DE4330974A1 - Stangenförmiges Bauteil sowie Verfahren und Anordnung zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stangenförmiges Bauteil sowie ein Verfahren und eine Anordnung zu dessen Herstellung.

Bauteile dieser Art vor allem mit hoher Drehsteifigkeit und begrenzter axialer Belastbarkeit werden beispiels­ weise bei Lenkspindeln für Kraftfahrzeuge benötigt, die bei einem Unfall die Möglichkeit haben sollten, in Achs­ richtung auszuweichen, um den Fahrer vor Verletzungen zu schützen. Die bisher bekannten Konstruktionen von Sicherheitslenkspindeln sind technisch aufwendig und teuer.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein drehsteifes stangenförmiges Bauteil zu ent­ wickeln, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Axial­ belastung axial ausweichen oder sich axial verkürzen kann. Eine weitere Aufgabe besteht in der Entwicklung eines Verfahrens und einer Anordnung zur Herstellung derartiger stangenförmiger Bauteile.

Zur Lösung dieser Aufgaben werden die in den Patentan­ sprüchen 1, 9 und 14 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, das stangenförmige Bauteil aus einem metallischen Rohr­ element und einem in das Rohrelement eingreifenden, mit seinem freien Ende axial über das Rohrelement überste­ henden Stabelement herzustellen, wobei gemäß der Erfin­ dung vorgeschlagen wird, daß das Rohrelement mit seinem unter Querschnittsverringerung kaltverformten Rohrman­ tel unter Vorspannung reibschlüssig so gegen die Ober­ fläche des Stabelements anliegt, daß das Rohrelement und das Stabelement bei Überschreiten einer vorgegebe­ nen axialen Verschiebekraft gegeneinander verschiebbar sind.

Unter einem Rohrelement kann erfindungsgemäß ein Rohr oder ein Bauelement mit einem Rohransatz verstanden werden, während das Stabelement ein stangenförmiges oder mit einem stangenförmigen Ansatz versehenes Bau­ element sein kann, das gegebenenfalls auch rohrartig hohl ausgebildet und mit einem beispielsweise als Drei- oder Vierkant ausgebildeten Außenprofil versehen sein kann.

Um die für die Überwindung des Reibschlusses notwendige axiale Verschiebekraft reproduzierbar einstellen zu können und einen Materialschluß zu vermeiden, wird ge­ mäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vor­ geschlagen, daß das Stabelement an seinem in das Innere des Rohrelements eingreifenden Oberflächenbereich eine vorzugsweise festhaftende Gleitschicht trägt, die vor­ teilhafterweise aus einem zähen Kunststoff, vorzugswei­ se auf Polyamid- oder Polyethylenbasis, besteht. Um ei­ nen unerwünschten Abrieb oder ein Abschälen der Gleit­ schicht durch das scharfkantige Ende des Rohrelements zu vermeiden, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Gleitschicht nur auf dem in das Rohrelement eingreifen­ den Abschnitt des Stabelements angeordnet ist und dort im Abstand vom Ende des Rohrelements endet.

Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der stangenförmigen Bauteile aus einem metallischen Rohr­ element und einem in das Rohrelement eingreifenden, mit diesem verbundenen Stabelement wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Stabelement teilweise in das diesem gegenüber zunächst Übermaß aufweisende Innere des Rohrelements eingeführt wird, daß ein vom Stabele­ ment durchgriffener Abschnitt des Rohrelements durch Kaltverformung unter Querschnittsverringerung und Her­ stellung eines Reibschlusses radial gegen die Oberflä­ che des Stabelements umgeformt wird und daß anschließend das Rohrelement und das Stabelement mindestens einmal unter Überwindung des Reibschlusses gegeneinander ver­ schoben und die dabei auftretenden Verschiebekräfte ge­ messen werden. Zweckmäßig wird hierbei das zunächst zy­ lindrische Rohrelement so umgeformt, daß seine Innen­ form mit Übermaß im wesentlichen der vorzugsweise pro­ filierten Außenform des Stabelements entspricht, wäh­ rend anschließend das so vorgeformte Rohrelement bei in das Innere des Rohrelements eingeführtem Stabelement unter Herstellung des Reibschlusses einer weiteren Kaltverformung unterzogen wird. Vorteilhafterweise wird das Rohrelement im Rundknetverfahren oder durch hydrau­ lisches Einziehen umgeformt.

