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Die Erfindung betrifft einen Leiterrahmen mit mindestens einem Loch.
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Komponenten von Lastkraftwagen, wie beispielsweise Leiterrahmen, sind hohen Dauerbeanspruchungen ausgesetzt. Ein LKW wird auf eine Laufleistung von ca. 2.000.000 km ausgelegt. Daher müssen die eingesetzten Werkstoffe eine hohe Dauerschwingfestigkeit besitzen. Beeinflusst wird die Dauerschwingfestigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit und den Geometrieelementen im Bauteil, wie beispielsweise den Löchern für Anbauten in dem seitlichen Leiterrahmen.
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Bei der Herstellung von seitlichen Leiterrahmen werden üblicherweise Blechdicken in einem Bereich zwischen 6 mm bis 9,5 mm eingesetzt. Es werden Bleche in einem Schneidwerkzeug geschnitten und anschließend rollprofiliert. Die rollprofilierten Bleche werden mit Öffnungen versehen. Üblicherweise werden diese Löcher in den seitlichen Leiterrahmen durch einen Einfachbeschnitt schergeschnitten. Derartig eingebrachte Löcher haben jedoch eine hohe Kerbwirkung und setzen die Dauerschwingfestigkeit des Leiterrahmens herab. Durch die Kerbwirkung des Schervorgangs weisen die Löcher eine nachteilige Oberflächenqualität auf, welche zu einer Rissbildung neigen kann. Durch das Schneidverfahren eingebrachten Micro-Risse und bei der Belastung des Leiterrahmens entstehende Risse können während einer schwingenden Dauerbelastung bis zum vollständigen Versagen des Materials wachsen.
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Je nach Ausgestaltung des Einfachbeschnitts können die Löcher zusätzlich von einer gewünschten Oberflächengestaltung abweichen, sodass weitere Arbeitsschritte zur Nachbearbeitung der eingebrachten Löcher notwendig sein können, um Anbauteile, wie beispielsweise Kraftstofftank, Radaufhängungen, Transportaufbauten und Abgasstrang, zu befestigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leiterrahmen mit Löchern zu schaffen, welche eine erhöhte Dauerschwingfestigkeit aufweisen und mit einem verringerten Nachbearbeitungsaufwand einbringbar sind. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Leiterrahmen bereitgestellt, welcher mindestens ein Loch aufweist. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Loch durch ein zweiteiliges Verfahren in den Leiterrahmen eingebracht, bei welchem mindestens eine erste Stanzöffnung mit einer Schnittkontur durch einen ersten Schneidstempel in den Leiterrahmen und das mindestens eine Loch durch ein Abschneiden der Schnittkontur mit einem zweiten Schneidstempel in den Leiterrahmen eingebracht ist.
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Der Leiterrahmen kann vorzugsweise ein dauerbelasteter Leiterrahmen von Lastkraftwagen, Baustellenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen und dergleichen sein.
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Insbesondere kann das mindestens eine Loch durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten in den Leiterrahmen eingebracht sein:
- In einem Schritt wird ein bearbeiteter oder unbearbeiteter Leiterrahmen verwendet und zwischen einem Niederhalter und einer Matrize angeordnet. Die Matrize bildet hierbei einen Bodenabschnitt eines Stanz-Schneid-Werkzeugs, und nimmt den Leiterrahmen auf. Der Niederhalter drückt den Leiterrahmen gegen die Matrize und positioniert diese ortsfest im Werkzeug. Die Matrize und der Niederhalter weisen Aussparungen auf, welche die Maße und die Position des mindestens einen einzubringenden Lochs aufweisen.
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Mindestens eine erste Stanzöffnung wird durch einen ersten Schneidstempel in den Leiterrahmen eingebracht. Bevorzugterweise ist die mindestens eine erste Stanzöffnung durch eine Schnittkontur zum Niederhalter und/oder der Matrize beabstandet. Die mindestens eine erste Stanzöffnung ist somit kleiner ausgestaltet als das mindestens eine einzubringende Loch, sodass ein um die erste Stanzöffnung verlaufender Rand ausgebildet wird.
