-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft allgemein das Fertigen von Bauteilen, die gewünschte Formen
haben, beispielsweise von Komponenten für den Einsatz in Fahrzeugrahmen-Baugruppen.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem anfänglich eine Wärmebehandlung
an einem Bauteil in Form eines geschlossenen Profils erfolgt, damit
ein nachfolgend ausgeführter
Magnetimpuls-Schweißvorgang
erleichtert wird und eine Fahrzeugrahmen-Komponente oder ein Teil
einer Fahrzeugrahmen-Baugruppe gefertigt wird.
-
Zahlreiche
weithin gebräuchliche
Landfahrzeuge, beispielsweise Automobile, Lieferwagen und Lastwagen
sind aus Rahmen- und Karosseriebaugruppen aufgebaut, die über ein
elastisches Aufhängungssystem
von mehreren auf dem Boden aufsitzenden Rädern getragen werden. Die Bauarten
bekannter Rahmen- und Karosseriebaugruppen kann man in die zwei
allgemeinen Kategorien "getrennt" und "integriert" einteilen. Bei einer üblichen
getrennten Rahmen- und Karosseriebaugruppe sind die Bauteilkomponenten
des Karosserieteils und des Rahmenteils getrennt und voneinander
unabhängig. Beim
Zusammenbau wird der Rahmenteil der Baugruppe vom Aufhängungssystem
elastisch auf den Fahrzeugrädern
gehalten und dient als Plattform, auf dem der Karosserieteil der
Baugruppe und andere Fahrzeugkomponenten montiert werden können. Getrennte
Rahmen- und Karosseriebaugruppen dieser allgemeinen Bauart trifft
man bei den meisten älteren Fahrzeugen
an. Sie wird heutzutage noch weitgehend für viele relativ große moderne
Fahrzeuge oder für
Fahrzeuge mit Sonderaufgaben verwendet, beispielsweise große Lieferwagen,
Freizeit/Nutz-Fahrzeuge und Lastwagen. Bei einer üblichen
integrierten Rahmen- und Karosseriebaugruppe sind die Bauteilkomponenten
des Karosserieteils und des Rahmenteils zu einer einzigen Einheit
verschmolzen, die das Aufhängungssystem
elastisch über
den Fahrzeugrädern
hält. Integrierte
Rahmen- und Karosseriebaugruppen dieser allgemeinen Bauart findet
man in zahlreichen kleineren Fahrzeugen neueren Datums, beispielsweise
Automobilen und Kleinlieferwagen.
-
Herkömmlicherweise
werden die verschiedenen Komponenten bekannter Fahrzeugrahmen- und
Karosseriebaugruppen aus offenen Profilbauteilen hergestellt, d.
h. aus Bauteilen, die eine unstetige Querschnittsform haben (beispielsweise
u-förmige oder
c-förmige
Profilteile). Somit ist beispielsweise bekannt, ein oder mehrere
offene Profilbauteile zum Bilden der Längsträger, der Querträger und
anderer Komponenten einer Fahrzeugrahmen- und Karosseriebaugruppe
auszubilden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Verwendung offener
Profilbauteile zum Ausbilden der verschiedenen Komponenten einer
Fahrzeugrahmen- und Karosseriebaugruppe aus mehreren Gründen uner wünscht ist.
Erstens kostet es ziemlich viel Zeit und Geld, Teile solcher Komponenten
so zu biegen, dass sie einer gewünschten Endform
entsprechen, die in der Regel erforderlich ist. Zweitens muss man
in den meisten Fällen
nach dem Biegen eine relativ große Anzahl Arme oder andere
Befestigungsvorrichtungen an einigen oder allen diesen Komponenten
montieren, damit man verschiedene Fahrzeugteile leichter an der
Rahmen- und Karosseriebaugruppe
befestigen kann. Drittens hat sich herausgestellt, dass es in manchen
Fällen schwierig
ist, die Abmessungen über
der Länge
solcher Komponenten einzuhalten, und zwar insbesondere dann, wenn
zwei oder mehr Komponenten verschweißt oder anderweitig aneinander
befestigt werden.
