DE102010008164A1

DE102010008164A1 - Verfahren zur Anbindung einer Rohrstabilisatorhälfte und Rohrstabilisator

Info

Publication number: DE102010008164A1
Application number: DE102010008164A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Hammelmaier; Bernhard Hofmann; Dr. Smatloch Christian; Dr. Härtel Wulf; Christian Ditter
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-08

Abstract

Die vorliegend Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbindung einer Rohrstabilisatorhälfte an einen Aktuator mit folgenden Verfahrensschritten;
Bereitstellen eines Rohres;
Aufstauchen eines Rohrendes der Rohrstabilisatorhälfte, bei im Wesentlichen konstantem Außendurchmesser und sich verringerndem Innendurchmesser,
Aufweiten des gestauchten Rohrendes auf ein Endmaß in einem oder mehreren Aufweitvorgängen;
Biegen der Rohrstabilisatorhälfte in eine für die Rohrstabilisatorhälfte vorgegebene Form;
Stoffschlüssiges Verbinden des aufgestauchten und aufgeweiteten Rohrendes mit einem Anbindungsbereich des Aktuators.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Rohrstabilisator, wobei der Rohrstabilisator zwei Rohrstabilisatorhälften aufweist, die mit einem Verfahren gemäß der voranstehenden Ansprüche an einen Aktuator gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbindung einer Rohrstabilisatorhälfte an einen Aktuator mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und einen Rohrstabilisator mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung geteilter Rohrstabilisatoren bekannt. Aus der DE 199 30 444 C2 ist ein Kopplungsverfahren bekannt, bei dem eine drehfeste Verbindung zwischen einer Rohrstabilisatorhälfte und einem Schwenkmotor über separate Kupplungsglieder realisiert wird. Nachteilig an so einem Verfahren ist ein relativ hoher Produktions- und Kostenaufwand durch die Verwendung verschiedener Bauteile und Kopplungsglieder.
Die DE 102 37 103 A1 zeigt ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines geteilten Rohrstabilisators auf. Hierbei werden die Enden der Rohrstabilisatorhälften mittels Laserschweißen entweder direkt mit einem Gehäuseteil eines Schwenkmotors oder mit einem Verbindungselement verbunden. Um eine Überbeanspruchung der so hergestellten Schweißnaht im Fahrbetrieb bei der Übertragung hoher Drehmomente zu vermeiden, wird vorgeschlagen auf einen großen Durchmesser der Schweißfügung zu achten. Jedoch weisen die aus dieser Druckschrift bekannten Fügeverbindungen Eigenschaften auf, die den Anforderungen aufgrund des Einsatzfalles auftretenden wechseldynamischen Beanspruchungen nicht immer genügen.
Die DE 10 2004 057 429 B4 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines geteilten Rohrstabilisators mit einem zwei Rohrstabilisatorhälften miteinander koppelnden Schwenkmotor, bei dem die Rohrstabilisatorhälften direkt an den Schwenkmotor durch thermisches Fügen gekoppelt werden. Das Verfahren sieht vor, das Rohrende der Rohrstabilisatorhälfte durch gleichzeitiges Aufwerten und Stauchen unter Vergrößerung der Wanddicke für den Koppelungsprozess vorzubereiten, um hier eine gute Anbindung für die Schweißnaht und einen großen Durchmesser zur Übertragung hoher Drehmomente herzustellen.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Prozess der Rohrendenbearbeitung gemäß der DE 10 2004 057 429 B4 nicht immer produktionssicher gestaltet werden kann. Die Nachbearbeitung des Rohrendes kann notwendig sein. Ebenfalls entsteht durch das gleichzeitige Aufweiten und Stauchen ein omnidirektionaler Materialfluss, der sich nachteilig auf die Festigkeit im Anbindungsbereich auswirken kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Anbindung einer Rohrstabilisatorhälfte an einen Aktuator zur Verfügung zu stellen, mit dem es möglich ist, produktionssicher und kostengünstig eine hochfeste Anbindung zu realisieren. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen geteilten Rohrstabilisator zur Verfügung zu stellen, der in einem Anbindungsbereich eine kostengünstig herstellbare hochfeste Verbindung aufweist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rohrstabilisator mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Anbindung einer Rohrstabilisatorhälfte an einen Aktuator umfasst folgende Verfahrensschritte:

