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Verfahren zur Herstellung von Scharnieren, insbesondere Flügelscharnieren
zur Anlenkung von Kraftwagentüren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung von Scharnieren, insbesondere Flügelscharnieren zur Anlenkung von Kraftwagentüren,
mit wenigstens drei Scharnieraugen, die unter wechselseitiger Befestigung an dem
einen und dem anderen Scharnierflügel in zueinander fluchtender Ausrichtung auf
einem, sie durchsetzenden Scharnierstift gelagert sind.
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Hochbelastete Scharniere dieser Art werden üblicherweise aus abgelängten
Abschnitten eines Scharnierprofiles hergestellt, wobei die Gewerbeteile nach dem
Ablängen der Scharnierflügel aus dem Vollmaterial des Scharnierprofiles ausgeschnitten
und anschließend mit Scharnieraugenbohrungen versehen werden. Schließlich werden
die auf diese Weise hergestellten Scharnierflügel durch Einsetzen des Scharnierstiftes
miteinander paarweise
zu einem Flügelscharnier verbunden. In diesem
Verfahren hergestellte Scharniere können zwar unter Einhaltung engster Toleranzen
und einer völlig gleichmäßigen Gefügestruktur in sämtlichen Bereichen der Scharnierflügel
und insbesondere im Ubergangsbereich zwischen dem Scharnierauge und dem anschließenden
Gewerbetell des Scharnierflügels hergestellt werden, erfordern jedoch infolge der
Vielzahl der erforderlichen und jeweils einzeln durchzuführenden Arbeitsgänge einen
erheblichen Herstellungsaufwand.
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Um diesen sehr erheblichen Aufwand für die Herstellung hochbelastbarer
Scharniere zu verringern, ist bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden,
die ausnahmslos darauf abzielen, die erforderlichen Bearbeitungsvorgänge für die
Scharnierflügel und das Zusammenfügen der Scharnierflügel zu automatisieren. Insoweit
diese Vorschläge jedoch von der Verwendung eines vorgefertigten, insbesondere gewalzten,
Scharnierprofiles ausgehen, sind sie im allgemeinen nicht in der Lage, die Herstellungskosten
derartiger hochbelastbarer Scharniere sehr wesentlich zu vermindern.
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Es sind darüberhinaus auch bereits Vorschläge bekannt geworden, die
vorschlagen, zur Herstellung derartiger Scharniere glatte Flachmaterialzuschnitte
zu verwenden, wobei in einigen Fällen vorgesehen ist, daß diese Flachmaterialzuschnitte
bereits beim Ablängen von einem fortlaufenden Flachmaterialband mit Gewerbeteile
bildenden Freischnitten versehen werden, und wobei ferner vorgesehen ist, daß durch
Abschnitte eines geeigneten Rohrmaterials gebildete Hülsen im Wege des Pro#ektions-
oder Stumpfschweißens an die Gewerbeteilfreischnitte der Scharnierflügel angeschlossen
werden. Für hochbelastete Scharniere, die darüberhinaus die Einhaltung enger Herstellungstoleranzen
erfordern, sind die ein Stumpf- bzw. Projektionsschweißverfahrens oder auch eine
Lichtbogenschweißung vorsehen, nicht geeignet, da diese Schweißverfahren mit einer
sehr erheblichen Wärmezufuhr im Bereich der Schweißzone verbunden sind und damit
infolge des Auftretenden Wärmestaues die Gefahr eines Verziehens der die Scharnieraugen
bildenden
Rohrhülsen und darüberhinaus auch der die Scharnierflügel
bildenden Flachmaterialzuschnitte nicht vermeidbar ist.
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Ein weiterer Nachteil der Anwendung dieser bekannten Schweißverfahren
wird darin gesehen, daß mit ihnen allenfalls ein Schweißfaktor von 0,8 erreicht
werden kann, d.h.
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daß über den Querschnitt der Schweißzone hin nur etwa zu 80 % eine
homogene Gefügestruktur vorliegt und im Bereich der restlichen 20 ffi der Querschnittsfläche
der Schweißzone in homogenes, nicht tragfähiges Gefüge vorliegt, was durch sog.