-
Um
dieses Problem anzugreifen, wird vorgeschlagen, eine oder mehrere
der verschiedenen Komponenten des Fahrzeugrahmens und der Karosserie
aus Bauteilen mit geschlossenem Profil auszubilden, d. h. aus Bauteilen,
die eine kontinuierliche Querschnittsform aufweisen (beispielsweise
rohrförmige
oder kistenförmige
Bauteile). Diese Querschnittsform ist vorteilhaft, da sie die Fahrzeugrahmen-
und Karosseriekomponenten steif und fest macht. Diese Querschnittsform
ist auch erwünscht, weil
sie vertikal und horizontal ausgerichtete Seitenflächen liefert,
die das Anbringen von Armen und Befestigungen erleichtern, die dazu
dienen, verschiedene Fahrzeugteile an der Karosserie- und Rahmenbaugruppe
zu halten. In manchen Fällen
kann man die verschiedenen Teile des Fahrzeugs direkt an den vertikal
und horizontal ausgerichteten Seitenflächen der Karosserie- und Rahmenbaugruppe
befestigen.
-
Bei
Fahrzeugkarosserie- und Rahmenbaugruppen der beschriebenen Bauart
ist es häufig
erforderlich, zwei oder mehr Bauteile miteinander zu einer Fahrzeugrahmenkomponente
oder zu einem Teil der Fahrzeugrahmenbaugruppe zu verbinden. Bisher
hat man herkömmliche
Schweißverfahren
dazu verwendet, die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugrahmens
miteinander zu verbinden. Bekanntlich bringen herkömmliche
Schweißverfahren
die Anwendung von Hitze auf beschränkte Bereiche von zwei Metallteilen
mit sich, wodurch die beiden Metallteile miteinander verschmelzen.
Derartige Schweißvorgänge können mit
oder ohne Druckausübung
und mit oder ohne Schweißzusatzmetall
erfolgen. Obwohl die herkömmlichen
Schweißverfahren
bisher zufriedenstellende Ergebnisse geliefert haben, bringt ihre Anwendung
beim Verbinden metallischer Fahrzeugrahmenkomponenten einige Nachteile
mit sich. Erstens führen
herkömmliche
Schweißverfahren
wie erwähnt
dazu, dass begrenzte Bereiche der beiden metallischen Rahmenteile
stark erwärmt
werden. Die Anwendung von Wärme
kann dazu führen,
dass unerwünschte
Störungen
und Schwächungen
in die metallischen Komponenten eingebracht werden. Zweitens eignen
sich herkömmliche
Schweißverfahren
gut zum Verbinden von Komponenten die aus ähnlichen Metallmaterialien
hergestellt sind. Es hat sich jedoch als schwieriger erwiesen, sie
an den Einsatz beim Verbinden von Komponenten aus unterschiedlichen
Metallmaterialien anzupassen. Drittens sind herkömmliche Schweißverfahren
nur schwer für das
Verbinden von Komponenten mit unterschiedlichen Materialdicken einzurichten.
Da die Fertigung von Fahrzeugrahmen in der Regel ein Großserienvorgang
mit geringer Gewinnspanne ist, wäre
es wünschenswert,
ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Einrichtung für das dauerhafte
Verbinden von zwei oder mehr metallischen Fahrzeugrahmenkomponenten
bereitzustellen, wobei die Nachteile herkömmlicher Schweißverfahren
vermieden werden.
-
EP 0568251 A1 ,
das als das wichtigste Dokument zum Stand der Technik betrachtet
wird, offenbart den Gebrauch von Flüssigkeitsdruck, d. h. einen Hydroforming-Vorgang, zum Herstellen
einer Fahrzeugrahmenkomponente aus einem Werkstück, das verformt wird.
-
US-3,258,573
offenbart den Gebrauch von Wärme,
um insbesondere die Zugfestigkeit einer Metallkomponente zu senken,
die im warmen Zustand verformt wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum Fertigen einer Fahrzeugrahmenkomponente bereitgestellt,
umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Werkstücks, das
einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist;
Ausführen einer
Retrogressions-Wärmebehandlung am
Werkstück
in kontinuierlicher und längsgerichteter
Weise vom ersten Teil des Werkstücks
zum zweiten Teil des Werkstücks;
und
Verformen des Werkstücks,
damit eine Fahrzeugrahmenkomponente gebildet wird.
