Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Achskörpers aus einem Achsrohr, vorzugsweise eines durchgehenden Achskörpers für eine Fahrzeuganhänger-Achse.
Für die Verwendung bei Fahrzeuganhänger-Achsen sind bereits durchgehende Achskörper bekannt, die drei- oder vierteilig aufgebaut sind und sich aus einem hohlen Achsrohr sowie zwei an den Enden des Achsrohres durch Stumpfschweißungen angesetzten Achsschenkeln zusammensetzen. Das Achsrohr kann einteilig geformt sein oder sich seinerseits aus zwei offenen Profilen zusammensetzen, die unter Ziehung zweier Schweißnähte gegeneinandergesetzt sind. Zur Herstellung des vorgenannten Achskörpers sind daher eine Vielzahl einzelner Fertigungsschritte erforderlich, was zu hohen Produktionskosten führt.
Bekannt ist ferner ein einteilig ausgebildeter Achskörper, bei dem zur Herstellung der Achsschenkel die Enden des verlängerten Achsrohres erwärmt und dann in einem Schmiedeverfahren einer Durchmesserreduzierung unterzogen werden bis die gewünschten Durchmesser der beiden Achsschenkel erreicht sind. Die auf diese Weise hergestellten einteiligen Achskörper erlauben aber nur ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem Gesamtquerschnitt des Achsrohres und dem Durchmesser im Bereich des durch Schmiedung reduzierten Achsschenkels. Der Grund hierfür liegt in dem Erfordernis, daß zur Sicherung der Tragfähigkeit des Achsschenkels dieser möglichst massiv geformt sein sollte. Um dies sicherzustellen, muß eine entsprechende Materialmenge zur Verfügung stehen. Hierzu muß das als Ausgangsprodukt dienende Achsrohr eine entsprechend große Wanddicke aufweisen, wobei diese Wanddicke jedoch wiederum größer ausfällt, als dies für die Sicherstellung der Tragfähigkeit des Achskörpers eigentlich erforderlich wäre. Die nach dem bekannten Verfahren hergestellten, einteiligen Achskörper weisen daher ein höheres Gewicht auf, als im Hinblick auf die Belastungssituation erforderlich.
Bei der einteiligen Verarbeitung von Vierkantrohren mit geringer Wandstärke tritt als nachteilig hinzu, daß beim Reduzieren solcher Vierkantrohre infolge der über den Querschnitt unterschiedlichen und bei dünnwandigen Rohren geringen Widerstandsmomente ein Verdrillen auftritt und somit Fältelungen entstehen, die unerwünschte Kerbwirkungen verursachen.
Aus Patent Abstracts of Japan vol. 9, no. 158 (M-393) zu JP 60 033847 A ist ebenfalls bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Achskörpers bekannt, bei dem zur Formung des Achsschenkels die Enden des Achsrohres erwärmt, und dann in einem Schmiedeverfahren einer Reduzierung des Durchmessers unterzogen werden, bis der gewünschte Durchmesser des Achsschenkels erreicht ist. Das Ende des Achsrohres wird hierzu erhitzt und anschließend gestaucht, wodurch sich der Durchmesser im Bereich des zu formenden Achsschenkels verringert. In einem weiteren Schritt erfolgt dann ein im Wesentlichen radiales Schmieden, um so einen im äußeren Achsschenkelbereich nahezu massiven Achskörper zu erhalten. Hierbei bestehen die oben bereits erwähnten Grenzen in Bezug auf das Verhältnis zwischen dem Gesamtquerschnitt des Achsrohres und dem Durchmesser im Bereich des durch Schmiedung reduzierten Endes des Achsschenkels. Damit die Enden des Achsschenkels nahezu massiv gestaltet werden können, muß. das als Ausgangsprodukt dienende Achsrohr eine entsprechend große Wanddicke aufweisen. Diese Wanddicke fällt dann jedoch größer aus, als dies für die Sicherstellung der Tragfähigkeit des Achskörpers eigentlich erforderlich wäre. Daher weist auch der nach der Japanischen Druckschrift hergestellte, einteilige Achskörper ein höheres Gewicht auf, als im Hinblick auf die Belastungssituation erforderlich wäre.
