EP3158216A1 - Abrollkolben für eine luftfeder - Google Patents

Abrollkolben für eine luftfeder

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Publication number
EP3158216A1
EP3158216A1 EP15731888.2A EP15731888A EP3158216A1 EP 3158216 A1 EP3158216 A1 EP 3158216A1 EP 15731888 A EP15731888 A EP 15731888A EP 3158216 A1 EP3158216 A1 EP 3158216A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling piston
cup
shaped
air spring
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15731888.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
August WONISCH
Boris RECEK
Peter MERLINI
Zdravko BRATUSA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Radkersburger Metallwarenfabrik GmbH
Original Assignee
Radkersburger Metallwarenfabrik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Radkersburger Metallwarenfabrik GmbH filed Critical Radkersburger Metallwarenfabrik GmbH
Publication of EP3158216A1 publication Critical patent/EP3158216A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/04—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall
    • F16F9/05—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall the flexible wall being of the rolling diaphragm type
    • F16F9/057—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall the flexible wall being of the rolling diaphragm type characterised by the piston
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/28—Deep-drawing of cylindrical articles using consecutive dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
    • F16F2226/04—Assembly or fixing methods; methods to form or fashion parts
    • F16F2226/047—Sheet-metal stamping

Definitions

  • Uncoil can be used for an air spring
  • the invention relates to a method for producing a rolling piston for an air spring, a rolling piston for an air spring, an air spring and a device for producing a rolling piston for an air spring.
  • DE 10018238 discloses a rolling piston for air spring systems, wherein the rolling piston is designed in the manner of a tube and consists of aluminum.
  • the rolling piston is in this case a longitudinally welded pipe, which consists of an aluminum alloy, wherein the tube without filler metals
  • Air spring provide, even in long-term operation and under rough
  • a method of manufacturing a rolling piston for an air spring wherein in the method a plate-shaped blank is provided and the blank is provided for forming a longitudinally weld-free three-dimensional
  • a rolling piston for an air spring having a three-dimensionally shaped longitudinally weld-free body having a cavity
  • Air spring has a rolling piston with the features described above and an air bellows mounted on the rolling piston.
  • the invention is an apparatus for producing a rolling piston for a
  • Air spring provided, wherein the device comprises a feed device for feeding a plate-shaped blank and a forming device for multiple forming the plate-shaped blank to form a
  • a rolling piston for an air spring is produced starting from a plate-shaped blank, a so-called board, which is available at low cost.
  • the complete rolling piston can then be produced without the need for forming a longitudinal weld seam for this purpose.
  • conventional rolling piston for air springs in which the formation of longitudinal welds as
  • inventive rolling piston even in long-term operation consistently high quality and reliability.
  • a longitudinal weld is understood to mean a seam formed by welding, which runs along or substantially along a longitudinal axis (in particular a rotation axis) of a hollow body which forms the rolling piston.
  • a longitudinal axis in particular a rotation axis
  • an air bellows can be circumferentially attached during normal operation of the associated air spring.
  • the entire rolling piston can be formed without welding seams. According to such
  • the rolling piston can get along completely without welds, ie. apart from the freedom of longitudinal welds also be free of ring welds or other welds. Then the rolling piston is particularly good against unwanted corrosion or
  • plate-shaped (in particular flat) blank (especially flat) aluminum disc can be used. This can be for example from a
  • Aluminum coil to be punched out For example, as a plate-shaped blank, a metal disc having a thickness in a range between 1 mm and 3 mm, in particular, with a thickness of 2 mm may be used.
  • Ronde in particular a einstoffig trained Ronde be used.
  • a Ronde can be understood a round plate-shaped blank, the shape of which is particularly well suited to a Hollow body, in particular a rotationally symmetrical body with circular cross-sections, form.
  • Such a Ronde like any other plate-shaped blank, are punched out of a coil and thus be produced inexpensively and by simple means.
  • Such deep drawing can in particular a
  • the metallic blank (which may be a blank, foil, plate, board or board) in a one-sided open hollow body with no or substantially no intentional change in wall thickness. Even in the first deep-drawing process, the formed blank receives the basic shape of the rolling piston as a rotating body.
  • the method may further comprise at least one second deep-drawing process in a press, wherein in the at least one further deep-drawing process, the cup-shaped structure is partially converted into different outer diameters.
  • Such further deep-drawing (which may have one or more deep-drawing stages, for example three further deep-drawing stages) designates a tensile pressure forming of the previously formed, preferred one-sided open hollow body into one of further reduced cross-section, again without or in
  • cup-shaped structure can be drawn clearly, whereby by means of repeated
  • Forming further shape features are created in the structure.
  • Thermoforming processes can be carried out in a press. For example, deep drawing can be done per stroke.
  • the reshaped cup-shaped structure may be heated and followed Be subjected to cooling sequence to refresh the stretchability of the already repeatedly deep drawn material.
  • the reshaped cup-shaped structure may be heated and followed Be subjected to cooling sequence to refresh the stretchability of the already repeatedly deep drawn material.
  • Formability of aluminum can be made use of. After a few
  • the material of the structure can be made supple, stretchable or Tiefziehschreib again.
  • the heating may, for example, to a temperature in a range between 100 ° C and 400 ° C, in particular in a range between 250 ° C and 350 ° C.
  • Heating and cooling cycle are subjected to the deformed structure of at least a third deep drawing process to form therein at least one further portion with locally changed outer diameter.
  • the structure which has already been repeatedly deep-drawn, may be subjected to a further deep-drawing process in order to form further shape features in the structure.
  • thermoforming processes can according to an embodiment with a widening and a
  • Beading process can be combined.
  • a rolling piston can be produced.
  • Through hole are cut off. After a desired number of thermoforming processes have taken place, optionally interrupted by one or more annealing cycles, the still closed bottom of the reshaped structure can be cut off to open both sides
  • an end portion of the reshaped cup-shaped structure may be locally expanded to include a receiving cavity for receiving a sealing ring or the like
  • a portion of the reshaped structure may be prepared to subsequently attach a seal, for example of plastic.
  • the individual forming stages of the manufacturing process can be selected from deep drawing stages, expansion stages and bead forming stages. This can be a rolling piston
  • the deformed structure along a portion of its longitudinal extent one
  • Rotational pressing process are subjected to locally reshape the structure in a single clamping and remove material on the outside.
  • turning and pressing in a common clamping of the Workpiece for example, after performing some or all
  • the turning and pressing described preferably takes place only insofar simultaneously (or quasi simultaneously) or in a common process, as it takes place in a common tool clamping. However, it is preferably always at any time only a tool (turning or spinning tool) with the workpiece in contact. Preferably, heating takes place only during the pressing, not during the rotation.
  • the Drehdrückprozedur be performed by means of a lathe, in particular under heating of the spin-pressed portion of the structure.
  • the device for producing the rolling piston can be equipped with a heating device
  • Tool clamping for pressing and turning with heating by means of the heating device locally deform the structure by pressing and remove material from the structure while maintaining the common tool clamping by means of rotation.
  • This heating can take place by means of a heating device which locally heats the section of the structure to be processed and thereby makes it capable of being pressed. It is preferably only one each
  • the lathe can be located in a production line downstream of the
  • Forming device may be arranged.
  • the device for producing rolling-off pistons may alternatively or additionally comprise additional devices in order to implement the individual method steps described in this application.
  • a clamping contour (to which an air bellows of the air spring can be clamped) and / or a rolling contour (on which an air bellows of the air spring can roll) of the rolling piston are formed.
  • a clamping contour of the rolling piston to be produced can be effectively processed by means of rotary pressing in such a way that a type of thread is formed, at which jamming of the pneumatic bellows is effectively possible.
  • the execution of the described rotation pressing procedure can be carried out, for example, after completion of all deep drawing stages.