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In einem weiteren Schritt wird durch einen zweiten Schneidstempel das mindestens eine Loch durch Abschneiden der Schnittkontur in den Leiterrahmen eingebracht. Durch diesen Schritt wird die mindestens eine erste Stanzöffnung auf die Maße des Lochs aufgeweitet bzw. vergrößert. Der zweite Schneidstempel schert vorzugsweise die mindestens eine Schnittkontur formschlüssig entlang einer seitlichen Grenze der Matrize und des Niederhalters ab.
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Durch einen derartigen Doppelbeschnitt kann die Oberflächenqualität eines Materials des Leiterrahmens verbessert und Rauheit des Materials des Leiterrahmens im Scherbereich des mindestens einen Lochs reduziert werden. Hierdurch kann die Dauerschwingfestigkeit des Materials des Leiterrahmens erhöht werden.
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Die Erhöhung der Schwingfestigkeit des Leiterrahmens oder eines Abschnitts des Leiterrahmens kann somit aus einem optimierten Scherbeschnitt der Löcher resultieren. Darüber hinaus können Nacharbeiten, wie beispielsweise Schleifen, Nachschneiden oder Polieren, an den Löchern ebenfalls entfallen.
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Durch eine verbesserte Widerstandsfähigkeit der Löcher gegenüber einer Rissbildung können ebenfalls höherfeste Werkstoffe mit geringerer Blechdicke unter Beibehaltung der Dauerschwingfestigkeit für den Leiterrahmen verwendet werden, wodurch das Gesamtgewicht des Leiterrahmens gesenkt wird.
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Der Leiterrahmen kann bereichsweise ein Blechabschnitt oder ein blechförmiges Bauteil sein. Das Verfahren ist auch für die Herstellung bzw. Einbringung von Löchern in Leiterrahmen, Teile von Leiterrahmen, Gehäuse, Karosserien, Gerüste und dergleichen geeignet.
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Die Schneidstempel sind nicht auf eine erste Stanzöffnung und das Ausbilden von einem Loch beschränkt. Insbesondere können die Schneidstempel eine Vielzahl an Stempelelementen bzw. Stempelabschnitten aufweisen, sodass mehrere erste Stanzöffnungen und mehrere Löcher in den Leiterrahmen einbringbar sind. Die ersten Stanzöffnungen und die entsprechenden Löcher können an unterschiedlichen Positionen des Leiterrahmens und mit unterschiedlichen Abmessungen herstellbar sein. Der Einfachheit halber erfolgt die weitere Beschreibung im Wesentlichen in der Einzahl.
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Durch eine verbesserte Schnittqualität der Löcher kann der Leiterrahmen auch im Bereich der Löcher optimal lackiert oder beschichtet werden, sodass ein Korrosionsschutz des Leiterrahmens verbessert wird.
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Nach einer Ausführungsform ist das mindestens eine Loch nach einem Umformen und/oder einem Rollprofilieren des Leiterrahmens eingebracht. Hierdurch wird der Leiterrahmen vor dem Einbringen des einen oder der mehrerer Löcher durch eine gleiche oder eine weitere Werkzeugmaschine bearbeitet werden.
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Das Verfahren kann für strukturell besonders widerstandsfähige und robuste Komponenten eingesetzt werden, wenn der Leiterrahmen zumindest bereichsweise eine Dicke von 5 mm bis 10 mm aufweist. Hierdurch können Blechkomponenten bzw. Leiterrahmen verarbeitet werden, welche eine für die Blechverarbeitung überdurchschnittliche Blechstärke aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Leiterrahmen aus einem Material mit einer Streckgrenze von 500 MPA bis 1000 MPA bereitgestellt. Hierdurch können durch das Verfahren auch höherfestere Werkstoffe, wie beispielsweise hochfeste Stähle, als Material für die Blechkomponente und somit auch für eine Herstellung von Leiterrahmen verwendet werden. Bei der Herstellung von Leiterrahmen können durch den Einsatz derartiger Materialen die Blechstärken reduziert und die Gesamtmasse des Leiterrahmens, im Vergleich zu einem konventionellen Leiterrahmen, eingespart werden.
