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Die Erfindung betrifft ein Kaltumformverfahren zur Herstellung eines Stoßdämpferrohres sowie ein Stoßdämpferrohr, das insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Hierbei werden in mehreren Kaltumform-Verfahrensschritten verschiedene Rohrbereiche eines Präzisrohrrohlings zu Rohrabschnitten des Stoßdämpferrohres ausgebildet bzw. umgeformt, wobei die Rohrabschnitte voneinander abweichende Rohrwandstärken und/oder Rohrdurchmesser aufweisen. Stoßdämpferrohre sind aus verschiedenen Anwendungsbereichen bekannt. Gerade jedoch im Kfz-Bereich sind die gestellten Anforderungen an Präzision und Materialeigenschaften besonders hoch. Das erfindungsgemäße Stoßdämpferrohr und dessen Herstellungsverfahren eignen sich insbesondere zur Verwendung als bzw. zur Herstellung eines Innenrohrs für ein Zweirohr-Stoßdämpfer-/Federbeinsystem für Kraftfahrzeuge.
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Um die hohen Anforderungen an Materialeigenschaften und Präzision einzuhalten, werden Stoßdämpferrohre im Stand der Technik zumeist aus Präzisrohrrohlingen, insbesondere gemäß DIN EN 10305-2 (November 2002) oder DIN EN 10305-3 (Februar 2003), mittels verschiedener Herstellungsverfahren hergestellt. Besonders eignet sich hierzu ein sogenanntes axiales Kaltumformverfahren, wobei eine plastische Umformung eines metallischen Werkstoffs unterhalb dessen Rekristallisationstemperatur, insbesondere mittels Abstrecken, Einziehen, Stauchen und/oder Aufweiten, stattfindet. Aufgrund der einwirkenden Umformkräfte unterliegt der Werkstoff einer Kaltverfestigung, die zu einer Erhöhung der Werkstofffestigkeit innerhalb der umgeformten Werkstoffbereiche führt. Ein Nachteil der bekannten Kaltumformverfahren ist die Ausbildung von Riefen oder Poren zumeist an der Oberfläche der Rohrinnenwand (z.B. beim Stauchen) aber auch die Entstehung von Rissen oder ähnlichen Materialfehlern bei zu hohen Umformgraden. Aus letzterem Grund werden kaltumgeformte Rohraufweitungen nur bis zu einer Rohrdurchmesserdifferenz von maximal 15 % vorgenommen.
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Aus der
WO 2014/082666 A1 ist ein Kaltumformverfahren zur Herstellung eines Zylinderrohres für einen Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs bekannt. Mit dem beschriebenen Verfahren können in den kalt umgeformten Bereichen jeweils gezielte Rohrwandstärken und Werkstofffestigkeiten eingestellt werden. Insbesondere wird ausgehend vom Rohling die Wandstärke reduziert und/oder der Innen- bzw. Außendurchmesser des Rohlings verändert. Ein derart umgeformtes Zylinderrohr lässt sich insbesondere als Außenrohr für ein Zweirohr-Stoßdämpfer-/Federbeinsystem für Kraftfahrzeuge verwenden.
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Ein derartiges Zweirohr-Stoßdämpfer oder -Federbeinsytem ist aus der
DE 41 27 453 C1 bekannt. Solche Stoßdämpfersysteme umfassen ein Außenrohr sowie ein koaxial darin angeordnetes Innenrohr, dessen Inneres als Arbeitsraum für den Kolbenhub dient. Der Zwischenraum zwischen Innenrohr und Außenrohr dient als Ausgleichsraum und wird nach einer Befüllung mit Stoßdämpferflüssigkeit mittels Dichtungen fluiddicht verschlossen. Innenrohr und Außenrohr sind im oberen Bereich durch ein zusätzliches Kopfteil und im unteren Bereich über einen zusätzlichen Boden miteinander verbunden.
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Ein Gasdruckdämpfer in ähnlicher Zweirohr-Teleskop-Bauart ist aus der
DE 37 08 978 A1 bekannt. Innenrohr und Außenrohr sind hier mittels einer Kolbenstangenführung, die zur Führung des Kolbens innerhalb des Innenrohrs dient, miteinander verbunden. Die Kolbenstangenführung weist eine ringförmig verlaufende Nut zur Aufnahme einer Dichtung auf.
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Gemäß
DE 10 2004 022 409 B4 sind der Zylinder (Innenrohr) und das Mantelrohr (Außenrohr) eines Kolben-Zylinder-Aggregats im unteren Bereich mittels eines Behälterbodens miteinander verbunden. Im oberen Bereich dient eine Zylinderaufnahme mit Kolbenstangenführung zur Aufnahme des Zylinders. Die Kolbenstangenführung weist einen Winkelring auf, in den eine Dichtung einlegbar ist.