Die Herstellung eines einteiligen Achskörpers durch radiale Querschnittsverringerung im Bereich des Achsschenkels ist ferner aus der FR 2 579 490 A und der US 4,208,900 bekannt. In beiden Fällen führt die radiale Druckeinwirkung im Bereich des zu formenden Achsschenkels zwar zu der gewünschten Durchmesserreduzierung, jedoch ist die hierfür zur Verfügung stehende Materialmenge relativ gering. Die nach dem Abschluss des radialen Schmiedeprozesses verbleibende Durchgangsöffnung ist von relativ großem Querschnitt, was für die Tragfähigkeit des Achsschenkels nachteilig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich ein einteiliger Achskörper herstellen läßt, bei dem das Gewicht des Achskörpers und dessen Festigkeit optimal aufeinander abgestimmt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Achskörpers aus einem Achsrohr vorgeschlagen, mit den in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wird das Achsrohr zunächst einer partiellen Stauchung unterzogen, wobei zur Aufnahme der sich hierbei einstellenden axialen Druckkräfte eine entsprechende Werkstückaufnahme vorgesehen ist. Durch das Stauchen wird in dem entsprechenden Bereich des Achsrohres die Wanddicke mit der Folge einer Materialanhäufung erhöht. Dieses zusätzliche Material steht während des anschließenden radialen Schmiedens zur Verfügung, um genügend Material für einen massiven oder zumindest nahezu massiven Achsschenkel zur Verfügung zu haben. Der Querschnitt des Achsrohres wird vor, zugleich mit oder nach dem Stauchvorgang von seinem ursprünglichen Querschnitt auf einen größeren Kreisquerschnitt umgeformt, wobei bei dem radialen Schmieden dieser Kreisquerschnitt auf den geringeren Kreisquerschnitt des Achsschenkels reduziert wird.
Durch die Erfindung läßt sich also ein relativ dünnwandiges Achsrohr einsetzen, um durch anschließendes Umformen gleichwohl einen ausreichend festen Achsschenkel zu erzielen. Der so hergestellte Achskörper bietet daher ein Optimum an Festigkeit bei relativ geringem Gewicht. Diese Optimierung läßt sich insbesondere dann erzielen, wenn das Verhältnis von Wanddicke zu Außendurchmesser bzw. Seitenlänge des Achsrohres kleiner als 1:10 ist. Infolge des Rundformens und des gezielten Stauchens vor dem Reduzieren des Achsrohres werden während des Verformens einerseits ausreichende Widerstandsmomente gegen Verdrillung erreicht, und zum anderen liegt ein diesbezüglich besonders günstiger und homogener Kreisquerschnitt vor, wodurch sich die Gefahr von Fältelungen während des radialen Schmiedens verringert. Als Achsrohr kann ein quadratisches, durch Längsbiegung oder nahtlos hergestelltes Vierkantrohr verwendet werden. Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weiterentwickeln, daß die Umformung des herzustellenden Achsschenkels zumindest in zwei in Längsrichtung des Achsrohres hintereinanderliegenden Zonen erfolgt, von denen die weiter innen liegende Zone maximal gestaucht wird, wohingegen die weiter außen liegende Zone eine im Vergleich geringere oder keine Stauchung erfährt. Auf diese Weise lassen sich unter bestmöglicher Materialausnutzung auch solche Achsschenkel herstellen, die zu den Enden hin in etwa kegelförmig zulaufen und daher an den Enden weniger Material benötigen, als der in der Nähe des hohlen Teils des Achskörpers.
Mit der Erfindung vorgeschlagen wird schließlich ein nach einem der vorgenannten Verfahren hergestellter Achskörper.