-
Bevorzugte
Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Fachleute
können
der folgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den
beiliegenden Zeichnungen verschiedene Aufgaben und Vorteile der
Erfindung entnehmen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Es
zeigt:
-
1 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Fahrzeugrahmenbaugruppe gemäß dem Verfahren
der Erfindung;
-
2 eine
Seitenansichtsskizze einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung
zum Ausführen eines
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
an einem Werkstück
gemäß der Erfindung,
wobei sich das Werkstück
zu Beginn des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
in einer Ausgangsposition befindet;
-
3 eine ähnliche
Seitenansichtsskizze wie in 2, wobei
sich das Werkstück
während
des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
in einer Mittenposition befindet;
-
4 eine ähnliche
Seitenansichtsskizze wie in 2, wobei
sich das Werkstück
am Ende des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
in einer Endposition befindet;
-
5 eine
Seitenansichtsskizze einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung
zum Ausführen
eines Zonenwärmebehandlungsvorgangs
an einem Werkstück
gemäß der Erfindung,
wobei sich das Werkstück
während
des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
in einer Mittenposition befindet;
-
6 eine
Seitenansichtsskizze einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung
zum Ausführen eines
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
an einem Werkstück
gemäß der Erfindung,
wobei sich das Werkstück
während
des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
in einer Mittenposition befindet; und
-
7 eine
Skizze einer Vorrichtung zum Ausführen eines Magnetimpuls-Schweißvorgangs nach
dem Zonenwärmebehandlungsvorgang.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Es
wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen. 1 zeigt
ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Flussdiagramm eines Verfahrens
zum Fertigen einer Fahrzeugrahmenbaugruppe gemäß der Erfindung. In einem ersten
Schritt 11 des Verfahrens 10 wird ein Werkstück bereitgestellt,
das in die Fahrzeugrahmenkomponente eingebaut werden soll. Im Weiteren
wird ausführlicher
erklärt,
dass das Werkstück bevorzugt
ein Bauteil mit geschlossenem Profil ist, das einen kreisförmigen oder
rechteckigen Querschnitt hat. Das Werkstück kann jedoch jede beliebige
Querschnittsform aufweisen. Das Werkstück ist bevorzugt aus einem
relativ leichten Metallmaterial ausgebildet, beispielsweise Aluminium
oder Aluminiumlegierungen. Man kann zum Ausbilden des Werkstücks jedoch
jedes gewünschte
Metallmaterial einsetzen.
-
In
einem zweiten Schritt 12 des Verfahrens 10 wird
das Werkstück
einem Zonenwärmebehandlungsvorgang
unterzogen. Als Zonenwärmebehandlungsvorgang
kann man generell jeden Vorgang bezeichnen, bei dem das Werkstück fortlaufend
und in Längsrichtung
von einem Ende zum anderen Ende erwärmt wird. Dies kann dadurch
erfolgen, dass zuerst ein erstes Ende des Werkstücks in der Nähe eines
hohlen Wärmebehandlungsmechanismus
angeordnet wird, beispielsweise einer ringförmigen Induktionsspule. Daraufhin
wird das Werkstück
in Längsrichtung
durch den Wärmebehandlungsmechanismus
bewegt, wodurch es fortlaufend und in Längsrichtung von einem Ende
zum anderen Ende erwärmt wird,
während
es den Mechanismus durchläuft.
Der Zonenwärmebehandlungsvorgang
kann auf mehrere unterschiedliche Weisen durchgeführt werden.
Die Anordnungen einiger Ausführungsformen
einer Vorrichtung zum Ausführen
eines solchen Zonenwärmebehandlungsvorgangs
werden im Weiteren ausführlich
besprochen. Die Wärmebehandlung
ist ein Retrogressions-Wärmebehandlungsvorgang.
Allgemein ausgedrückt
wird der Retrogressions-Wärmebehandlungsvorgang
dadurch ausgeführt,
dass das Werkstück
sehr rasch auf eine Temperatur erwärmt wird, die für eine vollständige oder
teilweise Erweichung des Werkstücks
ausreicht. Anschließend
erfolgt eine relativ schnelle Abkühlung. Trotz dieser Abkühlung behält das Werkstück die vollständigen oder teilweisen
Erweichungseigenschaften für
zumindest eine relativ kurze Zeitspanne.
