Verfahren und Anlage zur Herstellung von bikonischem Draht

Abstract

 Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von bikonischem Draht, d. h. von Draht mit sich wiederholenden zylindrischen Drahtabschnitten einerseits und konischen Drahtabschnitten andererseits, aus zylindrischem Ausgangsmaterial, insbesondere zur Herstellung von Schraubendruckfedern.
Erfindungsgemäß wird kostengünstig ein qualitativ hochwertiger bikonischer Draht dadurch hergestellt, daß die konischen Drahtabschnitte durch eine Warmformgebung realisiert werden. Die dargestellte Anlage besteht folglich funktionsnotwendig aus einer Erwärmungseinheit (1) und einer Formgebungseinheit (2). Im Ausführungbeispiel sind noch realisiert eine Abkühleinheit (3) hinter der Erwärmungseinheit (1), eine Abkühleinheit (4) hinter der Formgebungseinheit (2), eine Walzensteuerung (5), eine Nachwalzeinheit (6) hinter der Formgebungseinheit (2), eine weitere Erwärmungseinheit (7) zum Anlassen, eine der weiteren Erwärmungseinheit (7) nachgeordnete Abkühleinheit (8), ein Abcoiler (9), ein Rollenrichtapparat (10) und ein Aufcoiler (11).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von bikonischem Draht, d. h. von Draht mit sich wiederholenden zylindrischen Drahtabschnitten einerseits und konischen Drahtabschnitten andererseits, aus zylindrischem Ausgangsmaterial, insbesondere für die Herstellung von Schraubendruckfedern.

[0002] Im Automobilbau werden umfangreich Schraubendruckfedern als Achsfedern eingesetzt. Der im Automobilbau vorherrschende Trend, zu einem möglichst geringen Gewicht des Automobils zu kommen, hat zunehmend dazu geführt, daß die Zulieferanten mit der Forderung konfrontiert werden, die einzelnen Bauteile - bei vorgegebener Funktion und Lebensdauer - möglichst gewichtseinsparend auszuführen. Das hat bei als Achsfedern eingesetzten Schraubendruckfedern dazu geführt, daß hochfeste Drähte mit Zugfestigkeiten von 2000 MPa und darüber hinaus verwendet werden. Im übrigen lassen sich Gewichtseinsparungen bei als Achsfedern eingesetzten Schraubendruckfedern auch dadurch erreichen, daß zur Herstellung bikonischer Draht verwendet wird, d. h. Draht mit sich wiederholenden zylindrischen Drahtabschnitten einerseits und konischen Drahtabschnitten andererseits (vgl. die deutschen Offenlegungsschriften 41 29 172 und 42 33 462 sowie die deutsche Patentschrift 196 04 408). Mit der Verwendung von bikonischem Draht für die Herstellung von Schraubendruckfedern lassen sich im übrigen auch besondere Federkennlinien verwirklichen (vgl. Spalte 1, Zeilen 26 bis 36 der deutschen Offenlegungsschrift 41 29 172). Darüber hinaus läßt sich eine Minimierung des erforderlichen Einbauraumes für die entsprechenden Schraubendruckfedern realisieren.

[0003] Wenn und soweit bisher bikonischer Draht zur Herstellung von Schraubendruckfedern verwendet worden ist, so ist dieser bikonische Draht durch einen Schälprozeß aus Draht mit konstantem Durchmesser, d. h. aus zylindrischem Ausgangsmaterial, hergestellt worden. Einerseits ist das herstellungsmäßig relativ kostenaufwendig; neben den Sach- und Personalkosten kommen noch Materialkosten durch den Materialverlust hinzu. Andererseits führt der Schälprozeß zu Schälriefen oder Schälmarken an der Oberfläche des Drahtes; solche Schälriefen bzw. Schälmarken können zu örtlicher Spannungserhöhung und im Ergebnis zu einer Reduzierung der Lebensdauer führen, jedenfalls aber zu einer größeren Streubreite der Lebensdauer.

[0004] Im übrigen ist es in Verbindung mit der Verbesserung der Eigenschaften von martensitischen Drähten für die Herstellung von Schraubendruckfedern durch kaltwalztechnische Maßnahmen bekannt (vgl. die deutsche Offenlegungsschrift 42 33 462, Spalte 9, Zeilen 25 bis 43, Patentansprüche 16 und 17 sowie Fig. 6a und 6b), zwecks Umformung des martensitischen Drahtes auf inkonstante Durchmesser nach vorgegebenen Längen und damit inkonstanten Widerstandsmomenten eine rotierende, programmgesteuerte Kaltwalzeinrichtung vorzusehen. Hier handelt es sich jedoch um "Stand der Technik auf dem Papier", der nicht zu für die Herstellung von Schraubendruckfedern geeignetem bikonischem Draht geführt hat.

[0005] Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehenden Art anzugeben, mit dem hochfeste bikonische Drähte zur Verfügung gestellt werden können, die ohne weiteres für die Herstellung von Schraubendruckfedern, insbesondere als Achsfedern für den Automobilbau, verwendet werden können.