  • the reshaped cup-shaped structure while heating the same one
  • a different wall thickness of the fabricated structure can be adjusted.
  • connection sleeve can be welded to a lateral surface of the reshaped structure.
  • Such connection sleeves can serve for example for connecting valves.
  • the formation of a connection sleeve does not lead to the formation of a particularly susceptible longitudinal weld seam, but at most sections to the formation of annular seams with a relatively small diameter.
  • the rolling piston may comprise or consist of aluminum.
  • Aluminum is for all the processes described above, ie. especially for repeated deep drawing
  • Aluminum blanks can be punched out of coils at a reasonable cost and, thanks to their low weight, are also ideal for the automotive industry.
  • the air spring may further comprise an outer guide which at least partially encloses the rolling piston, wherein the outer guide longitudinally free of welds, in particular completely free of welds, may be formed. If not only the
  • FIGS. 1 to 8 are cross-sectional views of different three-dimensional structures obtained from a plate-shaped blank during a method of manufacturing a rolling piston for an air spring by forming according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 8A shows a cross-sectional view of a rolling piston for a
  • Air spring according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 9 shows an apparatus for carrying out a method of manufacturing a rolling piston for an air spring by means of reshaping from a plate-shaped blank according to an exemplary Embodiment of the invention, wherein by means of this device, the three-dimensional structures shown in Figure 1 to Figure 8 and the rolling piston shown in Figure 8A can be formed.
  • FIGS. 10 to 17 are cross-sectional views of different three-dimensional structures obtained from a plate-shaped blank during a method of manufacturing a rolling piston for an air spring by forming according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 18 shows another apparatus for carrying out a method for producing a rolling piston for an air spring by means of reshaping from a plate-shaped blank according to an exemplary embodiment of the invention, wherein the device can be used to form the three-dimensional structures shown in FIGS. 10 to 17.
  • FIGS. 19 to 42 show different structures used during a process for producing a rolling piston for a
  • Air spring according to yet another exemplary embodiment of the invention can be obtained.
  • FIG. 43 shows a flowchart according to a method for manufacturing a rolling piston for an air spring according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Air spring systems according to exemplary embodiments can be used in particular in the automotive sector, for example for suspension in passenger cars.
  • pressurized air is used as the spring element.
  • a component of such air spring systems can be used in particular in the automotive sector, for example for suspension in passenger cars.
  • pressurized air is used as the spring element.
  • Air spring system is the rolling piston, on the outer surface of an air bellows (for example made of rubber) unrolls when the air spring system is stressed and performs a spring action.
  • an air spring system of the rolling piston serves as a connecting part to an axis, on the other he ensures the sealing of the attached air bellows and together with a lid for guiding it during compression.
  • a rolling piston according to an exemplary embodiment is a rotationally symmetrical component, in particular
  • the piston geometry is produced by deep drawing.
  • the technical advantage of such a rolling piston for an air spring is the
  • FIG. 1 to 8 show cross-sectional views of different three-dimensional structures 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, starting from a round plate-shaped blank 950 (Ronde) during a process for producing a rolling piston for an air spring by means of forming can be obtained according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows an associated device 900 for
  • the device 900 has seven forming stages 901 to 907, each of which is formed by means of deep drawing for forming a respective starting structure.
  • a movable feed device 908 is indicated schematically in FIG. 9, by means of which a blank can be fed to the forming stages 901 to 907 as a plate-shaped blank 950.
  • Between the fifth forming stage 905 and the sixth forming stage 906 is a
  • Cutting device 909 provided for cutting a bottom of a previously formed cup-shaped structure 500. Between individual forming stages 901 to 907, although not shown in FIG. 9, the formed structure 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 may need one
  • Heating and cooling procedure to make the material of the blank made of aluminum again deep-drawable.
  • Forming the plate-shaped blank 950 in the first forming stage 901 is obtained.
  • FIG. 2 shows a further shaped cup-shaped structure 200, which by means of forming the cup-shaped structure 100 in the second Forming stage 902 is obtained. This reshaping increases the axial length of the cup-shaped structure 200 relative to the cup-shaped structure 100.
  • FIG. 3 shows a further shaped cup-shaped structure 300, which is obtained by means of forming the cup-shaped structure 200 in the third forming stage 903. This reshaping produces differently dilated local portions in the cup-shaped structure 300.
  • FIG. 4 shows a further shaped cup-shaped structure 400, which is obtained by means of forming the cup-shaped structure 300 in the fourth forming stage 904. This reshaping produces a further differently dilated local portion in the cup-shaped structure 400.
  • FIG. 5 shows a further reshaped cup-shaped structure 500, which is obtained by means of reshaping the cup-shaped structure 400 in the fifth forming stage 905. This reshaping straightens the topmost locally expanded section.
  • FIG. 6 shows a hollow body structure 600 which is open on both sides, in which the bottom has been cut off in relation to the cup-shaped structure 500.
  • FIG. 7 shows a further formed hollow body structure 700, which is obtained by means of forming the hollow body structure 600 in the sixth forming stage 906.
  • FIG. 8 shows a further formed hollow body structure 800, which is obtained by means of forming the hollow body structure 700 in the seventh forming stage 907.
  • Figure 8A shows a cross-sectional view of a rolling piston 850 for a
  • Air spring according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a section 860 can be subjected to a rotary pressing process, in which the lathe on a lathe
  • Section 860 is machined so that in a common setting a kind of thread 862 by means of turning and a recess 864 by means of pressing is produced .
  • heating for example, by a
  • the depression 864 is generated under the influence of heat, after which it is rotated without the influence of heat.
  • the section 860 can then act as a clamping contour of the rolling piston 850, on which a not shown
  • Rubber bellows can be trapped.
  • an upper end portion of the rolling piston 850 may further be a support ring 870 made of steel and / or plastic used.
  • post-processing can likewise be carried out by means of rotation pressing. in the
  • the rolling piston 850 has no weld, in particular no longitudinal weld, since he exclusively by means of forming process and a material-removing
  • Figures 10 to 17 are cross-sectional views of different three-dimensional structures 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700 starting from a plate-like blank 950 during a process of making a rolling piston for an air spring by forming according to another example Embodiment of the invention can be obtained.
  • FIG. 18 shows an associated other device 900 for
  • the production method according to FIG. 10 to FIG. 18 differs from the production method according to FIG. 1 to FIG. 9 characterized in that the cutting of the bottom of the cup-shaped structure 1500 for forming a hollow body structure 1600 takes place after six forming stages instead of, as shown in Figure 1 to Figure 9, after five forming stages.
  • the structures produced according to FIG. 1 to FIG. 9 differ from those according to FIG. 10 to FIG. 18
  • Figures 19 through 42 show different structures obtained while performing a method of manufacturing a roll-off piston 850 for an air spring according to yet another exemplary embodiment of the invention.
  • an outer tube 2400 is formed, wherein Figure 25 is a connection between the outer tube 2400 and a
  • Inner tube 2500 shows.
  • FIGS. 19 to 23 show spatial views of structures 1900
  • a cup-shaped structure 1900 according to FIG. 19 is obtained by deep-drawing the plate-shaped blank 950.
  • a cup-shaped structure 2000 according to FIG. 20 is obtained starting from the cup-shaped structure 1900 by means of further deep-drawing.
  • the cup-shaped structure 2000 is subjected to lateral surface processing, and an opening 2110 is formed in the bottom of the cup.
  • the hollow body 2100 is machined such that the size of the opening 2110 is widened.
  • the hollow body 2300 according to FIG. 23 the hollow body 2200 becomes a further one
  • FIG. 25 shows a connection between the outer tube 2400 and the inner tube 2500 in the region of the clamping contour 862.
