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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus
Metall, insbesondere für ein
Kopflagergehäuse
eines Federbeines, das ein Basisteil und einen sich von diesem weg
erstreckenden Flansch aufweist, wobei der Flansch einen im Wesentlichen
rohrförmigen
Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen sich daran anschließenden kragenartigen
Randabschnitt aufweist, dessen freier Rand einen zweiten Durchmesser
aufweist, der größer ist
als der erste Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Bauteil aus Metall, insbesondere für ein Kopflagergehäuse eines Federbeines.
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Ein
Bauteil der vorstehend genannten Art wird im Sinne der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise für
ein Kopflagergehäuse
eines Federbeines im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges verwendet. Der im
Wesentlichen rohrförmige
Abschnitt des Bauteils dient dabei zur Aufnahme eines Dämpferlagers
eines Stoßdämpfers,
der mit dem Kopflagergehäuse
verbunden ist. Der Flansch wird dazu innenseitig zusätzlich mit
einem gummielastischen Dämpfungselement versehen.
Damit das Dämpfungselement
in dem Flansch fest sitzt, ist das freie Ende des Flansches, d.
h. das Ende, das von dem Basisteil abgewandt ist, mit einem kragenartigen
Randabschnitt versehen, dessen freier Rand einen größeren Durchmesser aufweist
als der kleinste Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts, so dass
der Flansch eine taillierte Form besitzt.
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Bei
den bisherigen vergleichbaren Bauteilen für ein Kopflagergehäuse waren
der Flansch und das Basisteil aus zwei Teilen durch Fügen, beispielsweise
Schweißen,
miteinander verbunden worden. Wünschenswert
ist jedoch hinsichtlich der Gestehungskosten eine einteilige Ausgestaltung
des Stützflansches
mit dem Basisteil.
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Die
einteilige Herstellung des eingangs genannten Bauteils stellt sich
jedoch wegen der ausgeprägt
taillierten Form des Flansches als problematisch dar. Es wurde versucht,
den Flansch durch ein Ziehverfahren in mehreren Zügen zu ziehen,
bis der rohrförmige
Abschnitt mit dem ersten Durchmesser erhalten wird. Beim anschließenden Umlegen
des freien Randes mit einem Aufweitprozess, um den kragenartigen
Randabschnitt zu bilden, dessen freier Rand einen deutlich größeren Durchmesser
aufweist als der erste Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts, ist jedoch
der kragenartige Randabschnitt immer eingerissen.
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Aus
DE 514 584 C ist
ein Verfahren zur Herstellung von nahtlosen zylindrischen Hohlkörpern bekannt,
bei dem eine Blechscheibe durch einen Walzvorgang mittels schräggestellter
Walzen über
einen profilierten Dorn zu einem zylindrischen Hohlkörper geformt
wird.
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DE 22 52 091 A1 offenbart
ein rohrförmiges Lagergehäuse, insbesondere
für die
Aufnahme von Drehstabfedern, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines
solchen Lagergehäuses.
Zur Herstellung des Lagergehäuses
wird unter Verwendung eines Längsnaht-geschweißten Rundrohrabschnittes
mit geräumter
Innennaht, mit dem Außendurchmesser
der Gehäuseendabschnitte
und einer auf maximal das 1,2fache des Lagergehäuse-Fertigteiles begrenzten Länge, der
mittlere, den Passsitz aufweisende zylindrische Bereich durch Einziehen
unter gleichzeitiger Erhöhung
seiner Wandstärke
sowie Formung kegelstumpfförmiger Übergangszonen
zwischen den Endabschnitten und dem Mittelbereich gebildet.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art bereitzustellen, mit dem das eingangs genannte Bauteil
einteilig hergestellt werden kann.
