Verfahren zum Herstellen eines aus gegeneinander gesetzten Profilen bestehenden Achskörpers

Abstract

 Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Herstellen eines aus gegeneinander gesetzten Profilen bestehenden Achskörpers von geschlossenem Querschnitt mit rechtwinklig zueinander stehenden Profilabschnitten, wobei die Eckenbereiche (27) zwischen den Profilabschnitten gerundet sind, und die Wanddicken (W1) in den Eckenbereichen (27) gegenüber den Wanddicken (W2) in den übrigen Profilabschnitten (25, 26) vergrößert sind. Um eine vereinfachte Herstellung von Rechteck-Achskörpern mit Wanddickenverstärkungen in den Eckenbereichen zu erzielen, wird in einem ersten Schritt ein flacher Blechstreifen zu einem abgewinkelten Profil (24) kaltverformt. Dies erfolgt zwischen einer eine gerundete Innenecke (29) mit einer daran angrenzenden geraden Fläche (36) aufweisenden Außenmatrize (20) und einer eine gerundete Außenecke (28) mit einer daran angrenzenden geraden Fläche (37) aufweisenden Innenmatrize (21). Die geraden Flächen (36, 37) der Matrizen (20, 21) erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Beaufschlagen des zwischen den geraden Flächen (36, 37) angeordneten Profilabschnitts (26) mit einer zu den Ecken hin gerichteten Stauchkraft (F) unter plastischer Verformung des Materials im Eckenbereich (27). Schließlich werden die so geformten Profile (24) zu dem Achskörper zusammengefügt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aus gegeneinander gesetzten Profilen bestehenden Achskörpers von geschlossenem Querschnitt mit rechtwinklig zueinander stehenden Profilabschnitten, wobei die Eckenbereiche zwischen den Profilabschnitten gerundet sind, und die Wanddicken in den Eckenbereichen gegenüber den Wanddicken in den übrigen Profilabschnitten vergrößert sind.

[0002] Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 43 00 158 A1 bekannt. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Streifen aus Stahlblech mit mehreren im Abstand zueinander angeordneten Verdickungen gewalzt, wobei der Abstand dieser Verdickungen der Kantenlänge des späteren Achskörpers entspricht. Der so gewalzte Blechstreifen wird anschließend zu einem im Querschnitt kreisförmigen Rohr umgeformt, und seine aneinander stoßenden Kanten werden durch eine Längsnaht miteinander verschweißt. In einem weiteren Schritt wird der runde Querschnitt des Rohrs in mehreren Stufen zu dem rechteckigen Endquerschnitt des fertigen Achskörpers gewalzt.

[0003] Ziel der Erfindung ist eine vereinfachte Herstellung von Rechteck-Achskörpern mit Wanddickenverstärkungen in den Eckenbereichen.

[0004] Zur Lösung ist ein Verfahren der eingangs angegebenen Art durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

• Verformen eines flachen Blechstreifens zu einem abgewinkelten Profil zwischen einer eine gerundete Innenecke mit einer daran angrenzenden geraden Fläche aufweisenden Außenmatrize und einer eine gerundete Außenecke mit einer daran angrenzenden geraden Fläche aufweisenden Innenmatrize, wobei sich die geraden Flächen der Matrizen im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken,
• Beaufschlagen des zwischen den Flächen angeordneten Profilabschnitts mit einer zu den Ecken hin gerichteten Stauchkraft unter plastischer Verformung des Materials im Eckenbereich, und
• Zusammenfügen der so geformten Profile zu dem Achskörper.

[0005] Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das im Eckenbereich angeordnete Material zumindest während des Stauchens eine höhere Temperatur aufweist, als das Material in den übrigen Profilabschnitten.

[0006] Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Krümmung der Innenecke der Außenmatrize auf einen anderen Krümmungsmittelpunkt bezogen ist, als die Krümmung der Außenecke der Innenmatrize. Zur Erzielung der gewünschten Materialverdickung im Eckenbereich kann der Krümmungsmittelpunkt der Außenecke weiter von der Innenecke entfernt liegen, als der Krümmungsmittelpunkt der Innenecke. Vorzugsweise sind die Krümmungen jeweils Kreisabschnitte, und die Krümmungsmittelpunkte jeweils die Radienmittelpunkte der Kreisabschnitte.