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Die zuvor beschriebenen Stoßdämpfer-Systeme weisen jeweils ein Innenrohr einfacher zylindrischer Bauart auf. Weitere Funktionalitäten, z.B. die Aufnahme von Dichtungen oder auch bauliche Verbindungen zwischen Außen- und Innenrohr werden mittels zusätzlicher Bauteile bzw. Fügeteile realisiert. Derlei Zusatzteile führen oftmals zu unerwünschter Geräuschentwicklung wie Klappern, was gerade bei Verwendung als Stoßdämpfersystem in einem Kraftfahrzeug als äußerst störend empfunden wird.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Stoßdämpferdämpferrohr sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
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Die Erfindungsaufgabe wird durch ein Kaltumformverfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Stoßdämpferrohr gemäß Anspruch 13 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Kaltumformverfahren der eingangs beschriebenen Art kennzeichnet sich dadurch, dass ein erster Rohrbereich zur Ausbildung eines Dickwandabschnitts in einem Stauchungsschritt gestaucht wird. Die Rohrwandstärke im Bereich des Dickwandabschnitts wird hierbei gegenüber der Rohrwandstärke des Präzisrohrrohlings erhöht. Insbesondere wird beim Stauchen eine Druckkraft in axialer Richtung auf den zu stauchenden Rohrbereich derart aufgebracht, dass das Rohrmaterial radial in Richtung der Rohraußenwand kalt umgeformt wird. Die Entstehung von Rissen oder ähnlichen Materialfehlern, die zu Einbußen der Materialqualität führen würden, wird hierbei vermieden. Zusätzlich oder alternativ werden zwei einander benachbarte Rohrbereiche mit einer Rohraufweitung ausgebildet, wobei die Rohraufweitung zwischen den Rohrbereichen angeordnet ist. Unter einer Rohraufweitung ist ein konisch verlaufender Abschnitt der Rohrwandung zu verstehen, der einen zweiten Rohrbereich mit einem benachbarten Rohrbereich verbindet. Der zweite Rohrbereich, wird hierzu mit einem ersten Rohrdurchmesser ausgebildet und der benachbarte Rohrbereich mit einem zweiten Rohrdurchmesser, wobei die Differenz zwischen dem ersten Rohrdurchmesser und dem zweiten Rohrdurchmesser mindestens 20%, insbesondere mindestens 30% beträgt. Vorzugsweise weist ein Rohrendenabschnitt einen Rohrdurchmesser auf, der um mind. 20% größer ist als der Rohrdurchmesser eines benachbarten Rohrmittelstücks. Zur Ermittlung der Rohrdurchmesserdifferenz werden entweder die jeweiligen Rohraußendurchmesser oder die jeweiligen Rohrinnendurchmesser zueinander ins Verhältnis gesetzt. Die Rohraufweitung kann z.B. mittels Einziehen und/oder Aufweiten kalt umgeformt werden, wobei die Entstehung von Rissen oder ähnlichen Materialfehlern, die zu Einbußen der Materialqualität führen würden, innerhalb der Rohrwandungen der entsprechenden Rohrbereiche vermieden wird.
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Wird das Verfahren zur Herstellung eines Innenrohrs für einen Zweirohr-Stoßdämpfer verwendet, ist es vorteilhaft den Dickwandabschnitts sowie einen Rohrendenabschnitt des Innenrohrs mit einem Rohraußendurchmesser auszubilden, der im Wesentlichen dem Rohrinnendurchmesser eines Außenrohrs für denselben Zweirohr-Stoßdämpfer entspricht. Auf diese Weise können das Innenrohr und das Außenrohr miteinander verbunden, z. B. verschweißt werden, und/oder gegeneinander abgedichtet werden, ohne dass zusätzliche Bau- und/oder Fügeteile benötigt werden.
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Nach einer vorteilhaften Verfahrensausgestaltung wird eine Oberflächenstruktur einer Rohrinnenwandung im Bereich des Dickwandabschnitts während des Stauchens im Wesentlichen nicht verändert. Insbesondere entstehen weder Kerben, noch Nuten, Rillen, Riefen, Poren oder ähnliche Unebenheiten innerhalb der Oberfläche der Rohrinnenwand, die bei herkömmlichen Stauchverfahren eine Folge des radial von innen nach außen stattfindenden Materialversatzes sind. Je nach Ausgangsmaterial des Präzisrohrrohlings lässt sich bspw. eine Rauheit von höchstens 5 µm auch an der Oberfläche der Rohrinnenwand des Dickwandabschnitts erzielen. Unabhängig von der Oberflächenstruktur der Rohrinnenwand können Rohrwandstärke und/oder Rohrdurchmesser innerhalb des Dickwandabschnitts variieren.
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In einer optionalen Variante des Verfahrens wird ein Rohrinnendurchmesser im Bereich des Dickwandabschnitts während des Stauchungsschritts im Wesentlichen nicht verändert. Insbesondere wird der erste Rohrbereich derart gestaucht, dass der Rohrinnendurchmesser entlang des gesamten Dickwandabschnitts nicht verändert wird bzw. konstant (innerhalb der üblichen Toleranzen von +/–0,03 mm) gehalten wird.
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Vorteilhafterweise wird die Rohrwandstärke im Bereich der Rohraufweitung gegenüber der Rohrwandstärke des Präzisrohrrohlings reduziert bzw. als Dünnwandabschnitt, d.h. in Leichtbauweise ausgebildet. Durch eine Reduzierung der Rohrwandstärke um mindestens 50 % lassen sich erhebliche Gewichtseinsparungen erreichen.