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Das mindestens eine Loch kann technisch besonders einfach in die Blechkomponente eingesetzt werden, wenn dieses durch ein aufeinanderfolgendes Einsetzen von einem ersten Schneidstempel und einem zweiten Schneidstempel in zwei durchgeführten Stanzschritten in den Leiterrahmen eingebracht ist. Hierdurch kann eine Werkzeugmaschine zum Erstellen des mindestens einen Lochs den ersten Schneidstempel und den zweiten Schneidstempel aufweisen. Der erste und der zweite Schneidstempel sind hierbei voneinander beabstandet und werden relativ zum Leiterrahmen ausgerichtet. Alternativ kann der Leiterrahmen relativ zu den Schneidstempeln ausgerichtet werden. Beispielsweise können die Matrize und der Niederhalter gegenüber den Schneidstempeln beweglich sein, um die beiden Schneidschritte an unterschiedlichen Orten auszuführen.
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Das mindestens eine Loch kann besonders schnell in den Leiterrahmen eingebracht werden, wenn dieses durch einen den ersten Schneidstempel und den zweiten Schneidstempel aufweisenden mehrstufigen Stempel eingebracht ist. Der mehrstufige Stempel wird nach einem Einbringen der mindestens einen ersten Stanzöffnung weiter in Stanzrichtung verfahren, um die Schnittkontur zu entfernen und das mindestens eine Loch auszuformen. Hierdurch kann ein Schneidstempel eingesetzt werden, welcher den ersten Schneidstempel und den zweiten Schneidstempel kombiniert. Ein derartiger Schneidstempel weist an seinem unteren Abschnitt den ersten Schneidstempel auf, welcher axial in den zweiten Schneidstempel übergeht. Die beiden Schneidstempel sind vorzugsweise koaxial angeordnet. Durch einen verlängerten Stanzweg bzw. einen zweiteiligen Stanzweg kann zuerst der erste Schneidstempel wirken und anschließend der zweite Schneidstempel die erste Stanzöffnung zum Loch aufweiten.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die mindestens eine erste Stanzöffnung eine Schnittkontur mit einer Breite entsprechend einer Bruchflächenbreite der mindestens einen Stanzöffnung auf. Bei der Breite der Schnittkontur kann darüber hinaus auch eine Breite eines Schnittgrats der ersten Stanzöffnung berücksichtigt werden. Hierdurch kann der zweite Stanzschritt mit dem zweiten Schneidstempel entlang einer reduzierten Materialstärke der Blechkomponente durchgeführt werden, sodass eine Bruchfläche mit minimalen Abmessungen bei der Ausbildung des Lochs entsteht. Eine kleinere Bruchfläche weist hierbei eine geringere Oberflächenrauigkeit auf und optimiert die Dauerschwingfestigkeit des Materials im Bereich der eingebrachten Löcher.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:
- 1A, 1B schematische Schnittdarstellungen, welche ein Einbringen einer ersten Stanzöffnung durch das Verfahrens gemäß einer Ausführungsform veranschaulichen,
- 2A, 2B schematische Schnittdarstellungen einer Stanzvorrichtung, welche einen Einsatz eines zweiten Schneidstempels durch das Verfahrens gemäß der Ausführungsform veranschaulichen,