– Bereitstellen eines Rohres;
– Aufstauchen eines Rohrendes der Rohrstabilisatorhälfte, bei einem wesentlichen konstanten Außendurchmesser und sich verringernden Innendurchmesser,
– Aufwerten des gestauchten Rohrendes auf ein Endmaß in einem oder mehreren Aufweitvorgängen;
– Biegen der Rohrstabilisatorhälfte in eine für die Rohrstabilisatorhälfte vorgegebene Form;
– stoffschlüssiges Verbinden des aufgestauchten und aufgeweiteten Rohrendes mit einem Anbindungsbereich des Aktuators.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere die Vorteile erreicht, dass die Anbindung besonders produktionssicher und kostengünstig hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Anbindung durch den erfindungsgemäßem Verfahrensprozess flexibel gestaltet wenden kann, in der Form, dass durch einfachen Werkzeugwechsel verschiedene Aufweitendmaße erreicht werden können.
Ein weiterer sich ergebener Vorteil ist, dass durch das getrennte Stauchen und Aufweiten des Rohrendes sowie das Aufwerten in mehreren Aufweitvorgängen der Materialfluss und die daraus resultierenden Spannungen innerhalb des Rohrendes gezielt gesteuert werden können. Aufwändigen Nachbearbeitungen oder aber auch Korrekturprozesse während des Verfahrens entfallen damit nahezu gänzlich. Dies wirkt sich wiederum vorteilig auf die Produktionssicherheit und auch auf die zu erwartenden Produktionskosten aus.
Das Aufweiten des gestauchten Rohrendes erfolgt im Rahmen der Erfindung auf das ein- bis dreifache des Ausgangsdurchmessers. Besonders bevorzugt wird das Rohrende auf das 1,7- bis 2,2-fache des Ausgangsdurchmessers aufgeweitet. Die Wandstärke des gestauchten und aufgeweiteten Rohrendes beträgt das ein- bis dreifache der Ausgangswandstärke des Rohres. Besonders bevorzugt beträgt die Wandstärke des gestauchten und aufgeweiteten Rohrendes das 1,3- bis 1,6-fache der Wandstärke des Rohres. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilige Möglichkeit das Rohrende durch thermisches Fügen mit dem Aktuator zu koppeln. Durch die gegenüber dem Ausgangszustand erhöhte Wandstärke erfolgt gerade unter Berücksichtigung einer Wärmeeinflusszone einer thermischen Fügenaht eine besonders gute stoffschlüssige Verbindung.
Im Rahmen der Erfindung erfolgt von dem gestauchten und aufgeweiteten Rohrende auf den restlichen Teil des Rohres ein harmonischer Übergang. Dies bedeutet, dass die entstehenden Biegeradien von einem aufgeweiteten Außendurchmesser auf einen Rohraußendurchmesser im Ausgangszustand einen geringen Wert aufweisen. Der Übergang erfolgt trichterförmig und/oder trompetenförmig. Die Übergangsradien werden dabei im Rahmen der Erfindung so gewählt, dass sie dem drei- bis zehnfachen der Wandstärke des Rohres im Ausgangszustand entsprechen. Im Rahmen der Erfindung wird der Übergang zwischen gestauchten und aufgeweiteten Außendurchmesser und Außendurchmesser des Rohres bevorzugt kegelförmig ausgebildet. Die Übergangsradien weisen bevorzugt einen Kegelwinkel zwischen 15 und 25 Grad, besonders bevorzugt zwischen 19 und 21 Grad auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Rohrstabilisatorhälfte und/oder der Aktuator wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung kann dabei während, zwischen oder nach den einzelnen Verfahrensschritten durchgeführt wenden. Unter einer Wärmebehandlung ist im Rahmen der Erfindung eine Wärmebehandlung zu verstehen, die beispielsweise alle Bauteile durch Einbringen der Bauteile in einen Wärmebehandlungsofen umfasst. Die Wärmebehandlung kann im Rahmen der Erfindung aber auch nur partiell stattfinden, so dass beispielsweise nur das Rohrende wärmebehandelt wird.