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Vorzugsweise umfasst das Kaltumformverfahren einen Einziehschritt, wobei durch einmaliges oder mehrmaliges Einziehen, der Durchmesser des Präzisrohrrohlings zumindest bereichsweise reduziert wird. Beim an sich bekannten Einziehen findet die Reduzierung des Rohrdurchmessers durch die Einwirkung eines axialen Schubs statt. Beispielsweise erfolgt das Einziehen ausgehend von einem Rohrendbereich in axialer Richtung entlang des gewünschten Rohrbereichs. Die Reduzierung des Ausgangs-Rohrdurchmessers auf den erforderlichen End-Rohrdurchmesser kann entweder in einem Schritt oder schrittweise durch mehrmaliges, aufeinander folgendes Einziehen erfolgen. Insbesondere werden hierzu mehrere Einziehmatrizen mit abnehmendem Innendurchmesser zu einem Mehrfachzug hintereinander geschaltet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in einem Abstreckschritt die Rohrwandstärke durch einmaliges oder mehrmaliges Abstrecken zumindest bereichsweise reduziert. Beim an sich bekannten Abstrecken wirkt die Umformkraft in axialer Richtung mittels einer Einziehmatrize auf die Rohrwandung ein. Dies führt einerseits zu einer Reduzierung der Rohrwandstärke, andererseits zu einer Verlängerung des Rohlings in Schubrichtung der Einziehmatrize. Auch die Reduzierung der Rohrwandstärke kann durch einen oder mehrere, aufeinander folgende Abstreckvorgänge bzw. mittels eines Mehrfachzugs entlang des jeweils gewünschten Rohrbereichs erfolgen.
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Optional umfasst das Kaltumformverfahren einen Rohrwandstärken-Reduzierungschritt zur spanabhebenden Reduzierung der Rohrwandstärke in einem oder mehreren der Rohrbereiche. Beispielsweise lässt sich die Rohrwandstärke in den gewünschten Rohrbereichen durch Drehen reduzieren. Im Gegensatz zum Abstrecken wird das Rohrmaterial hierbei nicht umgeformt sondern abgetragen, sodass keine Kaltverfestigung, die zu einer erhöhten Werkstofffestigkeit führt stattfindet. Vorzugsweise eignet sich die Reduzierung der Rohrwandstärke durch spanabhebende Bearbeitung für einen oder beide Rohrendabschnitte.
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Gemäß einer Verfahrensvariante wird die Rohraufweitung mittels eines Aufweitschritts ausgebildet, wobei der zweite Rohrbereich gegenüber einem benachbarten Rohrbereich um mindestens 20 % aufgeweitet wird. Hierzu wird ein Aufweitdorn ausgehend von einem Rohrendabschnitt in das Rohrinnere eingeführt. Ähnlich wie beim Einziehen wirkt die Umformkraft auch beim Aufweiten in axialer Richtung auf die Rohrwandung ein. Hierdurch wird eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers erzielt, während die Rohrwandstärke und folglich die Gesamtlänge des Rohrrohlings unverändert bleiben.
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Nach einer weiteren Verfahrensvariante wird der Stauchungsschritt mit einem Aufweitschritt kombiniert, wobei z.B. der erste Rohrbereich aufgeweitet und zur Ausbildung des Dickwandabschnitts gestaucht wird. Vorzugsweise wird der Präzisrohrrohling während des Aufweitschritts derart fixiert, dass eine mittels eines Aufweitdorns axial aufgebrachte Schubkraft zu einer Anstauung des Rohrmaterials in radialer Richtung führt. D.h., bereits während des Aufweitens kann eine Materialanstauung im Bereich des Dickwandabschnitts erzeugt und zur Stauchung genutzt werden.
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In einer bevorzugten Verfahrensausgestaltung werden einer oder mehrere Rohrbereiche mit einer geringeren Werkstofffestigkeit ausgebildet. Im Kaltumformverfahren wird eine Erhöhung der Werkstofffestigkeit durch Kaltverfestigung erlangt. Je höher der Umformgrad, desto höher die resultierende Werkstofffestigkeit. Insbesondere werden einer oder beide Rohrendabschnitte, die mit einer Rohraufweitung ausbildbar sind und/oder ein Rohrbereich der zur Ausbildung eines Dickwandabschnitts gestaucht wird, mit einem (zunächst) geringeren Umformgrad ausgebildet. Durch spätere Kaltumformverfahrensschritte, wie Stauchen, Aufweiten, Abstrecken und/oder Einziehen lässt sich die Werkstofffestigkeit in den entsprechenden Rohrbereichen weiter erhöhen.
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Nach einer optionalen Verfahrensvariante wird in einem Vorbearbeitungsschritt, der dem Stauchungsschritt vorausgeht, eine Stauchungskante mittels spanabhebender Bearbeitung, insbesondere durch Drehen ausgebildet. Die Stauchungskante eignet sich als Angriffsfläche für ein Stauchungswerkzeug, eine sogenannte Druckhülse, die eine Druckkraft in axialer Richtung auf die entsprechende Rohrwandung aufbringt.
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In einem optionalen Verfahrensschritt, einem Rohrenden-Bearbeitungsschritt, werden eines oder beide Rohrenden des Präzisrohrrohlings gekürzt. Insbesondere wird ein axial außen liegender Bereich des entsprechenden Rohrendes mittels eines Drehvorgangs abgestochen.