[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Drahtabschnitte durch eine Warmformgebung realisiert werden. Dabei kann als Ausgangsmaterial ohne weiteres Walzdraht oder gezogener Draht eingesetzt werden. Es kann aber auch, was von besonderer Bedeutung ist, Ausgangsmaterial eingesetzt werden, das eine Zugfestigkeit von 2000 MPa und darüber hinaus hat; insbesondere kann als Ausgangsmaterial CrSi-legierter Draht verwendet werden, z. B. 54SiCr6 und 60SiCrV6, oder Material mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung, wie SUP 12 oder SAE 9254.

[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Formgebung vorzugsweise durch Walzen, die betriebsmäßig gegeneinander zustellbar sind, so daß sich der Walzspalt und somit die Abmessungen des Walzgutes betriebsmäßig verändern.

[0008] Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstiger ist als der bisher realisierte Schälprozeß und daß - natürlich - Schälriefen bzw. Schälmarken und die damit verbundenen Nachteile vermieden werden.

[0009] Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Herstellung von bikonischem Draht, die zumindest aus einer Erwärmungseinheit und einer Formgebungseinheit besteht.

[0010] Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 18 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1

schematisch, ein Stück eines bikonischen Drahtes, um dessen Herstellung es erfindungsgemäß geht, und

Fig. 2

eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von bikonischem Draht.

[0011] Der in Fig. 1 schematisch dargestellte bikonische Draht ist für sich bekannt, wozu insbesondere auf die Fig. 1 und 2 der deutschen Offenlegungsschrift 41 29 172, auf die Fig. 6a und 6b der deutschen Offenlegungsschrift 42 33 462 sowie auf die Fig. 1 der deutschen Patentschrift 196 04 408 verwiesen wird.

[0012] Die in Fig. 2 nur schematisch dargestellte Anlage besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau zunächst aus einer Erwärmungseinheit 1 und einer Formgebungseinheit 2. Erfindungsgemäß werden nämlich die konischen Drahtabschnitte durch eine Warmformgebung realisiert. Diese Warmformgebung erfolgt vorzugsweise bei einer Warmformtemperatur von 400 bis 950 °C.

[0013] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erwärmungseinheit 1 als induktive Erwärmungseinheit ausgeführt; das Ausgangsmaterial wird also einer induktiven Erwärmung unterzogen.

[0014] Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Ausgangsmaterial auf die Warmformtemperatur erwärmt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Ausgangsmaterial auf eine über der Warmformtemperatur liegende Temperatur zu erwärmen; dann wird man das Ausgangsmaterial nach dem Erwärmen auf die Warmformtemperatur abkühlen, vorzugsweise durch Luft oder Wasser als Abkühlmedium. Folglich weist die erfindungsgemäße Anlage im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Erwärmungseinheit 1 und der Formgebungseinheit 2 eine Abkühleinheit 3 auf.

[0015] Nicht dargestellt ist, daß bei der erfindungsgemäßen Anlage die Erwärmungseinheit 1 mit einer Temperaturausgleichseinheit versehen oder der Erwärmungseinheit 1 eine Temperaturausgleichseinheit nachgeordnet sein kann. Das gibt die Möglichkeit, nach dem Erwärmen des Ausgangsmaterials und vor der Warmformgebung das Ausgangsmaterial einer Temperaturausgleichsmaßnahme - Temperaturausgleich über den Drahtquerschnitt - zu unterziehen, vorzugsweise das Ausgangsmaterial durch eine als Wärmeisolationsröhre ausgeführte Temperaturausgleichseinheit zu führen.

[0016] Das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage ist im übrigen noch dadurch gekennzeichnet, daß der Formgebungseinheit 2 eine Abkühleinheit 4 nachgeordnet ist. Nach der Warmformgebung wird also der bikonische Draht abgekühlt, vorzugsweise durch Wasser, Öl oder Polymerlösung als Abkühlmedium.

[0017] Mit der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit bei der Erwärmung des Ausgangsmaterials, der Temperatur, auf die das Ausgangsmaterial erwärmt wird, der ggf. realisierten Abkühlung des Ausgangsmaterials, auch dar Abkühlgeschwindigkeit und der Art des Abkühlmediums, der Art der Temperaturausgleichsmaßnahme und/oder der Abkühlung des bikonischen Drahtes nach der Warmformgebung, und zwar der Abkühlgeschwindigkeit und der Art des Abkühlmediums, lassen sich auch die Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten bikonischen Drahtes positiv beeinflussen, und zwar in Verbindung mit der realisierten Warmformgebung. Insbesondere läßt sich eine Gefügeoptimierung erreichen.

[0018] Vorzugsweise erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Formgebung, d. h. die Realisierung der konischen Drahtabschnitte, durch Walzen. Folglich ist die Formgebungseinheit 2 entsprechend ausgeführt. Nicht dargestellt ist, daß die Formgebungseinheit 2 alternierend angeordnete, vorzugsweise um 90° gegeneinander versetzte Walzenpaare aufweisen kann. Alternativ kann die Formgebungseinheit 2 aber auch als Drei-Walzen-Schrägrollenwalzwerk ausgeführt sein. Jedenfalls sind die nicht dargestellten Walzen betriebsmäßig gegeneinander zustellbar, so daß sich betriebsmäßig der Walzspalt und somit die Abmessung des Walzgutes verändert.

