Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING HOLLOW BODIES, HOLLOW BODY, AND USE OF THE SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/016570
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing weldable, highly resistant hollow bodies (1) from a tubular blank, to which a graduation of the diameter and/or the wall thickness with at least a conical or a stepped transition is applied by means of cold forming by flow-turning (A). The invention also relates to a hollow body and to the use thereof. The aim of the invention is to provide a method that enables an application-optimised, highly resistant, weldable hollow body (1) to be formed with low production costs and a high level of flexibility in the shaping and production thereof. To this end, the forming process is carried out by means of flow-turning, at least the formed region being cooled during the forming process.

Inventors:
CLAUS RONALD (DE)
MERTZ ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/001338
Publication Date:
February 24, 2005
Filing Date:
June 25, 2004
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
WILLY VOIT GMBH & CO KG (DE)
CLAUS RONALD (DE)
MERTZ ANDREAS (DE)
International Classes:
B21D22/16; B21D41/04; (IPC1-7): B21D22/16; B21D41/04
Foreign References:
US3180024A1965-04-27
DE2327664A11974-12-19
EP0151976A21985-08-21
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 041 (M - 194) 18 February 1983 (1983-02-18)
Attorney, Agent or Firm:
Vièl, Christof (Feldmannstrasse 110, Saarbrücken, DE)
Download PDF:
Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen von verschweißbaren, hochfesten Hohlkörpern aus einem rohrförmigen Rohling, dem mittels Kaltumformung durch Drückwalzen eine Durchmesserund/oder Wandstärkenabstufung mit zumindest einem konischen oder gestuften Übergang angeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformvorgang durch Drückwalzen erfolgt, wobei. zumindest der umgeformte Bereich während des Umformvorganges gekühlt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während des Umformvorganges in einem nicht bearbeiteten Bereich eingespannt ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Umformvorganges ein Dorn in den bearbeiteten Bereich des Werkstücks eingebracht ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gerollte, lasergeschweißte Rohre als Halbzeug verwendet werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Werkstück aus einem niedrig legierten Stahl hoher Festigkeit, bevorzugt vom Typ SXXXMC, besonders bevorzugt S700MC besteht.
6. Hohlkörper, der gemäß den Ansprüchenl bis 5 hergestellt ist.
7. Verwendung des Hohlkörpers gemäß Anspruch 6 für eine dreiteilige Hohlwelle.
Description:
BESCHREIBUNG Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern, Hohlkörper und Verwendung des Hohlkörpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von verschweißbaren, hochfesten Hohlkörpern aus einem rohrförmigen Rohling, dem mittels Kaltumformung durch Drückwalzen eine Durchmesser-und/oder Wandstärkenabstufung mit zumindest einem konischen oder gestuften Übergang angeformt wird. Sie betrifft weiterhin einen Hohlkörper und die Verwendung des Hohlkörpers.

Hohle Antriebswellen werden zunehmend im Automobilbau verwendet, da sie infolge ihres gegenüber Vollwellen geringeren Gewichtes und weitgehend variabler geometrischer Gestaltung sowohl einen Beitrag zur Kraftstoffeinsparung als auch zur Komfortverbesserung (NVH-Verhalten) leisten.

In der DE 30 09 277 C2 ist eine Antriebswelle beschrieben, bei der abgestuft von der Mitte zu den Enden der Durchmesser geringer und die Wandstärke größer wird. Die Endbereiche sind mit einer Längsverzahnung versehen. Bei dieser Ausführung der Kraft-/Momenteinleitung treten unter Last hohe Spannungsspitzen auf.

Das in der DE 101 29 671 AI beschriebene"Verfahren zur Herstellung gezielter Werkstoffanhäufungen an hohlen Wellen"betrifft die Herstellung eines Wellenbundes mit lokal erhöhter Wandstärke durch Rundkneten und Stauchen.

Aus der DE 40 22 692 C2 ist eine Hohlwelle bekannt, bei der der mittlere Rohrbereich auf eine reduzierte Wandstärke gehämmert und/oder abgestreckt und ggf. hydraulisch aufgeweitet wird. Die Endbereiche in Form von Gelenk-Innen-bzw. -Außenteilen werden hier mittels Umformtechnologien wie Hämmern (Rundkneten), Schmieden oder Pressen hergestellt.

In der DE 100 05 578 AI wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers mit einem stufenförmigen Absatz aus einem rohrförmigen Werkstück beschrieben, bei dem an dem rohrförmigen Werkstück zunächst ein konischer Bereich ausgebildet wird, der gezielt erwärmt wird. Anschließend wird auf das Werkstück eine axiale Stauchkraft ausgeübt, so daß der erwärmte konische Bereich gestaucht und zu dem stufenförmigen Absatz geformt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das mit größerer Flexibilität in der Formgebung und Fertigungsfolge einen anwendungsoptimierten hochfesten, verschweißbaren Hohlkörper zu geringeren Herstellungskosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einteiliger Hohlkörper gemäß dem Oberbegriff gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Umformvorgang durch Drückwalzen erfolgt, wobei zumindest der umgeformte Bereich während des Umformvorganges gekühlt wird.

Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, daß entgegen der Lehre der DE 100 05 578 AI statt eines Erwärmens des Werkstücks während des Umfonnvorganges ein Kühlen desselben mittels Kühlflüssigkeit, z. B. mittels eines Wasser-Öl-Kühlschmiermittels, zu einer deutlich besseren Qualität des Endproduktes führt. Eine fortwährend starke Kühlung während der Umformung hat den Vorteil, daß durch die Kaltverformung ein Gefüge mit gutem Fatigue-Verhalten entsteht. Es ergibt sich im Bereich kleinen Durchmessers und/oder geringerer Wandstärke eine Kaltverfestigung (bis Rp > 1. 000 Mpa ohne Wärmebehandlung).