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Das erfindungsgemäße Kaltumformverfahren kann neben der Herstellung von Stoßdämpferinnenrohren auch zur Herstellung anderer Stoßdämpferrohre, wie beispielsweise von Stoßdämpferaußenrohren, aber auch zur Herstellung sonstiger Rohre in anderen Anwendungsgebieten mit hohen Anforderungen an Materialeigenschaften und Präzision Verwendung finden.
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Hinsichtlich des Stoßdämpferrohres wird die Erfindungsaufgabe durch ein Stoßdämpferrohr gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den zugehörigen Unteransprüchen genannt. Das Stoßdämpferrohr sowie dessen Ausgestaltungen und Vorteile wurden zum Großteil bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Nachfolgend werden daher lediglich ein Teil der Merkmale und/oder deren Vorteile näher erläutert.
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Bezüglich eines erfindungsgemäßen Stoßdämpferrrohres weist insbesondere eine Oberflächenstruktur einer Rohrinnenwandung im Bereich des Dickwandabschnitts weder Kerben, noch Nuten, Rillen, Riefen, Poren oder ähnliche Unebenheiten innerhalb der Oberfläche der Rohrinnenwand auf, die bei herkömmlichen Stauchungsverfahren eine Folge des radial von innen nach außen stattfindenden Materialversatzes sind. In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Stoßdämpferrohr entlang der gesamten Oberfläche der Rohrinnenwandung, eine selbe Oberflächenqualität auf, wobei die Rauhheit höchstens 5 µm beträgt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stoßdämpferrohr als Leichtbauteil ausgeführt. Beispielsweise sind alle Rohrabschnitte (d.h., auch die Rohraufweitung), mit Ausnahme des Dickwandabschnitts, dünnwandig ausgebildet. Das Verhältnis der Rohrwandstärke zwischen einem Dickwand- und einem Dünnwandabschnitt beträgt hierbei in etwa 1:4. Insbesondere weist der Dickwandabschnitt eine minimale Rohrwandstärke von 7 mm auf und die Dünnwandabschnitte eine maximale Rohrwandstärke von 1,7 mm. Die Rohrwandungen sind frei von Rissen oder ähnlichen Materialfehlern. Zur Aufnahme einer Dichtung, insbesondere eines O-Rings ist der Dickwandabschnitt mit einer umlaufenden Nut bzw. Ringnut versehen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmals(unter) kombinationen, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung und den Zeichnungen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze
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1 bis 8 die Verfahrensschritte einer ersten Kaltumformverfahrensvariante zur Herstellung eines Innenrohrs aus einem Präzisrohrrohling,
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9 ein Innenrohr, das gemäß einer ersten Kaltumformverfahrensvariante aus einem Präzisrohrrohling umgeformt wurde,
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10 ein Innenrohr mit gestanzten Durchgangslöchern,
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11 bis 18 die Verfahrensschritte einer zweiten Kaltumformverfahrensvariante zur Herstellung eines Innenrohrs aus einem Präzisrohrrohling,
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19 ein Innenrohr, das gemäß einer zweiten Kaltumformverfahrensvariante aus einem Präzisrohrrohling umgeformt wurde.
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1 zeigt einen zylindrischen Präzisstahlrohr-Rohling 1 aus einem Werkstoff E 235 bzw. E 195, normalgeglüht, gemäß DIN EN 10305-2: 2010-05, mit einem Nennaußendurchmesser DN von bspw. 48 mm und einer Rohrwandstärke SR von bspw. 4 mm. Der Präzisrohrrohling 1 dient als Ausgangsrohling für eine erste Variante des erfindungsgemäßen axialen Kaltumformverfahrens zur Herstellung eines Innenrohrs 2 (s. 9) für ein Zweirohr-Stoßdämpfersystem, mit einem Innendurchmesser von bspw. 32 mm. Der Präzisrohrrohling 1 weist an einem ersten Rohrende einen ersten Rohrbereich 101 und an einem zweiten Rohrende einen zweiten Rohrbereich 102 auf.
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Gemäß 2 wird in einem ersten Einziehschritt der Rohrdurchmesser des Präzisrohrrohlings 1 mittels einer Einziehmatrize 3 eingezogen bzw. reduziert. Der Einziehschritt kann durch einen oder mehrere, hintereinander ausgeführte Einziehvorgänge erfolgen. Innerhalb des ersten Rohrbereichs 101 befindet sich ein Stützdorn 5, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des bereits eingezogenen, ersten Rohrbereichs 101 entspricht. Der Stützdorn 5 ist axial entlang des Doppelpfeils A bewegbar. Am axial gegenüberliegenden, zweiten Rohrbereich 102 ist ein Schubstößel 7 angeordnet, dessen Schubseite 701 sich an der Stirnseite des zweiten Rohrbereichs 102 abstützt. Der Schubstößel 7 ist axial entlang des Doppelpfeils B bewegbar. Ein Führungszapfen 702 ist passgenau in das Innere des zweiten Rohrbereichs 102 eingeschoben und dient der präzisen Führung des Schubstößels 7. Während des Einziehens übt der Schubstößel 7 eine Schubkraft auf das Rohrende des zweiten Rohrbereichs 102 aus, wodurch der Präzisrohrrohling 1 axial in Richtung der Einziehmatrize 3 bewegt wird. Der Präzisrohrrohling 1 wird zwischen Einziehmatrize 3 und Stützdorn 5 hindurch geschoben, wodurch der Rohrdurchmesser reduziert wird. Ein Ausstoßer 9 ist axial entlang des Doppelpfeils C bewegbar und zum Auslösen des Stützdorns 5 aus dem bereits eingezogenen, ersten Rohrbereich 101 vorgesehen.
