DE112011102489T5

DE112011102489T5 - Verfahren zur Herstellung einer Feder sowie elektrische Heizeinrichtung

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Publication number: DE112011102489T5
Application number: DE112011102489T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ogiso; Hidekazu Suzuki; Yuichi Hirata
Original assignee: Chuo Hatsujo KK
Current assignee: Chuo Hatsujo KK
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-07-25
Also published as: BR112013001967A2; US9623475B2; US20170175216A1; WO2012014672A1; JP5865246B2; US20130119045A1; CN103025897A; JPWO2012014672A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Feder (Spiral- bzw. Schraubenfeder), welches die Zeit verringert, welche für einen Wärmebehandlungsschritt zur Verringerung/Beseitigung einer Bearbeitungsspannung erforderlich ist, welche während/durch einen Verformungsschritt erzeugt worden ist. Dieses Herstellungsverfahren ist mit einem Verformungsschritt (S10) versehen, wonach ein Federstahlmaterial in eine vorbestimmte Federform umgeformt wird und mit einem Wärmebehandlungsschritt (S12) versehen, wonach eine Bearbeitungsspannung eliminiert wird, die in dem Federstahlmaterial durch den vorhergehenden Verformungsschritt erzeugt worden ist. Der Wärmebehandlungsschritt wird ausgeführt durch elektrisches Aufheizen des Federstahlmaterials, indem an diesem ein elektrischer Strom angelegt wird. Der Wärmebehandlungsschritt hat einen ersten (Teil-)Schritt, wonach das Federstahlmaterial auf eine vorbestimmte Einstelltemperatur aufgeheizt wird, sowie einen zweiten (Teil-)Schritt, wonach das Federstahlmaterial bei der Einstelltemperatur für eine vorbestimmte Einstellzeitperiode gehalten wird, wobei der zweite Schritt dem ersten Schritt folgt. Die Einstelltemperatur wird eingestellt, um höher zu sein als 430°C, jedoch nicht höher zu sein als 500°C.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zur Herstellung einer Feder. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Technologie zur Verringerung jener Zeit, welche für eine Hitzebehandlung erforderlich ist, um eine Bearbeitungsbeanspruchung/Spannung, welche in dem Federstahlmaterial erzeugt wird, zu verringern bzw. zu eliminieren.
STAND DER TECHNIK
Plastisches Bearbeiten (beispielsweise Biegen, Verdrehen), eines Federstahlmaterials für das Formen des Federstahlmaterials in eine Federform erzeugt eine Bearbeitungsbeanspruchung/Spannung in dem Federstahlmaterial. Aufgrund nachteiliger Wirkungen der Bearbeitungsbeanspruchung/Bearbeitungsspannung auf Federeigenschaften (beispielsweise Haltbarkeit, Verstell-Widerstand, etc.) wird eine Hitzebehandlung (ein sogenanntes „Niedertemperatur-Anlassen”/„Tempern”) für ein Verringern/Eliminieren der Bearbeitungsspannungen in dem Federstahlmaterial ausgeführt, nachdem das Federstahlmaterial in eine Federform geformt worden ist (Japanische Gesellschaft der Federingenieure, „Feder", 4. Band, S. 463 bis 466, Maruzen Co., Ltd.). Diese Hitze-/Wärmebehandlung verwendet normalerweise einen Heizofen wie beispielsweise einen Winderhitzer oder einen Infrarotheizofen. In einem Fall, wonach die Hitzebehandlung ausgeführt wird unter Verwendung eines solchen Heizofens, wird das Federstahlmaterial, welches in die Federform vorgeformt wurde, in den Heizofen von dessen einem Ende aus eingeführt bzw. eingefahren. Das Federstahlmaterial, welches in den Heizofen eingeführt worden ist, wird aufgeheizt, während es in Richtung zu dem anderen Ende des Heizofens gefördert wird, um anschließend von dem anderen Ende des Heizofens zu der Außenseite des Heizofens entnommen zu werden. Das Federstahlmaterial wird somit in dieser Weise einer Hitzebehandlung unterzogen, wobei folglich die Bearbeitungsspannung aus dem Federstahlmaterial eliminiert wird. Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass bei dieser Art von Hitzebehandlung die Behandlungstemperatur für gewöhnlich auf 380 bis 430°C eingestellt ist, wobei die Behandlungszeit etwa bei 20 bis 60 Minuten liegt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Wenn Federn gemäß einem Fließbandsystem hergestellt werden (beispielsweise bei durch eine Massenproduktion hergestellten Federn), wird zunächst ein Schritt für das Formen eines Federstahlmaterials in eine Federform ausgeführt, wobei dann das so geformte Federstahlmaterial einem Wärme-Behandlungsschritt unterzogen wird, bei welchem eine Hitze-/Wärmebehandlung ausgeführt wird. Ein Problem eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens ist es jedoch, dass der Wärmebehandlungsschritt deutlich mehr Zeit in Anspruch nimmt als der Formschritt. In anderen Worten ausgedrückt, erfordert der Wärmebehandlungsschritt in der Regel 20 bis 60 Minuten, während in einem herkömmlichen Herstellungsverfahren der Formschritt lediglich 4 bis 60 Sekunden (pro Feder) erfordert. Dies bedeutet, dass eine große Anzahl von Werkstückmaterialien einem Wärmebehandlungsprozess gleichzeitig unterzogen werden müssen, wenn die Federn hergestellt werden, und zwar in Übereinstimmung mit jener Zeit, welche für den Formschritt erforderlich ist. Wenn beispielsweise der Formschritt 30 Sekunden dauert, wohingegen der Wärmebehandlungsschritt 30 Minuten erfordert, wird ein Federstahlmaterial dem Wärmebehandlungsschritt alle 30 Sekunden ausgesetzt, wobei 60 Federstahlmaterialien folglich gleichzeitig in dem Wärmebehandlungsschritt bearbeitet werden. Demzufolge ist ein großer Heizofen für die Wärmebehandlung erforderlich, wodurch die Heizeffizienz verringert wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technologie bereitzustellen, welche in der Lage ist, die Zeit, welche für den Wärmebehandlungsschritt für eine Eliminieren von Bearbeitungsspannungen, verursacht durch den Formschritt, erforderlich ist, zu verringern.