-
Der
dritte Schritt 13 des Verfahrens 10 umfasst das
Ausführen
eines Verformungsvorgangs am Werkstück. Bevorzugt erfolgt dieser
Verformungsvorgang (der bei Bedarf vollständig weggelassen werden kann)
während
der Zeitspanne, die dem Retrogressions-Wärmebehandlungsvorgang folgt
und in dem das Werkstück
die vollständigen
oder teilweisen Erweichungseigenschaften behält. Am Werkstück kann
jeder gewünschte
Verformungsvorgang erfolgen. Ist beispielsweise das Werkstück ein geschlossenes
Profilbauteil, so kann der Verformungsvorgang durch Hydroforming
erfolgen. Hydroforming ist eine bekannte Vorgehensweise, bei der
unter Druck stehendes Fluid zum Verformen eines geschlossenen Profilbauteils
auf eine gewünschte
Gestalt verwendet wird. Hierzu wird das geschlossene Profilbauteil
zunächst
zwischen zwei Gesenkabschnitten einer Hydroformingvorrichtung angeordnet,
die im geschlossenen Zustand einen Gesenkhohlraum bestimmen, der
eine gewünschte
Endform aufweist. Daraufhin wird das geschlossene Profilbauteil
mit einem unter Druck stehenden Fluid gefüllt, in der Regel einem ziemlich
inkompressiblen Fluid wie Wasser. Der Druck des Fluids wird auf
eine Stärke
erhöht,
bei der das geschlossene Profilbauteil gedehnt oder anderweitig
nach außen
verformt wird, so dass es am Gesenkhohlraum anliegt. Damit kann
man das geschlossene Profilbauteil mit dem Hydroformingvorgang in
die gewünschte
Endform für
die Fahrzeugrahmenkomponente verformen.
-
Der
Verformungsvorgang kann wahlweise auch durch eine Magnetimpulsformung
vorgenommen werden. Die Magnetimpulsformung ist ebenfalls ein bekannter
Vorgang, bei dem ein elektromagnetisches Feld zum Verformen eines
Werkstücks
auf eine gewünschte
Gestalt eingesetzt wird. Hierzu wird eine elektromagnetische Spule
bereitgestellt, die ein intensives Magnetfeld um das Werkstück herum
erzeugt. Dadurch wird ein hoher Druck auf das Werkstück ausgeübt, wodurch
es gegen eine Trägerfläche verformt
wird. Wird die elektromagnetische Spule um das Äußere des Werkstücks herum
angeordnet, so wird das Werkstück
nach innen verformt und liegt an der Trägerfläche an. Wird dagegen die elektromagnetische
Spule innerhalb des Werkstücks
angeordnet, so wird das Werkstück
nach außen
verformt, bis es an der Trägerfläche anliegt.
In beiden Fällen
kann man das Werkstück
mit dem Magnetimpuls-Formungsvorgang in die gewünschte Endgestalt für die Fahrzeugrahmenkomponente
verformen.
-
Im
letzten Schritt 14 des Verfahrens 10 wird die
Fahrzeugrahmenkomponente an einer oder mehreren anderen Fahrzeugrahmenkomponenten
befestigt, damit eine Fahrzeugrahmenbaugruppe entsteht. Das Befestigen
der Fahrzeugrahmenkomponenten erfolgt durch einen Magnetimpuls-Schweißvorgang. Magnetimpulsschweißen ist
ein Vorgang, bei dem zuerst eine erste und eine zweite Fahrzeugrahmenkomponente
teleskopartig ineinander angeordnet werden. Nach diesem Anordnungsvorgang überlappt ein
Ende der ersten Fahrzeugrahmenkomponente in Längsrichtung ein Ende der zweiten
Fahrzeugrahmenkomponente. Es wird eine elektromagnetische Spule
bereitgestellt, die ein intensives Magnetfeld im Bereich der sich überlappenden
Abschnitte der ersten und der zweiten Fahrzeugrahmenkomponente erzeugt.