Kaltschweißung sowie Schlacken oder Gaseinschlüsse bedingt ist. Bedingt durch die
erhebliche Wärmezufuhr bei der Stumpf,#roäektions- und Lichtbogenschweißung wird
darüberhinaus auch die Gefügestruktur des für die Scharnieraugen und die Scharnierflügel
verwendeten Materials dahingehend verändert, daß in den der Schweißzone benachbarten
Scharnierflügel- bzw. Scharnieraugenbereichen teilweise ein grobkörniges Übergangsgefüge
entsteht, dessen Festigkeit nicht mehr der ursprünglichen Materialqualität entspricht
und somit die statische und dynamische Festigkeit in dieser Weise hergestellter
Scharniere unbefriedigend ist. Darüberhinaus entsteht, insbesondere bei Verwendung
unberuhigter Werkstoffe, eine beträchtliche Neigung zur Sprödbruchbildung.
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Es wäre zwar naheliegend, die bei den gebräuchlichen Schweißverfahren
auftretenden Festigkeitseinbußen durch eine entsprechende Dimensionierung der miteinander
zu verbindenden Teile auszugleichen, jedoch würde dies neben anderen Nachteilen
insbesondere den Nachteil eines wiederum erhöhten Herstellungsaufwandes mit sich
bringen.
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Darüberhinaus wäre lediglich durch Dimensionsänderungen die Gefahr
eines Verziehens der miteinander zu verschweißenden Scharnieraugen und Scharnierflügel
nicht zu beseitigen. In diesem Zusammenhang ist nochmals daraufhinzuweisen, daß
insbesondere bei der Herstellung von Flügelscharnieren zur Anlenkung von Kraftwagentüren
sehr enge Toleranzen eingehalten werden müssen, um auch nach einer langen Betriebszeit
des Scharnieres noch ein leichtgängiges und geräuschloses Öffnen und Schließen der
Fahrzeugtür zu
gewahrleisten.
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Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt der Erfindunz die Aufgabe
zugrunde, unter Verwendung aller in der Scharnierherstellung bisher gemachter Erfahrungen,
sowie aller in der Schweißtechnik verfügbaren Erkenntnisse ein Verfahren zur Herstellung
von hochbelastbaren Fliigelscharnieren zur Anlenkung von Kraftwagentüren aufzuzeigen,
welches einersei-ts unter Vermeidung jeglicher Nacharbeit die Einhaltung engster
Herstellungstoleranzen gewährleistet und andererseits jegliche Notwendigkeit zu
einer Überdimensionierung einzelner Teile des Scharnieres vermeidet. Darüberhinaus
soll das Verfahren auch die Herstellung wartungsfreier Scharniere ermöglichen, bei
denen der Scharnierstift in wenigstens einem der Scharnieraugen unter Zwischenschaltung
eines geeigneten Lagermateriales, insbesondere eines formerholungsfähigen Kunststoffmaterials
gelagert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens
hinsichtlich ihres Konturverlaufes endgültig vorbearbeitete, Scharnierflügel bildende
Flachmaterialzuschnitte zusammen mit auf Toleranzmaß vorbearbeiteten, Scharnieraugen
bildenden Rohrhülsen in einer gemeinsamen Vorrichtung aufgenommen und bei zueinander
fluchtend ausgerichteten Rohrhülsen unter Einhaltung einer homogenen Gefügestruktur
an der Schweißzone durch Anwendung des sog. Elektronenstrahl-Schweißverfahrens miteinander
verbunden werden, wobei die Stirnflächen der ihre Gewerbeteile bildenden Freischnitte
der Scharnierflügel in loser Anlage an den Scharnieraugen bildenden Rohrhülsen gehalten
sind. Die Anwendung des sog. Elektronenstrahl-Schweißverfahrens ermöglicht gegenüber
den bekannten Stumpf- bzw. Proåektionsschweißverfahren eine lediglich lose Anlage
der miteinander zu verbindenden Teile, so daß ein Verziehen der die Scharnieraugen
bildenden Rohrhülsen infolge des Schweißdruckes vermieden ist. Darüberhinaus hat
das Elektronenstrahl-Schweißverfahren gegenüberdem
bekannten Schweißverfahren,
wie Pro#ektions-, Stumpf- oder Lichtbogenschweißung den Vorteil, daß die der Schweißstelle
benachbarten Abschnitte der miteinander zu verbindenden Teile nicht nennenswert
erhitzt werden, so daß einerseits eine Gefügeveränderung des Werkstoffes und andererseits
die Gefahr eines Verziehens der miteinander zu verbindenden Teile ausgeschlossen
ist. Ein weiterer Vorteil der Anwendung des Elektronenstrahl-Schweißverfahrens besteht
darin, daß über den gesamten Querschnitt der Schweißzone hin eine völlig homogene
Gefügestruktur erzielt wird, so daß eine fiberdimensionierung der miteinander zu
verbindenden Teile an keiner Stelle erforderlich ist.
