DE102013209948A1

DE102013209948A1 - Verfahren zur Bearbeitung oder Umformung hochbelastbarer Bauteile in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102013209948A1
Application number: DE102013209948.7A
Authority: DE
Inventors: Gregor Kröner
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Zur Vermeidung der Gefahr einer Rissbildung beim Umformen, insbesondere beim Aufstauchen, eines hochbelastbaren, rohrförmigen Strukturbauteils (1) aus hochfestem oder höchstfestem Stahl für Kraftfahrzeugsitze zur Bildung von wulst- oder tulpenförmigen Anschlägen (3, 4) für Flansche (2) oder Rahmenteile des Kraftfahrzeugsitzes wird der aufzustauchende Bereich (3, 4) des rohrförmigen Sturkturbauteils (1) vor der Umformung mittels eines Induktors (9) erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung hochbelastbarer rohrförmiger Strukturbauteile aus hochfestem oder höchstfestem Stahl für Kraftfahrzeugsitze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2010 008676 A1 ist eine Höhenverstelleinrichtung für einen Fahrzeugsitz bekannt, die jeweils zwei zu beiden Seiten des vorderen und hinteren Endes des Fahrzeugsitzes angeordnete, gegenüber dem Fahrzeugboden verschwenkbare Flansche aufweist, die jeweils über ein Drehrohr miteinander und mit einem Sitzuntergestell verbunden sind. Die Flansche weisen eine Bohrung auf, durch die die Enden des Drehrohres gesteckt sind. Zur axialen Sicherung der Verbindung des Drehrohres mit den Flanschen weist das Drehrohr aufgestauchte Wulste oder Tulpen auf, die an beiden Seiten der Flansche anliegen, während die zwischen den Wulsten oder Tulpen befindlichen Verbindungsabschnitte des Querrohrs in den Bohrungen der Flansche angeordnet sind.
Zur Bildung der Wulste oder Tulpen wird das Drehrohr radial nach außen verformt, so dass zwei aneinanderliegende, senkrecht von der Längserstreckung des Drehrohrs abstehende Falten entstehen, deren radiales Ende in einem Winkel von 360° umgebogen ist. Die mit axialem Abstand zu beiden Seiten des Verbindungsabschnitts ausgebildeten Wulste oder Tulpen begrenzen den Verbindungsabschnitt des Drehrohres und liegen im montierten Zustand eng an den Seitenflächen der Flansche der Höhenverstelleinrichtung bzw. der Rahmenteile des Fahrzeugsitzes an.
Bei der Umformung des Drehrohres zur Bildung der Wulste oder Tulpen kann es jedoch zu lokalen Anrissen kommen, wenn bei der Umformung die Streckgrenze des hoch- oder höchstfesten Stahls des Drehrohres überschritten wird, so dass die Tragfähigkeit dieses die Festigkeit bestimmenden Strukturbauteils und damit die Festigkeit der Struktur des Fahrzeugsitzes nicht mehr gewährleistet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das den Einsatz und die Verarbeitung hoch- und höchstfester Stähle für Strukturbauteile eines Kraftfahrzeugsitzes ohne die Gefahr einer Rissbildung bei der Bearbeitung oder Umformung des Strukturbauteils ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht den Einsatz und die Verarbeitung hoch- und höchstfester Stähle für Strukturbauteile eines Kraftfahrzeugsitzes ohne die Gefahr einer Rissbildung bei der Umformung des rohrförmigen Strukturbauteils und stellt sicher, dass derart behandelte Strukturbauteile auch unter hoher oder höchster Belastung und insbesondere im Crashfall nicht zerstört oder in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.
Durch die erfindungsgemäße gezielte Wärmebehandlung des rohrförmigen Strukturbauteils wird eine Gefügeveränderung im erwärmten Bereich bewirkt, die die Eigenschaften des rohrförmigen Strukturbauteils in dem umzuformenden Bereich derart beeinflusst, dass auch ein starkes Umformen des betreffenden Bereichs wie es beim Aufstauchen der Fall ist nicht zu lokalen Anrissen führt.
