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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Achsschenkels,
insbesondere für
ein Nutzfahrzeug; den danach hergestellten Achsschenkel und auf
eine Vorrichtung zur Herstellung desselben,
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Es
ist bekannt Achsschenkel, insbesondere für Nutzfahrzeuge, aus Rundmaterial
zu einem Rohling mit einem Kegelstumpf an einem Schaftende und mit
einem Zentrierbund am gegenüberliegenden Ende
vorzuschmieden und danach zur Führung
bzw. zur Ermöglichung
eines Durchtritts einer Achse eine zentrierte Bohrung mittels eines
Zerspanungsverfahrens auszubilden. Das Herstellen einer Bohrung
im spanenden Verfahren ist insbesondere bei hochfesten Materialien
sehr teuer und aufwendig und durch das Bohren wird der Faserverlauf
im Achsschenkel gestört.
Außerdem
wird lange für
eine derartige präzise
Bohrung benötigt.
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Die
Zerspanung setzt die Festigkeit des Achsschenkels herab und der
Faserverlauf ist im Achsschenkel nicht ideal. Der Achsschenkel mit
einem rohrförmigen
Abschnitt, der in einen trichterartigen Bereich übergeht, ist ein hochbelastetes
Teil, an dem durchtretende Achsen mit Rädern eines Fahrzeugs sowie
Bremsen befestigt werden. Schliesslich ist es erwünscht, Materialersparnis
zu erzielen, um sowohl ein geringeres Fahrzeuggesamtgewicht zu haben,
als auch geringere Materialkosten. Dies war bei den Achsschenkeln
nach dem Stand der Technik nicht der Fall, da aufgrund des suboptimalen
Faserverlaufs im Schaft nach dem Bohren grössere Schaftwanddicken notwendig
wurden, um die erwünschte Festigkeit
des Achsschenkels zu gewährleisten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches
Verfahren zur präzisen
Herstellung eines Achsschenkels, einen Achsschenkel und sowie eine
Vorrichtung zur Herstellung dafür
zu schaffen, sodass Achsschenkel mit einer erhöhten Festigkeit hergestellt
werden, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches
1, einen Achsschenkel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, aus dem Rundmaterial nicht nur einen Rohling mit einem Kegelstumpf
vorzuschmieden, sondern in einem nachgelagerten Schritt den Rohling
in eine Lochmatrize zur Herstellung eines Achslochs einzusetzen und
anschließend
den Rohling in der Lochmatrize mittels eines Lochstempels unter
Ausbildung einer Endform-Achsschenkelkontur mit Achsloch fertig
zuschmieden. Dadurch, dass durch das Lochen in der Lochmatrize der
Faserverlauf im Rohling parallel zur Oberfläche des Achsschenkels ausgerichtet
wird, kann ein verfestigter geschmiedeter Achsschenkel hergestellt
werden.
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Die
Aufgabe wird auch durch einen geschmiedeten Achsschenkel, insbesondere
für Nutzfahrzeuge,
der einen Faserverlauf parallel zur Achsschenkel-Oberfläche in Achsrichtung
(A) aufweist, gelöst.
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Der
Faserverlauf ist somit zusammenhängend
und nicht durch Zerspanen, wie es im Stand der Technik ausgeführt ist,
zerstört
bzw. unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass der Achsschenkel ein hochbelastbares
Schmiedeteil mit einer langen Lebensdauer ist und Materialersparnis
gegenüber
herkömmlichen
gebohrten Teilen möglich
ist.
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Schliesslich
bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Achsschenkels, die einen Lochstempel und eine Lochmatrize
als Schmiedegesenk aufweist.
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Das
Herstellungsverfahren für
den gelochten Achsschenkel bringt durch zweifaches Schmieden im Gegensatz
zur bisherigen Kombination aus Schmieden und Zerspanen/Bohren viele
Vorteile mit sich. Die Fertigungs- und Zykluszeit reduziert sich
erheblich. Die Festigkeit des so hergestellten Achsschenkels mit
dem Achsdurchgangsloch für
Fahrzeugachsen wird gegenüber
gebohrten Achsschenkeln erhöht.
Der Achsschenkel ist hochbelastbar und weist eine hohe Lebensdauer
auf.
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Der
Achsschenkel kann in nahezu der gleichen Fertigungsumgebung in lediglich
zwei Schmiedeschritten hergestellt werden. Dies bringt auch logistische
Fertigungsvorteile.
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Ein
angeschmiedeter Zentrierbund verhindert ein Verlaufen des Lochstempels.
