Abro l l ko l ben fü r ei ne Luftfeder

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder, einen Abrollkolben für eine Luftfeder, eine Luftfeder und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder.

DE 10018238 offenbart einen Abrollkolben für Luftfedersysteme, wobei der Abrollkolben nach Art eines Rohres ausgebildet ist und aus Aluminium besteht. Der Abrollkolben ist hierbei ein längsnahtgeschweisstes Rohr, welches aus einer Aluminiumlegierung besteht, wobei das Rohr ohne Zusatzwerkstoffe

längsnahtgeschweißt ist.

Unter ungünstigen Umständen kann es bei herkömmlichen Abrollkolben für Luftfedern zu Qualitätsproblemen kommen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abrollkolben für eine

Luftfeder bereitzustellen, der auch im Langzeitbetrieb und unter rauen

Bedingungen gleichbleibend hohe Qualität bietet und mit vertretbarem Aufwand fertigbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder geschaffen, wobei bei dem Verfahren ein plattenförmiger Rohlings bereitgestellt wird und der Rohling zum Bilden eines längsschweißnahtfreien dreidimensionalen

Abrollkolbens mit einem von diesem begrenzten Hohlraum umgeformt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Abrollkolben für eine Luftfeder geschaffen, der einen dreidimensional geformten längsschweißnahtfreien Körper aufweist, der einen Hohlraum

einschließt. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden

Erfindung ist eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die

Luftfeder einen Abrollkolben mit den oben beschriebenen Merkmalen und einen an dem Abrollkolben montierten Luftbalg aufweist.

Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden

Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine

Luftfeder geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines plattenförmigen Rohlings und eine Umformeinrichtung zum mehrfachen Umformen des plattenförmigen Rohlings zum Bilden eines

längsschweißnahtfreien dreidimensionalen Abrollkolbens mit einem von diesem begrenzten Hohlraum aufweist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Abrollkolben für eine Luftfeder ausgehend von einem plattenförmigen Rohling, einer so genannten Platine, gefertigt, der kostengünstig verfügbar ist. Mittels bloßen mehrstufigen Umformens des plattenförmigen Rohlings kann dann der komplette Abrollkolben hergestellt werden, ohne dass es hierfür des Ausbildens einer Längsschweißnaht bedarf. Im Unterschied zu herkömmlichen Abrollkolben für Luftfedern, bei denen das Ausbilden von Längsschweißnähten als

unentbehrlich angesehen wurde, kommt ein erfindungsgemäßer Abrollkolben ohne Längsschweißnähte aus. Dadurch sind potentielle Undichtigkeiten an einer solchen Längsschweißnaht, die stets eine mechanische Schwachstelle darstellt, erfindungsgemäß vermieden, so dass auch unter rauen und zum Beispiel rostanfälligen Betriebsbedingungen, wie in einem Automobil, ein

erfindungsgemäßer Abrollkolben auch im Langzeitbetrieb gleichbleibend hohe Qualität und Betriebssicherheit bietet. Durch das Ausbilden des Abrollkolbens aus einem plattenförmigen Rohling und durch den bloßen Einsatz umformtechnischer Maßnahmen ist auch der Aufwand zum Herstellen des Abrollkolbens und einer zugehörigen Luftfeder gering .

Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einer Längsschweißnaht eine mittels Schweißens gebildete Naht verstanden, die entlang oder im Wesentlichen entlang einer Längsachse (insbesondere einer Rotationsachse) eines Hohlkörpers verläuft, der den Abrollkolben bildet. Um diese Längsachse herum kann im bestimmungsgemäßen Betrieb der zugehörigen Luftfeder ein Luftbalg umfänglich angebracht werden .

Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele des Verfahrens, des Abrollkolbens, der Luftfeder und der Herstellungsvorrichtung beschrieben .