Aus der WO 2011/056 923 A1 ist es an sich bekannt, Strukturbauteile eines Kraftfahrzeugsitzes wie den Sitz- oder Rückenlehnenrahmen oder Sitzschienen zur Längsverstellung des Kraftfahrzeugsitzes nach deren Bearbeitung oder Umformung vollständig oder teilweise einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um deren Festigkeit durch Verbesserung der Materialeigenschaften, insbesondere deren Haltbarkeit und Formbarkeit, für ein nachfolgendes Pressen oder Prägen der Strukturbauteile zu erhöhen. Diese Wärmebehandlung wird allerdings nach der Umformung des Strukturbauteils und vor einer nachfolgenden Bearbeitung durchgeführt, kann aber nicht das Auftreten von insbesondere versteckten Rissen im umgeformten Strukturbauteil vermeiden.
Vorzugsweise wird der umzuformende bzw. aufzustauchende Bereich des rohrförmigen Strukturbauteils auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Umwandlungstemperatur von Stahl erwärmt.
Die Erwärmung des aufzustauchenden Bereichs des rohrförmigen Strukturbauteils kann induktiv mittels eines induzierten elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung von Wirbelströmen zur Widerstandserwärmung des aufzustauchenden Bereichs erfolgen.
Bei der induktiven Erwärmung wird das aus hoch- oder höchstfestem Stahl hergestellte Strukturbauteil durch in ihm erzeugte Wirbelstrom– und Ummagnetisierungsverluste aufgeheizt, wobei die Erwärmung auch durch elektrisch nichtleitende Materialien hindurch erfolgen kann. Da die Wärme unmittelbar im Strukturbauteil selbst entsteht, muss die erforderliche Wärme nicht durch Wärmeleitung wie bei einer offenen Flamme übertragen werden, so dass die zu erbringende Wärmeleistung gut steuerbar ist. Bei dieser Form der Wärmebehandlung des rohrförmigen Strukturbauteils ist eine gezielte Erwärmung vorbestimmter Bereiche des rohrförmigen Strukturbauteils gewährleistet, ohne dass eine Erwärmung des gesamten rohrförmigen Strukturbauteils vorgenommen werden muss.
Vorzugsweise wird die induktive Erwärmung mittels eines Induktors durchgeführt, mit dem bestimmte Bereiche des rohrförmigen Strukturbauteils gezielt erwärmt werden können, ohne dass danebenliegende Bereiche signifikant miterwärmt werden. Hierzu kann der Induktor insbesondere der Form des Bereichs des rohrförmigen Strukturbauteils vor dessen Umformung angepasst werden.
Durch den Einsatz von Induktoren, die beispielsweise als Flachspulen, Ringspulen oder einzelne Windungen ausgebildet sein können, ist eine optimale induktive Erwärmung gewährleistet. Durch Anpassung der Form des Induktors an den zu erwärmenden, nachfolgend umzuformenden Bereich des rohrförmigen Strukturbauteils kann die Effizienz bei der Induktionserwärmung noch erhöht werden. Dabei wird die Frequenz des nieder- oder mittelfrequenten Wechselstromes zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes an die Größe und Leitfähigkeit des Strukturbauteils angepasst.