  • an air bellows (not shown) can be clamped to the clamping contour 862.
  • an inner tube 3300 is formed.
  • FIG. 26 shows a cup-shaped structure 2600 which is obtained by deep drawing from a plate-shaped blank 850.
  • a cup-shaped structure 2700 is shown, which is obtained by further deep-drawing from the cup-shaped structure 2600.
  • Fig. 28 a cup-shaped structure 2600 which is obtained by deep drawing from a plate-shaped blank 850.
  • FIG. 29 shows a cup-shaped structure 2900 which is obtained from the cup-shaped structure 2800 by means of further deep-drawing.
  • 2800, 2900 local sections are formed in the respective cup-shaped structure
  • FIG. 30 shows a cup-shaped structure 3000 which can be obtained from the cup-shaped structure 2900 by means of further processing.
  • the cup-shaped structure 3000 is widened (for example by means of
  • Piston section 3800 formed.
  • a plate-shaped blank 950 is subjected to a deep-drawing procedure.
  • cup-shaped structure 3400 in turn treated by deep drawing and under Formation of a through hole 3510 trimmed on top.
  • a further deep-drawing procedure is carried out.
  • a further deep-drawing procedure is carried out.
  • a further deep drawing procedure is carried out starting from the hollow body 3700 and a side hole 3810 is formed.
  • FIG. 39 shows a sleeve 3900 which can be used as a valve connection and thus can likewise be used to form the rolling piston 850.
  • FIG. 40, FIG. 41 and FIG. 42 show different views of a longitudinally welded seam-free rolling piston 850 which consists of the outer tube 2400, the inner tube 3300, the lower piston section 3800 and sleeves 3900
  • Inner tube 3300 the outer tube 2400 shown in Figure 24 (for example, thermally) compressed. Thereafter, the inner tube 3300 is welded to the outer tube 2400 at a weld 4100.
  • welding 4110 welded.
  • the lower piston section 3800 is welded to the inner tube 3300 at a weld 4120.
  • the sleeves 3900 as valve connections are then pressed in and welded to a weld 4130.
  • the rolling piston 850 according to an exemplary
  • FIG. 43 shows a flowchart 4300 according to a method for producing a rolling piston 850 for an air spring according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a blank is punched out as a plate-shaped blank 950 for producing the rolling piston 850 from an aluminum coil.
  • the blank is then subjected to three successive deep-drawing processes, whereby a three-fold forming into a cup-shaped structure with various three-dimensional shape features.
  • the re-shaped cup-shaped structure is annealed for heating to 300 ° C and subsequent cooling to the initial temperature to rejuvenate the stretchability of the already three times deep drawn aluminum material of the formed blank. This makes the material re-stretchable or deep-drawable without running the risk of the aluminum material jumping.
  • the reshaped cup-shaped structure is subjected to another deep-drawing stage to provide further three-dimensional shape characteristics by material rearrangement.
  • Thermoforming stage again annealed the aluminum material of the reshaped cup-shaped structure as described with reference to block 4306.
  • the multi-shaped cup-shaped structure is flipped over and cut from its bottom freed. As a result, a rotationally symmetrical hollow body open on both sides is formed.
  • a bead (overhang) is then hammered into these rotationally symmetrical hollow bodies open on both sides.
  • the rotationally symmetrical hollow body open on both sides can subsequently be optionally trimmed in a peripheral machine in order to cut off any corners or overhangs of material caused by the deep drawing.
  • a clamping contour 862 can be clearly formed in the form of an external thread.
  • a rolling contour 880 of the rolling piston 850 to be produced can thereby also be formed.
  • a combined turning and pressing can take place in only one clamping on a lathe, so that at the same time a removal of material for forming the clamping contour 862 and / or the rolling contour 880 can take place by turning and forming by pressing with the turning tool.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder, wobei bei dem Verfahren ein plattenförmiger Rohling bereitgestellt wird und der Rohling zum Bilden eines längsschweißnahtfreien dreidimensionalen Abrollkolbens mit einem von diesem begrenzten Hohlraum umgeformt wird.

Description

Abro l l ko l ben fü r ei ne Luftfeder
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder, einen Abrollkolben für eine Luftfeder, eine Luftfeder und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder.
DE 10018238 offenbart einen Abrollkolben für Luftfedersysteme, wobei der Abrollkolben nach Art eines Rohres ausgebildet ist und aus Aluminium besteht. Der Abrollkolben ist hierbei ein längsnahtgeschweisstes Rohr, welches aus einer Aluminiumlegierung besteht, wobei das Rohr ohne Zusatzwerkstoffe
längsnahtgeschweißt ist.
Unter ungünstigen Umständen kann es bei herkömmlichen Abrollkolben für Luftfedern zu Qualitätsproblemen kommen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abrollkolben für eine
Luftfeder bereitzustellen, der auch im Langzeitbetrieb und unter rauen
Bedingungen gleichbleibend hohe Qualität bietet und mit vertretbarem Aufwand fertigbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder geschaffen, wobei bei dem Verfahren ein plattenförmiger Rohlings bereitgestellt wird und der Rohling zum Bilden eines längsschweißnahtfreien dreidimensionalen
Abrollkolbens mit einem von diesem begrenzten Hohlraum umgeformt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Abrollkolben für eine Luftfeder geschaffen, der einen dreidimensional geformten längsschweißnahtfreien Körper aufweist, der einen Hohlraum
einschließt. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die
Luftfeder einen Abrollkolben mit den oben beschriebenen Merkmalen und einen an dem Abrollkolben montierten Luftbalg aufweist.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine
Luftfeder geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines plattenförmigen Rohlings und eine Umformeinrichtung zum mehrfachen Umformen des plattenförmigen Rohlings zum Bilden eines
längsschweißnahtfreien dreidimensionalen Abrollkolbens mit einem von diesem begrenzten Hohlraum aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Abrollkolben für eine Luftfeder ausgehend von einem plattenförmigen Rohling, einer so genannten Platine, gefertigt, der kostengünstig verfügbar ist. Mittels bloßen mehrstufigen Umformens des plattenförmigen Rohlings kann dann der komplette Abrollkolben hergestellt werden, ohne dass es hierfür des Ausbildens einer Längsschweißnaht bedarf. Im Unterschied zu herkömmlichen Abrollkolben für Luftfedern, bei denen das Ausbilden von Längsschweißnähten als
unentbehrlich angesehen wurde, kommt ein erfindungsgemäßer Abrollkolben ohne Längsschweißnähte aus. Dadurch sind potentielle Undichtigkeiten an einer solchen Längsschweißnaht, die stets eine mechanische Schwachstelle darstellt, erfindungsgemäß vermieden, so dass auch unter rauen und zum Beispiel rostanfälligen Betriebsbedingungen, wie in einem Automobil, ein
erfindungsgemäßer Abrollkolben auch im Langzeitbetrieb gleichbleibend hohe Qualität und Betriebssicherheit bietet. Durch das Ausbilden des Abrollkolbens aus einem plattenförmigen Rohling und durch den bloßen Einsatz umformtechnischer Maßnahmen ist auch der Aufwand zum Herstellen des Abrollkolbens und einer zugehörigen Luftfeder gering .
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einer Längsschweißnaht eine mittels Schweißens gebildete Naht verstanden, die entlang oder im Wesentlichen entlang einer Längsachse (insbesondere einer Rotationsachse) eines Hohlkörpers verläuft, der den Abrollkolben bildet. Um diese Längsachse herum kann im bestimmungsgemäßen Betrieb der zugehörigen Luftfeder ein Luftbalg umfänglich angebracht werden .
Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele des Verfahrens, des Abrollkolbens, der Luftfeder und der Herstellungsvorrichtung beschrieben .