Dadurch wird ein hoher Druck auf die erste und die zweite Fahrzeugrahmenkomponente
ausgeübt,
der bewirkt, dass sie sich mit hoher Geschwindigkeit aufeinander
zu bewegen. Ist die elektromagnetische Spule im Außenbereich
der beiden Fahrzeugrahmenkomponente angeordnet, so wird die äußere Fahrzeugrahmenkomponente
nach innen verformt und liegt an der inneren Fahrzeugrahmenkomponente
an. Ist dagegen die elektromagnetische Spule im Inneren der beiden
Fahrzeugrahmenkomponenten untergebracht, so wird die innere Fahrzeugrahmenkomponente
nach außen
verformt und liegt an der äußeren Fahrzeugrahmenkomponente
an. In beiden Fällen
bewirkt der Aufprall mit hoher Geschwindigkeit, dem die erste und
die zweite Fahrzeugrahmenkomponente ausgesetzt sind, und ebenso der
hohe darauf ausgeübte
Druck, dass die beiden Fahrzeugrahmenkomponenten dauerhaft miteinander
verbunden werden.
-
2 zeigt
eine Seitenansichtsskizze einer ersten Ausführungsform einer insgesamt
mit 20 bezeichneten Vorrichtung zum Ausführen eines
Zonenwärmebehandlungs vorgangs
gemäß der Erfindung. Die
Vorrichtung 20 enthält
eine ringförmige
Induktionsheizspule 21 und einen ringförmigen Wasserabschreckring 22,
die bevorzugt wie dargestellt benachbart zueinander angeordnet sind.
Die Induktionsheizspule 21 ist bekannt und mit einer Regelschaltung 23 verbunden,
die gezielt einen elektrischen Stromfluss in der Spule bewirkt.
Die Arbeitsweise der Induktionsheizspule 21 und des Abschreckrings 22 werden
im Folgenden erklärt.
Die Vorrichtung 20 enthält
zudem einen Haltemechanismus, vom dem ein Teil bei 24 abgebildet
ist. Der Haltemechanismus 24 umfasst eine Spannhülse 24a oder
einen anderen Mechanismus, der ein Ende eines Werkstücks 25 festhält. Der dargestellte
Haltemechanismus 24 ist so aufgebaut, dass das Werkstück 25 vertikal
nach unten aufgehängt
wird, und zwar am Ende, das die Spannhülse 24a hält. Dies
ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
-
In 2 sind
die Orte des Haltemechanismus 24 und des Werkstücks 25 zu
Beginn des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
dargestellt, der mit der Induktionsheizspule 21 und dem
Abschreckring 22 ausgeführt
wird. Wie dargestellt ist das Werkstück 25 zunächst am
Haltemechanismus 24 vertikal über der Induktionsheizspule 21 und
dem Abschreckring 22 aufgehängt. Daraufhin wird der Haltemechanismus 24 betätigt und
senkt das Werkstück 25 vertikal durch
die Induktionsheizspule 21 und den Abschreckring 22 nach
unten ab. Dabei sendet die Regelschaltung 23 einen elektrischen
Strom durch die Induktionsheizspule 21. Fließt ein elektrischer
Strom durch die Induktionsheizspule 21, so werden bekanntlich
zugehörige
elektrische Ströme
induziert, die im metallischen Werkstück 25 fließen. Aufgrund des
inneren elektrischen Widerstands des metallischen Werkstücks 25 gegen
den Fluss des elektrischen Stroms werden diese induzierten elektrischen Ströme in Wärmeenergie
umgewandelt. Dadurch wird das Vorderende des Werkstücks 25,
das anfänglich
in der Induktionsheizspule 21 angeordnet ist, äußerst rasch
auf eine erhöhte
Temperatur erwärmt.
Bei Bedarf kann man andere Heizanordnungen anstelle der Induktionsheizspule 21 bereitstellen. 3 und 4 zeigen
den Haltemechanismus 24 und das Werkstück in späteren Stadien des Zonenwärmebehandlungsvorgangs.
