Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers in einer Ausbildung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Achsrohres.

Achsrohre herkömmlicher Bauart sind allgemein bekannt und können die unterschiedlichsten Abmessungen aufweisen. Diese dienen beispielsweise bei der Verwendung in Nutzfahrzeugen als Fahrzeugachsen, die mit dem Fahrgestell über geeignete Verbindungen und Federn und/oder Lenker verbunden sind. Dazu ist der Achskörper mit einer entsprechenden Festigkeit auszustatten, um den Alltagsanforderungen im Einsatz eines Nutzfahrzeuges Stand zu halten. Üblicherweise erfolgt dies dadurch, dass der Achskörper mit Zugstangen und Verbindungsblöcken versehen wird, um daran die entsprechenden Lenker oder Federn anzubinden und das Gesamtpaket dann mit dem Fahrzeugfahrgestell zu verbinden. Dies erfordert einen Achskörper mit entsprechend dick ausgebildeten Wandstärken, um den Festigkeitsanforderungen zu genügen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem ein Hohlkörper wie beispielsweise ein Achsrohr mit optimierten Festigkeitseigenschaften und mit derart optimierter Geometrie herzustellen ist, dass es sich bei der späteren Montage einfacher verbauen lässt. Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers durch folgende Verfahrensschritte aus: der in einer Aufnahmeeinrichtung gehaltene Hohlkörper wird partiell induktiv erwärmt;

durch zumindest eine in dem oder an dem Hohlkörper innen und/oder außen ein- und/oder angebrachtes Umform Werkzeug wird in dem partiell induktiv erwärmten Bereich der Wanddicke des Hohlkörpers in einem im späteren Verwendungsfall stärker belasteten Bereich erhöht und in einem im späteren Verwendungsfall weniger belasteten Bereichen verringert und/oder die Querschnittsaußenabmessungen des in der Aufnahmevorrichtung gehaltenen Hohlkörpers werden durch ein Umformwerkzeug partiell reduziert oder partiell erhöht wird;

und/oder bei gleichen Außenabmessungen des Hohlkörpers werden die Innenabmessungen des Hohlkörpers im partiell induktiv erwärmten Bereich durch das Umformwerkzeug partiell reduziert oder partiell erhöht.

Damit ist ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem ein Hohlkörper zu erzeugen ist, der je nach Bedarf eine nichtkonstante Querschnittsform und/oder Wanddicke aufweisen kann. Durch die partielle induktive Erwärmung kann der Hohlkörper darüber hinaus während des Herstellungsprozesses vergütet werden, wobei die induktive Erwärmung Temperaturen in dem zu erzeugenden Hohlkörper aufweisen kann, mit denen sich partiell in dem metallischen Hohlkörper Gefügeveränderungen erzie- len lassen. Ebenfalls ist es dabei möglich, dass die Temperatur soweit gesteuert wird durch ein Steuern der Energiezufuhr oder durch ein nachfolgendes Anlassen oder Abschrecken des Hohlköpermaterials derart, dass eine gezielte Wärmeabfuhr erfolgen kann durch ein einzubringendes Medium von innen oder von außen.

Dadurch lässt sich ein außerordentlich homogenes Gefüge partiell in dem herzustellenden Hohlkörper erzeugen und insgesamt auch einen sehr homogenen gesamten Hohlkörper.