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der gesamte Abrollkolben schweißnahtfrei ausgebildet sein . Gemäß einem solchen
Ausführungsbeispiel kann der Abrollkolben vollkommen ohne Schweißnähte auskommen, d .h . abgesehen von der Freiheit von Längsverschweißungen auch frei von Ringverschweißungen oder sonstigen Verschweißungen sein . Dann ist der Abrollkolben besonders gut vor unerwünschten Korrosionen oder
Undichtigkeiten, wie sie an einer Schweißnaht auftreten können, geschützt. Es ist allerdings auch bei einem schweißnahtfreien Abrollkolben möglich, optional einen Schmutzschutzring anzuschweißen (zum Beispiel mittels Punktschweißens, beispielsweise an vier Stellen) . Ein solcher extern angebrachter
Schmutzschutzring beeinträchtigt allerdings in keiner Weise die Dichtigkeit des längsschweißnahtfreien Abrollkolbens.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann als
plattenförmiger (insbesondere ebener) Rohling eine (insbesondere flache) Aluminiumscheibe verwendet werden . Diese kann zum Beispiel aus einem
Aluminium-Coil ausgestanzt werden . Zum Beispiel kann als plattenförmiger Rohling eine Metallscheibe mit eine Dicke in einem Bereich zwischen 1 mm und 3 mm verwendet werden, insbesondere mit einer Dicke von 2 mm .
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann als
plattenförmiger Rohling eine Ronde, insbesondere eine einstoffig ausgebildete Ronde, eingesetzt werden . Unter einer Ronde kann ein runder plattenförmiger Rohling verstanden werden, dessen Form sich besonders gut dafür eignet, einen Hohlkörper, insbesondere einen rotationssymmetrischen Körper mit kreisförmigen Querschnitten, auszubilden. Eine solche Ronde kann, wie auch ein sonstiger plattenförmiger Rohling, aus einem Coil ausgestanzt werden und somit kostengünstig und mit einfachen Mitteln hergestellt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann in einem ersten
Tiefziehprozess in einer Presse der plattenförmige Rohling becherförmig
umgeformt werden. Ein solches Tiefziehen kann insbesondere ein
Zugdruckumformen des metallischen Rohlings (der eine Ronde, Folie, Platte, Tafel oder Platine sein kann) in einen einseitig offenen Hohlkörper ohne oder im Wesentlichen ohne gewollte Veränderung der Wanddicke bezeichnen. Schon in dem ersten Tiefziehprozess erhält der umgeformte Rohling die grundlegende Gestalt des Abrollkolbens als Rotationskörper.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ferner mindestens einen zweiten Tiefziehprozess in einer Presse aufweisen, wobei in dem mindestens einen weiteren Tiefziehprozess die becherförmige Struktur abschnittsweise in unterschiedliche Außendurchmesser umgeformt wird. Ein solches weiteres Tiefziehen (das eine oder mehrere Tiefziehstufen, zum Beispiel drei weitere Tiefziehstufen, aufweisen kann) bezeichnet ein Zugdruckumformen des zuvor gebildeten, vorgezogenen einseitig offenen Hohlkörpers in einen solchen mit weiter verringertem Querschnitt, wiederum ohne oder im
Wesentlichen ohne gewollte Veränderung der Wanddicke. Anders ausgedrückt kann mit dem mindestens einen weiteren Tiefziehprozess die becherförmige Struktur anschaulich langgezogen werden, wodurch mittels wiederholten
Umformens weitere Formmerkmale in der Struktur erzeugt werden.
Alle im Rahmen des Herstellungsprozesses durchgeführten
Tiefziehprozesse können in einer Presse durchgeführt werden. Zum Beispiel kann pro Hub ein Tiefzug erfolgen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann nach dem ersten Tiefziehprozess und nach dem mindestens einen zweiten Tiefziehprozess die umgeformte becherförmige Struktur einer Erwärmungs- und nachfolgenden Abkühlungssequenz unterworfen werden, um die Streckfähigkeit des bereits mehrfach tiefgezogenen Materials aufzufrischen . Insbesondere bei Verwendung von Aluminium als Material des Rohlings kann von der vorteilhaft guten
Umformbarkeit von Aluminium Gebrauch gemacht werden . Nach einigen
Umformprozessen allerdings lässt die Umformbarkeit des Aluminiums merklich nach, und ein weiteres Umformen birgt die Gefahr, dass das umgeformte
Material zu Springen, Brechen oder sonstigen Deformationen neigt. Durch einen thermisch induzierten Ausheilvorgang kann das Material der Struktur wieder geschmeidig, streckfähig bzw. tiefziehfähig gemacht werden . Die Erwärmung kann zum Beispiel auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 100 °C und 400 °C, insbesondere auf einem Bereich zwischen 250 °C und 350 °C erfolgen .
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann nach dem
Erwärmungs- und Abkühlungszyklus die umgeformte Struktur mindestens einem dritten Tiefziehprozess unterzogen werden, um in diesem mindestens einen weiteren Abschnitt mit lokal verändertem Außendurchmesser zu bilden .
Insbesondere nach Durchführung der zuvor beschriebenen Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlung kann die bereits mehrfach tiefgezogene Struktur einem weiteren Tiefziehverfahren unterzogen werden, um weitere Formmerkmale in der Struktur zu bilden .
Als besonders vorteilhaft hat sich die Wiederholung einer solchen
Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlung nach dem zweiten oder dritten
Tiefziehen und dann wieder nach dem vierten oder fünften Tiefziehen erwiesen . M it einer solchen Prozedur sind fünf oder mehr Tiefziehprozesse ohne Verlust der Materialeigenschaften der Struktur möglich . Diese Tiefziehprozesse können gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Aufweit- und einem
Sickenbildungsprozess kombiniert werden .