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Der
Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein derart hergestelltes
Bauteil bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens dadurch gelöst, dass
es die Schritte aufweist:
- – Bereitstellen eines Rohbauteils,
das ein Basisteil und einen zylindrisch rohrförmigen Abschnitt mit einem
dritten Durchmesser aufweist, der zumindest größer als der erste Durchmesser
ist, wobei das Rohbauteil aus einer Platine vorgefertigt wird, aus
der der zylindrisch rohrförmige
Abschnitt mit dem dritten Durchmesser gezogen wird,
- – Reduzieren
des dritten Durchmessers des zylindrisch rohrförmigen Abschnitts auf den ersten Durchmesser
in einem Abstand von einem Rand des rohrförmigen Abschnitts durch Umformen
mittels eines außen
am rohrförmigen
Abschnitt angreifenden und etwa radial zur Längsmittelachse hin wirkenden
Umformwerkzeuges, derart, dass der kragenartige Randabschnitt gebildet
wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
geht von einem anderen Ansatz der Herstellung der taillierten Form
des Flansches zur Ausbildung des kragenartigen Randabschnitts aus,
in dem zunächst
ein Rohbauteil bereitgestellt wird, das einen zylindrisch rohrförmigen Abschnitt
aufweist, dessen Durchmesser noch größer ist als der erste Durchmesser,
den der rohrförmige
Abschnitt des fertig hergestellten Flansches aufweisen soll. Anstatt
den freien Rand des rohrförmigen
Abschnitts anschließend
in einem Aufweitprozess nach außen
umzulegen, um den kragenartigen Randabschnitt zu bilden, ist weiterhin
erfindungsgemäß vorgesehen,
den ursprünglich
zylindrisch rohrförmigen
Abschnitt mittels eines außen
am rohrförmigen
Abschnitt und in einem Abstand vom Rand des rohrförmigen Abschnitts
angreifenden radial nach innen wirkenden Umformwerkzeuges derart umzuformen,
dass der dritte Durchmesser auf den kleineren ersten Durchmesser
reduziert wird.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der anderen Vorgehensweise,
nämlich
den ursprünglich
zylindrisch rohrförmigen
Abschnitt bereits mit dem ersten Durchmesser, beispielsweise durch
Ziehen herzustellen, eine sehr hohe Materialverfestigung im zylindrisch
rohrförmigen
Abschnitt entsteht, mit der Folge, dass die verbleibende Restumformbarkeit,
die zum Umlegen des Randes nach außen erforderlich ist, zu gering
ist, so dass es zum Einreißen
des kragenartigen Randabschnitts kommt. Wird dagegen der ursprünglich zylindrische rohrförmige Abschnitt
mit einem Durchmesser hergestellt, der größer ist als der Durchmesser
des rohrförmigen
Abschnitts des Flansches, und zwar ebenfalls durch ein Ziehverfahren,
ist die Materialverfestigung im zylindrisch rohrförmigen Abschnitt
wesentlich geringer, und das Restumformvermögen ist vollkommen ausreichend,
um durch den vorstehend genannten Umformvorgang, mit dem die Taille
des Flansches durch Durchmesserreduzierung hergestellt wird, den
kragenartigen Randabschnitt zu formen, ohne dass die Gefahr eines
Einreißens
des Randabschnitts besteht.
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Das
Rohbauteil wird aus einer Platine vorgefertigt, aus der der zylindrische
rohrförmige
Abschnitt mit dem dritten Durchmesser gezogen wird.
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Das
Verfahren stellt somit eine Kombination aus einem Ziehverfahren,
insbesondere Tiefziehverfahren mit einem anschließenden Umformen
zur Durchmesserreduzierung, insbesondere Rollieren oder Drücken, wie
oben erwähnt.
In dieser Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Bauteil daher insgesamt
sehr kostengünstig
hergestellt werden. Da der zylindrisch rohrförmige Abschnitt des Rohbauteils
mit einem größeren Durchmesser
gezogen wird als der später
zu erreichende erste Durchschnitt, ist die Anzahl an Zügen bei
dem Ziehvorgang vorteilhafterweise reduziert, was die Kosten des
erfindungsgemäßen Verfahrens
weiter reduziert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es daher, das eingangs genannte Bauteil, insbesondere für ein Kopflagergehäuse eines
Federbeines, einteilig und damit kostengünstig und dennoch ohne nennenswerte
Ausschussquote herzustellen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der dritte Durchmesser
des zylindrisch rohrförmigen
Abschnitts größer als
der zweite Durchmesser.
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Beim
Reduzieren des dritten Durchmessers des zylindrisch rohrförmigen Abschnitts
auf den ersten Durchmesser kann es vorkommen, insbesondere wenn
der erste Durchmesser wesentlich kleiner als der dritte Durchmesser
ist, dass beim Umformen zur Formung des kragenartigen Randabschnitts
der zu erzielende zweite Durchmesser des freien Randes des kragenartigen
Randabschnitts unterschritten wird. Mit der vorstehend genannten
Maßnahme
kann ein Unterschreiten des zweiten Durchmessers durch Vorhalten
eines ausreichend großen
Ausgangsdurchmessers vorteilhafterweise vermieden werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst
das Umformen ein Rollieren oder Drücken mit radial nach innen
gerichteter Wirkrichtung.