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der gesamte Abrollkolben schweißnahtfrei ausgebildet sein . Gemäß einem solchen

Ausführungsbeispiel kann der Abrollkolben vollkommen ohne Schweißnähte auskommen, d .h . abgesehen von der Freiheit von Längsverschweißungen auch frei von Ringverschweißungen oder sonstigen Verschweißungen sein . Dann ist der Abrollkolben besonders gut vor unerwünschten Korrosionen oder

Undichtigkeiten, wie sie an einer Schweißnaht auftreten können, geschützt. Es ist allerdings auch bei einem schweißnahtfreien Abrollkolben möglich, optional einen Schmutzschutzring anzuschweißen (zum Beispiel mittels Punktschweißens, beispielsweise an vier Stellen) . Ein solcher extern angebrachter

Schmutzschutzring beeinträchtigt allerdings in keiner Weise die Dichtigkeit des längsschweißnahtfreien Abrollkolbens.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann als

plattenförmiger (insbesondere ebener) Rohling eine (insbesondere flache) Aluminiumscheibe verwendet werden . Diese kann zum Beispiel aus einem

Aluminium-Coil ausgestanzt werden . Zum Beispiel kann als plattenförmiger Rohling eine Metallscheibe mit eine Dicke in einem Bereich zwischen 1 mm und 3 mm verwendet werden, insbesondere mit einer Dicke von 2 mm .

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann als

plattenförmiger Rohling eine Ronde, insbesondere eine einstoffig ausgebildete Ronde, eingesetzt werden . Unter einer Ronde kann ein runder plattenförmiger Rohling verstanden werden, dessen Form sich besonders gut dafür eignet, einen Hohlkörper, insbesondere einen rotationssymmetrischen Körper mit kreisförmigen Querschnitten, auszubilden. Eine solche Ronde kann, wie auch ein sonstiger plattenförmiger Rohling, aus einem Coil ausgestanzt werden und somit kostengünstig und mit einfachen Mitteln hergestellt werden.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann in einem ersten

Tiefziehprozess in einer Presse der plattenförmige Rohling becherförmig

umgeformt werden. Ein solches Tiefziehen kann insbesondere ein

Zugdruckumformen des metallischen Rohlings (der eine Ronde, Folie, Platte, Tafel oder Platine sein kann) in einen einseitig offenen Hohlkörper ohne oder im Wesentlichen ohne gewollte Veränderung der Wanddicke bezeichnen. Schon in dem ersten Tiefziehprozess erhält der umgeformte Rohling die grundlegende Gestalt des Abrollkolbens als Rotationskörper.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ferner mindestens einen zweiten Tiefziehprozess in einer Presse aufweisen, wobei in dem mindestens einen weiteren Tiefziehprozess die becherförmige Struktur abschnittsweise in unterschiedliche Außendurchmesser umgeformt wird. Ein solches weiteres Tiefziehen (das eine oder mehrere Tiefziehstufen, zum Beispiel drei weitere Tiefziehstufen, aufweisen kann) bezeichnet ein Zugdruckumformen des zuvor gebildeten, vorgezogenen einseitig offenen Hohlkörpers in einen solchen mit weiter verringertem Querschnitt, wiederum ohne oder im

Wesentlichen ohne gewollte Veränderung der Wanddicke. Anders ausgedrückt kann mit dem mindestens einen weiteren Tiefziehprozess die becherförmige Struktur anschaulich langgezogen werden, wodurch mittels wiederholten

Umformens weitere Formmerkmale in der Struktur erzeugt werden.

Alle im Rahmen des Herstellungsprozesses durchgeführten

Tiefziehprozesse können in einer Presse durchgeführt werden. Zum Beispiel kann pro Hub ein Tiefzug erfolgen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann nach dem ersten Tiefziehprozess und nach dem mindestens einen zweiten Tiefziehprozess die umgeformte becherförmige Struktur einer Erwärmungs- und nachfolgenden Abkühlungssequenz unterworfen werden, um die Streckfähigkeit des bereits mehrfach tiefgezogenen Materials aufzufrischen . Insbesondere bei Verwendung von Aluminium als Material des Rohlings kann von der vorteilhaft guten

Umformbarkeit von Aluminium Gebrauch gemacht werden . Nach einigen

Umformprozessen allerdings lässt die Umformbarkeit des Aluminiums merklich nach, und ein weiteres Umformen birgt die Gefahr, dass das umgeformte

Material zu Springen, Brechen oder sonstigen Deformationen neigt. Durch einen thermisch induzierten Ausheilvorgang kann das Material der Struktur wieder geschmeidig, streckfähig bzw. tiefziehfähig gemacht werden . Die Erwärmung kann zum Beispiel auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 100 °C und 400 °C, insbesondere auf einem Bereich zwischen 250 °C und 350 °C erfolgen .

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann nach dem

Erwärmungs- und Abkühlungszyklus die umgeformte Struktur mindestens einem dritten Tiefziehprozess unterzogen werden, um in diesem mindestens einen weiteren Abschnitt mit lokal verändertem Außendurchmesser zu bilden .

