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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Verbundlenkerachsen, wie sie beispielsweise durch die
US 2011/0260423 A1 bekannt sind, müssen mit engen Toleranzen gefertigt werden. Die Anforderungen an die korrekte Einstellung der Spur- und Sturzwinkel sind hoch. Die Toleranzen werden dadurch erreicht, dass die seitlich angeordneten Radträger der Verbundlenkerachsen durch spanende Bearbeitung nachgearbeitet werden. Um eine spanabhebende Bearbeitung zu ermöglichen, muss bei jedem Bauteil ein gewisser Materialaufschlag berücksichtigt werden. Dieser Materialaufschlag verursacht Mehrkosten. Hinzu kommen die Kosten für den Prozess der spanenden Bearbeitung. Die Kosten für die spanende Bearbeitung setzen sich zusammen aus den reinen Maschinenkosten und den Verschleißkosten für die Werkzeuge. Gleichzeitig ist bei der spanenden Bearbeitung eine Nacharbeit erforderlich. Späne müssen entfernt werden. Bauteile müssen entgratet werden.
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Die
DE 103 29 014 A1 offenbart ein Verfahren zum Beseitigen von Formabweichungen in einem zu richtenden Bereich eines Bauteils, wobei das Bauteil zumindest partiell erwärmt wird. Außerhalb des zu richtenden Bereichs, welcher eine Formabweichung von einem Sollmaß aufweist, wird eine Wärmezone gebildet, die wärmer ist als der zu richtende Bereich. Dieses Verfahren eignet sich besonders zum Richten von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen und ganz besonders für Bauteile aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, die mittels Druckguß hergestellt wurden. Mit besonderem Vorteil werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Teile von Fahrzeugkarosserien gerichtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundlenkerachse aufzuzeigen, bei welchem enge Toleranzen eingehalten werden, jedoch die Komplexität der Herstellung und der Materialverbrauch reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst in herkömmlicher Weise die Verbundlenkerachse dadurch hergestellt, dass die beiden Längslenker über ein Querprofil miteinander verbunden werden. An den Längslenkern werden die Radträger befestigt. Diese Verbindung erfolgt in der Regel über Schweißverbindungen. Die Geometrie der Verbundlenkerachse wird nach dem Fügen vermessen. Die ermittelten Istwerte bilden die Istgeometrie. Die Istgeometrie wird mit Sollwerten einer Sollgeometrie verglichen, um zu bestimmen, ob bei der Fertigung die vorgegebenen Toleranzen eingehalten worden sind.
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Im Unterschied zum Stand der Technik setzt bei Abweichungen der Istgeometrie von der Sollgeometrie außerhalb von Toleranzwerten keine spanabhebende Bearbeitung ein, sondern ein Warmdrücken. Hierzu wird die Verbundlenkerachse lokal erwärmt und in einer Umformstation unter Berücksichtigung der Rückfederung der Verbundlenkerachse in eine Sollgeometrie gedrückt.
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Dieser Warmricht-Prozess vermeidet hohe Prozesskosten, wie sie bei der spanenden Bearbeitung entstehen. Das heißt es sind weder Fräskosten noch Verschleißkosten für die Werkzeuge und auch keine Nacharbeiten wie das Entfernen von Spänen oder das Entfernen eines Grats erforderlich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Materialverbrauch reduziert. Die Komplexität der Herstellung wird durch den Entfall der spanenden Nachbearbeitung vereinfacht. Der Warmricht-Prozess lässt sich vergleichsweise einfach in ein Fertigungsverfahren integrieren.
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Bei dem Verfahren kommen Mittel zur Einbringung der Wärme zum Einsatz. Die Wärme wird nur örtlich begrenzt eingebracht, so dass ein Temperaturgradient in dem umzuformenden Bereich der Verbundlenkerachse entsteht. Der durch die Erwärmung entstehende Festigkeitsverlust wird bei der Konstruktion der Verbundlenkerachse mit eingeplant, so dass die resultierende Festigkeit immer noch hinreichend groß ist. Die maximale Temperatur, auf welche die Verbundlenkerachse örtlich begrenzt zum Warmrichten erwärmt wird, liegt in einem Bereich von 400°C bis 900 °C.