In 3 befinden sich der Haltemechanismus 24 und
das Werkstück 25 während des
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
bezogen auf die Induktionsheizspule 21 und den Abschreckring 22 in
einer Zwischenposition. In 4 befinden
sich der Haltemechanismus 24 und das Werkstück 25 am Ende
des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
bezogen auf die Heizspule 21 und den Abschreckring 22 in
einer Endposition. Aus diesen Abbildungen geht hervor, dass der
Haltemechanismus 24 so arbeitet, dass er das Werkstück 25 in
Längsrichtung
nach unten durch die Induktionsheizspule 21 absenkt. Dadurch
wird das Werkstück 25 fortgesetzt
und in längsgerichteter
Weise vom Vorderende zum rückwärtigen Ende
erwärmt.
-
Wie
bereits erwähnt
ist der Abschreckring 22 benachbart zur Induktionsheizspule 21 angeordnet. Der
Abschreckring 22 ist ein bekanntes Bauteil und dient dazu,
das Werkstück 25 nach
dem Erwärmen
in der Induktionsheizspule 21 sehr rasch abzukühlen. Damit
wird das Vorderende des Werkstücks 25, nachdem
es durch die Induktionsheizspule 21 nach unten bewegt und
rasch erwärmt
worden ist, sofort weiter nach unten durch den Abschreckring 22 bewegt,
in dem es sehr schnell abgekühlt
wird. Bei Bedarf kann man anstelle des Abschreckrings 22 andere
Kühlanordnungen
bereitstellen. Der Haltemechanismus 24 arbeitet also auch
so, dass er das Werkstück 25 in
Längsrichtung
nach unten durch den Abschreckring 22 absenkt. Dadurch
wird das Werkstück 25 nach
dem Erwärmen
auch fortgesetzt und in längsgerichteter
Weise vom Vorderende zum rückwärtigen Ende
abgekühlt.
-
Nach
Abschluss des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
kann man das Werkstück 25 von
der Spannhülse 24a des
Haltemechanismus 24 lösen und
auf einen Transportmechanismus übertragen (nicht
dargestellt), der es zu einer Vorrichtung befördert, in der das Werkstück 25 gemäß dem dritten Schritt 13 des
beschriebenen Verfahrens 10 verformt wird. Bevorzugt löst man das
Werkstück 25 von
der Spannhülse 24a so,
dass es nicht nach oben durch die Induktionsheizspule 21 und
den Abschreckring 22 zurückgezogen werden muss. Bei
Bedarf kann das Werkstück 25 jedoch
nach oben durch die Induktionsheizspule 21 und den Abschreckring 22 zurückgezogen
werden, bevor es an den Transportmechanismus übertragen wird.
-
Man
kann sehen, dass das Werkstück 25 dem
Zonenwärmebehandlungsvorgang
in fortlaufender und längsgerichteter
Weise vom einen Ende zum anderen Ende unterzogen wird. Wie beschrieben
ist der Zonenwärmebehandlungsvorgang
bevorzugt ein Retrogressions-Wärmebehandlungsvorgang,
bei dem das Werkstück 25 von
der Induktionsheizspule 21 sehr rasch auf eine ausreichende
Temperatur erhitzt wird, die eine vollständige oder teilweise Erweichung
des Werkstücks
bewirkt. Anschließend
erfolgt eine relativ schnelle Abkühlung durch den Abschreckring 22.
Trotz dieser Abkühlung
behält
das Werkstück 25 die
vollständige
oder teilweise Erweichungseigenschaft zumindest für eine relativ
kurze Zeitspanne, in der der nachfolgende Verformungsschritt 13 und
der Magnetimpuls-Schweißschritt 14 des
Verfahrens 10 wie beschrieben vorgenommen werden können.
-
Wie
erwähnt
wird das Werkstück 25 während des
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
bevorzugt vertikal aufgehängt,
damit sich die Form des Werkstücks
nicht verän dert.
Dies hat seinen Grund darin, dass Fahrzeugrahmenkomponenten häufig relativ lang
und ziemlich schwergewichtig sind. Hält man ein relativ langes und
schweres Werkstück 25 während des
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
waagrecht an seinen beiden Enden, kann es sein, dass sich der Mittenabschnitt
des Werkstücks
durch den Einfluss der Schwerkraft während des Zonenwärmebehandlungsvorgangs
oder nach dem Zonenwärmebehandlungsvorgang
nach unten biegt oder anderweitig verformt. Hängt man das Werkstück 25 während des
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
vertikal auf, so ist die Wahrscheinlichkeit für solche Verformungen wesentlich
geringer, da das Gewicht des Werkstücks 25 nicht dazu
ausreicht, irgendeine wesentliche Längung oder anderweitige Formveränderung
des Werkstücks
zu erzeugen.