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Rollieren
oder Drücken
haben sich im Rahmen von Versuchen als besonders geeignete Umformverfahren
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
herausgestellt, und diese darüber
hinaus beherrschbar sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Umformen einen
Vorumformgang mittels eines ersten Umformwerkzeuges und zumindest einen
Weiterumformvorgang mittels zumindest eines zweiten Umformwerkzeuges.
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Im
Falle eines Rollieren zur Ausbildung der Taille des Flansches bzw.
des kragenartigen Randabschnitts an dem Flansch kann dabei zunächst mit
einer Vorrolle eine erste Durchmesserreduzierung des zylindrischen
rohrförmigen
Abschnitts und anschließend
mit einer Konturrolle die weitere Durchmesserreduzierung auf den
ersten Durchmesser durchgeführt
werden. Der Vorteil eines zweistufigen oder mehrstufigen Vorgehens
bei der Umformung zur Ausbildung des kragenartigen Randabschnitts
besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren flexibel an unterschiedlichen
Endgeometrien des Bauteils angepasst werden kann, wobei beispielsweise
der Vorumformvorgang bei den unterschiedlichen Geometrien gleich
sein kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird während des Umformens auf den
Rand des rohrförmigen
Abschnitts zumindest zeitweise ein axialer Druck ausgeübt.
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Diese
Maßnahme
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der freie Rand des kragenartigen Randabschnitts
sich möglichst
quer zur Längsachse des
Flansches erstrecken soll, weil der axiale Druck im Zusammenhang
mit der radial nach innen wirkenden Umformkraft ein Nach-Außen-Richten
des freien Randes des kragenartigen Randabschnitts unterstützt.
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Ein
erfindungsgemäßes Bauteil
aus Metall, insbesondere für
ein Kopflagergehäuse
eines Federbeines, das ein Basisteil und einen sich von diesem weg
erstreckenden Flansch aufweist, wobei der Flansch einen im Wesentlichen
rohrförmigen
Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen sich daran anschließenden kragenartigen
Randabschnitt aufweist, dessen freier Rand einen zweiten Durchmesser
aufweist, der größer ist
als der erste Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts, ist nach
einem Verfahren nach einer oder mehreren der vorstehend genannten
Ausgestaltungen hergestellt.
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Vorzugsweise
ist das Basisteil und der Flansch einstückig miteinander ausgebildet,
was durch das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht wird.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und der beigefügten
Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in Bezug
auf diese hiernach näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Bauteil aus Metall für
ein Kopflagergehäuse
eines Federbeines im Querschnitt entlang einer Ebene, die die Längsmittelachse
des Bauteils enthält;
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2 ein
Rohbauteil gemäß einer
nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung
im Querschnitt;
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3 ein
Rohbauteil in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung zur Herstellung
eines Bauteils aus Metall für
ein Kopflagergehäuse
eines Federbeines ähnlich
dem Bauteil in 1;
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4 eine
schematische Darstellung einer Werkzeuganordnung zum Umformen des
Rohbauteils in 3 in einer ersten Umformstufe;
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5 das
Rohbauteil in 3 nach der Umformung gemäß 4 im
Querschnitt;
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6 eine
Werkzeuganordnung zur weiteren Umformung des Rohbauteils in 5,
teilweise in einer geschnittenen Darstellung; und
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7 das
nach der weiteren Umformung gemäß 6 erhaltene
Rohbauteil im Querschnitt.
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In 1 ist
ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes Bauteil
aus Metall, insbesondere aus Stahl, dargestellt, das für ein Kopflagergehäuse eines
Federbeines verwendet werden kann.
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Das
Bauteil 10 weist ein Basisteil 12 auf, das in
Form einer Platte 14 ausgebildet ist. Die Formgebung des
Basisteils 12 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung
beliebig sein und ist zweckmäßigerweise
gemäß dem Einsatzzweck
des Bauteils 10 an das jeweilige Federbein angepasst.
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Von
dem Basisteil 12 erstreckt sich ein Flansch 16 weg,
der als Stützflansch
für ein
Dämpferlager
dient.
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Der
Flansch 16 weist einen im Wesentlichen rohrförmigen Abschnitt 18 auf,
der einen ersten Durchmesser D1 aufweist,
wobei der erste Durchmesser D1 in der vorliegenden
Beschreibung als der kleinste Durchmesser D1 des
Flansches 16 zu verstehen ist. Dabei ist unerheblich, ob
der Durchmesser D1 wie in 1 gezeigt
der Außendurchmesser
des rohrförmigen
Abschnitts 18 oder der entsprechende Innendurchmesser des
rohrförmigen
Abschnitts 18 ist, wobei sich Letzterer aus der Differenz
des Außendurchmessers
und der doppelten Materialstärke
des rohrförmigen
Abschnitts 18 ergibt.