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann ausgehend von einer Ronde als Rohling mittels fünfmaligen Tiefziehens in Kombination mit einen Drehdrückprozess ein Abrollkolben hergestellt werden . Ein solcher
Drehdrückprozess wird unten näher beschrieben . Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein geschlossener Boden der umgeformten becherförmigen Struktur zum Bilden eines
Durchgangslochs abgeschnitten werden. Nachdem eine gewünschte Anzahl von Tiefziehumformprozessen stattgefunden hat, gegebenenfalls unterbrochen durch einen oder mehrere Ausheilzyklen, kann der immer noch geschlossene Boden der umgeformten Struktur abgeschnitten werden, um eine beidseitig offene
Hohlkörperstruktur zu erhalten. Anders ausgedrückt kann dann eine
längsnahtfreie rohrähnliche Struktur erhalten werden, die ohne
Schweißverfahren hergestellt worden ist und folglich die Nachteile eines schweißnahtbehafteten Abrollkolbens überwindet.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann in die
umgeformte becherförmige Struktur eine Sicke, d .h. ein Überstand,
eingeschlagen werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein Endabschnitt der umgeformten becherförmigen Struktur lokal aufgeweitet werden, um einen Aufnahmehohlraum zum Aufnehmen eines Dichtrings oder dergleichen
auszubilden. Mit dem räumlich begrenzten Vergrößern des Außendurchmessers der umgeformten Struktur kann ein Abschnitt der umgeformten Struktur dafür vorbereitet werden, nachfolgend eine Dichtung, zum Beispiel aus Kunststoff, anzubringen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die einzelnen Umformstufen des Herstellungsverfahrens ausgewählt werden aus Tiefziehstufen, Aufweitstufen und Sickenformierstufen. Dadurch kann ein Abrollkolben
hergestellt werden, ohne dass es zum Ausbilden von Schweißverbindungen kommen muss.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die umgeformte Struktur entlang eines Teilabschnitts ihrer Längserstreckung einem
Drehdrückprozess unterworfen werden, um in einer Aufspannung die Struktur lokal umzuformen und außenseitig Material abzutragen. Unter Drehdrücken kann hierbei ein Drehen und Drücken in einer gemeinsamen Aufspannung des Werkstücks (zum Beispiel nach Durchführung einiger oder aller
Tiefziehumformvorgänge) auf einer Drehmaschine verstanden werden. Bei einem solchen Drehdrücken erfolgt quasi gleichzeitig ein Materialabtrag (zum Beispiel unter Ausbildung eines Gewindeabschnitts einer Klemmkontur des Abrollkolbens, an der ein Luftbalg der Luftfeder festgeklemmt werden kann) infolge des
Drehens und zudem ein Umformen durch Drücken mit dem Drehdrückwerkzeug auf das Werkstück. Dadurch kann eine hohe Genauigkeit des hergestellten Bauteils erreicht werden. Das beschriebene Drehen und Drücken erfolgt vorzugsweise nur insofern gleichzeitig (oder quasi gleichzeitig) bzw. in einem gemeinsamen Prozess, als es in einer gemeinsamen Werkzeugaufspannung erfolgt. Es ist aber vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt immer nur ein Werkzeug (Dreh- oder Drückwerkzeug) mit dem Werkstück in Kontakt. Vorzugsweise erfolgt eine Erwärmung nur während des Drückens, nicht während des Drehens.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des
Herstellungsverfahrens kann die Drehdrückprozedur mittels einer Drehmaschine durchgeführt werden, insbesondere unter Erwärmen des drehdrückbearbeiteten Abschnitts der Struktur. In entsprechender Weise kann die Vorrichtung zum Herstellen des Abrollkolbens eine mit einer Erwärmungseinrichtung
(insbesondere einer Heizeinrichtung) ausgestattete Drehdrückmaschine aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die mittels der Umformeinrichtung
umgeformte Struktur entlang eines Teilabschnitts einem Drehdrückprozess zu unterwerfen, um in einer Aufspannung (d.h. in einer gemeinsamen
Werkzeugaufspannung zum Drücken und zum Drehen) unter Erwärmen mittels der Erwärmungseinrichtung die Struktur mittels Drückens lokal umzuformen und unter Beibehaltung der gemeinsamen Werkzeugaufspannung mittels Drehens Material von der Struktur abzutragen. Dieses Erwärmen kann mittels einer Heizvorrichtung erfolgen, die den zu bearbeitenden Abschnitt der Struktur lokal erhitzt und dadurch drückfähig macht. Es ist vorzugsweise nur jeweils ein
Werkzeug (Drehwerkzeug oder Drückwerkzeug) zeitgleich mit dem Material in Kontakt. Vorteilhaft kann hierfür eine im Wesentlichen herkömmliche Drehmaschine eingesetzt werden, bei der allerdings mittels der Heizvorrichtung während des Drückens eine Wärmezufuhr des bearbeiteten Strukturabschnitts erfolgt, so dass durch das Drücken auf einen zum Beispiel vorgewärmten
Strukturabschnitt eine Umformung desselben ermöglicht wird .
Die Drehmaschine kann in einer Fertigungslinie stromabwärts der
Umformeinrichtung angeordnet sein.
Ferner kann die Vorrichtung zum Herstellen von Abrollkolben alternativ oder ergänzend zusätzliche Einrichtungen aufweisen, um die einzelnen in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrensschritte apparativ durchzuführen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann mittels der
Drehdrückprozedur eine Klemmkontur (an der ein Luftbalg der Luftfeder angeklemmt werden kann) und/oder eine Abrollkontur (an der ein Luftbalg der Luftfeder abrollen kann) des Abrollkolbens gebildet werden. Insbesondere eine Klemmkontur des herzustellenden Abrollkolbens kann mittels Drehdrückens dahingehend wirksam bearbeitet werden, dass hierbei eine Art Gewinde eingeformt wird, an der ein Verklemmen des Luftbalgs wirksam möglich ist. Das Durchführen der beschriebenen Drehdrückprozedur kann zum Beispiel nach Abschluss aller Tiefziehstufen erfolgen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die umgeformte becherförmige Struktur bei gleichzeitiger Erwärmung derselben einem
außenseitigen Drückprozess unterzogen werden, um dadurch abschnittsweise unterschiedlich dicke Abschnitte in Längsrichtung zu erzeugen. Im Gegensatz zu den vorangehenden Tiefziehstufen kann somit durch das Drehdrücken
abschnittsweise auch eine unterschiedliche Wanddicke der hergestellten Struktur eingestellt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann zumindest eine Anschlusshülse an eine Mantelfläche der umgeformten Struktur angeschweißt werden. Solche Anschlusshülsen können zum Beispiel zum Anschließen von Ventilen dienen. Auch durch das Ausbilden einer Anschlusshülse kommt es aber nicht zum Ausbilden einer besonders korrosionsanfälligen Längsschweißnaht, sondern allenfalls abschnittsweise zu dem Ausbilden von Ringnähten mit relativ geringem Durchmesser.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der Abrollkolben Aluminium aufweisen oder daraus bestehen. Aluminium ist für alle oben beschriebenen Prozesse, d .h. insbesondere für wiederholtes Tiefziehen
(gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von thermischen Erholungsprozeduren) und das beschriebene Drehdrücken sehr gut geeignet. Aluminiumplatinen lassen sich mit vertretbaren Kosten aus Coils ausstanzen und eignen sich aufgrund des geringen Gewichts auch hervorragend für den Automobilbau.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Luftfeder ferner eine Außenführung aufweisen, die den Abrollkolben zumindest teilweise umschließt, wobei die Außenführung längsschweißnahtfrei, insbesondere vollkommen schweißnahtfrei, gebildet sein kann. Wenn nicht nur der
Abrollkolben, sondern auch die gesamte Außenführung der Luftfeder
längsschweißnahtfrei, insbesondere ohne jegliche Schweißnähte, ausgebildet wird, ist die Korrosionsanfälligkeit der gesamten Luftfeder besonders gering.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.
Figur 1 bis Figur 8 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen, die ausgehend von einem plattenförmigen Rohling während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden.
Figur 8A zeigt eine Querschnittsansicht eines Abrollkolbens für eine
Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Figur 9 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem plattenförmigen Rohling gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels dieser Vorrichtung die in Figur 1 bis Figur 8 gezeigten dreidimensionalen Strukturen und der in Figur 8A gezeigte Abrollkolben ausgebildet werden können .
Figur 10 bis Figur 17 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen, die ausgehend von einem plattenförmigen Rohling während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden .
Figur 18 zeigt eine andere Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem plattenförmigen Rohling gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels der Vorrichtung die in Figur 10 bis Figur 17 gezeigten dreidimensionalen Strukturen ausgebildet werden können .
Figur 19 bis Figur 42 zeigen unterschiedliche Strukturen, die während Durchführens eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine
Luftfeder gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden .
Figur 43 zeigt ein Flussdiagramm entsprechend eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen .
Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, sollen noch einige allgemeine Aspekte der Erfindung erläutert werden :
Luftfedersysteme gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen können insbesondere im Automobilbereich eingesetzt werden, zum Beispiel zur Federung bei Personenkraftwagen . Bei solchen Luftfedersystemen wird unter Druck stehende Luft als Federelement verwendet. Ein Bestandteil eines solchen
Luftfedersystems ist der Abrollkolben, auf dessen äußerer Oberfläche ein Luftbalg (zum Beispiel aus Gummi) abrollt, wenn das Luftfedersystem beansprucht wird und einen Federvorgang durchführt. Als funktioneller Teil eines derartigen Luftfedersystems dient der Abrollkolben zum einen als Verbindungsteil zu einer Achse, zum anderen sorgt er für die Abdichtung des angebrachten Luftbalges und gemeinsam mit einem Deckel für dessen Führung beim Einfedern.