Lösung des technischen Problems
Die vorliegende Erfindung offenbart demzufolge ein Verfahren für das Herstellen einer Feder. Dieses Herstellungsverfahren hat einen Formschritt für das (Vor-)Formen eines Federstahlmaterials in eine bestimmte Form einer Feder (eine vorbestimmte Federform) und einen Hitze-/Wärmebehandlungsschritt für das Verringern/Eliminieren einer Bearbeitungsspannung, welche in dem Federstahlmaterial durch/während des Formschritts erzeugt wurde. Der Wärmebehandlungsschritt wird ausgeführt durch elektrisches Aufheizen des Federstahlmaterials, indem ein elektrischer Strom daran angelegt wird, wobei der Wärmebehandlungsschritt einen ersten (Teil-)Schritt des Aufheizens des Federstahlmaterials auf eine vorbestimmte eingestellte Temperatur sowie einen zweiten (Teil-)Schritt des Haltens des Federstahlmaterials in der eingestellten Temperatur für eine vorbestimmte eingestellte Zeitperiode nachfolgend zu dem ersten (Teil-)Schritt umfasst. Die voreingestellte Temperatur wird so eingestellt, dass sie höher ist als 430°C, jedoch nicht höher ist als 500°C. Die eingestellte Temperatur bedeutet hierbei eine Temperatur einer Oberfläche des Federstahlmaterials, an welcher der elektrische Strom fließt.
Dieses Herstellungsverfahren sieht demzufolge ein elektrisches Aufheizen des Federmaterials vor und kann demnach das Federstahlmaterial auf die eingestellte Temperatur innerhalb einer kurzen Zeitperiode aufheizen. Des weiteren wird die Wärmebehandlungstemperatur (eingestellte Temperatur) des Federstahlmaterials so eingestellt, dass sie höher ist als 430°C, jedoch nicht höher ist als 500°C, was höher ist als die herkömmliche Wärmebehandlungstemperatur gemäß dem Stand der Technik (380°C bis 430°C). Aus diesen Gründen kann die Bearbeitungsspannung, welche in dem Federstahlmaterial während des Verformungsschritts erzeugt worden ist, innerhalb einer kurzen Zeitperiode eliminiert werden, sodass der Wärmebehandlungsschritt innerhalb einer kurzen Zeitperiode ausgeführt werden kann.
Die eingestellte Temperatur wird so eingestellt, dass sie höher ist als 430°C, jedoch nicht höher ist als 500°C und zwar aus dem folgenden Grund. Wenn die eingestellte Temperatur 430°C beträgt oder niedriger ist, kann die Zeit, welche für die Wärmebehandlung erforderlich ist, nicht ausreichend verkürzt werden. Wenn andererseits die eingestellte Temperatur 500°C übersteigt, wird die Struktur des Federstahlmaterials verändert/transformiert, wodurch das Federstahlmaterial seine mechanischen Eigenschaften verändert.
Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren ist es vorteilhaft, wenn die Einstelltemperatur so eingestellt ist, dass die Zeit, welche im ersten und zweiten (Teil-)Schritt erforderlich ist, eine Minute oder weniger beträgt, wobei die eingestellte Zeitperiode, welche für den zweiten Schritt erforderlich ist, fünf Sekunden oder mehr beträgt. Durch diese Konfiguration kann die Differenz zwischen den erforderlichen Zeiten für den Formschritt sowie den Wärmebehandlungsschritt verringert werden, sodass die Feder in effizienter Weise herstellbar ist.
Es ist vorteilhaft, wenn in dem Wärmebehandlungsschritt eine Temperatur des Federstahlmaterials gemessen wird, wobei ein Betrag an elektrischem Strom, der dem Federstahlmaterial zugeführt wird, sowie eine Zeit, die für das Anlegen des elektrischen Stroms erforderlich ist, gesteuert bzw. geregelt werden basierend auf der gemessenen Temperatur. Obgleich ein gewünschtes Niveau/Ausmaß an Wärmebehandlung innerhalb einer kurzen Zeitperiode ausgeführt werden kann, und zwar durch Anheben der Wärmebehandlungstemperatur (die Einstelltemperatur), tritt das Phänomen auf, dass je mehr die Wärmebehandlungstemperatur fluktuiert, desto mehr fluktuiert das Niveau/Ausmaß der Wärmebehandlung. Aus diesem Grund kann ein geeignetes Niveau/Ausmaß (Qualität) an Wärmebehandlung an dem Federstahlmaterial ausgeführt werden durch Steuern/Regeln des Betrags an elektrischem Strom sowie der Zeit, die für das Anlegen des elektrischen Stroms vorgesehen/erforderlich ist, basierend auf der gemessenen Temperatur des Federstahlmaterials.