[0007] Das Verfahren mit seinen Vorteilen und Einzelheiten wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen:

Figur 1

einen Querschnitt durch eine Luftfederachse eines Fahrzeuges und insbesondere eines Fahrzeuganhängers,

Figur 2

eine Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens in insgesamt vier dargestellten Verfahrensschritten,

Figur 3

eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens in wiederum vier Verfahrensschritten,

Figur 4

eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens mit Darstellung insbesondere der Verformungssituation im Eckenbereich,

Figur 5

ein verkürzt dargestellter Blechstreifen vor der Verformung und mit grafisch hervorgehobenen Erhitzungszonen, und

Figur 6

eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens mit Darstellung insbesondere der Verformungssituation im Eckenbereich.

[0008] Bei der in Figur 1 dargestellten Luftfederachse eines Anhängerfahrzeuges sind unter einem Fahrzeugrahmen 2 Stützen 3 befestigt, an denen als Federn ausgebildete Längslenker 8 für den Achskörper 1 der Fahrzeugachse gelagert sind. Über verschiedene Verbindungselemente ist der Achskörper 1 quer an den Längslenkern 8 befestigt. Der Achskörper 1 ist hier ein durchgehend ausgebildeter Achskörper. Er erstreckt sich daher quer zum Fahrzeug von der einen bis auf die andere Fahrzeugseite. An seinen Enden ist der Achskörper 1 mit Achsschenkeln versehen, auf denen jeweils die Fahrzeugräder 10 gelagert sind.

[0009] Zwischen dem Fahrzeugrahmen 2 und dem rückwärtigen Ende des Längslenkers 8 sind Luftfederbälge 9 angeordnet. Der Achskörper 1 ist unter einem vorderen, höher liegenden Federast des Längslenkers 8 angeordnet, während sich die Luftfederbälge 9 auf tiefer liegenden, hinteren Federästen des jeweiligen Längslenkers 8 abstützen. Zwischen den Stützen 3 und dem Achskörper 1 ist auf jeder Seite ein Stoßdämpfer angeordnet.

[0010] Der als geschlossenes rechteckiges und insbesondere quadratisches Rohr gestaltete Achskörper 1 setzt sich aus einzelnen Schalen zusammen. Dies sind beim Ausführungsbeispiel eine obere Halbschale 1 a und eine untere Halbschale 1 b. Die Schalen 1 a, 1 b sind Profile, die an längs des Achskörpers verlaufenden Schweißnähten 16 miteinander verschweißt werden, um so im Ergebnis einen geschlossenen, im Wesentlichen quadratischen Profilquerschnitt zu bilden. Von Bedeutung für die Festigkeit des Achskörpers 1 ist der Umstand, dass die zwischen den einzelnen ebenen Profilabschnitten angeordneten, gerundeten Eckenbereiche 27 eine Wanddicke aufweisen, die gegenüber der Wanddicke in den übrigen Profilabschnitten des Achskörpers vergrößert ist. Diese örtliche Materialanhäufung führt zu einer erhöhten Festigkeit in den Eckenbereichen des Achskörpers 1.

[0011] Die Herstellung der einzelnen, in einem letzten Verfahrensschritt zu dem Achskörper gefügten Schalen 1 a, 1b wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsmöglichkeiten erläutert.

[0012] Figur 2 zeigt in jeweils verschiedenen Verfahrensstadien eine hier unten angeordnete Außenmatrize 20, in welche eine hier oben angeordnete Innenmatrize 21 unter hohem Druck einfahrbar ist. Außenmatrize 20 und Innenmatrize 21 bilden zusammen eine Kaltformpresse. Als formgebendes Element verfügt die Matrize 20 über einen lang gestreckten Kanal 23 von im Wesentlichen Rechteckform, jedoch abgerundeten Ecken 29. Auch die als Patrize dienende Innenmatrize 21 weist im Wesentlichen einen lang gestreckten, rechteckigen Querschnitt auf, wobei die hier als Außenecken gestalteten Ecken 28 wiederum gerundet sind.

[0013] Zwischen Matrize und Patrize der geöffneten Kaltformpresse 19 wird ein gestreckter, flacher Blechstreifen 22, vorzugsweise aus Stahlblech, eingelegt. Die Länge des Blechstreifens 22 entspricht der Länge des herzustellenden Achskörpers.

[0014] Durch das in der zweiten Darstellung der Figur 2 wiedergegebene Absenken der Innenmatrize 21 in die Außenmatrize 20 wird der Blechstreifen 22 durch rechtwinkliges Abkanten kaltverformt. Das entstehende Profil 24 weist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Gestalt einer Halbschale mit U-förmigem Querschnitt und mit mehreren Profilabschnitten auf, nämlich einer Basis 25, zwei rechtwinklig zu der Basis 25 angeordneten Schenkeln 26 sowie den gerundeten Eckenbereichen 27 zwischen den Schenkeln 26 und der Basis 25. In diesem ersten Verfahrensschritt erfolgt die Gestaltung der Eckenbereiche 27 daher in erster Linie durch die Form der an der Innenmatrize 21 ausgebildeten, entsprechend gerundeten Außenecken 28.