Die stangenförmigen Bauteile werden zweckmäßig nachein­ ander taktweise durch Umformen der Rohrelemente herge­ stellt, wobei zur Einstellung einer hinsichtlich der Verschiebekräfte reproduzierbaren Reibschlußverbindung die Umformparameter der Rohrelemente nach Maßgabe der Abweichung der an einem vorhergehenden Bauteil gemesse­ nen Verschiebekräfte gegenüber einem Sollwert vorzugs­ weise selbsttätig maschinell nachgeführt werden. Als Umformparameter werden dabei vor allem der Durchmesser und/oder die Länge des umgeformten Rohrabschnitts der Rohrelemente eingestellt. Bauteile, deren Verschiebe­ kraft-Meßwerte zu weit vom Sollwert abweichen, werden verworfen.

Bei einer bevorzugten Anordnung zur Herstellung von aus einem Rohrelement und einem in das Rohrelement eingrei­ fenden Stabelement bestehenden stangenförmigen Bautei­ len ist eine Umformtransferstrecke mit folgenden Sta­ tionen vorgesehen:

• - Eine mit den Rohrelementrohlingen beschickbare Um­ formstation zur vorzugsweise innenseitigen Vorprofi­ lierung der Rohrelemente,
• - eine mit den vorprofilierten Rohrelementen und den Stabelementen im bereits zusammengesteckten Zustand oder unter gegenseitigem Zusammenstecken beschickba­ ren Umform- und Fügestation zur radialen Verformung des Rohrelements mit einstellbaren Umformparametern unter Herstellung einer vorgespannten Reibschlußver­ bindung zwischen Rohrelement und Stabelement,
• - eine mit den so gebildeten Verbundteilen beschickbare Meßstation zum gegenseitigen axialen Verschieben des Rohrelements und des Stabelements unter Messung der dabei auftretenden Verschiebekräfte
• - und gegebenenfalls einen Regler zur Einstellung der Umformparameter der Umform- und Fügestation nach Maß­ gabe der Abweichung der in der Meßstation gemessenen Verschiebekräfte von einem vorgegebenen Sollwert.

Die Umformstation und die Umform- und Fügestation wei­ sen vorteilhafterweise je ein Rundknetaggregat oder ein hydraulisches Einziehaggregat auf, an denen vorteilhaf­ terweise der Durchmesser und/oder die Länge des umzu­ formenden Rohrabschnitts als Umformparameter einstell­ bar sind.

Die erfindungsgemäßen stangenförmigen Bauteile werden bevorzugt zur Herstellung von Sicherheitslenkspindeln für Kraftfahrzeuge eingesetzt, wobei die Verschiebe­ kräfte zur Überwindung des Reibschlusses zwischen Rohr­ element und Stabelement über die Umformparameter auf 400 bis 2500 N eingestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein stangenförmiges zweiteiliges Bauteil in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Bauteils nach Fig. 1 mit längsgeschnittenem Rohrelement;

Fig. 3 eine Umformtransferstrecke zur Herstellung der stangenförmigen Bauelemente nach Fig. 1 und 2.

Die in der Zeichnung dargestellten stangenförmigen Bau­ teile 10 bestehen aus einem Rohrelement 12 und einem in das Innere 14 des Rohrelements 12 eingreifenden, mit seinem freien Ende 16 über das Rohrelement axial über­ stehenden, ein Vierkantprofil aufweisenden Stabelement 18. Das Rohrelement 12 und das Stabelement 18 bestehen aus einem verformbaren Metall, vorzugsweise aus schmie­ defähigem Stahl, wobei das Stabelement auf seinem in das Innere 14 des Rohrelements 12 eingreifenden Ober­ flächenbereich eine festhaftende Gleitschicht 20 vor­ zugsweise aus zähem Kunststoff trägt. Die Gleitschicht 20 endet dabei im Inneren 14 des Rohrelements im Ab­ stand a vom freien Ende 23 des verformten Rohrabschnitts 22, so daß ein ungewolltes Abschälen der Gleitschicht 20 durch das scharfkantige Ende 23 des Rohrabschnitts 22 vermieden wird. Das Rohrelement 12 weist an seinem einen Ende einen durch Querschnittsverringerung pla­ stisch verformten Rohrabschnitt 22 auf und liegt dort unter Vorspannung reibschlüssig so gegen die Oberfläche des Stabelements 18 an, daß das Rohrelement 12 und das Stabelement 18 bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Verschiebekraft gegeneinander verschiebbar sind.