Beim Lochen wird der Rohling bevorzugt am Kegelstumpf und/oder insbesondere
am Zentrierbund in der Lochmatrize zentriert. Eine Zentrierung des
Rohlings ist wichtig, damit das Lochen in der richtigen Position
erfolgt, sodass kein Schieflaufen des Lochstempels mit Bruchgefahr
des Achsschenkels oder zumindest einer verkürzten Lebensdauer des Achsschenkels,
insbesondere aufgrund eines einseitigen Materialmangels und eines
Materialüberschusses
an der gegenüberliegenden
Stelle auftritt. Bei einem derartigen unzentrierten Lochen kann
die Gesenkform bei zu großen Belastungen
zerstört
werden.
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Vorzugsweise
wird der Lochstempel zur Verbesserung der Fertigungsqualität sowie
zur Erhöhung
der Werkzeugstandzeiten, aufgrund einer Lebensdauerverlängerung
des Werkzeugs gekühlt.
Somit verschleißt
der Lochstempel langsamer und in einem deutlich geringeren Ausmaß.
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Zur
genauen Zentrierung des Lochstempels gegenüber Matrize und Rohling wird
die Position des Lochstempels zur Lochmatrize bei der Montage und während des
Betriebs in der Achsschenkel-Herstellungsvorrichtung überwacht.
Somit ist gewährleistet, das
der Lochstempel winklig und zentriert zum Werkzeug läuft.
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Die
Rohlinge können
auf einer Presse oder einem Gegenschlaghammer geschmiedet werden. Vorteile
hierfür
sind nicht verfahrensabhängig.
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Bevorzugte
Maße des
Achsschenkels sind eine Länge
von ca. 400–700
mm, insbesondere zwischen ca. 400–500 mm mit einem Lochdurchmesser von
ca. 45–80
mm bevorzugt zwischen ca. 50–70 mm.
Der Achsteller weist vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 45–80 mm,
insbesondere zwischen 50–60
mm und einen Lochdurchmesser von ca. 18–30 mm, bevorzugt zwischen
ca. 21–26
mm auf.
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Für das oben
beschriebene Schmiedeverfahren in einer Vorrichtung zur Herstellung
des Achsschenkels eignet sich vorteilhafterweise ein Schmiedegesenk,
das im Gravurbereich des Schafts eine Gratteilung zur Aufnahme von
Materialüberschüssen, Zunder
usw. aufweist. Somit wird beim Lochen die Gravur nicht gesprengt
und Faserverläufe
im Achsschenkel werden vorteilhaft ausgebildet. Die Gratteilung
nimmt Material auf, dass aufgrund des zu fertigenden Achslochs verdrängt wird
und ihre Dimensionen hängen
von der Größe des gesamten Teils
ab. Bei einem Achsschenkel für
ein Nutzfahrzeug kann eine Gratteilung von 10 mm und mehr vorgesehen
sein.
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Bevorzugt
ist eine Schiebesteuerung für
eine exakte, zentrierende Positionierung des Rohlings in der Lochmatrize
unter dem Lochstempel vorgesehen, welche die Lochmatrize und/oder
den Lochstempel justieren kann. Somit wird sichergestellt, dass
der Lochstempel ein hochgenaues Achslochs im Achsschenkel fertigt.
Die Lebensdauer des Werkzeugs ist dadurch vorteilhaft verlängert.
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Die
Schiebesteuerung weist, wie dem Fachmann bekannt ist, selbstverständlich Sensoren,
Aktoren, eine Auswerteschaltung sowie eine entsprechende Steuerschaltung
auf. Dabei ist bevorzugt der Lochstempel zur Lochmatrize winklig
und zentriert für das
Schmieden bewegbar.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweilig angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen verwendbar sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert,
wobei die Erfindugn keineswegs auf die dargestellten Größen- und
Dimensionsverhältnisse
eingeschränkt
ist. Darin zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines vorgeschmiedeten Rohlings mit angeschmiedetem
Kegelstumpf,
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2 eine
weitere Schnittansicht des vorgeschmiedeten Rohlings der 1 um
90° versetzt,
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3 eine
Schnittansicht des fertig gelochten Achsschenkels,
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3a Faserverlauf
im Schnitt der 3
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4 eine
Schnittansicht des fertig gelochten Achsschenkel der 3 um
90° versetzt
und
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4a den
Faserverlauf im Schnitt der 4.
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Die 1 zeigt
einen aus Rundmaterial hergestellten Achsschenkelrohling 1'. Aus Rundmaterial-Ausgangsteil
wird massiv ein Kegelstumpf auf einem Gegenschlaghammer geschmiedet.
Dabei werden alle Schmiedeschritte, warm, d. h. mit einem erwärmten Bauteil,
ausgeführt.
Am Schaftende des Rohlings 1' wird
im ersten Schmiedevorgang ein Zentrierbund 2 angeschmiedet.