Unter einer Wärmebehandlung ist im Rahmen der Erfindung ein Glühen, ein Weichglühen, ein Anlassen oder aber auch Härten zu verstehen. Die Notwendigkeit und auch die Wahl der verschiedenen Wärmebehandlungsmöglichkeiten sind abhängig von der zu erwartenden Belastbarkeit der Anbindung sowie von den eingesetzten Materialen. Beispielsweise ist die Wärmebehandlungsmöglichkeit des Aktuators durch Einsatz verschiedener Elektronikkomponenten eingeschränkt. Auch eine Erwärmung durch Induktionen ist im Rahmen der Erfindung vorstellbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Rohrende im erwärmten Zustand gestaucht Weiterhin wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt das Rohrende im erwärmten Zustand aufgeweitet. Durch die Umformung des Rohrendes im jeweils erwärmten Zustand verringern sich die einzusetzenden Umformkräfte und auch die auftretenden Spannungen innerhalb des jeweiligen umgeformten Bauteilabschnittes sowie in den daran angrenzenden Abschnitten. Diese beiden Punkte wirken sich dabei wieder besonders positiv auf die Produktionssicherheit sowie die Produktionskosten aus, beispielsweise werden durch geringere Umformkräfte kleinere und somit kostengünstigere Werkzeugmaschinen benötigt. Die gezielte Erlangung eines benötigten Werkstoffgefüges im Anbindungsbereich bringt keine aufwändigen Nachbearbeitungsmaßnahmen mit sich, was sich ebenfalls kostengünstig auf den gesamten Produktionsprozess auswirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Rohrende und/oder der Anbindungsbereich des Aktuators durch Verfestigungsstrahlen behandelt. Das Verfestigungsstrahlen induziert dabei Druckeigenspannungen in der Randschicht des Rohrendes oder aber des Anbindungsbereiches des Aktuators. Weiterhin verändert das Verfestigungsstrahlen die Oberflächentopografie sowie das Gefüge in der Randschicht und steigert ebenfalls die Härte in der Randschicht. Vorzugsweise wird das Rohrende auch von innen durch Verfestigungsstrahlen behandelt. All diese Punkte wirken sich besonders vorteilig auf die hohe Festigkeit und somit auf ein hohes mögliches zu übertragendes Drehmoment des Anbindungsbereiches aus. Ebenfalls wirkt sich das Verfestigungsstrahlen besonders vorteilig auf den thermischen Fügevorgang aus. Die Oberflächentopografien in den Anbindungsbereichen werden durch das Verfestigungsstrahlen optimal auf den thermischen Fügevorgang vorbereitet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Rohrstabilisatorhälfte umformtechnisch bearbeitet und mit über ihre Länge verteilten unterschiedlichen Querschnittsabschnitten versehen. Unter unterschiedlichen Querschnittsabschnitten sind im Rahmen der Erfindung Abschnitte auf der Rohrstabilisatorhälfte zu verstehen, die in ihren Querschnitten verschieden sind. Die Unterschiede können dabei in der Größe von Innen- und Außendurchmesser, im Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser und/oder aber auch in unterschiedlicher Wanddicke realisiert werden. Das umformtechnische Bearbeiten der Rohrstabilisatorhälfte kann im Rahmen der Erfindung dabei vor, während, zwischen oder nach den einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahren zur Anbindung der Rohrstabilisatorhälfte an den Aktuator durchgeführt werden. Gerade im Bezug auf die einfache Produzierbarkeit ist es vom besonderen Vorteil, das umformtechnische Bearbeiten zwischen oder nach dem Verfahren durchzuführen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Rohrstabilisatorhälfte und/oder der Anbindungsbereich beschichtet. Die Beschichtung wirkt sich dabei besonders vorteilig auf die Langlebigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Rohrstabilisators aus.
Die gegenständliche Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rohrstabilisator, wobei der Rohrstabilisator zwei Rohrstabilisatorhälften aufweist, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren an einen Aktuator gekoppelt sind, gelöst. Der erfindungsgemäße Rohrstabilisator weist somit mindestens zwei Rohrstabilisatorhälften auf, die jeweils an ihren Rohrenden bearbeitet wurden und an einen jeweiligen Anbindungsbereich eines Stellaktuators gekoppelt wurden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, eine bevorzugte Ausführungsform anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1a–d ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufweiten einer Rohrstabilisatorhälfte mit einzelnen Verfahrensschritten und