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In einem ersten Abstreckvorgang gemäß 3 wird ein erster Abstreckdorn 11a im Inneren des Präzisrohrrohlings 1 platziert. Der erste Abstreckdorn 11a umfasst einen Führungszapfen 111a, dessen Durchmesser in etwa dem Rohrinnendurchmesser des eingezogenen ersten Rohrbereichs 101 entspricht, eine Mitnehmerkante 112a, die sich an einer inneren Übergangskante 103 zwischen dem eingezogenen, ersten Rohrbereich 101 und einem nicht eingezogenen Bereich des Präzisrohrrohlings 1 abstützt sowie einen vorderen Arbeitsabschnitt 113a, dessen Durchmesser bspw. 32 mm beträgt und einen hinteren Arbeitsabschnitt 114a, dessen Durchmesser bspw. 39,5 mm beträgt. Während des Abstreckens wird der erste Abstreckdorn 11a axial in Richtung des Pfeils D bewegt. Die Mitnehmerkante 112a ist zum formschlüssigen Eingriff mit der Übergangskante 103 ausgebildet, sodass der erste Abstreckdorn 11a den Präzisrohrrohling 1 entlang seiner axialen Bewegungsrichtung „mitnimmt“ und durch eine erste Abstreckmatrize 13a führt. Ausgehend von der Übergangskante 103 wird der Präzisrohrrohling 1 entlang der Arbeitsabschnitte 113a, 114a abgestreckt. Hierbei wird der Präzisrohrrohling 1 im Bereich des vorderen Arbeitsabschnitts 113a mit einer höheren Rohrwandstärke ausgebildet, als im Bereich des hinteren Arbeitsabschnitts 114a, wobei der Präzisrohrrohling 1 einen einheitlichen Rohraußendurchmesser entlang des abgestreckten Bereichs aufweist. Ein Abstreifer 15 ist zum Auslösen des ersten Abstreckdorns 11a aus dem Präzisrohrrohling 1 entlang des Doppelpfeils E radial bewegbar.
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In 4 ist eine erste Endposition EP 1 innerhalb des zweiten Rohrbereichs 102 markiert, die das Ende des mittels des ersten Abstreckvorgangs abgestreckten Rohrbereichs darstellt. Zur Durchführung eines zweiten Abstreckvorgangs umfasst ein zweiter Abstreckdorn 17a einen Führungszapfen 171a, eine Mitnehmerkante 172a, die formschlüssig in die Übergangskante 103 des Präzisrohrrohlings 1 eingreift sowie einen Arbeitsabschnitt 173a, dessen Durchmesser bspw. 32 mm beträgt. Während des zweiten Abstreckvorgangs wird der Präzisrohrrohling 1 mit Hilfe des zweiten Abstreckdorns 17a in Richtung des Pfeils D bewegt und mittels einer zweiten Abstreckmatrize 19a abgestreckt. Der Abstreifer 15 ist entlang des Doppelpfeils E radial bewegbar und dient dem Auslösen des zweiten Abstreckdorns 17a aus dem Präzisrohrrohling 1.
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Gemäß 5 findet ein dritter Abstreckvorgang des Präzisrohrrohlings 1 mit einem dritten Abstreckdorn 21a, der einen Führungszapfen 211a, eine Mitnehmerkante 212a zum Eingriff in die Übergangskante 103 sowie einen vorderen Arbeitsabschnitt 213a und einen hinteren Arbeitsabschnitt 214a aufweist. Der hintere Arbeitsabschnitt 214a ist konisch ausgebildet und dient der Auskalibrierung bzw. der Wandstärkenreduzierung einer konisch verlaufenden Rohraufweitung 204 innerhalb des zweiten Rohrbereichs 102. Die dritte Abstreckmatrize 23a weist eine hierzu komplementäre, konische Innenfläche 231a auf. Ein vierter Abstreckvorgang gemäß 6 wird mittels eines vierten Abstreckdorns 25a mit einem Führungszapfen 251a, einer Mitnehmerkante 252a und einem Arbeitsabschnitt 253a sowie einer vierten Abstreckmatrize 27a durchgeführt. Die Rohrwandstärke des Präzisrohrrohlings 1 wird hierbei lediglich bis zur ersten Endposition EP 1 innerhalb des zweiten Rohrbereichs 102 auf bspw. 1,7 mm abgestreckt, sodass ein axial äußerer Rohrendabschnitt 104 mit geringerer Werkstofffestigkeit verbleibt.