Nachfolgend wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:
Der in Fig. 1 dargestellte Achskörper besteht aus einem langgestreckten, im Querschnitt im wesentlichen quadratischen und hohlen Bereich I mit jeweils in den Endbereichen II angeformten Achsschenkeln 1. An den Achsschenkeln 1 sind in an sich bekannter Weise zylindrische Flächen 2, 3 ausgebildet, auf die sich später die Radlager der Fahrzeugachse aufsetzen lassen. Die Enden werden in ebenfalls an sich bekannter Weise mit Gewindeflächen 4 für die zentralen Radmuttern versehen. Der gesamte Achskörper ist aus einem einzigen Stück durch Umformen und Schmieden hergestellt, wobei die hierzu im einzelnen verwendeten Verfahrensschritte nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 5 erläutert werden.
Ausgangspunkt ist das in Fig. 2 oben dargestellte, überlange und dünnwandige Achsrohr 5. Dieses weist, wie in Fig. 3 im oberen Teil erkennen läßt, einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Längskanten auf. Die Wanddicke beträgt d1, die Seitenlänge des Vierkantrohres beträgt s.
Das Achsrohr 5 nach Fig. 1 wird in eine Werkstückaufnahme eingespannt, die axiale Druckkräfte und insbesondere Stauchkräfte auf das Achsrohr 5 aufnehmen kann. Von der Werkstückaufnahme sind im mittleren Teil der Fig. 2 die Backenflächen 6 eingezeichnet.
Die Stauchkraft wird vom freien Rohrende aus axial in das Achsrohr 5 eingeleitet, wozu ein Stauchwerkzeug 7 in das Ende des Achsrohres 5 eingepreßt wird. Hierbei vergrößert sich der Durchmesser des Achsrohres, ferner erhöht sich die Wanddicke von d1 auf d2. Im Vergleich der Fig. 3 bis 5 ist ferner zu erkennen, daß während und infolge des Stauchprozesses der ursprünglich quadratische Querschnitt des Achsrohres in einen demgegenüber vergrößerten kreisrunden Querschnitt mit Außendurchmesser D umgeformt wird.
Im mittleren Teil der Fig. 2 ist ferner dargestellt, daß die Umformung des herzustellenden Achsschenkels in mindestens zwei in Längsrichtung des Achsrohres hintereinander liegenden Zonen A und B erfolgt. Die weiter innen liegende Zone A wird maximal gestaucht, so daß sich hier die Wanddicke d2 einstellt, wohingegen die weiter außen liegende Zone B eine im Vergleich geringere oder keine Stauchung erfährt. Die Wanddicke beträgt hier nur d3. Sowohl in Zone A als auch in Zone B verformt sich das Material jedoch in die Gestalt des in Fig. 4 und 5 dargestellten, vergrößerten Kreisquerschnittes, wohingegen die übrige Länge des Achsrohres 5 ihren ursprünglichen, beim Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt beibehält.
In einem weiteren, unten in Fig. 2 dargestellten Verfahrensschritt erfolgt ein Schmieden des zuvor gestauchten Bereiches des Achsrohres und hierbei eine allseitige Reduzierung des nunmehr runden Rohrkörpers bis auf den gewünschten Durchmesser des Achsschenkels 1. Da in der Zone A durch die dort stärkere Stauchung mehr Material zur Verfügung steht, als in der im Vergleich dünnwandrigeren Zone B, läßt sich der im wesentlichen kegelförmig zulaufende Achsschenkel 1 mit massivem oder nahezu massivem Querschnitt erzeugen, so daß der Achsschenkel 1 sehr hohe Widerstandsmomente aufnehmen kann, obgleich das Ausgangsmaterial, d. h., das Vierkantrohr des Achskörpers, relativ dünnwandig gestaltet ist. Bei dem Ausgangsmaterial beträgt das Verhältnis von Wanddicke d1 zur Seitenlänge s weniger als 1:10.
Das Umformen des Achsrohres durch Stauchen und Schmieden des umzuformenden Achsrohrbereiches erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 1.100°C und 1.200°C.