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Zwar ist das Elektronenstrahl-Schweißverfahren auf einem völlig anderen
Gebiet der Technik an sich bekannt und wird in Sonderfällen zur Verbindung überschwerer,
in anderer Weise nicht schweißbarer Konstruktionsteile verwendet, jedoch ist die
Anwendung des Elektronenstrahl-Schweißverfahrens bisher für die Herstellung von
Kleinteilen und insbesondere im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung
von Scharnieren noch nicht in Betracht gezogen worden, da einerseits die zur Ausführung
dieses Schweißvorfahrens erforderlichen Einrichtungen verhältnismäßig aufwendig
sind und andererseits die mit den bisherigen Schweißverfahren gemachten Erfahrungen
hinsichtlich der Herstellung von Flügelscharnieren aus einfachen, vorher endgültig
vorbearbeiteten Einzelteilen darauf hingewiesen haben, daß eine nacharbeitsfreie
Einhaltung engster Herstellungstoleranzen und darüberhinaus die Einhaltung ausreichender
Festigkeitsqualitäten von Flügelscharnieren eine Schweißverbindung zwischen Scharnierflügel
und Scharnierauge verbietet.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
daß zur Herstellung fertiger Scharniere durch den letzten Verfahrensschritt die
die Scharnieraugen bildenden, auf Toleranzmaß vorgearbeiteten
Rohrhülsen
während des Schweißvorganges auf einem gleichfalls endgültig und auf Toleranzmaß
vorbearbeiteten Scharnierstift aufgenommen sind, wobei wenigstens eine der Rohrhülsen,
insbesondere durch Vermittlung einer auf den Scharnierstift aufgebrachten Rändelung,
drehsicher am Scharnierstift festgelegt ist. Dabei kann der Scharnierstift einen
ansonsten erforderlichen Dorn des Aufnahmewerkzeuges, welcher die die Scharnieraugen
bildenden Rohrhülsen in einer zueinander fluchtenden Lage ausrichtet, ersetzen.
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Die beiden Scharnierflügel sind zweckmäßigerweise aus einem glattflächigen,
fortlaufenden Flachmaterialband ausgeschnitten und einschließlich aller Befestigungsmittel,
wie Bohrungen oder Schweißbuckel in einem oder mehreren vorausgehenden Verfahrensschritten
endgültig vorbearbeitet. Für die dem Zusammenfügen der Scharnierteile vorausgehende
Bearbeitung der die Scharnierflügel bildenden Flachmaterialzuschnitte können automatisch
arbeitende und über einen kontinuierlichen Werkstücktransport untereinander verbundene
Stanz-, Bohr- und Prägewerkzeuge verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht darüberhinaus, daß die die
Scharnieraugen bildenden Rohrhülsen in einem oder mehreren vorausgehenden Verfahrensschritten
entweder als Automatenteile auf Toleranzmaß gedreht oder aber von einem entsprechend
tolerierten Präzisionsrohr abgestochen sind.