Die vorliegende Erfindung offenbart des weiteren eine Einrichtung, die geeignet/angepasst ist, in geeigneter Weise eine Feder, vorzugsweise eine Spiralfeder, elektrisch zu erhitzen. Die elektrische Heizeinrichtung hat einen ersten Klemmmechanismus, der eine erste Elektrode aufweist, die geeignet ist, elektrisch an einem Ende der Feder angeschlossen zu werden, und der/die geeignet ist, dieses eine Ende der Feder (Spiralfeder) zu klemmen, einen zweiten Klemmmechanismus, der einen zweite Elektrode aufweist, die geeignet ist (dafür vorgesehen ist), elektrisch mit dem anderen Ende der Feder (Spiralfeder) verbunden zu werden, und der/die geeignet (dafür vorgesehen) ist, das andere Ende der Feder (Spiralfeder) zu klemmen, und eine Energieeinheit, welche eine Spannung zwischen die erste und zweite Elektrode anlegt. Zumindest einer aus dem ersten Klemmmechanismus sowie dem zweiten Klemmmechanismus ist dafür vorgesehen (geeignet), in einer Axialrichtung der Feder (Spiralfeder) bewegt zu werden und um eine Achse der Feder (Spiralfeder) gedreht zu werden, und zwar mit Bezug zu dem anderen aus dem ersten Klemmmechanismus und dem zweiten Klemmmechanismus. Selbst wenn in dieser Einrichtung die Feder (Spiralfeder) thermisch deformiert wird in Folge der elektrischen Wärme, wird der eine der beiden Klemmmechanismen mit Bezug zu dem anderen Klemmmechanismus verlagert, wodurch eine übermäßige Belastung, die auf die Feder (Spiralfeder) einwirken würde, vermieden wird.
Im Nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Figuren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Flusskarte, die ein Verfahren zur Herstellung einer Feder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, dass schematisch ein Temperaturprofil zeigt, welches während des Verfahrensschritts S12 gemäß der 1 erhalten wird;
3 ist eine Seitenansicht, welche schematisch eine elektrische Heizeinrichtung zeigt, welche in dem Verfahrensschritt S12 verwendet werden kann,
4 ist eine Draufsicht der elektrischen Heizeinrichtung gemäß der 3; und
5 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Wärmebehandlungstemperatur und der Zeit darstellt, die erhalten wird, wenn das Niveau/die Stufe an Wärmebehandlung (Wärmebehandlungsqualität bezüglich Restspannung und Härte, welche nach einer Wärmebehandlung erhalten werden), die gleiche ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Verfahren zur Herstellung einer Feder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für eine Fahrzeugaufhängung (nachfolgend als „Radaufhängungs-Spiralfeder” bezeichnet) als eine Federart beispielhaft beschrieben. Die Radaufhängungs-Spiralfeder ist in der Regel zwischen einem Fahrzeugkörper (Fahrzeugrahmen) und einem Rad (Radträger) angeordnet und erzeugt eine (Feder-)Kraft für das Andrücken des Rads gegen die Oberfläche einer Fahrbahn. Die Radaufhängungs-Spiralfeder wird hergestellt durch Formen (Kaltformen) eines Federstahlmaterials in die vorbestimmte Federform (Spiralfederform). Eine Federdrahtstange, welche einen konstanten Teilbereich bezüglich ihres Querschnitts senkrecht zu einer Axialrichtung hat, kann als Federstahlmaterial verwendet werden. Beispiele für eine derartige Federdrahtstange betreffen unter anderem Öl-getemperte Drähte mit einem Drahtdurchmesser von 3 bis 20 mm (beispielsweise SUP12 (JIS G 4801), SWOSC-B (JIS G 3560), usw.).
Um eine Radaufhängungs-Spiralfeder herzustellen, wird als erstes das Federstahlmaterial einem Kalt- oder Warm-Biegen unterzogen, wobei es dann in eine Spiralform umgeformt wird, wie dies in der 1 (S10) gezeigt ist. Ein Führungsschraubensystem (Führungsschneckensystem), wonach ein Federstahlmaterial um eine Kernstange (eine Führungsschraube) mit einer Nut gewickelt wird oder ein NC-Wickelsystem, wonach eine Führungsrolle benutzt wird, kann für ein Umformen des Federstahlmaterials verwendet werden. Dieser Formschritt gemäß Schritt S10 erzeugt jedoch eine Bearbeitungsspannung in dem Federstahlmaterial.