-
5 zeigt
eine Seitenansichtsskizze einer zweiten Ausführungsform einer insgesamt
mit 30 bezeichneten Vorrichtung zum Ausführen eines
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
gemäß der Erfindung. Die
Vorrichtung 30 enthält
eine ringförmige
Induktionsheizspule 31 und einen ringförmigen Wasserabschreckring 32,
die wie abgebildet bevorzugt benachbart zueinander angeordnet sind.
Bei der Induktionsheizspule 31 handelt es sich um eine
herkömmliche Induktionsheizspule,
die mit einer Regelschaltung 33 verbunden ist, die gezielt
einen elektrischen Strom in der Spule zum Fließen bringt. Die Induktionsheizspule 31,
der Abschreckring 32 und die Regelschaltung 33 arbeiten
im Wesentlichen wie oben erläutert.
Die Vorrichtung 30 umfasst zudem einen Haltemechanismus,
vom dem ein Abschnitt bei 34 dargestellt ist. Der Haltemechanismus 34 enthält eine
Stirnfläche 34a oder
einen anderen Greifmechanismus, der an einem Ende eines Werkstücks 35 sitzt.
Der dargestellte Haltemechanismus 34 ist so aufgebaut,
dass er das Werkstück 35 am
Ende, an dem die Stirnfläche 34a angreift,
vertikal nach oben hält.
Der Haltemechanismus 34 arbeitet ähnlich wie der beschriebene Haltemechanismus 24 und
senkt das Werkstück 35 in
Längsrichtung
nach unten ab, damit der Zonenwärmebehandlungsvorgang
erfolgt.
-
6 zeigt
eine Seitenansichtsskizze einer dritten Ausführungsform einer insgesamt
mit 40 bezeichneten Vorrichtung zum Ausführen eines
Zonenwärmebehandlungsvorgangs
gemäß der Erfindung. Die
Vorrichtung 40 enthält
eine ringförmige
Induktionsheizspule 41 und einen ringförmigen Wasserabschreckring 42,
die wie abgebildet bevorzugt benachbart zueinander angeordnet sind.
Bei der Induktionsheizspule 41 handelt es sich um eine
herkömmliche Induktionsheizspule,
die mit einer Regelschaltung 43 verbunden ist, die gezielt
einen elektrischen Strom in der Spule zum Fließen bringt. Die Induktionsheizspule 41,
der Abschreckring 42 und die Regelschaltung 43 arbeiten
im Wesentlichen wie oben erläutert.
Die Vorrichtung 40 umfasst zudem einen oberen Halteme chanismus,
vom dem ein Abschnitt bei 44 dargestellt ist. Der obere
Haltemechanismus 44 umfasst eine Spannhülse 44a oder einen
anderen Greifmechanismus, der ein oberes Ende eines Werkstücks 45 festhält. Er arbeitet ähnlich wie
der bereits beschriebene Haltemechanismus 24. Die Vorrichtung 40 umfasst
zudem einen unteren Haltemechanismus, vom dem ein Abschnitt bei 46 dargestellt
ist. Der untere Haltemechanismus 46 enthält eine
Stirnfläche 46a oder
einen anderen Greifmechanismus, der an einem unteren Ende des Werkstücks 45 sitzt. Der
Haltemechanismus 46 arbeitet ähnlich wie der beschriebene
Haltemechanismus 35.
-
Die
dargestellten oberen und unteren Haltemechanismen 44 und 46 sind
so aufgebaut, dass sie das Werkstück 45 vertikal halten
und es in Längsrichtung
nach unten absenken, damit der Zonenwärmebehandlungsvorgang erfolgt.
Dies kann dadurch erfolgen, dass das obere Ende des Werkstücks 45 zunächst nur
vom oberen Haltemechanismus 44 gehalten wird, der das Werkstück 45 ein
Stück nach
unten durch die Induktionsheizspule 41 und den Abschreckring 42 absenkt.