Insbesondere nach Durchführung der zuvor beschriebenen Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlung kann die bereits mehrfach tiefgezogene Struktur einem weiteren Tiefziehverfahren unterzogen werden, um weitere Formmerkmale in der Struktur zu bilden .

Als besonders vorteilhaft hat sich die Wiederholung einer solchen

Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlung nach dem zweiten oder dritten

Tiefziehen und dann wieder nach dem vierten oder fünften Tiefziehen erwiesen . M it einer solchen Prozedur sind fünf oder mehr Tiefziehprozesse ohne Verlust der Materialeigenschaften der Struktur möglich . Diese Tiefziehprozesse können gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Aufweit- und einem

Sickenbildungsprozess kombiniert werden .

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann ausgehend von einer Ronde als Rohling mittels fünfmaligen Tiefziehens in Kombination mit einen Drehdrückprozess ein Abrollkolben hergestellt werden . Ein solcher

Drehdrückprozess wird unten näher beschrieben . Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein geschlossener Boden der umgeformten becherförmigen Struktur zum Bilden eines

Durchgangslochs abgeschnitten werden. Nachdem eine gewünschte Anzahl von Tiefziehumformprozessen stattgefunden hat, gegebenenfalls unterbrochen durch einen oder mehrere Ausheilzyklen, kann der immer noch geschlossene Boden der umgeformten Struktur abgeschnitten werden, um eine beidseitig offene

Hohlkörperstruktur zu erhalten. Anders ausgedrückt kann dann eine

längsnahtfreie rohrähnliche Struktur erhalten werden, die ohne

Schweißverfahren hergestellt worden ist und folglich die Nachteile eines schweißnahtbehafteten Abrollkolbens überwindet.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann in die

umgeformte becherförmige Struktur eine Sicke, d .h. ein Überstand,

eingeschlagen werden.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein Endabschnitt der umgeformten becherförmigen Struktur lokal aufgeweitet werden, um einen Aufnahmehohlraum zum Aufnehmen eines Dichtrings oder dergleichen

auszubilden. Mit dem räumlich begrenzten Vergrößern des Außendurchmessers der umgeformten Struktur kann ein Abschnitt der umgeformten Struktur dafür vorbereitet werden, nachfolgend eine Dichtung, zum Beispiel aus Kunststoff, anzubringen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die einzelnen Umformstufen des Herstellungsverfahrens ausgewählt werden aus Tiefziehstufen, Aufweitstufen und Sickenformierstufen. Dadurch kann ein Abrollkolben

hergestellt werden, ohne dass es zum Ausbilden von Schweißverbindungen kommen muss.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die umgeformte Struktur entlang eines Teilabschnitts ihrer Längserstreckung einem

Drehdrückprozess unterworfen werden, um in einer Aufspannung die Struktur lokal umzuformen und außenseitig Material abzutragen. Unter Drehdrücken kann hierbei ein Drehen und Drücken in einer gemeinsamen Aufspannung des Werkstücks (zum Beispiel nach Durchführung einiger oder aller

Tiefziehumformvorgänge) auf einer Drehmaschine verstanden werden. Bei einem solchen Drehdrücken erfolgt quasi gleichzeitig ein Materialabtrag (zum Beispiel unter Ausbildung eines Gewindeabschnitts einer Klemmkontur des Abrollkolbens, an der ein Luftbalg der Luftfeder festgeklemmt werden kann) infolge des

Drehens und zudem ein Umformen durch Drücken mit dem Drehdrückwerkzeug auf das Werkstück. Dadurch kann eine hohe Genauigkeit des hergestellten Bauteils erreicht werden. Das beschriebene Drehen und Drücken erfolgt vorzugsweise nur insofern gleichzeitig (oder quasi gleichzeitig) bzw. in einem gemeinsamen Prozess, als es in einer gemeinsamen Werkzeugaufspannung erfolgt. Es ist aber vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt immer nur ein Werkzeug (Dreh- oder Drückwerkzeug) mit dem Werkstück in Kontakt. Vorzugsweise erfolgt eine Erwärmung nur während des Drückens, nicht während des Drehens.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des

Herstellungsverfahrens kann die Drehdrückprozedur mittels einer Drehmaschine durchgeführt werden, insbesondere unter Erwärmen des drehdrückbearbeiteten Abschnitts der Struktur. In entsprechender Weise kann die Vorrichtung zum Herstellen des Abrollkolbens eine mit einer Erwärmungseinrichtung