Folglich wird nachfolgend eine Wärmebehandlung (ein Nietertemperatur-Anlassbehandeln) an dem Federstahlmaterial ausgeführt, welches in die Spiralform umgeformt wurde (Schritt S12). Diese Hitze-/Wärmebehandlung wird durch elektrisches Aufheizen ausgeführt. Beim elektrischen Aufheizen wird ein elektrischer Strom an das zu behandelnde Federstahlmaterial angelegt, wodurch das Federstahlmaterial aufgeheizt wird. Die Verwendung von elektrischer Wärme kann das Federstahlmaterial auf eine gewünschte Temperatur innerhalb einer kurzen Zeitperiode aufheizen. Die Verwendung der Federdrahtstange mit konstantem Querschnittsbereich als das Federstahlmaterial für die Radaufhängungs-Spiralfeder kann in gleichmäßiger Weise das gesamte Federstahlmaterial aufheizen, wobei folglich die Wärmebehandlung gleichmäßig an dem gesamten Federstahlmaterial ausgeführt werden kann.
Die Wärmebehandlung gemäß Schritt S12 umfasst einen ersten (Teil-)Schritt (0 bis t₁) für ein Erwärmen/Aufheizen des Federstahlmaterials auf eine vorbestimmte Einstelltemperatur T₁ sowie einen zweiten (Teil-)Schritt (t₁ bis t₂) für ein Halten des Federstahlmaterials, welches bereits auf die Einstelltemperatur T₁ aufgeheizt worden ist, auf dieser Einstelltemperatur T₁ und zwar für eine vorbestimmte eingestellte Zeitperiode. Wenn der zweite (Teil-)Schritt beendet ist/wird (d. h., wenn die Wärmebehandlung gemäß Schritt S12 beendet wird), dann wird der Strom, welcher durch das Federstahlmaterial geleitet wurde, unterbrochen, wobei folglich das Federstahlmaterial auf natürliche Weise abgekühlt wird (von t₂ usw.).
Die vorstehend beschriebene Einstelltemperatur T₁ wird so eingestellt, dass sie höher ist als 430°C, jedoch nicht höher ist als 500°C. Durch Einstellen der Einstelltemperatur höher als 430°C kann das Federstahlmaterial auf eine Temperatur erhitzt werden, die höher ist als die herkömmliche (bekannte) Wärmebehandlungstemperatur (von ca. 380 bis 430°C), wobei diese Wärmebehandlung innerhalb einer kurzen Zeitperiode beendet wird. Andererseits kann durch Einstellen der Einstelltemperatur auf 500°C oder niedriger verhindert werden, dass die Struktur des Federstahlmaterials transformiert wird, wobei die mechanischen Eigenschaften des Federstahlmaterials durch die Wärmebehandlung geändert werden würden.
Des weiteren wird die Einstelltemperatur T₁ eingestellt in Übereinstimmung mit der Zeitperiode (0 bis t₂), während welcher die Wärmebehandlung gemäß Schritt S12 ausgeführt wird. Die 5 zeigt Wärmebehandlungszustände/-bedingungen, unter denen die Restspannung bzw. die Härte des wärmebehandelten Federstahlmaterials (SUP12) einander gleich sind (d. h. Zustände/Bedingungen, unter denen der gleiche Betrag (Qualität) an Wärmebehandlung an dem Federstahlmaterial ausgeführt wurde).
Gemäß diesem Diagramm sind die Werte für die Restspannung sowie die Härte, welche nach der Wärmebehandlung erhalten worden sind, zwischen den Symbolen O und • unterschiedlich zueinander, wohingegen die Werte für die Restspannung und die Härte unter den Symbolen O und O bzw. unter den Symbolen • und • zueinander gleich sind. Wie aus der 5 ferner zu entnehmen ist, verringert sich die Behandlungszeitperiode, wenn die Wärmebehandlungstemperatur ansteigt. Wenn folglich die Behandlungszeitperiode verkürzt wird, dann wird die Wärmebehandlungstemperatur (Einstelltemperatur T₁) vorzugsweise angehoben. Wenn hingegen die Behandlungszeitperiode verlängert wird, dann wird die Wärmebehandlungstemperatur (Einstelltemperatur T₁) vorzugsweise verringert. Folglich kann durch Einstellen der Wärmebehandlungszeitperiode in Schritt S12 als erstes und anschließend durch Einstellen der Einstelltemperatur T₁ in Übereinstimmung mit der bereits eingestellten Wärmebehandlungszeitperiode ein geeigneter Betrag bzw. ein geeignetes Ausmaß an Wärmebehandlung an dem Federstahlmaterial ausgeführt werden für die eingestellte Wärmebehandlungszeitperiode. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Wärmebehandlungszeitperiode vorzugweise bestimmt wird in Schritt S12 in Übereinstimmung (Abstimmung) mit jener Zeit, welche in dem Verformungsschritt gemäß Schritt S10 benötigt wird. Durch Bestimmen der Wärmebehandlungszeitperiode in dieser Weise kann die Anzahl an Verformungseinrichtungen mit der Anzahl an Wärmebehandlungseinrichtungen ausbalanciert werden.