[0019] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können bei der Formgebung Umformgrade zwischen 5 und 100 % realisiert werden. Bei relativ großen Umformgraden empfiehlt es sich, die Formgebung durch Walzen in mehreren Walzstichen durchzuführen.

[0020] In der Figur ist nur angedeutet, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel zu der erfindungsgemäßen Anlage noch gehören eine Walzensteuerung 5, eine Nachwalzeinheit 6, mit der zum Verrunden der Walzkanten ein Nachwalzen erfolgt, eine weitere Erwärmungseinheit 7, und zwar zum Anlassen, und eine der weiteren Erwärmungseinheit 7 nachgeordnete weitere Abkühleinheit 8.

[0021] Schließlich gehören im dargestellten Ausführungsbeispiel zu der erfindungsgemäßen Anlage noch ein Abcoiler 9, ein Rollenrichtapparat 10 mit nicht dargestellten, alternierend angeordneten, um 90° gegeneinander versetzten Richtrollen, angeordnet vor der Erwärmungseinheit, und ein Aufcoiler 11 zum Aufhaspeln des erfindungsgemäß hergestellten bikonischen Drahtes.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von bikonischem Draht, d. h. von Draht mit sich wiederholenden zylindrischen Drahtabschnitten einerseits und konischen Drahtabschnitten andererseits, aus zylindrischem Ausgangsmaterial, insbesondere für die Herstellung von Schraubendruckfedern, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Drahtabschnitte durch eine Warmformgebung realisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmformgebung bei einer Warmformtemperatur von 400 bis 950 °C.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial einer induktiven Erwärmung unterzogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial auf die Warmformtemperatur erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial auf eine über der Warmformtemperatur liegende Temperatur erwärmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial nach dem Erwärmen auf die Warmformtemperatur abgekühlt wird, vorzugsweise durch Luft, Wasser oder eine Polymerlösung als Abkühlmedium.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erwärmen des Ausgangsmaterials und vor der Warmformgebung das Ausgangsmaterial einer Temperaturausgleichsmaßnahme - Temperaturausgleich über den Drahtquerschnitt - unterzogen wird, vorzugsweise durch eine Wärmeisolationsröhre geführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Warmformgebung der bikonische Draht abgekühlt wird, vorzugsweise durch Wasser, eine Polymerlösung oder Öl als Abkühlmedium.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung durch Walzen erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen durch alternierend angeordnete, vorzugsweise um 90° gegeneinander versetzte Walzenpaare erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen durch ein Drei-Walzen-Schrägrollenwalzwerk erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen betriebsmäßig gegeneinander zustellbar sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Formgebung Umformgrade zwischen 5 und 100 % realisiert werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen in mehreren Walzstichen erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Walzen zum Verrunden der Walzkanten ein Nachwalzen folgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial, von einem Abcoiler kommend, vor der Erwärmung gerichtet wird, vorzugsweise mit Hilfe von alternierend angeordneten, vorzugsweise um 90° gegeneinander versetzten Richtrollen eines Rollenrichtapparates.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der bikonische Draht auf einem Aufcoiler aufgehaspelt wird.

18. Anlage zur Herstellung von bikonischem Draht, d. h. von Draht mit sich wiederholenden zylindrischen Drahtabschnitten einerseits und konischen Drahtabschnitten andererseits, aus zylindrischem Ausgangsmaterial, insbesondere für die Herstellung von Schraubendruckfedern, bestehend aus einer Erwärmungseinheit (1) und einer Formgebungseinheit (2).

19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungseinheit (1) als induktive Schnellerwärmungseinheit ausgeführt ist.

20. Anlage nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Erwärmungseinheit (1) und der Formgebungseinheit (2) eine Abkühleinheit (3) vorgesehen ist.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungseinheit mit einer Temperaturausgleichseinheit versehen oder der Erwärmungseinheit eine Temperaturausgleichseinheit nachgeordnet ist.

22. Anlage nach einem Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Formgebungseinheit (2) eine Abkühleinheit (4) nachgeordnet ist.

23. Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungseinheit (2) alternierend angeordnete, vorzugsweise um 90° gegeneinander versetzte Walzenpaare aufweist.

24. Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungseinheit (2) als Drei-Walzen-Schrägrollenwalzwerk ausgeführt ist.

25. Anlage nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen betriebsmäßig gegeneinander zustellbar sind.

26. Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Formgebungseinheit (2) eine Nachwalzeinheit (6) nachgeordnet ist.

27. Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Formgebungseinheit (2) eine Erwärmungseinheit (7) zum Anlassen des Drahtes nachgeordnet ist.

28. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Erwärmungseinheit (7) zum Anlassen des Drahtes eine Abkühleinheit (8) nachgeordnet ist.

29. Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Erwärmungseinheit (1) ein Rollenrichtapparat (10) vorgesehen ist.

Zeichnung