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Für die Herstellung von Flügelscharnieren mit dauernd wartungsfrei
gelagerten Scharnierstift, kann weiterhin vorgesehen sein, daß entweder die die
Scharnieraugen bildenden Rohrhülsen in einem weiteren vorausgehenden Verfahrensschritt
mit einer Auskleidung aus Lagermaterial versehen worden sind, oder daß der Scharnierstift
in einem vorausgehenden Verfahrensschritt, insbesondere mittels eines Tauchverfahrens,
mit einer Ummantelung aus Lagermaterial versehen worden ist, wobei die Lagermaterialauskleidung
der Scharnieraugen bzw. die Lagermaterialummantelung des Scharnierstiftes aus einem
insbesondere formerholung.ANhigen Kunststoffmaterial
besteht. Anstelle
der Anwendung von Lagermaterialauskleidungen bzw. Lagermaterialummantelungen kann
jedoch auch vorgesehen sein, daß der Scharnierstift unter Zwischenschaltung an sich
bekannter, zweckmäßigerweise als Kragenbuchsen ausgebildeter Buchsen aus Lagermaterial
in den die Scharnieraugen bildenden Rohrhülsen gelagert ist, wobei die Lagerbuchsen
zusammen mit den Rohrhülsen auf dem Scharnierstift aufgenommen werden, bevor die
die Scharnierflügel bildenden Flachmaterialzuschnitte unter Anwendung des Elektronenstrahl-Schweißverfahrens
an die die Scharnieraugen bildenden Rohrhülsen angeschlossen werden.
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In manchen Fällen ist es erforderlich, daß die die Scharnieraugen
bildenden Rohrhülsen in einer zu deren Ebene unsymetrischen Anordnung an die die
Scharnierflügel bildenden Flachmaterialzuschnitte angeschlossen werden, wobei in
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist, daß die Stirnseiten
der die Gewerbeteile der Scharnierflügel bildenden Freischnitte der Flachmaterialzuschnitte
gewölbte, bzw. schräg zur Ebene der Flachmaterialzuschnitte gerichtete Schnittflächen
aufweisen, wobei die Wölbung bzw. die Abschrägung der Schnittflächen der Umfangswölbung
der die Scharnieraugen bildenden Rohrhülsen entsprechend gestaltet ist und die Rohrhülsen
und die Flachmaterialzuschnitte während des Schweißvorganges in einem geeigneten
Aufnahmewerkzeug in der beabsichtigten unsymetrischen, gegenseitigen Zuordnung ge
-halten sind. Für die Herstellung von Scharnieren mit symetrisch an die Scharnierflügel
angeschlossenen Scharnieraugen werden die Stirnseiten der die Gewerbeteile der Scharnierflügel
bildenden Freischnitte der Flachmaterialzuschnitte geradlinig und senkrecht zur
Ebene der Flachmaterialzuschnitte ausgerichtet hergestellt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung
des vorstehend aufgezeigten, erfindungsge mäßen Verfahrens, welche sich dadurch
kennzeichnet, daß einer Aufnahme- und Zusammenfügungsvorrichtung mit zugeordneter
Einrichtung zur Durchführung abschnittsweiser
Elektronenstrahl-Schweißungen
in einer ersten Zuführungslinie eine Reihe von automatisch arbeitenden, über einen
kontinuierlichen Werkstjicktransport untereinander verbundene Bchneid-FStanz- und
Prägevorrichtungen Ablängung und Fertigbearbeitung der die Scharnierflügel bildenden
Flachmaterialzuschnitte und in einer zweiten Zuführungslinie eine Reihe von automatisch
arbeitenden, untereinander gleichfalls über einen kontinuierlichen Werkstücktransport
verbundene Ablängung-, Bohr- und Prägewerkzeuge zur Ablängung und Fertigbearbeitung
der Scharnierstifte und der die Scharnieraugen bildenden Rohrhülsen vorgeschaltet
sind.