Beispielsweise kann die Wärmebehandlungszeitperiode in Schritt S12 eingestellt bzw. festgelegt werden, wobei die Einstelltemperatur T₁ in Übereinstimmung mit dieser eingestellten Zeitperiode anschließend eingestellt werden kann, derart, dass die Zeitperiode, die für den ersten und zweiten (Teil-)Schritt (0 bis t₂) erforderlich ist, eine Minute oder weniger beträgt und die Zeitperiode, welche für den zweiten (Teil-)Schritt (t₁ bis t₂) erforderlich ist, fünf Sekunden oder mehr beträgt. Das Einstellen der Zeitperiode, welche für die ersten und zweiten (Teil-)Schritte erforderlich ist, auf eine Minute oder weniger, kann die Zeitperiode, welche für den Verformungsprozess gemäß Schritt S10 erforderlich ist, gleich zu jener Zeitperiode machen, welche in dem Wärmebehandlungsschritt S12 erforderlich ist, bzw. kann die Differenz dazwischen verringern. Als ein Ergebnis hiervon kann die Zahl an Wärmebehandlungseinrichtungen, welche in einer Produktionslinie für die massenproduzierten Radaufhängungs-Spiralfedern erforderlich sind, reduziert werden. Ein spezielles Ausführungsbeispiel wird im Folgenden beschrieben. Es sei angenommen, dass eine Verformungseinrichtung eine Spiralfeder alle 30 Sekunden produziert. Wenn in diesem Fall fünf Minuten für eine Wärmebehandlungseinrichtung angesetzt werden, um eine Spiralfeder Hitze zu behandeln, dann wären zehn Wärmebehandlungseinrichtungen für eine Verformungseinrichtung erforderlich. Wenn andererseits nur eine Minute für die Wärmebehandlungseinrichtung veranschlagt wird, um eine Spiralfeder wärmezubehandeln, dann wären nur zwei Wärmebehandlungseinrichtungen pro Verformungseinrichtung erforderlich, wodurch eine Verringerung der Anzahl an Wärmebehandlungseinrichtungen erzielt werden könnte.
Ein Beispiel für eine elektrische Wärmeeinrichtung, wie sie für eine Wärmebehandlung gemäß Schritt S12 verwendet wird, wird nachfolgend näher beschrieben. Wie hierzu in den 3 und 4 gezeigt wird, hat die elektrische Wärmeeinrichtung einen Klemmmechanismus (24a, 26a) für das Einklemmen/Einspannen eines oberen Endes 22a eines Federstahlmaterials 22, einen weiteren Klemmmechanismus (24b, 26b) für ein Klemmen/Einspannen eines unteren Endes 22b des Federstahlmaterials 22 sowie eine Energieeinheit 50.
Der Klemmmechanismus (Einspannmechanismus) (24a, 26a) hat Klemmbauteile 24a, 26a. Wie dies insbesondere in der 4 dargestellt ist, sind Elektroden 25a, 23a an den Klemmbauteilen 24a, 26a angeordnet bzw. befestigt. Kontaktflächen, die der Form des Federstahlmaterials 22 folgen, sind an den Elektroden 25a, 23a ausgeformt. Die Elektroden 25a, 23a sind elektrisch an die Energieeinheit 50 angeschlossen.
Die Klemmbauteile 24a, 26a sind durch einen Aktuator (nicht weiter dargestellt) bewegbar bzw. werden durch diesen bewegt, und zwar zwischen einer Position, in welcher diese Klemmbauteile nahe zueinander angeordnet sind (eine Klemmposition) und einer Position, in welcher diese Klemmbauteile voneinander (weiter) beabstandet sind (eine Öffnungsposition). Wenn die Klemmbauteile 24a, 26a in die Klemmposition bewegt werden, dann wird das obere Ende 22a des Federstahlmaterials 22 durch die Elektroden 25a, 23a geklemmt bzw. eingespannt. Als ein Ergebnis hiervon wird das Federstahlmaterial 22 elektrisch an die Elektroden 25a, 23a kontaktiert. Wenn andererseits die Klemmbauteile 24a, 26a in die Öffnungsposition bewegt werden, dann bewirkt dies, dass das obere Ende 22a des Federstahlmaterials in Außerkontaktzustand mit den Elektroden 25a, 23a kommt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Klemmmechanismus (24a, 26a) dafür vorgesehen/angepasst ist, um eine Windungsachse des Federstahlmaterials 22 zu rotieren (d. h., eine Achse der Radaufhängungs-Spiralfeder). Selbst wenn folglich das Federstahlmaterial 22 deformiert ist als ein Ergebnis aus der elektrischen Aufheizung, können die Klemmmechanismen mit einer derartigen Deformation klarkommen.