Damit ist ein Hohlköper während des Herstellungsverfahrens zu erzeugen, der ganz individuell an die späteren zu fordernden Eigenschaften und die Funktionen des Hohlkörpers anzupassen ist. Dabei kann die Querschnittsform entsprechend ange- passt werden, aber auch die Wanddicke, indem nach der partiellen induktiven Erwärmung in vorwählbaren Bereichen durch ein oder mehrere Umformwerkzeug(e) sich die gewünschte Querschnittsform und/oder die gewünschte Wanddicke partiell herstellen lässt. Dabei können verschiedene Hohlkörper erzeugt werden, beispielsweise Achsrohre, runde Hohlkörper, quadratische Hohlkörper, rechteckige Hohlkörper, ovale Hohlkörper, sechseckige Hohlkörper (Hexagone), vieleckige Hohlkörper (Polygone), Hohlkörper mit unterschiedlichen Wanddicken über den Querschnitt schraubenförmige Hohlkörper, aber auch Querschnittsformen, die rotationssymmetrisch, spiegelsymmetrisch und/oder asymmetrisch sind. Somit können Torsionsstäbe, Zugstäbe, Druckstäbe aber auch Biegestäbe (Zug/Druck) erzeugt werden. Ebenfalls ist es möglich, durch das am Hohlkörper angebrachte Umform Werkzeug diesen zu ziehen oder zu stauchen. Damit kann der Hohlkörper insgesamt für den späteren Einsatzfall optimierte Eigenschaften aufweisen. Das Materialvolumen wird beim Herstellungsprozess dem späteren Belastungsfall des Hohlkörpers bzw. insofern des Werkstückes entsprechend eingestellt und somit angepasst. An späteren hoch belasteten Bereichen kann die Wanddicke des Hohlkörpers erhöht und an weniger belasteten Bereichen verringert werden. Die Querschnittsform des Hohlkörpers wird so angepasst, dass das Widerstandsmoment (axial/polar) in Richtung der späterer Belastung erhöht wird. Dafür kann das Widerstandsmoment gegen die Belastungsrichtung verringert werden. Durch die Optimierung der Materialdicke kann sich das Gesamtgewicht des Hohlkörpers verringern, da der erzeugte Hohlkörper in den Bereichen, wo entsprechende Belastungsspitzen auftreten im späteren Einsatzfall gezielt verstärkt ausgebildet ist und zum Beispiel dieser erhöhte Materialeinsatz in diesen partiellen Bereichen des Hohlkörpers durch Materialien gebildet wird, die aus Bereichen stammen, die im späteren Einsatzfall geringeren Belastungen ausgesetzt sind. Insgesamt lässt sich daher der herzustellende Hohlkörper mit geringeren Materialkosten herstellen.

Nachfolgend wird unter Hinzuziehung von zeichnerischen Darstellungen der erfindungsgemäße Hohlkörper, der nach dem Verfahren hergestellt wird, näher erläutert.

Die Darstellungen zeigen den Zustand der Spannungsgleichheit, wobei Fig. 1 zeigt, dass die Spannung über die äußeren Abmessungen des Hohlkörpers unter Biegebelastung gleich sind. Dabei nimmt der Außendurchmesser eines eingespannten Rohres von der Einspannung bis zum Kraftanleitungspunkt im Verhältnis des Biegemomentes ab. Bei Fig. 2 sind die Spannungen über die innere Abmessung des Hohlkörpers unter Belastung gleich. Der Außendurchmesser eines eingespannten Rohres bleibt konstant und die Wanddicke nimmt von der Einspannung bis zum Kraftanleitungspunkt ab. Dadurch ergibt sich eine Reduzierung des Innendurchmessers von der Kraftanleitung bis hin zur Einspannung. Darüber hinaus können die Spannungen über die äußere als auch über die innere Abmessung des Hohlkörpers unter Belastung gleich sein. Dazu sei beispielhaft erwähnt, dass ein Außendurchmesser eines eingespannten Rohres im Verhältnis des Biegemomentes abnimmt, wobei die Wanddicke reduziert wird, um die Spannung über den Außen- als auch den Innendurchmesser gleich zu halten.

Fig. 3 zeigt, dass auch eine Versteifung vorgesehen werden kann.

Dabei wird das Widerstandsmoment des Hohlkörpers in Richtung auf die Krafteinleitung erhöht. In der obigen Figur ist ein eingespanntes Rechteckrohr von oben auf Biegung belastet wird. Der Querschnitt ist schmal und hoch ausgeführt und die Wanddicke der Ober-/Unterseite ist größer als die der seitlichen Schenkel.

Dabei können auch mehrere Querschnittsformen über die Hohlkörperlänge geformt sein, wie dies Figur 4 zeigt, bei der die Enden im Querschnitt rund ausgeführt sind und der größere mittlere Bereich quadratisch. Ebenfalls ist möglich, dass der zu erzeugende Hohlkörper an Bereichen verstärkt wird, an denen Kräfte eingeleitet werden oder um diese Krafteinleitungspunkte zu erzeugen. Dies zeigen Fig. 5 und 6, wobei Krafteinleitungspunkte und Verbindungsstellen zu anderen Komponenten vielfach höher belastet oder an der Schnittstelle geschwächt sind, wie z.B. an einer Schweißnaht oder an einem Schraubenloch. An diesen Stellen kann der Hohlkörper durch gezieltes induktives Erwärmen und nachfolgendes Umformen verstärkt werden, indem die Wanddicke an einer Schweißnaht erhöht wird, der Durchmesser an einer Schweißnaht vergrößert wird und/oder die Wanddicke an einem Schraubenloch erhöht wird.