Während
dieser anfänglichen
Bewegung ist das untere Ende des Werkstücks 45 in der Induktionsheizspule 41 und
dem Abschreckring 42 frei beweglich. Hat sich das Werkstück 45 ein
Stück weit
durch die Induktionsheizspule 41 und den Abschreckring 42 bewegt,
so sitzt das untere Ende auf dem unteren Haltemechanismus 46, und
der obere Haltemechanismus 44 wird gelöst. Anschließend fährt der
untere Haltemechanismus 46 mit dem Absenken des Werkstücks 45 fort.
Während dieser
nachfolgenden Bewegung ist das obere Ende des Werkstücks 45 in
der Induktionsheizspule 41 und dem Abschreckring 42 frei
beweglich. Auf diese Weise kann man die beiden äußeren Enden des Werkstücks 45 vollständig dem
Zonenwärmebehandlungsvorgang
unterwerfen.
-
7 zeigt
eine Skizze einer insgesamt mit 50 bezeichneten Vorrichtung
zum Ausführen
eines Magnetimpuls-Schweißvorgangs
gemäß dem letzten Schritt 14 des
beschriebenen Verfahrens 10. Die Vorrichtung 50 enthält eine
Magnetspule 51, die in herkömmlicher Weise aufgebaut ist.
Die dargestellte Magnetspule 51 ist ringförmig und
so bemessen, dass sie konzentrisch um das erste Werkstück 52 und
das zweite Werkstück 53 herum
angeordnet ist, die selbst teleskopartig ineinander geschoben sind.
Man kann die Magnetspule 51 jedoch wahlweise so bemessen, dass
sie teleskopartig innerhalb der beiden Werkstücke 52 und 53 angeordnet
ist. Die dargestellten Werkstücke 52 und 53 können als
getrennte Teile ausgeführt
sein (beispielsweise als Abschnitte eines Längsträgers), die so beschaffen sind,
dass sie miteinander verbunden werden und dann eine einzige integrierte
Fahrzeugrahmenkomponente (beispielsweise einen Längsträger) für eine Fahrzeugrahmen-Baugruppe
bilden. Die beiden Werkstücke 52 und 53 können auch
als beliebige andere Strukturen ausgeführt sein (beispielsweise als
Längsträger und Querträger), die
einen Abschnitt einer Fahrzeugrahmen-Baugruppe bilden. Es ist daran
gedacht, dass entweder eines der beiden Werkstücke 52 und 53 oder
beide Werkstücke
dem beschriebenen Retrogressions-Wärmebehandlungsvorgang unterzogen werden
können.
-
Unabhängig davon
werden die beiden Werkstücke 52 und 53 zunächst wie
dargestellt mit Abstand zueinander angeordnet. Der Zwischenraum zwischen
den beiden Werkstücken 52 und 53 kann
je nach Bedarf eingestellt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass
ein Zwischenraum im Bereich von 0,050 Inch (1,27 Millimeter) bis
0,100 Inch (2,54 Millimeter) annehmbar ist. Die Magnetspule 51 wird
daraufhin um die beiden Werkstücke 52 und 53 herum angeordnet.
Wird die Magnetspule 51 auf bekannte Art erregt, so entsteht
im Bereich der beiden Werkstücke 52 und 53 ein
elektromagnetisches Feld. Dieses elektromagnetische Feld bewirkt,
dass das äußere Werkstück 52 mit
hoher Geschwindigkeit nach innen zusammenfällt und auf das innere Werkstück 53 trifft.
Dadurch werden die beiden Werkstücke 52 und 53 verschweißt oder
molekular miteinander verbunden. Der Verbindungsvorgang erfolgt
bevorzugt in der Zeitspanne nach dem Retrogressions-Wärmebehandlungsvorgang,
in der das Werkstück 52 die
vollständigen
oder teilweisen Erweichungseigenschaften beibehält. Dies hat seinen Grund darin,
dass der Retrogressions-Wärmebehandlungsvorgang
die Materialeigenschaften des Werkstücks 52 zeitweilig
verändert.
Dadurch sind während
des Magnetimpuls-Schweißvorgangs
extrem hohe Kräfte
und extrem enge Toleranzen unnötig.
-
Die
Prinzipien der Erfindung und ihre Arbeitsweise wurden anhand ihrer
bevorzugten Ausführungsform
erklärt
und dargestellt.