[0015] Die dritte Darstellung in Figur 2 zeigt das Endstadium in der Verformung durch die Kaltformpresse 19, d.h. die Innenmatrize 21 ist maximal in die Außenmatrize 20 eingefahren. Die Unterseite der Innenmatrize 21 presst flächig gegen die Basis 25 des Profils, und zugleich liegt diese Basis 25 unter Presskraft flächig am Boden der Außenmatrize 20 an. Zugleich ist aber auch erkennbar, dass im Bereich der Innenecke 29 der Außenmatrize 20 Hohlräume 30 vom Material des Profils 24 unausgefüllt bleiben. Um diese Hohlräume 30 zu füllen und damit zugleich das Profil in seinen Eckenbereichen 27 zu verstärken, erfolgt im Anschluß an die Kaltverformung ein zusätzlicher Stauchschritt.

[0016] Dieser Stauchschritt mit der Stauchkraft F (Fign. 4 und 6) erfolgt bei maximal eingefahrenen Matrizen 20, 21. Gemäß der unteren Darstellung der Figur 2 werden Stempel 33 gegen die freien Stirnflächen 34 der Schenkel 26 verfahren. Mit zunehmendem Stempeldruck kommt es zu einer zu den beiden Flächen 36, 37 der Matrizen parallelen und zu den Ecken hin gerichteten Stauchkraft mit der Folge einer plastischen Verformung des Profilmaterials. Infolge einer vorherigen gezielten Erhitzung der die Ecken bildenden Profilbereiche, auf die später noch einzugehen sein wird, erfolgt die durch den Stauchprozess hervorgerufene plastische Verformung ausschließlich im Eckenbereich 27 des Profils 24 mit der Folge, dass das Material die dort vorher noch bestehenden Hohlräume 30 vollständig ausfüllt. Dies führt zu der gewünschten Materialverstärkung im Eckenbereich des Profils.

[0017] Bei der Ausführungsform nach Figur 2 dienen als Stempel 33 langgestreckte, gegen die Stirnflächen 34 verfahrbare Leisten, welche in oder an der Innenmatrize 21 geführt sind.

[0018] Bei der in Figur 3 dargestellten Verfahrensvariante sind die als Stempel 33 dienenden Leisten verschwenkbar an der Innenmatrize 21 befestigt. Während der Rechteckverformung des Profils 24 sind diese Leisten noch ohne Funktion, und zu diesem Zweck nach außen geschwenkt. Anschließend wird gemäß der dritten Darstellung in Figur 3 die Innenmatrize 21 zunächst noch einmal angehoben, und die Stempel 33 werden nach innen eingeschwenkt. Sodann fährt gemäß der vierten Darstellung in Figur 3 die Innenmatrize 21 einschließlich der nach innen eingeschwenkten Stempel 33 nochmals nach unten, so dass nunmehr die Stempel 33 die gewünschte Stauchkraft auf die beiden Schenkel 26 des Profils 24 ausüben und es zu der plastischen Verformung in den zuvor erwärmten Eckenbereichen 27 kommt.

[0019] Figur 4 zeigt die Verhältnisse im Eckenbereich einer Innenmatrize 21 (Patrize) und einer entsprechenden Außenmatrize 20. Sowohl die Außenecke 28 der Innenmatrize 21, als auch die Innenecke 29 der Außenmatrize 20 sind als Krümmung in Gestalt eines Viertelkreis-Kreisabschnitts gestaltet. Damit die Wanddicke W1 in den Eckenbereichen 27 gegenüber den Wanddicken W2 in den übrigen Profilabschnitten 25, 26 vergrößert ist, ist der Krümmungsmittelpunkt 42 der Außenecke 28 weiter von der Innenecke 29 entfernt, als der Krümmungsmittelpunkt 41 der Innenecke 29 von der Innenecke entfernt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist zudem der Radius R2 der Innenecke 29 etwas größer, als der Radius R1 der Außenecke.