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An
seinem freien, d. h. dem Basisteil 12 abgewandten Ende
weist der Flansch 16 einen sich an den rohrförmigen Abschnitt
anschließenden
kragenartigen Randabschnitt 20 auf, dessen freier Rand
einen zweiten Durchmesser D2 aufweist, der
wesentlich größer ist
als der erste Durchmesser D1 des rohrförmigen Abschnitts 18.
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Der
Flansch 16 ist insgesamt rotationssymmetrisch um eine Längsachse 24 des
Bauteils 10 ausgebildet.
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In
den Flansch 16 wird nach Fertigstellung des Bauteils 10 beispielsweise
ein nicht dargestelltes elastisches Dämpferelement in Form einer
Gummielementes eingefügt,
wobei das Dämpferelement durch
die taillierte Form des Inneren des Flansches 16 gut fixiert
werden kann.
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Wie
aus 1 hervorgeht, ist der Flansch 16 mit
dem Basisteil 12 einstückig
bzw. einteilig ausgebildet.
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Nachfolgend
wird anhand der schematischen 2 bis 7 beschrieben,
wie das Bauteil 10 aus einem Rohbauteil durch Kalt- oder
Warmumformungsvorgänge
(bevorzugt Kaltumformung) hergestellt werden kann.
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Die
in 2 bis 7 dargestellten Rohbauteile
sind im Verhältnis
zu 1 und untereinander nicht maßstabsgetreu, jedoch sind Bezugnahmen auf
den ersten Durchmesser D1 und den zweiten Durchmesser
D2 im Sinne von 1 zu verstehen.
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2 zeigt
ein einstückiges
Rohbauteil 26, das zur Herstellung des Bauteils gemäß 1 nicht geeignet
ist.
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Das
Rohbauteil 26 weist ein Basisteil 28 und einen
zylindrisch rohrförmigen
Abschnitt 30 auf. Der zylindrisch rohrförmige Abschnitt 30 ist
durch mehrere Züge
in einem Tiefziehverfahren bereits mit dem ersten kleinen Durchmesser
D1 gezogen worden.
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Es
könnte
nun in Betracht gezogen werden, den kragenartigen Randabschnitt
an dem zylindrisch rohrförmigen
Abschnitt 30 durch Umlegen eines freien Endes 32 des
zylindrisch rohrförmigen
Abschnitts 30 nach außen
herzustellen, d. h. den freien Rand 32 nach außen umzubiegen,
wie mit unterbrochenen Linien in 2 dargestellt
ist. Diese Vorgehensweise bei der Formung des kragenartigen Randabschnitts 20 in 1 hat
jedoch den Nachteil, dass das Material im Bereich des freien Randes 32 bei
diesem Umformvorgang einreißt.
Das Einreißen
des Materials ist um so wahrscheinlicher, als der Durchmesser D2 wesentlich größer als der Durchmesser D1 ist. Der Grund für das Einreißen des
Randes 32 liegt darin, dass bei der Formung des zylindrisch
rohrförmigen Abschnitts 30 bereits
mit dem kleinen ersten Durchmesser D1 viele
Züge beim
Tiefziehen erforderlich sind, was in dem zylindrisch rohrförmigen Abschnitt 30 eine
hohe Materialverfestigung bewirkt, wodurch das Restumformvermögen des
zylindrisch rohrförmigen
Abschnitts 30 beim Nach-Außen-Biegen des Randes 32 nicht
mehr ausreicht, um einen kragenartigen Randabschnitt mit einem großen Durchmesser D2 zu erhalten.
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Demgegenüber ist
in 3 ein Rohbauteil 34 gezeigt, das in dem
erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen eines Bauteils wie desjenigen gemäß 1 verwendet
wird.
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Das
Rohbauteil 34 weist wiederum ein Basisteil 36 und
einen zylindrisch rohrförmigen
Abschnitt 38 auf. Das Basisteil 36 weicht von
dem Basisteil 12 des Bauteils 10 ab, es versteht
sich jedoch, dass das Basisteil 36 mit dem Basisteil 12 identisch
sein kann und hier nur eine schematische Zeichnung vorliegt. Der
zylindrisch rohrförmige
Abschnitt 38 ist wiederum in einem Tiefziehverfahren aus
dem Basisteil 36 gezogen worden, im Unterschied zu dem
Rohbauteil 26 in 2 jedoch
mit einem dritten Durchmesser D3, der größer ist
als der erste Durchmesser D1 des rohrförmigen Abschnitts 18 des
fertigen Bauteils 10.