Des Weiteren kann die Wärmebehandlung auch unter beliebigen Gasen oder im Vakuum angewendet werden, so dass keine Verunreinigungen durch eine externe Wärmequelle entstehen.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei rohrförmigen Strukturbauteilen eines Kraftfahrzeugsitzes eingesetzt, insbesondere bei einem die Sitzseitenteile oder die Flansche einer zur Sitzhöhen- oder Sitzneigungsverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes verbindenden Querrohren, an denen Wulste oder Tulpen zur axialen Festlegung der Sitzseitenteile oder Flansche ein- oder beidseitig eines in einer Bohrung der Sitzseitenteile oder Flansche angeordneten Verbindungsabschnitts des Querrohres aufgestaucht werden.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Querrohres mit endseitig zwischen zwei Wulsten oder Tulpen des Querrohres angeordneten Flanschen einer Sitzhöhen- oder Sitzneigungsverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes;
2 einen vergrößerten Längsschnitt der Verbindung eines Flansches mit dem Querrohr mit beidseitig des Flansches aufgestauchten Wulsten;
3 einen Längsschnitt durch ein Querrohr, eine Haltevorrichtung, ein Werkzeug, ein Führungselement und einen Induktor vor der Aufstauchung einer ersten Wulst;
4 einen Längsschnitt durch das Querrohr nach dem Aufstauchen der ersten Wulst;
5 einen Längsschnitt durch das Querrohr und einen auf den Verbindungsabschnitt des Querrohrs aufgesteckten Flansch vor dem Aufstauchen einer zweiten Wulst und
6 einen Längsschnitt durch die Anordnung während des Aufstauchens der zweiten Wulst.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil einer Sitzhöhen- oder Sitzneigungsverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes mit einem Querrohr 1 und endseitig mit dem Querrohr 1 verbundenen Flanschen 2, deren axiale Beweglichkeit entsprechend dem in 2 dargestellten Längsschnitt durch den Verbindungsbereich 5 durch zwei an das Querrohr 1 durch Aufstauchen angeformte Wulste oder Tulpen 3, 4 begrenzt wird. Dabei liegen die Seitenflächen der Flansche 2 an Anschlagflächen der Wulste oder Tulpen 3, 4 im Wesentlichen spielfrei an, um Klappergeräusche beim Einstellen der Sitzhöhe oder Sitzneigung zu vermeiden.
Das Anformen der Wulste oder Tulpen durch Aufstauchen des Querrohres 1 soll nachfolgend anhand der 3 bis 6 näher erläutert werden.
Zum Aufstauchen einer ersten Wulst 3 wird das Querrohr 1 in eine Haltevorrichtung 7 eingespannt und das freie Ende des Querrohrs 1 mit einem hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Werkzeug 8 verbunden, das sowohl an den Außenseiten des Querrohrs 1 als auch an dem stirnseitigen Ende 10 des Querrohrs 1 anliegt. Zwischen der Haltevorrichtung 7 und dem Werkzeug 8 verbleibt ein Expansionsraum, in den ein Induktor 9, beispielsweise eines an den Expansionsraum angepassten Spuleninduktors, zur lokalen Erwärmung des Querrohrs 1 eingesetzt wird. Nach der lokalen Erwärmung des Expansionsraumes des Querrohrs 1 wird der Induktor 9 entfernt und das Werkzeug 8 hydraulisch oder pneumatisch angetrieben zur Haltevorrichtung 7 bewegt. Dabei weitet sich der im Expansionsraum befindliche Abschnitt des Querrohrs 1 aus und wird am Ende des Aufstauchens abgeflacht. Dabei bilden sich zwei eng aneinanderliegende Falten 31, 32 aus, die den ersten Wulst 3 bilden, wobei die Falten 31, 32 senkrecht von der sich in Längsrichtung des Querrohrs 1 erstreckenden Außenwand abstehen und an ihrem radial äußeren Ende eine Rundung ausbilden.
Ein in das Querrohr 3 eingestecktes Führungselement 6 stellt ein radial nach außen gerichtetes Ausweichen der Querrohrwand zur Bildung des ersten Wulstes 3 sicher.
Nach dem Anformen der ersten Wulst 3 wird das Querrohr 1 gemäß 5 in eine Bohrung 20 des Flansches 2 eingesteckt bis die Anschlagfläche der ersten Wulst 3 an der einen Seite des Flansches 2 anliegt. Anschließend wird die Haltevorrichtung 7, die die Außenwand des Querrohrs 1 umfasst, mit ihrer Stirnseite zur Anlage an die vom Flansch abgewandte Seite der Falte 32 der ersten Wulst 3 gebracht.
