplementär zu der auszuformenden Kopfform gestaltet ist. Hierdurch wird beim Gleichkanalwinkelpressen unmittelbar eine vorherbestimmte Kopfform für das Verbindungselement ausgeformt.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Vormaterial in einer Matrize umgeformt wird. Dabei kann es sich um eine Matrize der Vorrichtung zum Gleichkanalwinkelpressen handeln. Es ist aber auch möglich, dass das Vormaterial direkt aus der Vorrichtung zum Gleichkanalwinkelpressen in eine Umformmatrize geführt wird, in welcher das Verbindungselement endgeformt wird. Dabei schließt sich die Endformung in der Umformmatrize unmittelbar an das Gleichkanalwinkelpressen an. Zusätzlich zu der ohnehin hohen Umformbarkeit des intensiv scherverformten Gefüges ist es dabei möglich, noch die durch die intensive Scherverformung in das Vormaterial eingetragene Wärme zur Umformung zu nutzen.
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Alternativ ist es auch möglich, dass das Vormaterial nach dem Gleichkanalwinkelpressen separat in einer Umformmatrize umgeformt wird, wobei sich die Umformung nicht zwingend unmittelbar an das Gleichkanalwinkelpressen anschließt.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Vormaterial nach dem Gleichkanalwinkelpressen umgeformt, insbesondere stranggepresst oder geschmiedet wird. In diesem Fall erfolgt die Umformung des Vormaterials zu dem Verbindungselement nach dem Gleichkanalwinkelpressen, wobei das Vormaterial bevorzugt stranggepresst oder geschmiedet wird, um das Verbindungselement herzustellen. Dabei erhält dieses vorzugsweise eine endnahe Kontur durch die sich an das Gleichkanalwinkelpressen anschließende Umformung. Da die Umformbarkeit des Vormaterials durch das Gleichkanalwinkelpressen deutlich erhöht ist, kann ohne Weiteres – insbesondere unmittelbar im Anschluss an dieses – in einem oder höchstens ein wenigen Umformschritten, beispielsweise durch Strangpressen oder Schmieden, eine endkonturnahe Form des Verbindungselements hergestellt werden. Besonders bevorzugt wird das Verbindungselement beim Umformen fertig gestellt beziehungsweise endgeformt.
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Unabhängig davon, in welchem Verfahrensstadium oder wie genau die Umformung realisiert wird, führt diese zu einer extrem hohen Kaltverfestigung des zuvor gleichkanalwinkelgepressten Vormaterials, sodass dieses eine hohe Stabilität gegenüber mechanischen Belastungen erhält.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Gleichkanalwinkelpressen in mindestens zwei Stufen durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass das Vormaterial mindestens zweimal intensiv scherverformt wird. Die Zahl der Scherverformungen beziehungsweise der Durchgänge des Gleichkanalwinkelpressens kann auf die gewünschten Werkstoffeigenschaften für das Verbindungselement abgestimmt werden. Dabei wird bei jedem Durchgang der intensiven Scherverformung eine Dehnung in dem Vormaterial erhöht. Vorzugsweise wird das Vormaterial nach jeder Stufe, also nach jedem Durchgang der intensiven Scherverformung um einen vorherbestimmten Winkel um seine Längsachse gedreht. Dabei sind verschiedene sogenannte Prozessrouten möglich, die auch miteinander kombiniert werden können.
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Eine erste Prozessroute sieht vor, dass der vorherbestimmte Winkel nach jeder Stufe zu null gewählt wird. Dies bedeutet, dass das Vormaterial zwischen den einzelnen Stufen nicht gedreht wird.
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Bei einer zweiten Prozessroute ist vorgesehen, dass das Vormaterial nach jeder Stufe um 90° um seine Längsachse gedreht wird, wobei alternierende Drehrichtungen angewendet werden. Beispielsweise wird das Vormaterial nach der ersten Stufe um 90° im Uhrzeigersinn und nach der zweiten Stufe um 90° gegen den Uhrzeigersinn, somit quasi zurück in seine Ausgangslage vor der ersten Stufe, gedreht. Weitere Stufen und zwischengeschaltete, alternierende Drehungen können sich anschließen.