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Die örtlich begrenzte Erwärmung kann in einem oder auch in mehreren Bereichen erfolgen. Zum Beispiel kann nur eine zu dehnende Außenseite und/oder eine zu stauchende Innenseite eines Biegebereichs erwärmt werden. Die Wärme wird bevorzugt im Abstand von den Schweißnähten bzw. Fügestellen zwischen den Längslenkern und dem Querprofil sowie im Abstand von den Schweißnähten zum Radträger eingebracht. Dieser Abstand bezieht sich auf den Punkt der unmittelbaren Wärmeeinbringung. Mittelbar kann sich die Wärme entlang eines Temperaturgradienten ausbreiten.
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Die Umformung soll vorzugsweise in den Bereichen erfolgen, die unmittelbar erwärmt worden sind. Die Erfindung schließt nicht aus, dass der Temperaturgradient, der in der Verbundlenkerachse durch die eingebrachte Wärme entsteht, sich auch über den Bereich der Schweißnähte erstreckt. Die im Rahmen der Erfindung lokal erwärmten Bereiche befinden sich bevorzugt im Abstand zu den Schweißnähten, damit nicht primär die Schweißnähte verformt werden. Die Erfindung schließt nicht aus, dass auch eine Schweißnaht in den Bereich unmittelbarer Erwärmung fällt.
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Bei der Erfindung zur Herstellung einer Verbundlenkerachse kommt es insbesondere auf die Position der Anbindungsstellen für den Radträger an. Über den Radträger wird der Spur- und Sturzwinkel eingestellt. Um diese Winkel räumlich zu korrigieren, kann die Position und die Größe des wenigstens einen Bereiches zur lokalen Erwärmung, die Dauer der Erwärmung und damit auch der Betrag des Wärmeeintrags in Abhängigkeit von den zu korrigierenden Istwerten eingestellt werden. Je größer die Abweichung von den Sollwerten ist, desto größer ist der zu erwärmende Bereich zu wählen oder alternativ die Dauer oder der Betrag des Wärmeeintrags.
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Auch kann die Position des Wärmeeintrags gesteuert werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Abweichungen der Sollwerte zwei verschiedener Verbundlenkerachsen so unterschiedlich sind, dass das Warmdrücken mit unterschiedlichen Biegerichtungen erfolgen muss. Unterschiedliche Biegerichtungen bedeuten, dass sich die zu stauchenden Innenseiten und/oder zu dehnenden Außenseiten in voneinander abweichenden Positionen befinden.
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Bei der Erfindung wird die räumliche Lage von Außenseiten der Radträger gemessen, da über die Außenseiten der Spur- und Sturzwinkel der Radträger bestimmt wird. Üblicherweise werden diese Flächen spanend bearbeitet. Zur Korrektur der räumlichen Lage dieser Außenseiten der Radträger wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren derjenige Längslenker bereichsweise erwärmt, welcher den zu korrigierenden Radträger hält. Die lokale Erwärmung befindet sich also in der Nähe desjenigen Bauteils, das in die korrekte Position gedrückt werden soll. Insbesondere werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Längslenker lokal in einem oder mehreren Bereichen erwärmt.
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Die Erwärmung kann berührungslos erfolgen. Die Erwärmung erfolgt insbesondere induktiv. Je kleiner der Abstand der Wärmequelle zum Werkstück ist, desto größer wird der zu erwärmende Bereich. Über die Dauer, den Abstand zwischen Wärmequelle zur Verbundlenkerachse und natürlich auch über die eingebrachte Energiemenge lässt sich die Wärmemenge und damit der für das Warmbiegen gewünschte Temperaturgradient gezielt einstellen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, die Verbundlenkerachse in einem einzigen Warmrichtvorgang in die Sollgeometrie zu drücken. Die Wärme kann hierzu bereichsweise zug- und/oder druckseitig eingebracht werden. Es können daher mehrere Wärmequellen verwendet werden ebenso wie mehrere Stempel oder auch Biegevorrichtungen, um die gewünschte räumliche Lage von Komponenten der Verbundlenkerachse einzustellen.