Das mit einem Absatz an der Stirnseite des Querrohrs 1 anliegende und den anschließenden Endbereich des Querrohrs 1 umfassende Werkzeug 8 befindet sich mit seiner Stirnseite in einem Abstand von der Außenseite des Flansches 2, der den Verformungsbereich zum Anformen einer zweiten Wulst 4 bildet. Um diesen Bereich wird ein vorzugsweise als Ringkern ausgebildeter Induktor 9 gelegt, der den Verformungsbereich zur Bildung der zweiten Wulst 4 erwärmt.
Nach der Erwärmung des Verformungsbereich wird gemäß 6 durch Vortreiben des Werkzeugs 8 in Richtung des Flansches 2 die zweite Wulst 4 aufgestaucht bis die eine der beiden die zweite Wulst 4 ausbildenden Falten 41, 42 an der anderen Seite des Flansches 2 anliegt. Damit ist der Flansch 2 gegen axiale Bewegungen gegenüber dem Querrohr 1 gesichert mit dem Querrohr 1 verbunden.
Anstelle einer zweiten Wulst 4 kann auch eine andere axiale Sicherung des Flansches 2 vorgesehen werden, beispielsweise in Form eines auf das Querrohr 1 aufgedrehten Sicherungsflansches, einer auf das Ende des Querrohrs 1 aufgesteckten und mit dem Querrohr 1 formschlüssig oder stoffschlüssig verbundenen Hülse oder dergleichen.
Durch die Erwärmung des Verformungsbereichs zur Bildung der ersten Wulst 3 und gegebenenfalls der zweiten Wulst 4 wird sichergestellt, dass keine sichtbaren oder versteckten Risse in dem Verformungsbereich auftreten, die die Festigkeit der Verbindung des Querrohrs 1 mit dem Flansch 2 herabsetzen und insbesondere im Crashfall zu einer Zerstörung der Verbindung führen könnten.
Bezugszeichenliste

1: Querrohr
2: Flansche
3: erste Wulst
4: zweite Wulst
5: Verbindungsbereich
6: Führungselement
7: Haltevorrichtung
8: Werkzeug
9: Induktor
31, 32: Falten
41, 42: Falten

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 102010008676 A1 [0002]
WO 2011/056923 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Umformung eines hochbelastbaren, rohrförmigen Strukturbauteils aus hochfestem oder höchstfestem Stahl für Kraftfahrzeugsitze, das zur Bildung von wulst- oder tulpenförmigen Anschlägen für Flansche oder Rahmenteile des Kraftfahrzeugsitzes aufgestaucht und in Bohrungen der Flansche oder Rahmenteile eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der aufzustauchende Bereich (3, 4) des rohrförmigen Sturkturbauteils (1) vor der Umformung erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aufzustauchende Bereich (3, 4) des rohrförmigen Strukturbauteils (1) auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Umwandlungstemperatur von Stahl erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des rohrförmigen Strukturbauteils (1) im Wesentlichen auf den aufzustauchenden Bereich (3, 4) des rohrförmigen Strukturbauteils (1) beschränkt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisches Feld in den aufzustauchenden Bereich (3, 4) des rohrförmigen Strukturbauteils (1) zur Erzeugung von Wirbelströmen oder Ummagnetisierungsverlusten zur Widerstandserwärmung des aufzustauchenden Bereichs (3, 4) induziert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aufzustauchende Bereich (3, 4) des rohrförmigen Strukturbauteils (1) mittels eines Induktors (9) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (9) der Form des aufzustauchenden Bereichs (3, 4) des rohrförmigen Strukturbauteils (1) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (9) als Flachspule, Ringspulen oder einzelne Windung ausgebildet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des nieder- oder mittelfrequenten Wechselstromes zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes an die Größe und Leitfähigkeit des rohrförmigen Strukturbauteils (1) angepasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Strukturbauteil (1) aus einem Sitzseitenteile und/oder Flansche (2) einer Höhen- oder Sitzneigungsverstellung des Kraftfahrzeugsitzes verbindenden Querrohr besteht.