(insbesondere einer Heizeinrichtung) ausgestattete Drehdrückmaschine aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die mittels der Umformeinrichtung

umgeformte Struktur entlang eines Teilabschnitts einem Drehdrückprozess zu unterwerfen, um in einer Aufspannung (d.h. in einer gemeinsamen

Werkzeugaufspannung zum Drücken und zum Drehen) unter Erwärmen mittels der Erwärmungseinrichtung die Struktur mittels Drückens lokal umzuformen und unter Beibehaltung der gemeinsamen Werkzeugaufspannung mittels Drehens Material von der Struktur abzutragen. Dieses Erwärmen kann mittels einer Heizvorrichtung erfolgen, die den zu bearbeitenden Abschnitt der Struktur lokal erhitzt und dadurch drückfähig macht. Es ist vorzugsweise nur jeweils ein

Werkzeug (Drehwerkzeug oder Drückwerkzeug) zeitgleich mit dem Material in Kontakt. Vorteilhaft kann hierfür eine im Wesentlichen herkömmliche Drehmaschine eingesetzt werden, bei der allerdings mittels der Heizvorrichtung während des Drückens eine Wärmezufuhr des bearbeiteten Strukturabschnitts erfolgt, so dass durch das Drücken auf einen zum Beispiel vorgewärmten

Strukturabschnitt eine Umformung desselben ermöglicht wird .

Die Drehmaschine kann in einer Fertigungslinie stromabwärts der

Umformeinrichtung angeordnet sein.

Ferner kann die Vorrichtung zum Herstellen von Abrollkolben alternativ oder ergänzend zusätzliche Einrichtungen aufweisen, um die einzelnen in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrensschritte apparativ durchzuführen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann mittels der

Drehdrückprozedur eine Klemmkontur (an der ein Luftbalg der Luftfeder angeklemmt werden kann) und/oder eine Abrollkontur (an der ein Luftbalg der Luftfeder abrollen kann) des Abrollkolbens gebildet werden. Insbesondere eine Klemmkontur des herzustellenden Abrollkolbens kann mittels Drehdrückens dahingehend wirksam bearbeitet werden, dass hierbei eine Art Gewinde eingeformt wird, an der ein Verklemmen des Luftbalgs wirksam möglich ist. Das Durchführen der beschriebenen Drehdrückprozedur kann zum Beispiel nach Abschluss aller Tiefziehstufen erfolgen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die umgeformte becherförmige Struktur bei gleichzeitiger Erwärmung derselben einem

außenseitigen Drückprozess unterzogen werden, um dadurch abschnittsweise unterschiedlich dicke Abschnitte in Längsrichtung zu erzeugen. Im Gegensatz zu den vorangehenden Tiefziehstufen kann somit durch das Drehdrücken

abschnittsweise auch eine unterschiedliche Wanddicke der hergestellten Struktur eingestellt werden.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann zumindest eine Anschlusshülse an eine Mantelfläche der umgeformten Struktur angeschweißt werden. Solche Anschlusshülsen können zum Beispiel zum Anschließen von Ventilen dienen. Auch durch das Ausbilden einer Anschlusshülse kommt es aber nicht zum Ausbilden einer besonders korrosionsanfälligen Längsschweißnaht, sondern allenfalls abschnittsweise zu dem Ausbilden von Ringnähten mit relativ geringem Durchmesser.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der Abrollkolben Aluminium aufweisen oder daraus bestehen. Aluminium ist für alle oben beschriebenen Prozesse, d .h. insbesondere für wiederholtes Tiefziehen

(gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von thermischen Erholungsprozeduren) und das beschriebene Drehdrücken sehr gut geeignet. Aluminiumplatinen lassen sich mit vertretbaren Kosten aus Coils ausstanzen und eignen sich aufgrund des geringen Gewichts auch hervorragend für den Automobilbau.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Luftfeder ferner eine Außenführung aufweisen, die den Abrollkolben zumindest teilweise umschließt, wobei die Außenführung längsschweißnahtfrei, insbesondere vollkommen schweißnahtfrei, gebildet sein kann. Wenn nicht nur der

Abrollkolben, sondern auch die gesamte Außenführung der Luftfeder

längsschweißnahtfrei, insbesondere ohne jegliche Schweißnähte, ausgebildet wird, ist die Korrosionsanfälligkeit der gesamten Luftfeder besonders gering.

Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der

vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.

Figur 1 bis Figur 8 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen, die ausgehend von einem plattenförmigen Rohling während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden.

Figur 8A zeigt eine Querschnittsansicht eines Abrollkolbens für eine

Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .

Figur 9 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem plattenförmigen Rohling gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels dieser Vorrichtung die in Figur 1 bis Figur 8 gezeigten dreidimensionalen Strukturen und der in Figur 8A gezeigte Abrollkolben ausgebildet werden können .

Figur 10 bis Figur 17 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen, die ausgehend von einem plattenförmigen Rohling während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden .

Figur 18 zeigt eine andere Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem plattenförmigen Rohling gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels der Vorrichtung die in Figur 10 bis Figur 17 gezeigten dreidimensionalen Strukturen ausgebildet werden können .

Figur 19 bis Figur 42 zeigen unterschiedliche Strukturen, die während Durchführens eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine

Luftfeder gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden .

Figur 43 zeigt ein Flussdiagramm entsprechend eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen .

Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, sollen noch einige allgemeine Aspekte der Erfindung erläutert werden :

Luftfedersysteme gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen können insbesondere im Automobilbereich eingesetzt werden, zum Beispiel zur Federung bei Personenkraftwagen . Bei solchen Luftfedersystemen wird unter Druck stehende Luft als Federelement verwendet. Ein Bestandteil eines solchen

Luftfedersystems ist der Abrollkolben, auf dessen äußerer Oberfläche ein Luftbalg (zum Beispiel aus Gummi) abrollt, wenn das Luftfedersystem beansprucht wird und einen Federvorgang durchführt. Als funktioneller Teil eines derartigen Luftfedersystems dient der Abrollkolben zum einen als Verbindungsteil zu einer Achse, zum anderen sorgt er für die Abdichtung des angebrachten Luftbalges und gemeinsam mit einem Deckel für dessen Führung beim Einfedern.

Bei einem Abrollkolben gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein rotationssymmetrisches Bauteil, insbesondere aus

Aluminium. Die Herstellung der Kolbengeometrie erfolgt mittels Tiefziehen. Der technische Vorteil eines solchen Abrollkolbens für eine Luftfeder ist die

Herstellbarkeit des Luftfederkolbens ausgehend von gewalzten Aluminiumcoils, die mittels Tiefziehoperationen in die Vorform des Kolbens gebracht werden. Die dadurch erhaltenen Vorzüge werden in weiterer Folge mittels Metalldrückens (Rollieren) in eine vorgegebene Form gebracht. Ein wichtiger Vorteil dieses Herstellungsverfahrens liegt darin, dass die Teile ohne Fügetechnik

(Laserschweißen) und ohne Zerspanung hergestellt werden, um Schwachstellen im Vorzug (wie bei einer herkömmlich auftretenden Längsschweißnaht) zu vermeiden.

Eine solche Schweißnaht stellt eine potentielle Schwachstelle bei der Umformung durch Metalldrücken dar. Die Gefügeveränderung durch die partielle Einbringung von Wärme erschwert die Umformung und bedingt bei stark umgeformten Bauteilen eine Wärmeeinbringung während des Umformprozesses. Ein weiteres erfindungsgemäß überwundenes Problem liegt im

Festigkeitsunterschied innerhalb des Kolbens, welcher bei Maximalbelastungen zum Bruch des Kolbens an oder entlang der Schweißnaht führen kann. Die Verkettbarkeit sämtlicher zur Herstellung notwendiger Arbeitsprozesse ist ein weiterer Vorteil von exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung, da die gewählten Herstellungsmethoden so miteinander integrierbar sind, dass bei besserer Bauteilqualität und Altersbeständigkeit eine Herstellbarkeit derselben mit vertretbarem Aufwand erreicht wird. Figur 1 bis Figur 8 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, die ausgehend von einem runden plattenförmigen Rohling 950 (Ronde) während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden. Figur 9 zeigt eine zugehörige Vorrichtung 900 zum

Durchführen eines solchen Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem plattenförmigen Rohling 950 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels der Vorrichtung 900 die in Figur 1 bis Figur 8 gezeigten dreidimensionalen Strukturen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 und schließlich ein in Figur 8A gezeigter Abrollkolben 850 hergestellt werden können.