Der Klemmmechanismus (24b, 26b) für das Klemmen/Einspannen des unteren Endes des Federstahlmaterials 22 hat im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der Klemmmechanismus (24a, 26a) gemäß vorstehender Beschreibung. Jedoch werden ungleich zu dem Klemmmechanismus (24a, 26a) der Klemmmechanismus (24b, 26b) in eine Vertikalrichtung gemäß der 3 mittels eines nicht weiter gezeigten Aktuators angetrieben. Durch Antreiben des Klemmmechanismus (24b, 26b) in die Vertikalrichtung kann das Installieren wie auch das Entfernen des Federstahlmaterials 22 in sowie aus der elektrischen Heizeinrichtung realisiert werden. Genau wie mit dem Klemmmechanismus (24a, 26a) gemäß vorstehender Beschreibung kann auch der Klemmmechanismus (24b, 26b) zwischen der Klemmposition und der Öffnungsposition (Freigabeposition) durch den nicht weiter dargestellten Aktuator bewegt werden und kann um die Windungsachse des Federstahlmaterials 22 rotieren.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, hat die elektrische Heizeinrichtung eine Aufspannvorrichtung 28 für das Aufnehmen bzw. Abstützen des unteren Endes 22b des Federstahlmaterials 22 und eine Aufspannvorrichtung 42 für das Auflagern/Abstützen des oberen Endes 22a des Federstahlmaterials. Eine Kontaktfläche 28a, die der Form des unteren Endes 22b des Federstahls 22 folgt, ist in der Aufspannvorrichtung 28 ausgeformt. Die Aufspannvorrichtung 28 (Schablone 28) ist in vertikaler Richtung durch ein Hydrauliksystem 34 angetrieben. Das Hydrauliksystem 34 hat einen Zylinder 30 sowie eine Kolbenstange 32, welche mit Bezug zu dem Zylinder 30 vorwärts und rückwärts bewegbar sind. Die Aufspannvorrichtung 28 ist an ein oberes Ende der Kolbenstange 32 montiert bzw. befestigt. Die Aufspannvorrichtung 42 hat die gleiche Konfiguration der Aufspannvorrichtung 28. In anderen Worten ausgedrückt hat die Aufspannvorrichtung 42 (Schablone 42) eine Kontaktfläche 42a, die der Form des oberen Endes 22a des Federstahlmaterials 22 folgt, und die vertikal durch ein Hydrauliksystem 40 angetrieben ist mit einem Zylinder 36 und einer Kolbenstange 38. Durch Abstützen beider Enden des Federstahlmaterials 22 mittels der Aufspannvorrichtungen 28 und 42 kann das Federstahlmaterial 22 akkurat in einer vorbestimmten Position platziert werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Federstahlmaterial 22 elektrisch aufgeheizt werden kann durch die vorstehend beschriebene elektrische Heizeinrichtung und zwar in der nachfolgend beschriebenen Prozedur. Als erstes werden der Klemmmechanismus (24b, 26b) sowie die Aufspannvorrichtung 28 abwärts zurückgezogen. Als nächstes wird das Federstahlmaterial 22 in der Aufspannvorrichtung 42 unter Verwendung einer Robotik (Roboterhand) installiert, die in den Figuren jedoch nicht weiter gezeigt ist. In anderen Worten ausgedrückt, wird die (nicht gezeigte) Roboterhand angetrieben, bis das obere Ende 22a des Federstahlmaterials 22 in Anlage mit der Aufspannvorrichtung 42 kommt, wobei demzufolge das Federstahlmaterial 22 mit Bezug auf die Aufspannvorrichtung 42 positioniert wird. Gleichzeitig klemmt der Klemmmechanismus (24a, 26a) das obere Ende 22a des Federstahlmaterials 22 ein. Anschließend werden die Aufspannvorrichtung 28 und der Klemmmechanismus (24b, 26b) aufwärts bewegt, wobei daraufhin der Klemmmechanismus (24b, 26b) das untere Ende 22b des Federstahlmaterials 22 einklemmt/einspannt. Sobald das obere Ende 22a und das untere Ende 22b des Federstahlmaterials in dieser Weise eingeklemmt sind, legt die Energieeinheit 50 eine Spannung zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des Federstahlmaterials an, um eine elektrische Energie in das Federstahlmaterial 22 einzuleiten. Als ein Ergebnis hiervon wird das Federstahlmaterial 22 aufgeheizt. Wenn dieses elektrische Heizen des Federstahlmaterials 22 beendet ist, gibt der Klemmmechanismus (24b, 26b) das untere Ende 22b des Federstahlmaterials 22 frei, wobei daraufhin die Aufspannvorrichtung 28 und der Klemmmechanismus (24b, 26b) abwärts zurückgezogen wird. Während anschließend die nicht weiter gezeigte Roboterhand das Federstahlmaterial 22 ergreift, gibt der Klemmmechanismus (24a, 26a) das obere Ende 22a des Federstahlmaterials 22 frei, wobei daraufhin die Roboterhand das Federstahlmaterial 22 nach außen aus der Einrichtung fördert bzw. weg bewegt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die durch das elektrische Aufheizen des Federstahlmaterials 22 bewirkte Hitze das Federstahlmaterial 22 deformiert. Während gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Klemmmechanismus (24b, 26b) in der Vertikalrichtung bewegt wird, werden die Klemmmechanismen (24a, 26a), (24b, 26b) um die Windungsachse des Federstahlmaterials 22 rotiert, und zwar im Ansprechen auf die Deformation des Federstahlmaterials 22. Folglich wird die thermische Deformation des Federstahlmaterials 22 absorbiert/kompensiert.
Im Anschluss an die Ausführung der vorstehend beschriebenen Wärmebehandlung wird eine Oberfläche des Federstahlmaterials einer Kugelstrahlbehandlung ausgesetzt (S14 gemäß der 1). In diesem Verfahrensschritt wird eine kompressive Restspannung (drückende Restbelastung) an die Oberfläche des Federstahlmaterials angelegt, wodurch die Haltbarkeit der Radaufhängungs-Spiralfeder verbessert wird. Darüber hinaus wird eine Oberflächenoxidschicht an der Oberfläche des Federstahlmaterials im Laufe des Wärmebehandlungsschritts gemäß Schritt S12 beseitigt, wodurch eine verbesserte Beschichtungshaftung erzielt wird.