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Bei einer dritten Route ist vorgesehen, dass das Vormaterial zwischen den einzelnen Stufen jeweils um 90° in dieselbe Richtung gedreht wird. Somit erreicht es nach der vierten Stufe wieder seine Ausgangslage, die es vor der ersten Stufe aufwies.
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Gemäß einer vierten Prozessroute ist vorgesehen, dass das Vormaterial nach jeder Stufe um 180° gedreht wird. Auch diese Drehung erfolgt vorzugsweise jeweils mit identischem Drehsinn, so dass das Vormaterial nach jeder zweiten Stufe wieder seine Ausgangslage erreicht, die es vor der ersten Stufe aufwies.
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Mit Hilfe der verschiedenen Drehungen wird vorzugsweise das in den einzelnen Stufen, mithin in jedem Gleichkanalwinkelpressvorgang erzeugte anisotrope Gefüge homogenisiert. Dabei ist der sogenannte Ecapier-Grad, also der Grad des Gleichkanalwinkelpressens, aufgrund verschiedener Druckverhältnisse in Folge der Umleitung des gepressten Materials verschieden. Die genau Prozessroute, insbesondere die Anzahl der Stufen sowie die zwischen den Stufen gewählten Drehwinkel werden abhängig von den benötigten Materialeigenschaften gewählt. Durch Anwendung mehrerer ECAP-Zyklen wird das umgeformte Material jeweils von einer anderen Seite pressbeaufschlagt. Dabei wird die Feinkörnigkeit in Folge der durch Umlenkung im Werkzeug entstehenden Scherwirkung erheblich verbessert, was den späteren mechanischen Eigenschaften zugute kommt.
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Insbesondere mit Hilfe verschiedener Prozessrouten, die geeignet gewählt werden, ist es möglich, die Eigenschaften des auszubildenden Verbindungselements bedarfsgerecht einzustellen. Dabei ist es insbesondere möglich, die Duktilität einerseits und die Festigkeit andererseits des Verbindungselements bedarfsgerecht auszugestalten. Es ist insbesondere möglich, die gewählten Prozessrouten und eine gegebenenfalls nachfolgende Umformung derart aufeinander abzustimmen, dass vorherbestimmte Eigenschaften in Hinblick auf die Duktilität einerseits und die Festigkeit des Verbindungselements andererseits erreicht werden.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es als Verbindungselement ein Vollniet, insbesondere ein Halbrundniet oder ein Senkniet, ein Halbhohlniet, ein Hohlniet, ein Blindniet, oder eine Schraube, insbesondere eine Kopfschraube, hergestellt wird. Die hier genannten Verbindungselemente sind besonders vorteilhaft, einfach und kostengünstig mithilfe des beschriebenen Verfahrens herstellbar.
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Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Verbindungselement bevorzugt, welches durch ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist. Dabei zeichnet sich das Verbindungselement bevorzugt durch Merkmale – einzeln oder in Kombination miteinander – aus, die explizit oder implizit im Rahmen des Verfahrens erläutert wurden. Weiterhin zeichnet sich das Verbindungselement bevorzugt durch Merkmale – wiederum einzeln oder in Kombination miteinander – aus, die im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert werden.
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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 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
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In einem ersten Schritt S1 wird ein hybrides Vormaterial, vorzugsweise auf Leichtmetallbasis, bereitgestellt. Das Vormaterial ist bevorzugt durch Strangpressen hergestellt. Es wird in einem zweiten Schritt S2 einer intensiven Scherverformung durch Gleichkanalwinkelpressen unterzogen. Unterhalb der schematischen Darstellung der Verfahrensschritte ist ebenfalls schematisch eine Vorrichtung 1 zum Gleichkanalwinkelpressen dargestellt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen massiven Grundkörper 3, in dem zwei Kanäle 5, 7 angeordnet sind. Beim Gleichkanalwinkelpressen weisen beide Kanäle 5, 7 einen identischen Querschnitt auf. Sie treffen sich in einem Bereich 13 unter einem definierten Winkel, der vorzugsweise mindestens 20° bis höchstens 160° beträgt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 beträgt der Winkel, unter dem sich die Kanäle 5, 7 treffen, 90°.