Die Vorrichtung 900 weist sieben Umformstufen 901 bis 907 auf, die jeweils zum Umformen einer jeweiligen Ausgangsstruktur mittels Tiefziehen ausgebildet sind . Darüber hinaus ist eine verfahrbare Zuführeinrichtung 908 in Figur 9 schematisch angedeutet, mittels welcher eine Ronde als plattenförmiger Rohling 950 den Umformstufen 901 bis 907 zugeführt werden kann. Zwischen der fünften Umformstufe 905 und der sechsten Umformstufe 906 ist eine

Schneideinrichtung 909 zum Abschneiden eines Bodens einer zuvor gebildeten becherförmigen Struktur 500 vorgesehen. Zwischen einzelnen Umformstufen 901 bis 907 kann, wenngleich dies in Figur 9 nicht gezeigt ist, die umgeformte Struktur 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 bedarfsweise einer

Erwärmungs- und Abkühlungsprozedur unterzogen werden, um das Material der Ronde aus Aluminium wieder tiefziehfähig zu machen.

In Figur 1 ist eine becherförmige Struktur 100 gezeigt, die mittels

Umformens des plattenförmigen Rohlings 950 in der ersten Umformstufe 901 erhalten wird .

In Figur 2 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 200 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 100 in der zweiten Umformstufe 902 erhalten wird . Dieses Umformen erhöht die axiale Länge der becherförmigen Struktur 200 gegenüber der becherförmigen Struktur 100.

In Figur 3 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 300 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 200 in der dritten Umformstufe 903 erhalten wird . Dieses Umformen erzeugt unterschiedlich stark aufgeweitete lokale Abschnitte in der becherförmigen Struktur 300.

In Figur 4 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 400 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 300 in der vierten Umformstufe 904 erhalten wird . Dieses Umformen erzeugt einen weiteren unterschiedlich stark aufgeweiteten lokalen Abschnitt in der becherförmigen Struktur 400.

In Figur 5 ist eine weiter umgeformte becherförmige Struktur 500 gezeigt, die mittels Umformens der becherförmigen Struktur 400 in der fünften Umformstufe 905 erhalten wird . Dieses Umformen begradigt den obersten lokal aufgeweiteten Abschnitt.

In Figur 6 ist eine beidseitig offene Hohlkörperstruktur 600 gezeigt, bei der gegenüber der becherförmigen Struktur 500 der Boden abgeschnitten worden ist.

In Figur 7 ist eine weiter umgeformte Hohlkörperstruktur 700 gezeigt, die mittels Umformens der Hohlkörperstruktur 600 in der sechsten Umformstufe 906 erhalten wird .

In Figur 8 ist eine weiter umgeformte Hohlkörperstruktur 800 gezeigt, die mittels Umformens der Hohlkörperstruktur 700 in der siebten Umformstufe 907 erhalten wird .

Figur 8A zeigt eine Querschnittsansicht eines Abrollkolbens 850 für eine

Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .

Ausgehend von der Hohlkörperstruktur 800 kann ein Abschnitt 860 einem Drehdrückverfahren unterzogen werden, bei dem an einer Drehbank der

Abschnitt 860 bearbeitet wird, so dass in einer gemeinsamen Aufspannung eine Art Gewinde 862 mittels Drehens und eine Vertiefung 864 mittels Drückens erzeugt wird . Mittels Erhitzens (zum Beispiel durch eine darauf gerichtete

Flamme bei Rotieren der Hohlkörperstruktur 800) kann das Werkstück

bedarfsweise lokal erwärmt, insbesondere sogar aufgeweicht, werden . Ein Erwärmen erfolgt vorzugsweise nur während des Drückens, nicht während des Drehens. Zunächst wird also unter Wärmeeinfluss die Vertiefung 864 erzeugt, danach wird ohne Wärmeeinfluss gedreht. Der Abschnitt 860 kann dann als Klemmkontur des Abrollkolbens 850 fungieren, an der ein nicht gezeigter

Gummibalg eingeklemmt werden kann . In einem oberen Endabschnitt des Abrollkolbens 850 kann ferner ein Stützring 870 aus Stahl und/oder Kunststoff eingesetzt sein . In einem mit Bezugszeichen 880 gekennzeichneten Abrollbereich kann mittels Drehdrückens ebenfalls eine Nachbearbeitung erfolgen . Im

bestimmungsgemäßen Betrieb einer Luftfeder mit dem gezeigten Abrollkolben 850 kann der Luftbalg an dem Abrollbereich 880 abrollen .