Besonders vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Hohlkörper erzeugt werden, an dem für spätere Verwendung weitere Teile wie im Falle des erwähnten Achsrohres für ein Nutzfahrzeug Lenker und/oder Feder anzubinden sind, Anschlussflächen für die Lenker und/oder Feder erzeugt werden können durch das erteilungsgemäße Verfahrung. Dies zeigen die Fig. 7 und Fig. 8. Die Anschlussflächen können explizit näher an der Achsmitte oder weiter weg von der Achsmitte liegen, wie dies die erste nächste Darstellung zeigt, indem dort eine Ausformung und andererseits eine Einschnürung vorgesehen sind. Diese Querschnittsform kann rotationssymmetrisch, spiegelsymmetrisch und/oder asymmetrisch sein. Zum Reduzieren von Bauraum kann beispielsweise der Durchmesser partiell reduziert werden, sodass ein dort angebundenes Bauteil tiefer liegt und dadurch der benötigte Bauraum zum Beispiel eines Achskörpers mit einem mit diesem verbundenen Teil an ei nem Nutzfahrzeug reduziert ist. Des Weiteren kann der Durchmesser an einer Flanschfläche vergrößert werden, um mehr Bauraum überbrücken zu können. Während des Herstellungsprozesses wird der Hohlkörper partiell durch Induktion erwärmt. Die erwärmten Bereiche haben eine geringere Festigkeit und sind mit einer geringeren Kraft umformbar. Wenn der Hohlkörper über den Querschnitt unterschiedlich erwärmt wird, verformt sich der Querschnitt beim Aufbringen einer Umformkraft dementsprechend an den warmen Bereichen mehr als an den kühleren. Der Hohlkörper kann sowohl über die Länge, als auch über den Querschnitt partiell erwärmt werden. Neben der Warmumformung dient die induktive Erwärmung noch der Wärmebehandlung des Hohlkörpers, so dass die Temperatur des Werkstücks soweit erhöht wird, dass sich innerhalb des Metallgefüges Gefügeänderungen erzielen lassen (vergüten, anlassen). Dies zeigen Fig. 9 und Fig. 10.

Für eine optimierte partielle induktive Erwärmung lässt sich der Wärmebehand- lungsprozess unterschiedlich gestalten, beispielsweise durch die Ausführung der Induktionsspulen. Dies ist in Fig. 11 bis Fig. 18 gezeigt.

Feststehende Induktionsspule(n), Hohlkörper wird linear durch das Magnetfeld bewegt (Fig. 1 1 ).

Feststehende Induktionsspule(n), Hohlkörper wird linear durch das Magnetfeld bewegt und dabei rotiert (Fig. 12)

Feststehender Hohlkörper, Induktionsspule(n) wird/werden um den Hohlkörper bewegt (Fig. 13) Feststehender Hohlkörper, Induktionsspule(n) wird/werden linear um den Hohlkörper bewegt und dabei rotiert (Fig. 14)

Rotierender Hohlkörper, der nicht linear verfährt, Induktionsspule(n) werden linear um den Hohlkörper bewegt (Fig. 15)

Hohlkörper und Induktionsspule(n) werden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten linear verfahren, Richtungen können gleichgerichtet oder gegengerichtet sein (Fig. 16)

Innenliegende Induktionsspule (Fig. 17)

Abstand der Induktionsspule(n) zur Körperoberfläche kann konstant oder inkonstant sein (ein konstanter Abstand einer Spule zur Körperoberfläche sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung über einen konstanten Querschnitt). Dabei können auch die Spulen radial bewegt werden. (Fig. 18)

Beim Einsatz mehrerer Spulenelemente kann das Rotieren des Rohres und/oder die Bewegung der Spulenelemente vonnöten sein um eine gleichmäßige Wärmeinduktion über den Querschnitt zu erzeugen

M it dem Aufbringen einer axialen Kraft ist es möglich, die Kontur und die Wandstärke des Hohlkörpers zu verändern. Dabei kann eine axialen Zugkraft aufgebracht werden, die bewirkt, dass die wärmeren Bereiche gestreckt und die Querschnittsfläche verringert wird. Das Aufbringen einer axialen Druckkraft bewirkt, dass die wärmeren Bereiche gestaucht werden und sich die Querschnittsfläche vergrößert. Durch das Aufbringen eines Torsionsmomentes auf den Hohlkörper kann im wärmeren Bereich eine an eine "Schraubenform" angeglichene Kontur erzeugt werden. Dies zeigt die Fig. 19.