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Dabei kann für die Herstellung von wartungsfreien Scharnieren, deren
Scharnierstift über Lagerbuchsen in den Scharnieraugen gelagert ist, eine dritte
Zuführungslinie vorgesehen sein, über die der Aufnahme- und Zusammenführungsvorrichtung
vorgefertigte und auf Toleranzmaß kalibrierte Lagerbuchsen zugeführt werden.
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Die Erfindung betrifft schließlich noch ein im Wege des vorstehend
aufgezeigten Verfahrens hergestellten Scharnier, welches sich insbesondere dadurch
kennzeichnet, daß im gesamten Bereich der den Scharnierflügel mit dem Scharnierauge
verbindenden Schweißzone eine völlig homogene Gefügestruktur vorliegt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kennzeichnen sich im vorstehend
aufgezeigten Herstellungsverfahren gefertigte Flügelscharniere zur Anlenkung von
Kraftwagentüren dadurch, daß die freigeschnittenen Gewerbeteile der die Scharnierflügel
bildenden Blechmaterialzuschnitte nur über einen Teil deren Höhe hin an den Scharnieraugen
anliegen, wobei insbesondere die innenliegenden Stirnflächen der umgreifenden Gewerbeteile
des einen Scharnierflügels und das eingreifende Gewerbeteil des anderen Scharnierflügels
der Stirnfläche der das Scharnierauge bildenden Rohrhülse gegenüber zurückgesetzt
sind. Die Erfindung umaßt fernerhin sowohl solche Scharniere, bei denen die Scharnierflügel
mittig an die Scharnieraugen angeschlossen sind, als auch solche Scharniere, bei
denen
das oder die Scharnieraugen an wenigstens einem der Scharnierflügel
außermittig angeordnet sind In der nachfolgenden Beispielsbeschreibung sind anhand
einiger in der Zeichnung aufgezeigter Ausführungsbeispiele einige Verwirklichungsformen
von unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Flügelscharnieren
näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt die Figur 1 eine Draufsicht auf ein komplettes,
unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Fliigelscharnier;
Figur 2 eine Stirnansicht zweier zusammengehöriger, im Wege des erfindungsgemäßen
Verfahrens hergestellter Scharnierhälften; Figur 3 eine Stirnansicht einer im Wege
des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Scharnierhälfte mit außermittig an
das Scharnierauge angeschlossenem Scharnierflügel.
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Die die Scharnierflügel 1 und 2 des in den Figuren 1 und 2 aufgezeigten
Flügelscharnieres bildenden Flachmaterialzuschnitte, sowie der den Scharnierflügel
3 der in der Figur 3 aufgezeigten Scharnierhälfte bildende Flachmaterialzuschnitt,
sind in einem ersten Verfahrensschritt aus einem fortlaufenden Flachmaterialband
freigeschnitten worden, wobei die Scharnierflügel 1 und 2 in kontinuierlicher Reihenfolge
aufeinanderfolgend samt ihren Gewerbeteilfreischnitten 5 und 6 freigeschnitten worden.
In einem weiteren vorausgehenden Verfahrensschritt sind die Scharnierflügel 2 mit
kreisrunden Befestigungsbohrungen 4 versehen worden, während die Scharnierflügel
1 in einem Prägevorgang mit Schweißbuckeln 7 ausgestattet worden sind. Erforderlichenfalls
können die die Scharnierflügel bildenden Flachmaterialzuschnitte 1 und 2 bzw. 3
in einem zwischengeschalteten,
automatisch auszuführendem Arbeitsgang
entkratet oder mit Einprägungen, beispielsweise Firmenzeichen oder dgl.
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versehen werden. Die das Scharnierauge 8 des Scharnierflügels 1 und
die Scharnieraugen 9 des Scharnierflügels 2 bzw. 3 bildenden Rohrhülsen sind in
einem vorausgehenden Verfahrensschritt von einem, den zulässigen Toleranzen der
Scharnierstiftlagerung entsprechend tolerierten Präzisionsrohr abgestochen worden.