Aufgrund des beschriebenen Herstellungsverfahrens hat der Abrollkolben 850 keinerlei Schweißnaht, insbesondere keinerlei Längsschweißnaht, da er ausschließlich mittels Umformverfahren und eines materialabtragenden

Drehdrückverfahrens hergestellt wurde.

Figur 10 bis Figur 17 zeigen Querschnittsansichten von unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, die ausgehend von einem piattenförmigen Rohling 950 während eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine Luftfeder mittels Umformens gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden . Figur 18 zeigt eine zugehörige andere Vorrichtung 900 zum

Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens für eine

Luftfeder mittels Umformens ausgehend von einem piattenförmigen Rohling 950 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mittels dieser Vorrichtung 900 die in Figur 10 bis Figur 17 gezeigten dreidimensionalen Strukturen 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700 ausgebildet werden können . Das Herstellungsverfahren gemäß Figur 10 bis Figur 18 unterscheidet sich von dem Herstellungsverfahren gemäß Figur 1 bis Figur 9 dadurch, dass gemäß Figur 10 bis Figur 18 das Abschneiden des Bodens der becherförmigen Struktur 1500 zum Ausbilden einer Hohlkörperstruktur 1600 erst nach sechs Umformstufen erfolgt statt, wie gemäß Figur 1 bis Figur 9, schon nach fünf Umformstufen . Außerdem unterscheiden sich die gemäß Figur 1 bis Figur 9 hergestellten Strukturen von den gemäß Figur 10 bis Figur 18

hergestellten Strukturen in ihren exakten Formmerkmalen, was die hohe

Flexibilität des erfindungsgemäßen Herstellungssystems zeigt.

Figur 19 bis Figur 42 zeigen unterschiedliche Strukturen, die während Durchführens eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens 850 für eine Luftfeder gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden .

Zunächst wird gemäß Figur 19 bis Figur 24 ein Außenrohr 2400 gebildet, wobei Figur 25 eine Verbindung zwischen dem Außenrohr 2400 und einem

Innenrohr 2500 zeigt.

Figur 19 bis Figur 23 zeigen räumliche Ansichten von Strukturen 1900,

2000, 2100, 2200, 2300, die ausgehend von einem plattenförmigen Rohling 950 mittels Tiefziehens unter Einsatz von mindestens fünf Zügen und eines

Beschneideprozesses erhalten werden können . Eine becherförmige Struktur 1900 gemäß Figur 19 wird mittels Tiefziehens des plattenförmigen Rohlings 950 erhalten . Eine becherförmige Struktur 2000 gemäß Figur 20 wird ausgehend von der becherförmigen Struktur 1900 mittels weiteren Tiefziehens erhalten . Um einen Hohlkörper 2100 gemäß Figur 21 zu erhalten, wird die becherförmige Struktur 2000 einer Mantelflächen-Bearbeitung unterzogen, und es wird eine Öffnung 2110 in dem Boden des Bechers gebildet. Um einen Hohlkörper 2200 gemäß Figur 22 zu erhalten, wird der Hohlkörper 2100 dahingehend bearbeitet, dass die Größe der Öffnung 2110 erweitert wird . Um einen Hohlkörper 2300 gemäß Figur 23 zu erhalten, wird der Hohlkörper 2200 einer weiteren

Mantelflächen- Bearbeitung unterzogen .

Um das Außenrohr 2400 gemäß Figur 24 zu erhalten, wird der Hohlkörper 2300 mittels Drückens und Drehens behandelt, womit unter anderem eine gewindeartige Klemmkontur 862 ausgebildet wird . Figur 25 zeigt eine Verbindung zwischen dem Außenrohr 2400 und dem Innenrohr 2500 im Bereich der Klemmkontur 862. Außenseitig kann an der Klemmkontur 862 ein nicht gezeigter Luftbalg verklemmt werden .

Ferner wird gemäß Figur 26 bis Figur 33 ein Innenrohr 3300 gebildet.