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Vorzugsweise wird die Verbundlenkerachse auch während des Warmdrückens vermessen. Die Istgeometrie wird hierbei mit der Sollgeometrie verglichen. Ist die Sollgeometrie unter Berücksichtigung der aktuellen Bauteiltemperatur erreicht, endet der Warmdrückvorgang. Das Bauteil kann in dieser Position gekühlt werden. Es ist auch möglich, zum Warmdrücken gekühlte oder heiße Werkzeuge zu verwenden, wobei die zum Umformen einzubringende Wärme unmittelbar über das drückende Werkzeug in die Verbundlenkerachse eingebracht wird.
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Erst nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur lässt sich eine Aussage treffen, ob die Istgeometrie der gewünschten Sollgeometrie bei Raumtemperatur entspricht. Ein Vermessen der Verbundlenkerachse erfolgt daher auch nach Abschluss des Warmformens und nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur. Die abschließende Messung kann in derselben Lehre erfolgen, in der auch das Warmformen erfolgt ist, z.B. in der Umformstation. Die Messung im erkalteten Zustand kann auch in einer zweiten Lehre erfolgen, so dass die Umformstation während des Abkühlens nicht von der warmgerichteten Verbundlenkerachse blockiert wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in drei schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Verbundlenkerachse;
- 2 einen Endbereich eines Längslenkers und eines Radträgers der Verbundlenkerachse und
- 3 einen Radträger in einer Seitenansicht.
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1 zeigt eine Verbundlenkerachse, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren warmumgeformt werden soll. Die Verbundlenkerachse 1 besitzt ein Querprofil 2 und zwei Längslenker 3, 4 mit jeweils endseitigen Radträgern 5, 6. Es handelt sich um eine Schweißkonstruktion. Derartige Verbundlenkerachsen 1 zählen zum Stand der Technik. Sie werden nach dem Fügen vermessen, um festzustellen, ob die Istgeometrie mit der vorgegebenen Sollgeometrie übereinstimmt, bzw. ob vorgegebene Toleranzen eingehalten worden sind, insbesondere hinsichtlich der Spur und des Sturzes der Radträger 5, 6.
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2 zeigt den Endbereich eines Längslenkers 3 mit dem daran angeordneten Radträger 5. Es wird davon ausgegangen, dass die gewünschte Sollgeometrie durch den vorangegangenen Fertigungsschritt noch nicht erreicht worden ist, z. B. weil Spur und/oder Sturz des Radträgers 5 nicht im Toleranzbereich liegen. Nach dem Vermessen wird der beispielsweise kreisförmige Bereich 7 am Längslenker 3 bereichsweise erwärmt. Es entsteht ein Temperaturgradient. In nicht näher dargestellter Weise wird nun auf den Längslenker 3 von außen Druck ausgeübt, so dass der Längslenker 3 gebogen wird. Das Material wird insbesondere so verformt, dass im Bereich der Schweißnähte kein Verzug auftritt. Daher befindet sich der lokal erwärmte Bereich 7 im Abstand zu den Schweißnähten zum Radträger und auch zu dem in 2 nicht näher dargestellten Querprofil.
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3 zeigt den Radträger 5 in einer Seitenansicht. Die gemusterte Fläche wird im Stand der Technik spanabhebend bearbeitet, um Spur- und Sturzwinkel richtig einzustellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bearbeitung der dargestellten Fläche entfallen, da die bearbeitete Fläche des Radträgers 5 durch Warmdrücken in die Sollposition gedrückt wird. Die Abweichungen der zu korrigierenden Winkel von den Sollwerten liegen in einem Bereich von +/- 1°. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dafür vorgesehen, Winkel, insbesondere Spur- und/oder Sturzwinkel dieser Größenordnung zu korrigieren.
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Bezugszeichen:
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- 1
- Verbundlenkerachse
- 2
- Querprofil
- 3
- Längslenker
- 4
- Längslenker
- 5
- Radträger
- 6
- Radträger
- 7
- Bereich zur Erwärmung