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In 7 ist der Präzisrohrrohling 1 nach der Durchführung eines Vorbearbeitungsschritts dargestellt. Während des Vorbearbeitungsschritts wird einerseits die Rohrwandstärke des ersten Rohrbereichs 101 teilweise durch Drehen reduziert, sodass eine Stauchungskante 105 entsteht. Andererseits wird der äußere Rohrendenabschnitt 104 (s. 6) durch Drehen entfernt bzw. abgestochen.
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Ein Stauchungs-/Aufweitschritt zur Stauchung und Aufweitung des ersten Rohrbereichs 101 ist in 8 dargestellt. Ein Aufweitdorn 29a wird hierzu axial in das Innere des ersten Rohrbereichs 101, entlang des Doppelpfeils F geschoben. Ein Gegenhalter 31a, der axial entlang des Doppelpfeils G bewegbar ist, arretiert den Präzisrohrrohling 1 in axialer Richtung. Zur radialen Arretierung umgibt eine 2-teilige Matrize 33a den Präzisrohrrohling 1, die entlang des Doppelpfeils H scharniergelenkig auf- bzw. zuklappbar ist. Die 2-teilige Matrize 33a wird wiederum in axialer Richtung zwischen einer Druckplatte 35a sowie einem federgestützten Matrizenring 37a, der axial entlang des Doppelpfeils K bewegbar ist, fixiert. Der Aufweitdorn 29a umfasst einen konischen Arbeitsabschnitt 291a welcher das Rohrmaterial des Präzisrohrrohlings 1 radial in Richtung der Rohraußenwand umformt, sodass eine Rohraufweitung im ersten Rohrbereich 101 ausgebildet wird. Gleichzeitig wird eine Materialverdickung bzw. -anstauung 106 zwischen dem konischen Arbeitsabschnitt 291a und einer Innenkante 331a der 2-teiligen Matrize 33a erzeugt. Eine Druckhülse 39a ist axial entlang des Doppelpfeils I bewegbar und greift an der Stauchungskante 105 des Präzisrohrrohlings 1 an. Hierbei wird der erste Rohrbereich 101 mit einem Druck (bis zu 100 t) beaufschlagt, sodass das Rohrmaterial in radialer Richtung umgeformt bzw. gestaucht wird. Da der Aufweitdorn 29a eine Materialverlagerung in das Rohrinnere verhindert, wird das Material so lange radial nach außen verlagert, bis ein Anschlag 371a des federgestützten Matrizenrings 37a erreicht ist. Die gewünschte Formgebung des aufgeweiteten/gestauchten ersten Rohrbereichs 101 wird präzise durch die Geometrie der ineinander greifenden und/oder zueinander komplementär angeordneten Werkzeugkomponenten, insbesondere des Aufweitdorns 29a, der 2-teiligen Matrize 33a, der Druckhülse 39a und des Matrizenrings 37a festgelegt.
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In 9 ist ein Innenrohr 2 dargestellt, das aus einem Präzisrohrrohling 1 kaltumgeformt wurde. Das Innenrohr 2 umfasst einen Dickwandabschnitt 201, einen Rohrendenabschnitt 202, dessen Rohrinnendurchmesser bspw. 39,5 mm beträgt, ein Rohrmittelstück 203 dessen Rohrinnendurchmesser bspw. 32 mm beträgt sowie eine dazwischen angeordnete, konisch verlaufenden Rohraufweitung 204. Der Dickwandabschnitt 201 weist einen variablen Rohrinnendurchmesser auf und kann mit einer maximalen Rohrwandstärke von bspw. 7 mm ausgebildet sein. Innerhalb des Dickwandabschnitts 201 ist eine Ringnut 205, insbesondere durch Drehen ausgebildet, die zur Aufnahme, bspw. einer O-Ring Dichtung geeignet ist. Mit Ausnahme des Dickwandabschnitts 201 ist das Innenrohr 2 nach Leichtbauweise mit einer Rohrwandstärke von bspw. 1,7 mm ausgebildet. 10 zeigt einen Teil des Innenrohrs 2 aus 9, in dessen Rohraufweitung 204 z. B. vier Durchgangslöcher 206 gestanzt sind. Gemäß dem Pfeil L wurden die Durchgangslöcher 206 ausgehend vom Rohrinneren in Richtung des Rohräußeren gestanzt. Zum Einbau in ein Zweirohr-Stoßdämpfersystem wird der Rohrendenabschnitt 202 des Innenrohrs 2 mit einem entsprechenden Rohrabschnitt eines Außenrohrs fluiddicht verbunden. Die Durchgangslöcher 206 dienen der Verbindung des Arbeitsraums mit dem Ausgleichsraum.
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11 stellt den zylinderförmigen Präzisstahlrohr-Rohling 1 in einer entlang der mittleren Querachse gespiegelten Ansicht gegenüber der 1 dar. Der Präzisrohrrohling 1 dient als Ausgangsrohling für eine zweite Variante des erfindungsgemäßen axialen Kaltumformverfahrens zur Herstellung eines Innenrohrs 2 (s. 19) für ein Zweirohr-Stoßdämpfersystem, mit einem Innendurchmesser von bspw. 36 mm. Der Präzisrohrrohling 1 weist an seinem ersten Rohrende einen ersten Rohrbereich 101 und an seinem zweiten Rohrende einen zweiten Rohrbereich 102 auf.