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Der
Durchmesser D3 kann dabei gleich dem zweiten
Durchmesser D2 des fertigen kragenartigen Randabschnitts 20 oder
auch noch größer als
dieser zweite Durchmesser D2 sein.
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Im
Unterschied zu der Vorgehensweise gemäß 2, bei der
der kragenartige Randabschnitt 20 durch Nach-Außen-Umlegen
des freien Endes oder Randes 32 geformt wird, wird ausgehend
von dem Rohbauteil 34 in 3 der dritte
Durchmesser D3 des zylindrisch rohrförmigen Abschnitts 38 durch ein
außen
am rohrförmigen
Abschnitt 38 in einem Abstand von einem Rand 40 des
rohrförmigen
Abschnitts 38 angreifendes und etwa radial zur Längsmittelachse 42 hin
wirkendes Umformwerkzeug 44 reduziert, um den kragenartigen
Randabschnitt 20 in 1 zu bilden.
Diese Vorgehensweise ist in 4 bis 7 dargestellt.
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4 zeigt
das Rohbauteil 34 in einer Werkzeuganordnung 46,
die das Umformwerkzeug 44 aufweist. Das Umformwerkzeug 44 ist
eine Rolle, die auf die Außenseite
des zylindrisch rohrförmigen
Abschnitts 38 des Rohbauteils 34 einen radial
nach innen gerichteten Druck ausübt,
wie in 4 mit einem Pfeil 48 veranschaulicht
ist.
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Die
Werkzeuganordnung 46 weist eine Werkzeugaufnahme 50 zur
Aufnahme des Rohbauteils 34 sowie einen Andrücker 52 auf,
der beispielsweise mittels der Kraft von Federn 54 auf
das Ende 40 des rohrförmigen
Abschnitts 38 zumindest zeitweise einen axialen Druck gemäß einem
Pfeil 56 ausübt.
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Das
Umformwerkzeug 44 ist eine Vorrolle, mit der in einer ersten
Stufe ein Vorumformvorgang zum anfänglichen Reduzieren des dritten
Durchmessers D3 durch Eindrücken bzw.
Rollieren durchgeführt
wird.
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In 5 ist
das Rohbauteil 34 nach dem in 4 gezeigten
Umformvorgang dargestellt. Der rohrförmige Abschnitt 38 ist
nach dem Vorrollieren oder Vordrucken in einem Abstand vom freien
Rand 40 auf einen Zwischendurchmesser Dz reduziert
worden, wobei sich der kragenartige Randabschnitt 20' in einem Anfangszustand
herausgebildet hat.
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Ausgehend
von der Umformstufe gemäß 5 wird
das Rohbauteil 34 in der Werkzeuganordnung 46 nunmehr
mittels eines weiteren Umformwerkzeuges 58, das ebenfalls
als Rolle ausgebildet ist, beispielsweise als Konturrolle, mit radial
nach innen gerichteter Kraft gemäß einem
Pfeil 60 weiter eingedrückt,
wobei der Andrücker 52 zumindest
zeitweise weiterhin einen axialen Druck auf den freien Rand 40 ausübt.
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In 7 ist
das Rohbauteil 34 nach der Weiterumformung gemäß 6 in
Alleinstellung dargestellt.
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Die
Weiterumformung gemäß 6 kann prinzipiell
so durchgeführt
werden, dass der rohrförmige
Abschnitt 38 durch das Rollieren bzw. Eindrücken nunmehr
auf den endgültigen
ersten Durchmesser D1 reduziert und der
kragenartige Randabschnitt 20 bereits mit dem fertigen
zweiten Durchmesser D2 geformt wurde.
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Um
die genaue Ausgestaltung des Bauteils 10 gemäß 1 zu
erreichen, können
jedoch auch weitere Rollier- bzw. Eindrückvorgänge vorgenommen werden, je
nach der vorbestimmten Formgebung des fertigen Bauteils 10.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren,
das davon ausgeht, durch ein nach innen gerichtetes Umformen des
rohrförmigen
Abschnitts 38 des Rohbauteils 34 den rohrförmigen Abschnitt 18 des
fertigen Bauteils 10 mit dem ersten Durchmesser D1 zu for men und dabei den kragenartigen Randabschnitt 20 zu
bilden, hat sich gezeigt, dass der kragenartige Randabschnitt 20 nicht
zum Einreißen
neigt.