Dann wird das Federstahlmaterial nach dem Kugelstrahlen (gemäß Schritt S16) erwärmt. Dies verbessert den Verstell-Widerstand der Radaufhängungs-Spiralfeder. Bei dieser Wärmebehandlung wird die Oberfläche des Federstahlmaterials auf eine vorbestimmte Einstelltemperatur (beispielsweise 190 bis 300°C) erwärmt. Dabei sei darauf hingewiesen, dass zahlreiche Wärmeverfahren für diese Wärmebehandlung verwendet werden können, wie beispielsweise eine solche, die Hochgeschwindigkeits-Heißwinderwärmen (mit einer Windgeschwindigkeit von 10 m/s oder höher), Induktionswärmen, Infrarotwärmen und/oder elektrisches Wärmen betrifft.
Nach dem Erwärmen/Erhitzen des Federstahlmaterials in Schritt S16, wird das Federstahlmaterial natürlich abgekühlt, wobei eine Schicht auf die Oberfläche des Federstahlmaterials (S18) aufgesprüht wird. Wenn die Schicht auf die Oberfläche des Federstahlmaterials aufgesprüht/aufgetragen wird, kann beispielsweise ein Sprühbeschichten verwendet werden, wonach die Beschichtung zunächst atomisiert und dann durch Hochdruckluft aufgesprüht wird. Alternativ hierzu kann die Beschichtung auch elektrostatisch auf die Oberfläche des Federstahlmaterials aufgetragen/aufgesprüht werden.
Nach dem Beenden des Sprühbeschichtens (Auftragsbeschichtens) auf der Oberfläche des Federstahlmaterials, wird das Federstahlmaterial erneut erhitzt, um die Beschichtung zu brennen, welche auf die Oberfläche des Federstahlmaterials aufgesprüht bzw. aufgebracht wurde (gemäß Schritt S20). Hierfür kann ein Wärmeofen, eine Heißpistole oder ähnliches für ein Aufheizen des Federstahlmaterials in diesem Verfahrensschritt verwendet werden.
In dem Verfahren für das Herstellen einer Radaufhängungs-Spiralfeder gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie dies vorstehend beschrieben wurde, wird ein elektrisches Aufheizen in Schritt S12 ausgeführt (Spannungsarm Glühen), um das Federstahlmaterial bei einer Temperatur zu erhitzen, die höher ist als jene, wie sie die herkömmliche Technologie vorsieht, wodurch eine Verringerung der Zeit erreichbar ist, die in der Wärmebehandlung gemäß Schritt S12 notwendig ist. Daher kann die Differenz zwischen jener Zeit, die im Verformungsschritt gemäß Schritt S10 erforderlich ist, und der Zeit, die in dem Wärmebehandlungsschritt gemäß Schritt S12 notwendig ist, verringert werden. Als ein Ergebnis hiervon kann die Anzahl an Wärmebehandlungseinrichtungen verringert werden, die in einer Produktionslinie angeordnet sein müssen, wobei die Radaufhängungs-Spiralfedern effizient hergestellt werden können.
Während spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorstehend im Einzelnen beschrieben wurden, so sind diese Ausführungsbeispiele lediglich illustrativ zu verstehen und dienen nicht zur Beschränkung des Schutzumfangs, welcher durch die anliegenden Patentansprüche erzielt werden sollen. Das heißt, die Technologie, wie sie in den anliegenden Patentansprüchen beschrieben wird, soll auch verschiedene Änderungen und Modifikationen der bereits vorstehend beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele mit umfassen.
Beispielsweise wurde das Ausführungsbeispiel gemäß vorstehender Beschreibung als Beispiel dargestellt zur Erzeugung einer Radaufhängungs-Spiralfeder, wobei jedoch die Technologie gemäß der vorliegenden Erfindung auch angewendet werden kann für eine Ausführungsform zur Herstellung einer Feder unterschiedlich zu der Radaufhängungs-Spiralfeder. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden für das Erzeugen eines Stabilisators, einer Torsionsstange und ähnliche, elastische Bauteile.
Um darüber hinaus in geeigneter Weise die Wärmebehandlung gemäß Schritt S12 ausführen zu können, kann die Temperatur an der Oberfläche des Federstahlmaterials gemessen werden beispielsweise unter Verwendung eines berührungslosen Thermometers (beispielsweise eines Strahlenthermometers, eines Thermographen und ähnliches), wobei anschließend der Betrag des elektrischen Stroms, der dem Federstahlmaterial zugeführt wird, sowie die Zeit, für welche der elektrische Strom angelegt wird, basierend auf der gemessenen Oberflächentemperatur gesteuert/geregelt werden kann. Auf diese Weise wird die Temperatur des Federstahlmaterials in akkurater Weise gesteuert/geregelt, wobei eine geeignete Menge/ein geeignetes Ausmaß an Wärmebehandlung an dem Federstahlmaterial ausgeführt werden kann.
Darüber hinaus hat das Ausführungsbeispiel gemäß vorstehender Beschreibung jene Ausführungsform betroffen, wonach ein elektrisches Heizverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für die Wärmebehandlung angewendet wird (Anlass-Behandeln/Anlassen) für das Beseitigen einer Bearbeitungsspannung, die erzeugt wird als Resultat aus dem Verformen des Federstahlmaterials in eine Federform durch Kalt- oder Warmverformen. Jedoch ist die Technologie, wie sie in der vorliegenden Erfindung offenbart ist, nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das elektrische Heizverfahren, wie es in der vorliegenden Erfindung offenbart wird, auch für einen Wärmebehandlungsschritt angewendet werden (Tempern), der ausgeführt wird nach dem Verformen des Federstahlmaterials in eine Federform durch Heißverformen und anschließendem Abschrecken des verformten Federstahlmaterials.