Bei einem Abrollkolben gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein rotationssymmetrisches Bauteil, insbesondere aus
Aluminium. Die Herstellung der Kolbengeometrie erfolgt mittels Tiefziehen. Der technische Vorteil eines solchen Abrollkolbens für eine Luftfeder ist die
Herstellbarkeit des Luftfederkolbens ausgehend von gewalzten Aluminiumcoils, die mittels Tiefziehoperationen in die Vorform des Kolbens gebracht werden. Die dadurch erhaltenen Vorzüge werden in weiterer Folge mittels Metalldrückens (Rollieren) in eine vorgegebene Form gebracht. Ein wichtiger Vorteil dieses Herstellungsverfahrens liegt darin, dass die Teile ohne Fügetechnik
(Laserschweißen) und ohne Zerspanung hergestellt werden, um Schwachstellen im Vorzug (wie bei einer herkömmlich auftretenden Längsschweißnaht) zu vermeiden.
Eine solche Schweißnaht stellt eine potentielle Schwachstelle bei der Umformung durch Metalldrücken dar. Die Gefügeveränderung durch die partielle Einbringung von Wärme erschwert die Umformung und bedingt bei stark umgeformten Bauteilen eine Wärmeeinbringung während des Umformprozesses. Ein weiteres erfindungsgemäß überwundenes Problem liegt im
Festigkeitsunterschied innerhalb des Kolbens, welcher bei Maximalbelastungen zum Bruch des Kolbens an oder entlang der Schweißnaht führen kann. Die Verkettbarkeit sämtlicher zur Herstellung notwendiger Arbeitsprozesse ist ein weiterer Vorteil von exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung, da die gewählten Herstellungsmethoden so miteinander integrierbar sind, dass bei besserer Bauteilqualität und Altersbeständigkeit eine Herstellbarkeit derselben mit vertretbarem Aufwand erreicht wird. Figur 1 bis Figur 8 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, die ausgehend von einem runden plattenförmigen Rohling 950 (Ronde) während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden. Figur 9 zeigt eine zugehörige Vorrichtung 900 zum
Durchführen eines solchen Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem plattenförmigen Rohling 950 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels der Vorrichtung 900 die in Figur 1 bis Figur 8 gezeigten dreidimensionalen Strukturen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 und schließlich ein in Figur 8A gezeigter Abrollkolben 850 hergestellt werden können.
Die Vorrichtung 900 weist sieben Umformstufen 901 bis 907 auf, die jeweils zum Umformen einer jeweiligen Ausgangsstruktur mittels Tiefziehen ausgebildet sind . Darüber hinaus ist eine verfahrbare Zuführeinrichtung 908 in Figur 9 schematisch angedeutet, mittels welcher eine Ronde als plattenförmiger Rohling 950 den Umformstufen 901 bis 907 zugeführt werden kann. Zwischen der fünften Umformstufe 905 und der sechsten Umformstufe 906 ist eine
Schneideinrichtung 909 zum Abschneiden eines Bodens einer zuvor gebildeten becherförmigen Struktur 500 vorgesehen. Zwischen einzelnen Umformstufen 901 bis 907 kann, wenngleich dies in Figur 9 nicht gezeigt ist, die umgeformte Struktur 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 bedarfsweise einer
Erwärmungs- und Abkühlungsprozedur unterzogen werden, um das Material der Ronde aus Aluminium wieder tiefziehfähig zu machen.
In Figur 1 ist eine becherförmige Struktur 100 gezeigt, die mittels
Umformens des plattenförmigen Rohlings 950 in der ersten Umformstufe 901 erhalten wird .
In Figur 2 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 200 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 100 in der zweiten Umformstufe 902 erhalten wird . Dieses Umformen erhöht die axiale Länge der becherförmigen Struktur 200 gegenüber der becherförmigen Struktur 100.
In Figur 3 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 300 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 200 in der dritten Umformstufe 903 erhalten wird . Dieses Umformen erzeugt unterschiedlich stark aufgeweitete lokale Abschnitte in der becherförmigen Struktur 300.
In Figur 4 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 400 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 300 in der vierten Umformstufe 904 erhalten wird . Dieses Umformen erzeugt einen weiteren unterschiedlich stark aufgeweiteten lokalen Abschnitt in der becherförmigen Struktur 400.
In Figur 5 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 500 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 400 in der fünften Umformstufe 905 erhalten wird . Dieses Umformen begradigt den obersten lokal aufgeweiteten Abschnitt.
In Figur 6 ist eine beidseitig offene Hohlkörperstruktur 600 gezeigt, bei der gegenüber der becherförmigen Struktur 500 der Boden abgeschnitten worden ist.
In Figur 7 ist eine weiter umgeformte Hohlkörperstruktur 700 gezeigt, die mittels Umformens der Hohlkörperstruktur 600 in der sechsten Umformstufe 906 erhalten wird .
In Figur 8 ist eine weiter umgeformte Hohlkörperstruktur 800 gezeigt, die mittels Umformens der Hohlkörperstruktur 700 in der siebten Umformstufe 907 erhalten wird .
Figur 8A zeigt eine Querschnittsansicht eines Abrollkolbens 850 für eine
Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Ausgehend von der Hohlkörperstruktur 800 kann ein Abschnitt 860 einem Drehdrückverfahren unterzogen werden, bei dem an einer Drehbank der
Abschnitt 860 bearbeitet wird, so dass in einer gemeinsamen Aufspannung eine Art Gewinde 862 mittels Drehens und eine Vertiefung 864 mittels Drückens erzeugt wird . Mittels Erhitzens (zum Beispiel durch eine darauf gerichtete
Flamme bei Rotieren der Hohlkörperstruktur 800) kann das Werkstück
bedarfsweise lokal erwärmt, insbesondere sogar aufgeweicht, werden . Ein Erwärmen erfolgt vorzugsweise nur während des Drückens, nicht während des Drehens. Zunächst wird also unter Wärmeeinfluss die Vertiefung 864 erzeugt, danach wird ohne Wärmeeinfluss gedreht. Der Abschnitt 860 kann dann als Klemmkontur des Abrollkolbens 850 fungieren, an der ein nicht gezeigter
Gummibalg eingeklemmt werden kann . In einem oberen Endabschnitt des Abrollkolbens 850 kann ferner ein Stützring 870 aus Stahl und/oder Kunststoff eingesetzt sein . In einem mit Bezugszeichen 880 gekennzeichneten Abrollbereich kann mittels Drehdrückens ebenfalls eine Nachbearbeitung erfolgen . Im
bestimmungsgemäßen Betrieb einer Luftfeder mit dem gezeigten Abrollkolben 850 kann der Luftbalg an dem Abrollbereich 880 abrollen .
Aufgrund des beschriebenen Herstellungsverfahrens hat der Abrollkolben 850 keinerlei Schweißnaht, insbesondere keinerlei Längsschweißnaht, da er ausschließlich mittels Umformverfahren und eines materialabtragenden
Drehdrückverfahrens hergestellt wurde.
Figur 10 bis Figur 17 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, die ausgehend von einem piattenförmigen Rohling 950 während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden . Figur 18 zeigt eine zugehörige andere Vorrichtung 900 zum
Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine
Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem piattenförmigen Rohling 950 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels dieser Vorrichtung 900 die in Figur 10 bis Figur 17 gezeigten dreidimensionalen Strukturen 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700 ausgebildet werden können . Das Herstellungsverfahren gemäß Figur 10 bis Figur 18 unterscheidet sich von dem Herstellungsverfahren gemäß Figur 1 bis Figur 9 dadurch, dass gemäß Figur 10 bis Figur 18 das Abschneiden des Bodens der becherförmigen Struktur 1500 zum Ausbilden einer Hohlkörperstruktur 1600 erst nach sechs Umformstufen erfolgt statt, wie gemäß Figur 1 bis Figur 9, schon nach fünf Umformstufen . Außerdem unterscheiden sich die gemäß Figur 1 bis Figur 9 hergestellten Strukturen von den gemäß Figur 10 bis Figur 18
hergestellten Strukturen in ihren exakten Formmerkmalen, was die hohe
Flexibilität des erfindungsgemäßen Herstellungssystems zeigt.