Ein im wesentlichen zylindrischer, einenends mit einem Kopf 10 und einer an diesen
anschließenden Rändelung 11 versehener Scharnierstift 12 ist gleichfalls in einem
vorausgehenden Verfahrensschritt auf die vorgeschriebenen Toleranzen des Scharnieres
vorbearbeitet worden. Die in vorausgehenden Verfahrensschritten vorbearbeiteten
Bestandteile des in der Figur 1 aufgezeigten Flügelscharnieres sind über eine erste
und eine zweite, sowie gegebenenfalls in bezug auf den Scharnier -stift über eine
dritte Zuführungslinie, jeweils bestehend aus automatisch arbeitenden Werkzeugen
und Vorrichtungen zur Durchführung der erforderlichen Bearbeitungsvorgänge einem
Zusammenstellungs- und Aufnahmewerkzeug zugeführt worden, wobei die die Scharnieraugen
8 und 9 bildenden Rohrhülsen durch Auffädeln auf den Scharnierstift 12 in eine zueinander
fluchtende Lage ausgerichtet worden sind.
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Die beiden Scharnierflügel 1 und 2 werden im Aufnahmewerkzeug in bezug
auf die Stirnflächen 13 ihrer Gewerbeteilfreischnitte 5 und 6 mit den jeweils zugehörigen
Rohrhülsen 8 und 9 in loser Anlage gehalten. Bei in dieser Stellung befindlichen
Scharnierteilen werden schließlich die die Scharnieraugen 8 und 9 bildenden Rohrhülsen
unter Anwendung des Elektronenstrahl-Schweißverfahrens mit den Gewerbeteilen 5 und
6 der beiden Scharnierflügel 1 und 2 verschweißt, wobei einerseits im Bereich der
Schweißstele 14 eine völlig homogene Gefügestruktur hergestellt wird und andererseits
die Gefügestruktur des Ausgangsmaterials sowohl der Scharnierflügel 1 und 2, als
auch der Rohrhülsen 8 und 9 auch in den an die Schweißstellen 14 angrenzenden Bereichen
nicht verändert wird.
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Die Herstellung von Fliigelscharnieren, bei denen hinsichtlich wenigstens
einer Scharnierhälfte ein durch einen Flachmaterialzuschnitt gebildeter Scharnierflügel
3 außermittig mit den Scharnieraugen 9 bildenden Rohrhülsen verbunden werden soll,
ist die Stirnfläche 15 der Gewerbeteilfreischnitte 6 durch eine der Umfangskrümmung
der die Scharnieraugen 9 bildenden Rohrhülsen entsprechend gewölbte Schnittfläche
15 dargestellt. Über die gewölbten Schnittflächen 15 ihrer Gewerbeteilfreischnitte
6 werden die Scharnierflügel 3 im Wege des Elektronenstrahl#Schweißverfahrens mit
den die Scharnieraugen 9 bildenden Rohrhülsen bei 14 verschweißt, wobei das Aufnahmewerkzeug
so gestaltet ist, daß der Scharnierflügel 3 und die Rohrhülsen 9 in ihrer gegenseitigen,
unsymetrischen Stellung über die gesamte Dauer des Schweißvorganges hin in loser
Anlage aneinander gehalten sind.
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Wie insbesondere aus der Darstellung der Figur 1 ersichtlich, liegen
die freigeschnittenen Gewerbeteile 5 und 6 der die Scharnierflügel 1 und 2 bildenden
Flachmaterialzuschnitte nur über einen Teil deren Höhe hin an den Scharnieraugen
8 und 9 an, wcbei insbesondere die innenliegenden Stirnflächen 16 der umgreifenden
Gewerbeteile 6 des einen Scharnierflügels 2 und die Stirnflächen 17 des eingreifenden
Gewerbeteiles 5 des anderen Scharnierflügels 1 der entsprechenden Stirnfläche 18
bzw. 19 des Scharnierauges 9 bzw. 8 gegenüber zurückgesetzt sind.