Die stangenförmigen Bauteile 10 sind vorzugsweise für Sicherheitslenkspindeln in Kraftfahrzeugen bestimmt.

Die Herstellung der stangenförmigen Verbundbauteile er­ folgt vorteilhafterweise in einer Umformtransferstrecke, wie sie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Die zy­ lindrischen Rohrelement-Rohlinge 12′ werden dort aus einem Rohrmagazin 24 auf einem Förderband 26 zu einer ersten Umformstation 28 transportiert, in der sie von einem Vorschubaggregat 30 erfaßt und im Bereich des Rohrabschnitts 22 vorprofiliert werden. Die Umformsta­ tion 28 weist dazu zweckmäßig ein Rundknetaggregat oder ein hydraulisches Einzugaggregat auf.

Das vorprofilierte Rohrelement 12 gelangt anschließend über die Förderstrecke 26 und das Vorschubaggregat 32 zu der Umform- und Fügestation 34, der zusätzlich ein Stabelement 18 aus dem Stabmagazin 36 über die Stabla­ deeinrichtung 38 zugeführt wird. Das Rohrelement 12 wird dort bei eingestecktem Stabelement 18 einer weite­ ren radialen Kaltverformung unter Herstellung einer vorgespannten Reibschlußverbindung zwischen Rohrelement 12 und Stabelement 18 unterzogen.

Das auf diese Weise gebildete Verbund-Bauteil gelangt über die Förderstrecke 26 und das Vorschubaggregat 40 zu der Meßstation 42, in der das Rohrelement 12 und das Stabelement 18 axial bis zur Überwindung des Reibschlus­ ses gegeneinander verschoben und dabei die auftretenden Verschiebekräfte gemessen werden. Zur Einstellung eines definierten Reibschlusses werden über einen Regler 44 nach Maßgabe der Abweichung der in der Meßstation ge­ messenen Verschiebekräfte von einem vorgegebenen Soll­ wert die Umformparameter der Umform- und Fügestation 34 nachgeführt. Als Umformparameter kommen beispielsweise der Durchmesser und/oder die Länge des umzuformenden Rohrabschnitts 22 in Betracht.

Am Ende der Förderstrecke 26 wird das fertige Bauteil entweder an eine nachfolgende Fertigungsstation überge­ ben oder als fehlerhaft verworfen.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung bezieht sich auf ein stangenförmiges Bauteil 10, bestehend aus einem metallischen Rohrelement 12 und ei­ nem in das Innere 14 des Rohrelements 12 eingreifenden, mit seinem freien Ende 16 axial über das Rohrelement 12 überstehenden Stabelement 18. Um beim Auftreten einer übermäßigen Axialbelastung axial ausweichen zu können, liegt das Rohrelement 12 mit einem unter Querschnitts­ verringerung kaltverformten Rohrabschnitt reibschlüs­ sig so gegen die Oberfläche des Stabelements an, daß das Rohrelement 12 und das Stabelement 18 bei Überschrei­ ten einer vorgegebenen axialen Verschiebekraft gegen­ einander verschiebbar sind.

Claims (18)

1. Stangenförmiges Bauteil, bestehend aus einem metal­ lischen Rohrelement (12) und einem in das Innere (14) des Rohrelements (12) eingreifenden, mit sei­ nem freien Ende (16) axial über das Rohrelement (12) überstehenden Stabelement (18), wobei das Rohr­ element (12) mit einem unter Querschnittsverringe­ rung kaltverformten Rohrabschnitt (22) reibschlüs­ sig so gegen die Oberfläche des Stabelements (18) anliegt, daß das Rohrelement (12) und das Stabele­ ment (18) bei Überschreiten einer vorgegebenen axia­ len Verschiebekraft gegeneinander verschiebbar sind.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (12) ein Rohr oder ein mit ei­ nem Rohransatz versehenes Bauelement ist.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stabelement (18) ein gegebenen­ falls hohles stangenförmiges oder mit einem stan­ genförmigen Ansatz versehenes Bauelement ist.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabelement (18) eine vor­ zugsweise als Drei- oder Vierkant ausgebildete pro­ filierte Oberfläche aufweist.

5. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stabelement (18) an seinem in das In­ nere (14) des Rohrelements (12) eingreifenden Ober­ flächenbereich eine vorzugsweise festhaftende Gleit­ schicht (20) trägt.

6. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (20) aus einem zähen Kunst­ stoff, vorzugsweise Polyamid- oder Polyethylenba­ sis, besteht.

7. Bauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleitschicht (20) nur auf dem in das Innere (14) des Rohrelements (12) eingreifenden Abschnitt des Stabelements (18) angeordnet ist.

8. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (20) auf dem betreffenden Stab­ abschnitt im Abstand (a) vom Ende (23) des Rohrele­ ments (18) endet.

9. Verfahren zur Herstellung stangenförmiger Bauteile aus einem metallischen Rohrelement und einem in das Rohrelement eingreifenden, mit diesem verbundenen Stabelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Stab­ element (18) teilweise in das diesem gegenüber zu­ nächst Übermaß aufweisende Innere (14) des Rohrele­ ments (12) eingeführt wird, daß ein vom Stabelement (18) durchgriffener Abschnitt (22) des Rohrelements (12) durch Kaltverformung unter Querschnittsver­ ringerung und Herstellung eines Reibschlusses ra­ dial gegen die Oberfläche des Stabelements (18) umgeformt wird und daß anschließend das Rohrelement (12) und das Stabelement (18) mindestens einmal un­ ter Überwindung des Reibschlusses gegeneinander verschoben und die dabei auftretenden Verschiebe­ kräfte gemessen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst zylindrische Rohrelement (12′) so umgeformt wird, daß seine Innenform mit Übermaß im wesentlichen der vorzugsweise profilierten Außen­ form des Stabelements (18) entspricht, und daß das so vorgeformte Rohrelement (12) bei in das Innere (14) des Rohrelements eingeführtem Stabelement (18) unter Herstellung des Reibschlusses einer weiteren Kaltverformung unterzogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohrelement (12) im Rundknetver­ fahren oder durch hydraulisches Einziehen umgeformt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die stangenförmigen Bau­ teile (10) nacheinander taktweise durch Umformen der Rohrelemente (12) hergestellt werden und daß die Umformparameter der Rohrelemente (12) nach Maß­ gabe der Abweichung der an einem vorhergehenden Bauteil (10) gemessenen Verschiebekräfte gegenüber einem Sollwert vorzugsweise selbsttätig maschinell nachgeführt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Umformparameter der Durchmesser und/oder die Länge des umgeformten Rohrabschnitts (22) der Rohrelemente (12) eingestellt werden.

14. Anordnung zur Herstellung von aus einem Rohrelement (12) und einem in das Rohrelement eingreifenden Stabelement (18) bestehenden stangenförmigen Bau­ teilen (10), gekennzeichnet durch eine Umformtrans­ ferstrecke (26) mit einer mit Rohrelement-Rohlingen (12′) beschickbaren Umformstation (28) zur vorzugs­ weise innenseitigen Vorprofilierung der Rohrelemen­ te (12), mit einer mit den vorprofilierten Rohrele­ menten (12) und den Stabelementen (18) in bereits zusammengestecktem Zustand oder unter gegenseitigem Zusammenstecken beschickbaren Uniform- und Fügesta­ tion (34) zur radialen Kaltverformung des Rohrele­ ments (12) mit einstellbaren Umformparametern unter Herstellung einer vorgespannten Reibschlußverbin­ dung zwischen Rohrelement (12) und Stabelement (18) und mit einer mit den so gebildeten Verbundteilen (10) beschickbaren Meßstation (42) zum gegenseiti­ gen axialen Verschieben des Rohrelements (12) und des Stabelements (18) unter Messung der dabei auf­ tretenden Verschiebekräfte.

15. Anordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Regler (44) zur Einstellung der Umformparame­ ter der Umform- und Fügestation (34) nach Maßgabe der Abweichung der in der Meßstation (42) gemesse­ nen Verschiebekräfte von einem vorgegebenen Soll­ wert.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umformstation (28) und die Um­ form- und Fügestation (34) ein Rundknetaggregat oder ein hydraulisches Einziehaggregat aufweisen.

17. Verwendung der stangenförmigen Bauteile nach den Ansprüchen 1 bis 8 des Verfahrens nach den Ansprü­ chen 9 bis 13 und der Anordnung nach den Ansprüchen 14 bis 16 zur Herstellung von Sicherheitslenkspin­ deln für Kraftfahrzeuge.

18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verschiebekräfte zur Überwindung des Reibschlusses zwischen Rohrelement und Stabelement über die Umformparameter auf 400 bis 2500 N einge­ stellt werden.