Durch das Aufbringen von Zug- und Druckkräften unter einem Winkel in der Längsebene kann darüber hinaus eine Biegung im wärmeren Bereich erzeugt werden, wie dies Fig. 20 zeigt.

Dabei können axiale Kräfte über die Hohlkörperenden eingebracht werden. Zudem ist es möglich am Hohlkörperende einen Körper anzubringen, der den Innenraum abdichtet, so dass dort mit einem Medium als Umformwerkzeug ein Innendruck erzeugt werden kann. Das Medium kann durch das offene Ende des Hohlkörpers während des Herstellungsprozesses eingebracht werden.

Durch das Aufbringen von einer radialen und/oder axialen Kraft lässt sich der Durchmesser und damit die Außenkontur des Hohlkörpers verändern. Das Aufbringen einer radialen Kraft in Richtung Achsmitte des Hohlkörpers bewirkt ein Verringern des Außendurchmessers. Das Aufbringen einer radialen Kraft von der Achsmitte weg bewirkt ein Ausdehnen des Hohlkörpers. Die radiale Kraft von außen mit Rollen und/oder Formstücken als Umformwerkzeug wird angesetzt nach der partiellen induktiven Erwärmung. Eine radiale Kraft von innen kann mittels eines aufspreizba- ren Doms erzeugt werden. Radiale Kräfte und auch axiale Kräfte können auch gleichzeitig über einen Kegel eingebracht werden, dessen größter Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers. Ein Medium, das in den Hohlkörper gepresst wird, erzeugt durch den Innendruck eine radiale Kraft von der Achsmitte weg. Durch einen Unterdruck im Hohlkörper wird eine radiale Kraft in Richtung der Achsmitte erzeugt. Radiale Kräfte können von innen durch Kombination von einem Medium und einem aufspreizbaren Dorn erzeugt werden. Als Medien können generell Flüssigkeiten, Emulsionen, Granulat und/oder Keramikkugeln Verwendung finden. Des Weiteren kann um den Hohlkörper eine Form gestülpt oder diese gegen den Hohlkörper gehalten werden, an den die erwärmten Bereiche mit Hilfe des Innendruckes oder einer axialen oder radialen Kraft angelegt wird.

Alle Kräfte können gleichzeitig aufgebracht werden, so dass deren Einflüsse sich überlagern wie zum Beispiel Druck von innen und zusätzlich ein Stauchen, wodurch sich die Außenkontur vergrößert unter Beibehaltung der Wandstärke.

Das Material des Hohlkörpers kann unmittelbar nach der Umformung wieder abgekühlt werden, so dass die Form bestehen bleibt und auf die neuen Abmessungen weitere Kräfte aufgebracht werden können.

Durch das Vergüten des Materials des Hohlkörpers wird die Festigkeit heraufgesetzt. Danach können höhere Spannungen zugelassen werden. Somit kann bei gleicher Last weniger Material eingesetzt werden. Dadurch sinken Gewicht und Materialkosten. Der Hohlkörper kann auch während des Umformprozesses gehärtet wer- den durch eine Wärmeabfuhr von außen, indem ein Medium mit der Oberfläche in Verbindung gebracht wird, indem zum Beispiel Wasser aufgesprüht oder der Hohlkörper mit Wasser Übergossen wird. Alternativ oder gleichzeitig kann auch eine gezielte Wärmeabfuhr durch ein Medium im Inneren erfolgen, wobei dieses Medium auch das sein kann, dass für ein Umformprozess verwendet wird. Die Wärmeabfuhr kann selbstverständlich auch von innen durch ein anderes Medium erfolgen zum Umformen. Insgesamt kann damit ein homogenes Gefüge erzeugt werden. Ein nachfolgendes Anlassen des Materials des Hohlkörpers ist selbstverständlich ebenfalls möglich, genauso wie eine kontrollierte Abkühlung.