Bei der beschriebenen Vorgehensweise kann ein Einlaufwinkel des konischen Bereichs von 45° und mehr erreicht werden. Bei Stahl als Werkstoff sind Durchmesserdifferenzen von teilweise mehr als 20 % des Ausgangsdurchmessers und dabei Wanddickenverringerungen von über 50 % möglich. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist zudem wesentlich kostengünstiger als herkömmliche Verfahren.

Hinsichtlich der Kostensituation liegen die Vorteile der Erfindung im wesentlichen in einem geringeren Investment, in geringeren Stückkosten und in der Tatsache, daß eine Lärmschutzeinhausung nicht erforderlich ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Werkstück während des Umformvorganges in einem nicht bearbeiteten Bereich eingespannt ist. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß während des Umformvorganges ein Dorn in den bearbeiteten Bereich des Werkstücks eingebracht ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden gerollte, lasergeschweißte Rohre als Halbzeug verwendet.

Hierbei wird als Ausgangsmaterial ein gerolltes, lasergeschweißtes Rohr, vorzugsweise aus thermomechanisch verfestigtem Blech, verwendet. Durch die thermomechanische Verfestigung des Werkstoffes tritt im unbearbeiteten Gefüge, auch unter Temperatureinfluß, kein Festigkeitsverlust durch Rekristallisation auf.

Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das rohrförmige Werkstück aus einem niedrig legierten Stahl hoher Festigkeit, bevorzugt vom Typ SXXXMC, besonders bevorzugt S700MC besteht.

Solche Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt C < 0,15 % sind gut schweißbar und verformbar..

Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Hohlkörper, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Ein derartiger Hohlköper kann in zahlreichen Bereichen eingesetzt werden.

Schließlich ist auch eine Verwendung des Hohlkörpers für eine dreiteilige hohle Antriebswelle. erfindungsgemäß.

Dies ist insofern vorteilhaft, als eine individuelle Anpassung an den Bauraum erfolgen kann, wobei trotz des geringeren Gewichtes die Anschweißmaße, z. B. für die Zapfen beibehalten werden können.

Zusammenfassend bietet die erfindungsgemäße Vorgehensweise für die Herstellung von Hohlwellen, insbesondere dreiteiligen Hohlwellen, als technische und wirtschaftliche Vorteile eine Gewichtreduzierung bei gleichen und sogar höheren Festigkeitsanforderungen, eine optimale Abstimmung hinsichtlich Anschweißquerschnitt und Querschnitt im freien Rohr sowie eine hohe Flexibilität in der Formgebung des Rohres. So sind außen zylindrische, dick- oder dünnwandige Rohre, innen zylindrische, dick-oder dünnwandige Rohre, nach innen oder außen gestufte Rohre und konische, symmetrische und asymmetrische Rohre auf diese Weise herstellbar. Zudem ergibt sich nach einer Kaltumformung ein sehr hohes Streckgrenzenverhältnis (gutes Dauerschwingverhalten) (Rp02/Rm). Weiterhin ist das Drückwalzen im Vergleich zum Rundkneten schneller und es werden Fehler im Rohr hierbei aufgedeckt, die beim Rundkneten verdeckt würden (automatische Qualitätskontrolle). Bei Verwendung von hochfesten, lasergeschweißten Rohren aus SXXXMC fällt in der Wärmeübergangszone der Schweißpaarung Zapfen-Welle die Festigkeit des Werkstoffes weniger ab als z. B. bei C45 als Werkstoff.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigen Fig. 1 die einzelnen Verfahrensschritte zur Erstellung einer Antriebswelle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 2 verschiedene nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare Rohrstücke.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird als Ausgangsprodukt ein gerolltes (Biegerolltechnik) Laser- geschweißtes Rohr 1 aus thermomechanisch verfestigtem Blech verwendet, welches aus einem niedrig legierten Stahl hoher Festigkeit mit einem Kohlenstoffgehalt C < 0,15 % besteht, beispielsweise aus S700MC.

In einem ersten Bearbeitungsschritt (Fig. 1) wird das Rohr 1 in seinem mittleren Bereich mittels Drückrollen A auf den gewünschten Außendurchmesser abgestreckt, wobei im vorliegenden Fall ein Dorn 3 in den Innenbereich des Rohres 1 eingebracht wird. Ebenso ist ein Drückwalzen ohne Dorn 3 möglich. Vorteilhafterweise werden drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Drückrollen A verwendet. Während dieses Vorganges wird der Außendurchmesser und ggf. die Wanddicke im abgestreckten Bereich reduziert, während der Außendurchmesser und die Wanddicke in den übrigen Bereichen gleich bleiben. Die Verlängerung des Rohres 1 beträgt nun : DL= Lo ( (AnKO/AnKabgestr)-l).

In der Regel ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die Wandstärke im Bereich größerer Außendurchmesser größer oder gleich der Wandstärke im Bereich kleiner Außendurchmesser.

Während des Umformvorgangs wird das Werkstück intensiv mit einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise einem Öl-Wasser-Kühlschmiermittel gekühlt. Hierdurch wird der temperaturbedingte Festigkeitsabfall nahezu vermieden.

Fig. 2 zeigt verschienene Formen von Rohrabschnitten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar sind. Dort ist ersichtlich, daß sowohl außen als auch innen zylindrische dick-und dünnwandige Rohre als auch nach innen oder außen gestufte Rohre sowie konische, sysmmetrische und asymmetrische Rohre auf diese Weise bei hoher Qualität kostengünstig herstellbar sind.