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Mittels eines Stempels 9 oder durch Anwendung eines hydrostatischen Drucks wird ein Vormaterial 11 zunächst durch den Kanal 7, der hier als Eingangskanal ausgebildet ist, sodann durch den gewinkelten Bereich 13, in dem sich die Kanäle 5, 7 treffen, und anschließend durch den hier als Ausgangskanal ausgebildeten Kanal 5 gepresst. Das Vormaterial 11 wird somit quasi um die Ecke gepresst und dabei intensiv geschert. Die Geometrie des Grundkörpers 3 bewirkt dabei eine Scherverformung, ohne dass der Querschnitt des Vormaterials 11 verändert wird.
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Alternativ zu der Darstellung gemäß 1 ist es beim Gleichkanalwinkelpressen auch möglich, das Vormaterial 11 durch den Grundkörper 3 beziehungsweise die Kanäle 5, 7 zu ziehen.
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In 1 sind insgesamt vier Stufen für das Gleichkanalwinkelpressen dargestellt, nämlich eine erste Stufe 15, eine zweite Stufe 17, eine dritte Stufe 19 und eine vierte Stufe 21. Das Prinzip des Gleichkanalwinkelpressens ist dabei in der zweiten Stufe 17, der dritten Stufe 19 und der vierten Stufe 21 dasselbe wie in der ersten Stufe 15, so dass auf die Beschreibung hierzu verwiesen wird.
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Es ist möglich, dass die Unterteilung in vier Stufen 15, 17, 19, 21 lediglich gedanklich derart existiert, dass das Gleichkanalwinkelpressen stets durch denselben Grundkörper 3 erfolgt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass für jede Stufe 15, 17, 19, 21 ein eigener Grundkörper 3 beziehungsweise eine eigene Vorrichtung vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich gegebenenfalls der Verfahrensablauf beschleunigen, weil beispielsweise in der ersten Stufe 15 bereits ein nächstes Vormaterial gleichkanalwinkelgepresst werden kann, während das zuvor in der ersten Stufe 15 behandelte Vormaterial 11 schon in der zweiten Stufe 17 behandelt wird.
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Durch die Hintereinanderschaltung verschiedener Stufen 15, 17, 19, 21 werden wiederholte Umformungen durchgeführt, die zu einer Aufsummierung der erzeugten Scherverformungen und zur Entwicklung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Gefüges mit besonderen Eigenschaften führen.
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Dabei wird die Anzahl der durchlaufenen Stufen auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften des resultierenden Bauteils abgestimmt.
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Es ist möglich, dass das Vormaterial 11 zwischen den einzelnen Stufen 15, 17, 19, 21 um seine Längsachse, nämlich um die Achse, die beim Gleichkanalwinkelpressen jeweils parallel zu den Symmetrieachsen der Kanäle 5, 7 orientiert ist, um einen vorherbestimmten Winkel gedreht wird. Dabei sind – wie bereits beschrieben – verschiedenen Prozessrouten möglich, die insbesondere abhängig von den gewünschten Materialeigenschaften ausgewählt werden.
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Es ist möglich, dass ein Verbindungselement bereits beim Gleichkanalwinkelpressen hergestellt wird. Alternativ ist es möglich, dass das Verbindungselement in einem nachfolgenden Umformschritt, beispielsweise durch Strangpressen oder Schmieden, oder durch Umformen in einer Umformmatrix, endgeformt wird.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird das Vormaterial 11 nach dem Gleichkanalwinkelpressen in einem dritten Verfahrensschritt S3 zumindest lokal erwärmt, um eine in einem vierten Schritt S4 folgende Umformung zu dem Verbindungselement zusätzlich zu der Gefügeveränderung durch das Gleichkanalwinkelpressen zu erleichtern. Es ist eine Ausführungsform des Verfahrens möglich, bei welcher der Schritt S3 entfällt. Ebenso ist – wie bereits angedeutet – eine Ausführungsform des Verfahrens möglich, bei welcher der Schritt S4 entfällt.