Die technischen Elemente, wie sie in der vorliegenden Erfindung und den Zeichnungen erklärt worden sind, betreffen eine technische Verwendbarkeit entweder unabhängig oder in verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf die Kombinationen begrenzt, welche in der vorliegenden Beschreibung offenbart sind. Schließlich ist der Zweck der Ausführungsformen, welche in der vorliegenden Beschreibung dargestellt werden, darin zu sehen, unterschiedliche Schutzziele zu erreichen, wobei jede dieser erreichten Schutzziele jeweils eine technische Verwendung der vorliegenden Erfindung betreffen.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Feder (Spiral- bzw. Schraubenfeder), welches die Zeit verringert, welche für einen Wärmebehandlungsschritt zur Verringerung/Beseitigung einer Bearbeitungsspannung erforderlich ist, welche während/durch einen Verformungsschritt erzeugt worden ist. Dieses Herstellungsverfahren ist mit einem Verformungsschritt (S10) versehen, wonach ein Federstahlmaterial in eine vorbestimmte Federform umgeformt wird und mit einem Wärmebehandlungsschritt (S12) versehen, wonach eine Bearbeitungsspannung eliminiert wird, die in dem Federstahlmaterial durch den vorhergehenden Verformungsschritt erzeugt worden ist. Der Wärmebehandlungsschritt wird ausgeführt durch elektrisches Aufheizen des Federstahlmaterials, indem an diesem ein elektrischer Strom angelegt wird. Der Wärmebehandlungsschritt hat einen ersten (Teil-)Schritt, wonach das Federstahlmaterial auf eine vorbestimmte Einstelltemperatur aufgeheizt wird, sowie einen zweiten (Teil-)Schritt, wonach das Federstahlmaterial bei der Einstelltemperatur für eine vorbestimmte Einstellzeitperiode gehalten wird, wobei der zweite Schritt dem ersten Schritt folgt. Die Einstelltemperatur wird eingestellt, um höher zu sein als 430°C, jedoch nicht höher zu sein als 500°C.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Japanische Gesellschaft der Federingenieure, „Feder”, 4. Band, S. 463 bis 466, Maruzen Co., Ltd. [0002]
JIS G 4801 [0017]
JIS G 3560 [0017]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Feder, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: ein Verformungsschritt für das Verformen eines Federstahlmaterials in eine Form für eine Feder und einen Wärmebehandlungsschritt für das Verringern oder Eliminieren einer Bearbeitungsspannung, die in dem Federstahlmaterial durch den Verformungsschritt erzeugt worden ist, wobei der Wärmebehandlungsschritt ausgeführt wird durch elektrisches Aufheizen des Federstahlmaterials durch Anlegen eines elektrischen Stroms an das Federstahlmaterial und wobei der Wärmebehandlungsschritt umfasst einen ersten Schritt des Aufheizens des Federstahlmaterials auf eine vorbestimmte Einstelltemperatur und einen zweiten Schritt des Haltens des Federstahlmaterials auf der Einstelltemperatur für eine vorbestimmte Einstellzeitperiode nachfolgend zu dem ersten Schritt, wobei die Einstelltemperatur so eingestellt wird, dass sie höher ist als 430°C, jedoch nicht höher ist als 500°C.
Verfahren zur Herstellung einer Feder gemäß Anspruch 1, wobei die Einstelltemperatur so eingestellt wird, dass die Gesamt-Zeit, die in den ersten und zweiten Schritten erforderlich ist, eine Minute oder weniger beträgt, und die Einstellzeitperiode fünf Sekunden oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Feder gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Wärmebehandlungsschritt eine Temperatur des Federstahlmaterials gemessen wird und eine Menge an elektrischem Strom an das Federstahlmaterial angelegt wird, wobei die Zeit, die für das Anlegen des elektrischen Stroms notwendig ist, gesteuert oder geregelt wird basierend auf der gemessenen Temperatur.
Elektrische Heizeinrichtung für ein elektrisches Heizen einer Spiralfeder, wobei die elektrische Heizeinrichtung folgende Bauteile hat: einen ersten Klemmmechanismus, der eine erste Elektrode hat, die daran angepasst ist, an ein Ende einer Spiralfeder elektrisch angeschlossen zu werden, und die dazu angepasst ist, dieses eine Ende der Spiralfeder zu klemmen, ein zweiter Klemmmechanismus, der eine zweite Elektrode hat, die daran angepasst ist, elektrisch an das andere Ende der Spiralfeder angeschlossen zu werden, und die daran angepasst ist, das andere Ende der Spiralfeder zu klemmen, und eine Energieeinheit für das Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei zumindest einer aus dem ersten Klemmmechanismus und dem zweiten Klemmmechanismus daran angepasst ist, in einer Axialrichtung der Spiralfeder bewegt zu werden und um eine Achse der Spiralfeder gedreht zu werden jeweils mit Bezug auf den jeweils anderen aus dem ersten Klemmmechanismus und dem zweiten Klemmmechanismus.