- 3 eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen einer Stanzvorrichtung mit einem mehrstufigen Stempel zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Leiterrahmens gemäß einer Ausführungsform.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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Die 1A und 1B zeigen schematische Schnittdarstellungen, welche ein Einbringen einer ersten Stanzöffnung 10 durch ein Verfahrens gemäß einer Ausführungsform veranschaulichen. In der 1A ist insbesondere eine Stanzvorrichtung 20 dargestellt, welche dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Die Stanzvorrichtung 20 weist einen ersten Schneidstempel 21 und einen in 2A gezeigten, zweiten Schneidstempel 22 auf. Des Weiteren weist die Stanzvorrichtung 20 eine Matrize 23 und einen Niederhalter 24 auf. Zwischen der Matrize 23 und dem Niederhalter 24 kann ein Leiterrahmen 100 oder ein Teil 110 des Leiterrahmens 100 angeordnet werden. Der Leiterrahmen 100 kann durch den Niederhalter 24 gegen die Matrize 23 gepresst und somit ortsfest positioniert werden. Der Leiterrahmen 100 weist eine Materialstärke bzw. eine Dicke von beispielsweise 5 mm bis 10 mm auf.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird ein Loch 30 in einen Seitenabschnitt eines Leiterrahmens 110 für einen Lastkraftwagen eingebracht. Der Leiterrahmen 100 ist derart in der Stanzvorrichtung 20 angeordnet, dass durch den ersten Schneidstempel 21 und den zweiten Schneidstempel 22 beispielhaft ein Loch 30 in den Leiterrahmen 100 einbringbar ist.
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Die Abmessungen des einzubringenden Lochs 30 werden durch einen Ausschnitt 25 in dem Niederhalter 24 und der Matrize 23 vorgegeben. Der Einfachheit halber ist das Loch 30 als ein rundes Durchgangsloch ausgeführt. Es können hierbei auch mehrere Löcher 30 gleichzeitig an unterschiedlichen Positionen sowie von einer runden Form abweichende Löcher, wie beispielsweise rechteckig, dreieckig oder Langlöcher, durch das Verfahren ausgeformt werden.
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Das zweistufige Scherschneiden setzt sich aus zwei Beschnittoperationen zusammen. Im ersten Beschnitt, welcher in der 1A und der 1B veranschaulicht ist, wird der Leiterrahmen 100 vorgeschnitten. Hierzu wird der erste Schneidstempel 21 verwendet. Der erste Schneidstempel 21 weist einen geringeren Radius R1 auf, als ein Radius R2 des zweiten Schneidstempels 22.
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Der erste Schneidstempel 21 wird in eine Stanzrichtung S durch den Ausschnitt 25 in dem Niederhalter 24 und der Matrize 23 sowie durch den Leiterrahmen 100 hindurch gepresst, wodurch die erste Stanzöffnung 10 erstellt wird. Die erste Stanzöffnung 10 ist durch eine Schnittkontur 40 zum Niederhalter 24 und/oder der Matrize 23 beabstandet.
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Durch den ersten Stanzvorgang entsteht eine Bruchfläche 50, entlang der ersten Stanzöffnung 10, welche in einem Schnittgrat 51 mündet und eine Bruchflächenbreite BR aufweist. Die Bruchfläche 50 entlang der ersten Stanzöffnung 10 ist schematisch in der 1B veranschaulicht.
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Die Schnittkontur 40 der ersten Stanzöffnung 10 weist vorzugsweise eine Breite B auf, welche einer Bruchflächenbreite BR entspricht. Eine Schnittgratbildung bei der Ausstanzung der ersten Stanzöffnung 10 kann ebenfalls bei der Einstellung der Breite B der Schnittkontur 40 berücksichtigt werden.
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Die 2A und 2B zeigen schematische Schnittdarstellungen, welche einen Einsatz des zweiten Schneidstempels 22 durch das Verfahren gemäß der Ausführungsform veranschaulichen. Hierbei wird ein zweiter Beschnitt dargestellt, welcher die vorgeschnittene Schnittkontur 40 nachschneidet. Die Nachschneidzugabe bzw. die Schnittkontur 40 weist eine Breite B auf, welche sich alternativ auch aus einer finalen Abmessung des Lochs 30 und einer Abmessung der vorgeschnittenen ersten Stanzöffnung 10 ermitteln lässt.