[0020] Damit die gewünschte plastische Materialverformung im Eckenbereich 27 erfolgt, wird der Blechstreifen 22 vor dem Stauchschritt partiell erhitzt. Ziel der Erhitzung ist zunächst, daß bereits der erste Verformungsschritt, bei dem durch rechtwinkliges Abkanten die Eckenbereiche entstehen, mit weniger Verformungskraft durchführbar ist. Ziel ist aber vor allem, daß das im Eckenbereich der Matrizen 20, 21 angeordnete Material während des anschließenden Stauchschritts eine höhere Temperatur aufweist, als das Material in den übrigen Profilabschnitten 25, 26. Die Figur 5 zeigt hierzu in verkürzter Darstellung den noch unverformten, flachen Blechstreifen 22 einschließlich zweier Längsbereiche 44, in denen der Blechstreifen örtlich erhitzt wird. Bei der anschließenden Verformung bilden die Längsbereiche 44 die Eckenbereiche 27 des abgekanteten Profils. Wird der Schenkel 26 mit der Stauchkraft F (Figur 4) beaufschlagt, kommt es zu einer plastischen Verformung nahezu ausschließlich in dem Eckenbereich 27. Denn dort wird der Werkstoff wegen seiner erhöhten Temperatur eher der Staucheinwirkung nachgeben, als über die Länge des Schenkels 26. Der Werkstoff in dem Abschnitt 26 ist zwar dem Stauchdruck unmittelbarer ausgesetzt, weist jedoch eine vergleichsweise niedrige Temperatur auf. Zudem ist der Werkstoff bei der Ausführungsmöglichkeit nach Figur 4 zwischen den hier parallel zueinander angeordneten Flächen 36, 37 gleitend geführt.

[0021] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 sind die beiden Flächen 36, 37 nicht exakt parallel zueinander, sondern weisen einen geringen Winkel W zueinander auf. Dieser kann z. B. 2,5° oder 4° betragen. So kann z. B. die ebene Fläche 37 zur Basis 25 einen von 90° abweichenden Winkel aufweisen, so dass die Schenkel 26 zur Basis 25 hin einen breiteren Querschnitt erhalten. Auch hierfür ist eine gezielte Wärmeeinbringung denkbar.

Bezugszeichenliste

[0022] 

1

Achskörper

1 a

Schale

1 b

Schale

2

Fahrzeugrahmen

3

Stütze

8

Längslenker

9

Luftfederbalg

10

Rad

16

Schweißnaht

19

Kaltformpresse

20

Außenmatrize

21

Innenmatrize (Patrize)

22

Blechstreifen

23

Kanal

24

Profil

25

Basis

26

Schenkel

27

Eckenbereich

28

Außenecke

29

Innenecke

30

Hohlraum

33

Stempel

34

Stirnfläche

36

gerade Fläche

37

gerade Fläche

41

Krümmungsmittelpunkt Innenecke

42

Krümmungsmittelpunkt Außenecke

44

Erhitzter Längsbereich

F

Stauchkraft

R1

Radius

R2

Radius

W

Winkel

W1

Wanddicke

W2

Wanddicke

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines aus gegeneinander gesetzten Profilen bestehenden Achskörpers von geschlossenem Querschnitt mit rechtwinklig zueinander stehenden Profilabschnitten, wobei die Eckenbereiche (27) zwischen den Profilabschnitten gerundet sind, und die Wanddicken (W1) in den Eckenbereichen (27) gegenüber den Wanddicken (W2) in den übrigen Profilabschnitten vergrößert sind
gekennzeichnet durch die Schritte

- Verformen eines flachen Blechstreifens (22) zu einem abgewinkelten Profil (24) zwischen einer eine gerundete Innenecke (29) mit einer daran angrenzenden geraden Fläche (36) aufweisenden Außenmatrize (20) und einer eine gerundete Außenecke (28) mit einer daran angrenzenden geraden Fläche (37) aufweisenden Innenmatrize (21), wobei sich die geraden Flächen (36, 37) der Matrizen (20, 21) im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken,

- Beaufschlagen des zwischen den Flächen (36, 37) angeordneten Profilabschnitts (26) mit einer zu den Ecken hin gerichteten Stauchkraft (F) unter plastischer Verformung des Materials im Eckenbereich (27), und

- Zusammenfügen der so geformten Profile (24) zu dem Achskörper (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das im Eckenbereich (27) angeordnete Material zumindest während des Stauchens eine höhere Temperatur aufweist, als das Material in den übrigen Profilabschnitten (25, 26).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Krümmung der Außenecke (28) auf einen anderen Krümmungsmittelpunkt (42) bezogen ist, als die Krümmung der Innenecke (29).

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Krümmungsmittelpunkt (42) der Außenecke (28) weiter von der Innenecke (29) entfernt liegt, als der Krümmungsmittelpunkt (41) der Innenecke (29).

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Krümmungen jeweils Kreisabschnitte, und die Krümmungsmittelpunkte (41, 42) jeweils die Radienmittelpunkte der Kreisabschnitte sind.

Zeichnung