Der zur Zentrierung angeschmiedete Zentrierbund verhindert ein Verlaufen
des Lochstempels im zweiten Schmiede/Lochvorgang. Dort fährt ein
Lochstempel mit einer speziellen Schneidengeometrie beim zweiten
Schmiedevorgang in der Lochmatritze durch den Kegelstumpf in das
volle Material des Rohlingschaftes ein und weitet den Schaft unter
Verdrängung
des Materials und Herstellung einer Durchgangsöffnung im Schaft auf. Ein schräg laufender
Lochstempel, der nicht exakt zentriert ist, könnte im extremsten Fall die Gesenkform
zerstören,
deshalb ist die exakte Zentrierung des Rohlings in der Lochmatrize
bezüglich des
Lochstempels sehr wichtig.
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Der
Achsschenkelrohling 1' weist
an seinem Schaftende den Zentrierbund 2 auf und am gegenüberliegenden
Ende einen Teller 3 auf, der auch als kuppelförmig oder
glockenförmig
bezeichnet werden kann. Der Achsschenkel 1 ist insbesondere
in Nutzfahrzeugen jeweils an den Fahrzeugachsen vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird der
Achsschenkelrohling 1' im
zweiten Schmiedeschritt durch Schmieden und Ausbilden eines Achslochs
gelocht. Hierfür wird
der aus dem Rundmaterial gefertigter Rohling 1' in eine Lochmatrize
eingesetzt und anschließend
in der Lochmatrize mittels eines Lochstempels unter Ausbildung einer
Achsschenkelkontur mit gelochtem Schaft mit Achsloch 4 fertig
geschmiedet. Es ergibt sich das in den 3 und 4 gezeigte
Achsloch 4.
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Um
das erfindungsgemäße geschmiedete Achsloch 4 sicher
mit einer hohen Fertigungsqualität und
einem geringen Werkzeugverschleiß zu fertigen, wird der Rohling
am Kegelstumpf und/oder am Zentrierbund 2 in einer Lochmatrize,
also im Werkzeug, zentriert. Zur genauen Positionierung des Lochstempels
zur Lochmatrize bei der Montage und während des Betriebs der Achsschenkelherstellvorrichtung wird
die Position desselben überwacht.
Die Position wird gegebenenfalls mit einer Schiebesteuerung exakt
justiert. Der Lochstempel ist hierfür zur Lochmatrize winklig und
für das
Schmieden bewegbar zentriert. Die Schiebesteuerung umfasst hierfür Sensoren,
Aktoren, eine Auswerteschaltung sowie eine Steuerschaltung. Der
Lochstempel wird außerdem gekühlt. Somit
wird die Lebensdauer des Lochstempels erhöht, ein Verschleiß des Lochstempels
verringert und die Fertigungsqualität des Achsschenkels erhöht.
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Das
auch als Lochmatrize bezeichnete Schmiedegesenk selbst weist zur
Ausbildung des Achslochs 4 im Gravurbereich des Zentrierbunds eine
Dehnfuge/Gratteilung zur Aufnahme von Materialüberschüssen und Zunder, usw. auf.
Die Dehnfuge ist abhängig
vom Achslochdurchmesser.
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Der
geschmiedete Achsschenkel 1, wie in der 3 und 4 gezeigt,
weist einen Faserverlauf 6 parallel zu den Oberflächen in
Achsrichtung auf. Somit ist der Faserverlauf 6 nicht durch
ein Zerspanen, wie bei Achsschenkeln im Stand der Technik, bei denen
die Achslöcher
gebohrt werden, unterbrochen bzw. zerstört, sondern zusammenhängend. Damit
ergibt sich ein hochfestes geschmiedetes Bauteil, das der Lebensdauer
eines Nutzfahrzeugs bestens entspricht.
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Bevorzugte
Maße des
Achsschenkels sind eine Länge
von ca. 400 mm bis 700 mm, insbesondere zwischen 400 und 500 mm,
ein Lochdurchmesser von ca. 25 bis 80 mm, bevorzugt zwischen 50
bis 70 mm. Weitere bevorzugte Maße sind ein Achsteller 3 mit
einem Durchmesser von ca. 45 bis 80 mm, vorzugsweise zwischen 50
bis 60 mm, und einem Lochdurchmesser von 18 bis 30 mm, bevorzugt
zwischen 21 bis 26 mm bei kleineren Achsschenkeln.
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Während die
Erfindung detailliert anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedenste Alternativen und
Ausführungsformen
zur Durchführung der
Erfindung im Rahmen des Schutzumfangs der Ansprüche möglich sind.
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- 1'
- Rohling
mit angeschmiedetem Kegelstumpf
- 1
- gelochter
Achsschenkel
- 2
- Zentrierbund
am Rohling
- 3
- Kegelstumpf
- 4
- Achsloch
- 6
- Faserverlauf
im fertigen Achsschenkel