2 einen Rohrstabilisator mit zwei Rohrstabilisatorhälften, die an einen Aktuator gekoppelt sind.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichende Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1a zeigt einen ersten Verfahrensschritt, wobei ein Rohr 1 bereitgestellt wird, das sich in einem Ausgangzustand befindet. In dem Ausgangszustand hat das Rohr 1 einen Außendurchmesser D1 und einen Innendurchmesser D2.
1b zeigt einen zweiten Verfahrensschritt, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Rohrende 2 gestaucht wird. Das Rohrende 2 hat während des Stauchvorganges im Wesentlichen den Außendurchmesser D1, hierzu jedoch einen verringerten Innendurchmesser D3. Der Innendurchmesser D3 ist während und nach dem Stauchvorgang kleiner als der Innendurchmesser D2 des Ausgangszustandes. Das Rohrende 2 weist folglich eine verdickte Wandstärke WD im Vergleich zur Wandstärke WA des übrigen Rohres 1 auf, die im Wesentlichen der Wandstärke WA des Ausgangszustandes entspricht.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Rohrende 2 aufgeweitet. 1c zeigt eine mögliche Variante eines ersten Aufweitschrittes. In der 1c ist zu erkennen, dass das Rohrende 2 durch Aufweiten einen größeren Außendurchmesser D4 gegenüber dem Außendurchmesser D1 des Ausgangszustandes erhält. Ebenfalls vergrößert sich ein Aufweitinnendurchmesser D5. Der Aufweitinnendurchmesser D5 ist dabei größer als der verringerte Innendurchmesser D3. Je nach Aufweitstufe, die in diesem Verfahrensschritt durchgeführt wird, ist der Aufweitinnendurchmesser D5 kleiner, gleich oder größer als der Innendurchmesser D2 des Ausgangszustandes. Gleichzeitig verringert sich die Wandstärke WW während des Aufweitvorganges, aufgrund einer Änderung der Querschnittsfläche 3 im Bereich des Rohrendes 2. Die Wandstärke WW während und nach Abschluss des Aufweitvorganges ist kleiner als die Wandstärke WD, die während und nach dem Stauchvorgang am Rohrende 2 vorliegt.
1d zeigt das Rohr 1 mit aufgewertetem Rohrende 2 nach Abschluss der Verfahrensschritte Stauchen und Aufweiten. In einem Rohrendbereich 4 weist das aufgewertete Rohrende 2 einen Endaußendurchmesser D6 und einen Endinnendurchmesser D7 auf. Der Rohrenddurchmesser D6 und der Rohrenddurchmesser D7 sind dabei größer als der Außendurchmesser D1 des Ausgangszustandes sowie der Innendurchmesser D2 des Ausgangszustandes. Von dem Endaußendurchmesser D6 und dem Endinnendurchmesser D7 aus verläuft der Rohrendbereich 4 in Rohrrichtung verjüngend. Das Rohr 1 hat im Rohrendbereich 4 eine Endwandstärke WE.
1d zeigt weiterhin einen kegelförmigen Abschnitt 11, der in Rohrrichtung 5 jeweils begrenzt ist von zwei Radien R. Der zwischen den Biegeradien liegende kegelförmige Abschnitt 11 weist in Relation zu dem aufgewerteten Rohrende 2 und dem Rohr 1 einen Kegelwinkel α zwischen 15 und 25 Grad, bevorzugt zwischen 19 und 21 Grad, auf.
In der hier gezeigten Ausführungsvariante entspricht die Endwandstärke WE im Wesentlichen der Wandstärke WA des Ausgangszustandes. Der Rohrendbereich 4 verläuft verjüngend in Rohrrichtung 5, wobei dieser in der hier gezeigten Ausführungsvariante im Wesentlichen über den gesamten Bereich die gleiche Wandstärke WE aufweist.
2 zeigt einen Rohrstabilisator 6 mit zwei Rohrstabilisatorhälften 7 und einen Aktuator 8. Die Rohrstabilisatorhälften 7 sind mit den Rohrenden 2 in einem jeweiligen Anbindungsbereich 9 des Aktuators 8 mit diesem gekoppelt. Die Koppelung ist dabei durch eine stoffschlüssige Verbindung 10 zwischen Rohrendbereich 4 und Anbindungsbereich 9 hergestellt.
Bezugszeichenliste