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Vorzugsweise wird das Verbindungselement in einem Schritt S5 nachbearbeitet. Weiterhin ist es zusätzlich oder alternativ möglich, dass der Schritt S5 eine Wärmbehandlung des Verbindungselements umfasst. Dabei wird dieses zumindest lokal wärmebehandelt, um seine mechanischen Eigenschaften in gewünschter Weise einzustellen. Dabei müssen die Parameter der Wärmbehandlung insbesondere auch abhängig von dem Material des Verbindungselements mit Bedacht gewählt werden, weil es möglich ist, dass das durch die intensive Scherverformung erzeugte Gefüge beziehungsweise hieraus resultierende Eigenschaften durch die Wärmebehandlung zumindest teilweise wieder rückgängig gemacht werden. Daher ist eine in dem Schritt S5 erfolgende Wärmebehandlung besonders sensibel auf die Eigenschaften des gewählten Materials und die gewünschten Eigenschaften in Hinblick auf die Verwendung des Verbindungselements abzustimmen.
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Eine zumindest lokale Wärmebehandlung des Vormaterials 11 ist auch während den einzelnen Stufens des Gleichkanalwinkelpressens möglich, wobei die Art und Anzahl der Wärmebehandlungen auf die gewünschten Materialeigenschaften abgestimmt werden kann. Wird die Wärmebehandlung in das Herstellungsverfahren für das Verbindungselement, insbesondere in den Vorgang des Gleichkanalwinkelpressens integriert, ist es möglich, eine separate Wärmebehandlung einzusparen. Dies führt zu einer Kostenreduzierung bei der Herstellung des Verbindungselements. Es ist auch möglich, auf eine Wärmebehandlung des Vormaterials 11 und/oder des Verbindungselements vollständig zu verzichten. In diesem Fall fallen keinerlei Kosten für eine Wärmebehandlung an.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements 23.
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Das Verbindungselement 23 ist aus einem hybriden Vormaterial 11 gefertigt, sodass es ein erstes Material 25 als Kernmaterial umfasst, wobei es ein zweites Material 27 als Hüllmaterial aufweist. Dabei umgreift hier das Hüllmaterial 27 das Kernmaterial 25 vollständig. Das Kernmaterial 25 ist somit in das Hüllmaterial 27 eingebettet. Alternativ ist es möglich, dass das zweite Material 27 das erste Material 25 lediglich – in Umfangsrichtung gesehen – umgreift.
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Bei der Herstellung des Verbindungselements 23 ist es möglich, dass das Vormaterial 11 derart ausgestaltet ist, dass das zweite Material 27 das erste Material 25 lediglich in Umfangsrichtung umgreift. Bevorzugt wird dann beim Gleichkanalwinkelpressen und/oder beim Umformen des Vormaterials 11 eine vollständige Umhüllung oder Einbettung des ersten Materials 25 mit beziehungsweise in dem zweiten Material 27 geschaffen. Alternativ ist es möglich, dass das Vormaterial 11 bereits derart bereitgestellt wird, dass das Kernmaterial 25 in das Hüllmaterial 27 eingebettet ist.
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Das erste Material 25 unterscheidet sich von dem zweiten Material 27. Dabei weist das erste Material 25 eine höhere Festigkeit auf als das zweite Material 27. Das zweite Material 27 ist korrosionsbeständiger als das erste Material 25.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Material 25 um eine Aluminiumknetlegierung der Legierungsgruppe 7xxx, wobei es sich bevorzugt bei dem zweiten Material um eine Aluminiumknetlegierung der Legierungsgruppe 6xxx handelt.
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Das Verbindungselement 23 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kopf 29 auf, der bevorzugt beim Gleichkanalwinkelpressen von einem beim Ecapieren verwendeten Stempel 9, einen Gegenhalter oder einen Kernstempel ausgeformt wird. Hierzu weist dieser an seiner Stirnseite eine Gegenform auf.
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Insgesamt zeigt sich, dass es im Rahmen des Verfahrens möglich ist, ein korrosionsfestes Verbindungselement mit hoher Festigkeit in einfacher und kostengünstiger Weise herzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057762 A1 [0002]
- DE 102008033027 A1 [0006]