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Durch den Einsatz des zweiten Schneidstempels 22 kann eine ringförmige Schnittkontur 40 herausgeschnitten werden, wodurch das Loch 30 gebildet wird. Das Material des Leiterrahmens 100 ist an einer derartigen Schnittkante 31 weniger stark verfestigt und kann somit dazu beitragen, dass die Schwingfestigkeit des Leiterrahmens 110 erhöht wird.
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Der zweite Schneidstempel 22 stanzt den Leiterrahmen 100 im Bereich der Bruchkante BR, an welcher eine geringere Materialstärke vorliegt. Hierdurch kann das Loch 30 mit einer geringeren Bruchkante 32 erstellt werden und somit widerstandsfähiger gegenüber Schwingungen und Rissbildung ist.
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In der 1B ist eine Schnittkante 52 nach dem Einbringen der ersten Stanzöffnung 10 dargestellt. Die 2B zeigt eine Schnittkante 53 des Leiterrahmens 100 nach dem Herstellen des Lochs 30.
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In der 3 ist eine Schnittdarstellung einer Stanzvorrichtung 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Die Stanzvorrichtung 60 dient zum Veranschaulichen eines mehrstufigen Stempels 63 bei einem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren. Der mehrstufige Stempel 63 ist beispielhaft zylindrisch ausgeformt und besteht aus zwei Abschnitten, welche koaxial übereinander angeordnet sind. Ein erster Schneidstempel 61 ist an einem in Stanzrichtung S unteren Ende des mehrstufigen Stempels 63 angeordnet und wird entgegen der Stanzrichtung S von einem zweiten Schneidstempel 62 fortgeführt. Durch einen verlängerten Stanzweg in Stanzrichtung S kann somit zuerst die erste Stanzöffnung 10 in den Leiterrahmen 100 gestanzt und anschließend die restliche Schnittkontur 40 innerhalb der Ausnehmung 25 zum Ausbilden des endgültigen Lochs 30 entfernt werden.
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Die 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Leiterrahmens 100 gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere ist ein seitlicher Abschnitt eines Leiterrahmens 110 dargestellt, welcher eine Vielzahl an Löchern 30 aufweist. Die Löcher 30 sind durch ein erfindungsgemäßes zweiteiliges Stanz-Schneide-Verfahren in den Leiterrahmen 100 eingebracht worden und dienen zum Aufnehmen von weiteren Komponenten, wie beispielsweise einer Radachsenaufhängung 111 oder Stoßdämpfern 112.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste Stanzöffnung
- 20
- Stanzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
- 21
- erster Schneidstempel
- 22
- zweiter Schneidstempel
- 23
- Matrize
- 24
- Niederhalter
- 25
- Ausnehmung in der Matrize und/oder dem Niederhalter
- 30
- Loch
- 31
- Schnittkante des Lochs
- 32
- Bruchkante des Lochs
- 40
- Schnittkontur
- 50
- Bruchfläche entlang der ersten Stanzöffnung
- 51
- Schnittgrat
- 52
- Schnittkante der ersten Stanzöffnung
- 53
- Schnittkante des Lochs
- 60
- Stanzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform
- 61
- erster Schneidstempel der mehrstufigen Stanzvorrichtung
- 62
- zweiter Schneidstempel der mehrstufigen Stanzvorrichtung
- 63
- mehrstufiger Stempel
- 100
- Leiterrahmen
- 110
- Leiterrahmen
- 111
- Radachsenaufhängung
- 112
- Stoßdämpfer
- B
- Breite der Schnittkontur
- BR
- Bruchflächenbreite
- D
- Dicke des Leiterrahmens
- R1
- Radius des ersten Schneidstempels
- R2
- Radius des zweiten Schneidstempels
- S
- Stanzrichtung