Figur 19 bis Figur 42 zeigen unterschiedliche Strukturen, die während Durchführens eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens 850 für eine Luftfeder gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden .
Zunächst wird gemäß Figur 19 bis Figur 24 ein Außenrohr 2400 gebildet, wobei Figur 25 eine Verbindung zwischen dem Außenrohr 2400 und einem
Innenrohr 2500 zeigt.
Figur 19 bis Figur 23 zeigen räumliche Ansichten von Strukturen 1900,
2000, 2100, 2200, 2300, die ausgehend von einem plattenförmigen Rohling 950 mittels Tiefziehens unter Einsatz von mindestens fünf Zügen und eines
Beschneideprozesses erhalten werden können . Eine becherförmige Struktur 1900 gemäß Figur 19 wird mittels Tiefziehens des plattenförmigen Rohlings 950 erhalten . Eine becherförmige Struktur 2000 gemäß Figur 20 wird ausgehend von der becherförmigen Struktur 1900 mittels weiteren Tiefziehens erhalten . Um einen Hohlkörper 2100 gemäß Figur 21 zu erhalten, wird die becherförmige Struktur 2000 einer Mantelflächen-Bearbeitung unterzogen, und es wird eine Öffnung 2110 in dem Boden des Bechers gebildet. Um einen Hohlkörper 2200 gemäß Figur 22 zu erhalten, wird der Hohlkörper 2100 dahingehend bearbeitet, dass die Größe der Öffnung 2110 erweitert wird . Um einen Hohlkörper 2300 gemäß Figur 23 zu erhalten, wird der Hohlkörper 2200 einer weiteren
Mantelflächen- Bearbeitung unterzogen .
Um das Außenrohr 2400 gemäß Figur 24 zu erhalten, wird der Hohlkörper 2300 mittels Drückens und Drehens behandelt, womit unter anderem eine gewindeartige Klemmkontur 862 ausgebildet wird . Figur 25 zeigt eine Verbindung zwischen dem Außenrohr 2400 und dem Innenrohr 2500 im Bereich der Klemmkontur 862. Außenseitig kann an der Klemmkontur 862 ein nicht gezeigter Luftbalg verklemmt werden .
Ferner wird gemäß Figur 26 bis Figur 33 ein Innenrohr 3300 gebildet.
In Figur 26 ist eine becherförmige Struktur 2600 gezeigt, die mittels Tiefziehens aus einem piattenförmigen Rohling 850 erhalten wird . In Figur 27 ist eine becherförmige Struktur 2700 gezeigt, die mittels weiteren Tiefziehens aus der becherförmigen Struktur 2600 erhalten wird . In Figur 28 ist eine
becherförmige Struktur 2800 gezeigt, die mittels weiteren Tiefziehens aus der becherförmigen Struktur 2700 erhalten wird . In Figur 29 ist eine becherförmige Struktur 2900 gezeigt, die mittels weiteren Tiefziehens aus der becherförmigen Struktur 2800 erhalten wird . Durch die letzten beiden Tiefziehprozesse werden in der jeweiligen becherförmigen Struktur 2800, 2900 lokale Abschnitte
unterschiedlichen Durchmessers gebildet.
In Figur 30 ist eine becherförmige Struktur 3000 gezeigt, die mittels weiteren Bearbeitens aus der becherförmigen Struktur 2900 erhalten werden kann . Um eine becherförmige Struktur 3100 gemäß Figur 31 zu erhalten, wird die becherförmige Struktur 3000 aufgeweitet (zum Beispiel mittels
Innenhochdruckumformung, IHU) . Nachfolgend kann, wie gemäß Figur 32 gezeigt, die becherförmige Struktur 3100 einem Stanzverfahren unterzogen werden, um seitliche Löcher 3200 zu Stanzen . Um das in Figur 33 gezeigte Innenrohr 3300 zu erhalten, kann ausgehend von Figur 32 noch eine
Kunststoffverpressung durchgeführt werden .
Darüber hinaus wird gemäß Figur 34 bis Figur 38 ein unterer
Kolbenabschnitt 3800 gebildet.
Um eine in Figur 34 gezeigte becherförmige Struktur 3400 zu erhalten, wird ein plattenförmiger Rohling 950 einer Tiefziehprozedur unterworfen . Um einen in Figur 35 gezeigten Hohlkörper 3500 zu erhalten, wird die
becherförmige Struktur 3400 wiederum mittels Tiefziehens behandelt und unter Ausbildung eines Durchgangslochs 3510 oberseitig beschnitten. Um einen in Figur 36 gezeigten Hohlkörper 3600 zu erhalten, wird ausgehend von dem Hohlkörper 3500 eine weitere Tiefziehprozedur durchgeführt. Um einen in Figur 37 gezeigten Hohlkörper 3700 zu erhalten, wird ausgehend von dem Hohlkörper 3600 eine weitere Tiefziehprozedur durchgeführt. Um den in Figur 38 gezeigten unteren Kolbenabschnitt 3800 zu erhalten, wird ausgehend von dem Hohlkörper 3700 eine weitere Tiefziehprozedur durchgeführt und wird ein Seitenloch 3810 gebildet.
Figur 39 zeigt eine Hülse 3900, die als Ventilanschluss eingesetzt und somit ebenfalls zum Bilden des Abrollkolbens 850 verwendet werden kann.
Figur 40, Figur 41 und Figur 42 zeigen unterschiedliche Ansichten eines längsschweißnahtfreien Abrollkolbens 850, der aus dem Außenrohr 2400, dem Innenrohr 3300, dem unteren Kolbenabschnitt 3800 und Hülsen 3900
zusammengebaut wird.
Das Verfahren zum Zusammenbau dieser Komponenten wird anhand Figur
41 beschrieben. Zunächst wird die Verzahnung bzw. der Gewindeabschnitt, der die Klemmkontur 862 bildet, gedreht. Dann wird das in Figur 33 gezeigte
Innenrohr 3300 dem in Figur 24 gezeigten Außenrohr 2400 (zum Beispiel thermisch) verpresst. Danach wird das Innenrohr 3300 mit dem Außenrohr 2400 an einer Schweißstelle 4100 verschweißt. Nachfolgend wird das Außenrohr 2400 mit dem in Figur 38 gezeigten unteren Kolbenabschnitt 3800 an einer
Schweißstelle 4110 verschweißt. Schließlich erfolgt eine Verschweißung des unteren Kolbenabschnitts 3800 mit dem Innenrohr 3300 an einer Schweißstelle 4120. Die Hülsen 3900 als Ventilanschlüsse werden sodann eingepresst und an einer Schweißstelle 4130 verschweißt.
Dadurch wird der Abrollkolben 850 gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten, der von Längsschweißnähten vollkommen frei ist und somit gute Dichteigenschaften aufweist. Figur 43 zeigt ein Flussdiagramm 4300 entsprechend eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens 850 für eine Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Wie anhand eines Blocks 4302 ersichtlich, wird zunächst eine Ronde als plattenförmiger Rohling 950 zum Herstellen des Abrollkolbens 850 aus einem Aluminium-Coil ausgestanzt.
Wie anhand eines Blocks 4304 ersichtlich, wird die Ronde dann drei aufeinanderfolgenden Tiefziehverfahren unterzogen, womit ein dreimaliges Umformen in eine becherförmige Struktur mit diversen dreidimensionalen Formmerkmalen erfolgt.