1: Rohr
2: Rohrende
3: Querschnittsfläche
4: Rohrendbereich
5: Rohrrichtung
6: Rohrstabilisator
7: Rohrstabilisatorhälfte
8: Aktuator
9: Anbindungsbereich
10: stoffschlüssige Verbindung
11: kegelförmiger Abschnitt
α: Winkel
D1: Außendurchmesser Ausgangszustand
D2: Innendurchmesser Ausgangszustand
D3: verringerter Innendurchmesser
D4: Aufweitaußendurchmesser
D5: Aufweitinnendurchmesser
D6: Endaußendurchmesser
D7: Endinnendurchmesser
WD: verdickte Wandstärke
WA: Wandstärke Ausgangszustand
WW: Wandstärker Aufweitvorgang
WE: Endwandstärke
R: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19930444 C2 [0002]
DE 10237103 A1 [0003]
DE 102004057429 B4 [0004, 0005]

Claims

Verfahren zur Anbindung einer Rohrstabilisatorhälfte (7) an einen Aktuator (8) mit folgenden Verfahrensschritten; Bereitstellen eines Rohres (1); Aufstauchen eines Rohrendes (2) der Rohrstabilisatorhälfte (7), bei im Wesentlichen konstantem Außendurchmesser (D1) und sich verringerndem Innendurchmesser (D3); Aufweiten des gestauchten Rohrendes (2) auf ein Endmaß (D4, D5) in einem oder mehreren Aufweitvorgängen; Biegen der Rohrstabilisatorhälfte (7) in eine für die Rohrstabilisatorhälfte (7) vorgegebene Form; Stoffschlüssiges Verbinden (10) des aufgestauchten und aufgewerteten Rohrendes (2) mit einem Anbindungsbereich (9) des Aktuators (8).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstabilisatorhälfte (7) und/oder der Aktuator (8) wärmebehandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrende (2) im erwärmten Zustand gestaucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrende (2) im erwärmten Zustand aufgeweitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufweitvorganges die verdickte Wandstärke (WD) reduziert wird, bis zu einer Endwandstärke (WE).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrende (2) und/oder der Anbindungsbereich (9) durch Verfestigungsstrahlen behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstabilisatorhälfte (7) umformtechnisch bearbeitet und mit über Ihre Länge verteilten unterschiedlichen Querschnittsabschnitten versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstabilisatorhälfte (7) und/oder der Anbindungsbereich (9) beschichtet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endaußendurchmesser (D6) auf das 1- bis 3-fache, bevorzugt auf das 1,7- bis 2,2-fache des Außendurchmessers des Ausgangszustandes (D1) aufgeweitet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwandstärke (WE) auf das 1- bis 3-fache, bevorzugt auf das 1,- bis 1,6-fache der Wandstärke des Ausgangszustandes (WA) gebracht wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rohrende (2) und dem kegelförmigen Abschnitt (11) und zwischen dem kegelförmigen Abschnitt (11) und dem Rohr (1) jeweils ein Radius (R) hergestellt wird, dessen Krümmung dem 3- bis 10-fachen der Wandstärke des Ausgangszustandes (WA) entspricht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (α) des kegelförmigen Abschnittes (11) zwischen 15 und 25 Grad, bevorzugt zwischen 19 und 21 Grad, aufweisend hergestellt wird.
Rohrstabilisator (6), wobei der Rohrstabilisator (6) zwei Rohrstabilisatorhälften (7) aufweist, die mit einem Verfahren gemäß der voranstehenden Ansprüche an einen Aktuator (8) gekoppelt sind.