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Anders als in der ersten Variante wird gemäß 12 in einem Einziehschritt ein zweiter Rohrbereich 102 des Präzisrohrrohlings 1 mittels einer Einziehmatrize 3 gekrümpelt, d.h. lediglich die Stirnseite des Rohrendbereichs 102 wird radial in das Rohrinnere weisend umgeformt. Auf einen Stützdorn 5, gemäß 2, kann hierbei verzichtet werden. Der Schubstößel 7 dient analog der ersten Verfahrensvariante der Aufbringung eines axialen Schubs in Richtung der Einziehmatrize 3, entlang des Doppelfeils B auf den Präzisrohrrohling 1 und wird mittels des Führungszapfens 702 geführt.
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Gemäß 13 kann ein optionaler Rohrwandstärken-Reduzierungsschritt zur Reduzierung der Rohrwandstärke des zweiten Rohrbereichs 102 des Präzisrohrrohlings 1 erfolgen. In 14 wird der Präzisrohrrohling 1 in einem ersten Abstreckvorgang auf eine einheitliche Rohrwandstärke abgestreckt. Hierzu greift ein erster Abstreckdorn 11b mit einer Mitnehmerkante 112b an der Krümpelung 106 des zweiten Rohrbereichs 102 an, sodass der Präzisrohrrohling 1 in Richtung des Pfeils D „mitgenommen“ und durch die erste Abstreckmatrize 13b geführt wird. Der Abstreifer 15 ist entlang des Doppelpfeils E radial bewegbar und dient dem Auslösen des ersten Abstreckdorns 11b aus dem Präzisrohrrohling 1.
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15 stellt einen zweiten Abstreckvorgang mit einem zweiten Abstreckdorn 17b dar, dessen Mitnehmerkante 172b sich an der Krümpelung 106 des zweiten Rohrbereichs 102 abstützt und den Präzisrohrrohling 1 in Arbeitsrichtung (Pfeil D) durch die zweite Abstreckmatrize 19b führt. Die Rohrwandstärke des Präzisrohrrohlings 1 wird ausgehend von der Krümpelung 106 bis hin zu einer zweiten Endposition EP 2 reduziert. Ein dritter Abstreckvorgang ist der 16 zu entnehmen. Mithilfe eines dritten Abstreckdorns 21b, der eine Mitnehmerkante 212b aufweist, wird der Präzisrohrrohling 1 ausgehend von dessen Krümpelung 106 bis hin zur zweiten Endposition EP 2 auf eine Rohrwandstärke von bspw. 1,7 mm abgestreckt. Hierzu umfasst eine Zwillingsmatrize 41 einen Abstreckabschnitt 411 mit entsprechendem Innendurchmesser. Der Innendurchmesser eines Bügelabschnitts 412 der Zwillingsmatrize 41 entspricht dem Rohraußendurchmesser des ersten Rohrbereichs 101. Während des Abstreckvorgangs „bügelt“ der Bügelabschnitt 412 den ersten Rohrbereich 101, wodurch dieser exakt am Abstreckdorn 21b zum Anliegen kommt, dessen Rohrwandstärke jedoch nicht verändert wird.
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17 stellt den Präzisrohrrohling 1 in einer entlang der mittleren Querachse gespiegelten Ansicht gegenüber den 11 bis 16 dar. Analog zur 7 der ersten Verfahrensvariante, ist die Durchführung eines Vorbearbeitungsschritts dargestellt. Hierbei wird die Rohrwandstärke des Präzisrohrrohlings 1 innerhalb des ersten Rohrbereichs 101 teilweise durch Drehen reduziert, sodass eine Stauchungskante 105 entsteht. Die stirnseitig am zweiten Rohrbereich 102 angeordnete Krümpelung 106 (s. 16) wird ebenfalls mittels einer Drehoperation entfernt bzw. abgestochen und ist bereits nicht mehr dargestellt.
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18 zeigt einen Stauchungs-/Aufweitschritt der zweiten Verfahrensvariante. Zur Stauchung des ersten Rohrbereichs 101 ist ein Stützdorn 43, der entlang des Doppelpfeils N in axialer Richtung bewegbar ist, innerhalb des ersten Rohrbereichs 101 passgenau angeordnet. Analog zur ersten Verfahrensvariante greift eine Druckhülse 39b an der Stauchungskante 105 an und übt einen hohen Druck (bis zu 100t) auf diese aus. Ein Gegenhalter 31b sowie eine 2-teilige Matrize 33b arretieren den Präzisrohrrohling 1 in axialer Richtung, sodass eine radiale Stauchung des Rohrmaterials innerhalb des ersten Rohrbereichs 101 resultiert. Der Stützdorn 43 verhindert eine Materialverlagerung in das Rohrinnere. Durch den aufgebrachten Druck wird das Rohrmaterial so lange radial nach außen verlagert, bis ein Anschlag 371b eines federgestützten Matrizenrings 37b erreicht ist. Die gewünschte Formgebung des gestauchten ersten Rohrbereichs 101 wird präzise durch die Geometrie der ineinander greifenden und/oder zueinander komplementär angeordneten Werkzeugkomponenten, insbesondere des Stützdorns 43, der 2-teiligen Matrize 33b, der Druckhülse 39b und des Matrizenrings 37b festgelegt. Der zweite Rohrbereich 102 wird mittels eines Aufweitdorns 29b, der einen konischen Arbeitsabschnitt 291b umfasst aufgeweitet. Die 2-teilige Matrize 33b, die entlang des Doppelpfeils H scharniergelenkig aufklappbar ist, weist hierzu einen komplementär angeordneten, ebenfalls konischen Abschnitt 331b auf. Eine Druckplatte 35b stützt die 2-teilige Matrize 33b in axialer Richtung ab. Vorzugsweise geht der Stauchvorgang dem Aufweitvorgang voraus. Im Gegensatz zur ersten Verfahrensvariante bleibt der Rohrinnendurchmesser des ersten Bereichs 101 während des gesamten Aufweit-/Stauchschritts unverändert.