Wie anhand eines Blocks 4306 ersichtlich, wird die mehrfach umgeformte becherförmige Struktur zum Ausheilen einer Erwärmung auf 300 °C und einer nachfolgenden Abkühlung auf die Ausgangstemperatur unterworfen, um die Streckfähigkeit des bereits dreifach tiefgezogenen Aluminiummaterials der umgeformten Ronde aufzufrischen . Dadurch wird das Material wieder streckfähig bzw. tiefziehfähig gemacht, ohne Gefahr zu laufen, dass das Aluminiummaterial springt.
Wie anhand eines Blocks 4308 ersichtlich, wird nach dem Ausheilen die umgeformte becherförmige Struktur einer weiteren Tiefziehstufe unterzogen, um durch Materialumlagerung weitere dreidimensionale Formmerkmale zu schaffen .
Wie anhand eines Blocks 4310 ersichtlich, wird nach der weiteren
Tiefziehstufe das Aluminiummaterial der umgeformten becherförmigen Struktur abermals einem Ausheilen unterzogen, wie bezugnehmend auf Block 4306 beschrieben .
Wie anhand eines Blocks 4312 ersichtlich, wird nach dem erneuten
Ausheilen die umgeformte becherförmige Struktur einer weiteren Tiefziehstufe unterzogen, um durch nochmalige Materialumlagerung weitere dreidimensionale Formmerkmale zu schaffen .
Wie anhand eines Blocks 4314 ersichtlich, wird die mehrfach umgeformte becherförmige Struktur umgedreht und mittels Schneidens von ihrem Boden befreit. Dadurch wird ein beidseitig offener rotationssymmetrischer Hohlkörper gebildet.
Wie anhand eines Blocks 4316 ersichtlich, wird in diesen beidseitig offenen rotationssymmetrischen Hohlkörper dann eine Sicke (Überstand) eingeschlagen.
Wie anhand eines Blocks 4318 ersichtlich, wird der beidseitig offene rotationssymmetrische Hohlkörper dann lokal aufgeweitet.
Wie anhand eines Blocks 4320 ersichtlich, kann nachfolgend der so bearbeitete beidseitig offene rotationssymmetrische Hohlkörper optional in einer peripheren Maschine beschnitten werden, um durch das Tiefziehen bedingte Zipfel oder Materialüberstände von dem Körper abzuschneiden.
Wie anhand eines Blocks 4322 ersichtlich, kann nachfolgend der Körper in einer Drehmaschine einer Drehdrückprozedur unterworfen worden. Dadurch kann eine Klemmkontur 862 anschaulich in Form eines Außengewindes gebildet werden. Optional kann dadurch auch eine Abrollkontur 880 des herzustellenden Abrollkolbens 850 geformt werden. Bei dem Drehdrücken kann ein kombiniertes Drehen und Drücken in nur einer Aufspannung an einer Drehmaschine erfolgen, so dass gleichzeitig ein Materialabtrag zum Bilden der Klemmkontur 862 und/oder der Abrollkontur 880 durch Drehen und ein Umformen durch Drücken mit dem Drehwerkzeug erfolgen kann.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen
Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder, wobei das Verfahren aufweist:
Bereitstellen eines plattenförmigen Rohlings;
Umformen des Rohlings zum Bilden eines längsschweißnahtfreien dreidimensionalen Abrollkolbens mit einem von diesem begrenzten Hohlraum.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der gesamte Abrollkolben
schweißnahtfrei ausgebildet ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei als plattenförmiger Rohling eine Ronde, insbesondere eine einstoffig ausgebildete Ronde, eingesetzt wird .
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem ersten Tiefziehprozess in einer Presse der plattenförmige Rohling becherförmig umgeformt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, ferner aufweisend mindestens einen zweiten Tiefziehprozess in einer Presse, wobei in dem mindestens einen weiteren
Tiefziehprozess die becherförmige Struktur abschnittsweise in unterschiedliche Außendurchmesser umgeformt wird .
6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei nach dem ersten
Tiefziehprozess und dem mindestens einen zweiten Tiefziehprozess die
umgeformte becherförmige Struktur einer Erwärmungs- und nachfolgenden Abkühlungssequenz unterworfen wird, um die Streckfähigkeit des bereits mehrfach tiefgezogenen Materials aufzufrischen.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei nach dem Erwärmungs- und
Abkühlungszyklus die umgeformte becherförmige Struktur mindestens einem dritten Tiefziehprozess unterzogen wird, um in diesem mindestens einen weiteren Abschnitt mit lokal verändertem Außendurchmesser zu bilden.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei ein geschlossener Boden der umgeformten becherförmigen Struktur zum Bilden eines
Durchgangslochs abgeschnitten wird .
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei in die umgeformte becherförmige Struktur eine Sicke eingeschlagen wird .
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei ein Endabschnitt der umgeformten becherförmigen Struktur lokal aufgeweitet wird, um einen
Aufnahmehohlraum zum Aufnehmen eines Dichtrings auszubilden.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die umgeformte Struktur zumindest entlang eines Teilabschnitts ihrer Längserstreckung einem Drehdrückprozess unterworfen wird, um in einer Aufspannung die Struktur lokal umzuformen und insbesondere außenseitig Material abzutragen.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Drehdrückprozedur mittels einer Drehmaschine durchgeführt wird, insbesondere unter Erwärmen des
drehdrückbearbeiteten Teilabschnitts der Struktur.
13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei mittels der
Drehdrückprozedur eine Klemmkontur und/oder eine Abrollkontur des
Abrollkolbens gebildet wird .
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die umgeformte Struktur bei gleichzeitiger Erwärmung derselben einem außenseitigen
Drückprozess unterzogen wird, um dadurch abschnittsweise unterschiedlich dicke Abschnitte in Längsrichtung zu erzeugen .
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei zumindest eine Anschlusshülse an eine Mantelfläche der umgeformten Struktur angeschweißt wird .
16. Abrollkolben für eine Luftfeder, aufweisend einen dreidimensional geformten längsschweißnahtfreien Körper, der einen Hohlraum einschließt.
17. Abrollkolben gemäß Anspruch 16, aufweisend oder bestehend aus
Aluminium.
18. Luftfeder für ein Kraftfahrzeug, wobei die Luftfeder aufweist:
einen Abrollkolben nach Anspruch 16 oder 17; und
einen an dem Abrollkolben montierten Luftbalg .
19. Luftfeder gemäß Anspruch 18, ferner aufweisend eine Außenführung, die den Abrollkolben zumindest teilweise umschließt, wobei die Außenführung längsschweißnahtfrei, insbesondere vollkommen schweißnahtfrei, gebildet ist.
20. Vorrichtung zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines plattenförmigen Rohlings; eine Umformeinrichtung zum mehrfachen Umformen des plattenförmigen Rohlings zum Bilden eines längsschweißnahtfreien dreidimensionalen
Abrollkolbens mit einem von diesem begrenzten Hohlraum .
21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, ferner aufweisend eine mit einer
Erwärmungseinrichtung ausgestattete Drehmaschine, die dazu eingerichtet ist, die mittels der Umformeinrichtung umgeformte Struktur entlang eines
Teilabschnitts einem Drehdrückprozess zu unterwerfen, um in einer Aufspannung unter Erwärmen mittels der Erwärmungseinrichtung die Struktur mittels
Drückens lokal umzuformen und, insbesondere ohne Wärmezufuhr, mittels Drehen Material von der Struktur abzutragen.
EP15731888.2A 2014-06-20 2015-06-19 Abrollkolben für eine luftfeder Withdrawn EP3158216A1 (de)

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