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In 19 ist ein Innenrohr 2 dargestellt, das aus einem Präzisrohrrohling 1 kaltumgeformt wurde. Das Innenrohr 2 umfasst einen Dickwandabschnitt 201, einen Rohrendenabschnitt 202 dessen Rohrinnendurchmesser bspw. 39,5 mm beträgt, ein Rohrmittelstück 203 sowie eine dazwischen angeordnete, konisch verlaufende Rohraufweitung 204. Mit Ausnahme des Rohrendenabschnitts 202 und der Rohraufweitung 204 beträgt der Rohrinnendurchmesser des Innenrohrs 2 konstant bspw. 36 mm. Innerhalb des Dickwandabschnitts 201 ist eine Ringnut 205 angeordnet, die zur Aufnahme, beispielsweise einer O-Ring Dichtung, insbesondere durch Drehen ausgebildet ist. Die Rohrwandstärke des Innenrohrs 2 beträgt bspw. 1,7 mm innerhalb der dünnwandigen Abschnitte und bspw. 5 mm innerhalb des Dickwandabschnitts 201. Das Innenrohr 2 gemäß 19 kann ebenfalls mit gestanzten Durchgangslöchern 206 (s. 10) versehen sein.
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Die einzelnen Verfahrensschritte der beiden Verfahrensvarianten lassen sich beliebig miteinander kombinieren, wodurch einerseits die zuvor beschriebenen Varianten abgeändert werden können, aber auch neue Verfahrensvarianten entstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Präzisrohrrohling
- 101
- erster Rohrbereich
- 102
- zweiter Rohrbereich
- 103
- Übergangskante
- 104
- äußeres Rohrendstück
- 105
- Stauchungskante
- 106
- Krümpelung
- 2
- Innenrohr
- 201
- Dickwandabschnitt
- 202
- Rohrendenabschnitt
- 203
- Rohrmittelstück
- 204
- Rohraufweitung
- 205
- Ringnut
- 206
- Durchgangsloch
- 3
- Einziehmatrize
- 5
- Stützdorn
- 7
- Schubstößel
- 701
- Schubkante
- 702
- Führungszapfen
- 9
- Ausstoßer
- 11a, b
- erster Abstreckdorn
- 111a
- Führungszapfen
- 112a, b
- Mitnehmerkante
- 113a
- vorderer Arbeitsabschnitt
- 114a
- hinterer Arbeitsabschnitt
- 13a, b
- erste Abstreckmatrize
- 15
- Abstreifer
- 17a, b
- zweiter Abstreckdorn
- 171a
- Führungszapfen
- 172a, b
- Mitnehmerkante
- 173a
- Arbeitsabschnitt
- 19a, b
- zweite Abstreckmatrize
- 21a, b
- dritter Abstreckdorn
- 211a
- Führungszapfen
- 212a, b
- Mitnehmerkante
- 213a
- vorderer Arbeitsabschnitt
- 214a
- hinterer Arbeitsabschnitt
- 23a
- dritte Abstreckmatrize
- 231a
- konische Innenfläche
- 25a
- vierter Abstreckdorn
- 251a
- Führungszapfen
- 252a
- Mitnehmerkante
- 253a
- Arbeitsabschnitt
- 27a
- vierte Abstreckmatrize
- 29a, b
- Aufweitdorn
- 291a, b
- konischer Arbeitsabschnitt
- 31a, b
- Gegenhalter
- 33a, b
- 2-teilige Matrize
- 331a
- Innenkante
- 35a, b
- Druckplatte
- 37a, b
- Matrizenring
- 371a, b
- Anschlag
- 39a, b
- Druckhülse
- 41
- Zwillingsmatrize
- 411
- Abstreckabschnitt
- 412
- Bügelabschnitt
- 43
- Stützdorn
- A, B, C, E, F, G, H, I, K, N
- Doppelpfeil
- D, L
- Pfeil
- EP 1
- erste Endposition
- EP 2
- zweite Endposition
- DN
- Nenndurchmesser des Präzisrohrrolings
- SR
- Rohrwandstärke des Präzisrohrrohlings
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/082666 A1 [0003]
- DE 4127453 C1 [0004]
- DE 3708978 A1 [0005]
- DE 102004022409 B4 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 10305-2 (November 2002) [0002]
- DIN EN 10305-3 (Februar 2003) [0002]
- DIN EN 10305-2: 2010-05 [0032]