In Figur 26 ist eine becherförmige Struktur 2600 gezeigt, die mittels Tiefziehens aus einem piattenförmigen Rohling 850 erhalten wird . In Figur 27 ist eine becherförmige Struktur 2700 gezeigt, die mittels weiteren Tiefziehens aus der becherförmigen Struktur 2600 erhalten wird . In Figur 28 ist eine

becherförmige Struktur 2800 gezeigt, die mittels weiteren Tiefziehens aus der becherförmigen Struktur 2700 erhalten wird . In Figur 29 ist eine becherförmige Struktur 2900 gezeigt, die mittels weiteren Tiefziehens aus der becherförmigen Struktur 2800 erhalten wird . Durch die letzten beiden Tiefziehprozesse werden in der jeweiligen becherförmigen Struktur 2800, 2900 lokale Abschnitte

unterschiedlichen Durchmessers gebildet.

In Figur 30 ist eine becherförmige Struktur 3000 gezeigt, die mittels weiteren Bearbeitens aus der becherförmigen Struktur 2900 erhalten werden kann . Um eine becherförmige Struktur 3100 gemäß Figur 31 zu erhalten, wird die becherförmige Struktur 3000 aufgeweitet (zum Beispiel mittels

Innenhochdruckumformung, IHU) . Nachfolgend kann, wie gemäß Figur 32 gezeigt, die becherförmige Struktur 3100 einem Stanzverfahren unterzogen werden, um seitliche Löcher 3200 zu Stanzen . Um das in Figur 33 gezeigte Innenrohr 3300 zu erhalten, kann ausgehend von Figur 32 noch eine

Kunststoffverpressung durchgeführt werden .

Darüber hinaus wird gemäß Figur 34 bis Figur 38 ein unterer

Kolbenabschnitt 3800 gebildet.

Um eine in Figur 34 gezeigte becherförmige Struktur 3400 zu erhalten, wird ein plattenförmiger Rohling 950 einer Tiefziehprozedur unterworfen . Um einen in Figur 35 gezeigten Hohlkörper 3500 zu erhalten, wird die

becherförmige Struktur 3400 wiederum mittels Tiefziehens behandelt und unter Ausbildung eines Durchgangslochs 3510 oberseitig beschnitten. Um einen in Figur 36 gezeigten Hohlkörper 3600 zu erhalten, wird ausgehend von dem Hohlkörper 3500 eine weitere Tiefziehprozedur durchgeführt. Um einen in Figur 37 gezeigten Hohlkörper 3700 zu erhalten, wird ausgehend von dem Hohlkörper 3600 eine weitere Tiefziehprozedur durchgeführt. Um den in Figur 38 gezeigten unteren Kolbenabschnitt 3800 zu erhalten, wird ausgehend von dem Hohlkörper 3700 eine weitere Tiefziehprozedur durchgeführt und wird ein Seitenloch 3810 gebildet.

Figur 39 zeigt eine Hülse 3900, die als Ventilanschluss eingesetzt und somit ebenfalls zum Bilden des Abrollkolbens 850 verwendet werden kann.

Figur 40, Figur 41 und Figur 42 zeigen unterschiedliche Ansichten eines längsschweißnahtfreien Abrollkolbens 850, der aus dem Außenrohr 2400, dem Innenrohr 3300, dem unteren Kolbenabschnitt 3800 und Hülsen 3900

zusammengebaut wird.

Das Verfahren zum Zusammenbau dieser Komponenten wird anhand Figur

41 beschrieben. Zunächst wird die Verzahnung bzw. der Gewindeabschnitt, der die Klemmkontur 862 bildet, gedreht. Dann wird das in Figur 33 gezeigte

Innenrohr 3300 dem in Figur 24 gezeigten Außenrohr 2400 (zum Beispiel thermisch) verpresst. Danach wird das Innenrohr 3300 mit dem Außenrohr 2400 an einer Schweißstelle 4100 verschweißt. Nachfolgend wird das Außenrohr 2400 mit dem in Figur 38 gezeigten unteren Kolbenabschnitt 3800 an einer

Schweißstelle 4110 verschweißt. Schließlich erfolgt eine Verschweißung des unteren Kolbenabschnitts 3800 mit dem Innenrohr 3300 an einer Schweißstelle 4120. Die Hülsen 3900 als Ventilanschlüsse werden sodann eingepresst und an einer Schweißstelle 4130 verschweißt.

Dadurch wird der Abrollkolben 850 gemäß einem exemplarischen

Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten, der von Längsschweißnähten vollkommen frei ist und somit gute Dichteigenschaften aufweist. Figur 43 zeigt ein Flussdiagramm 4300 entsprechend eines Verfahrens zum Herstellen eines Abrollkolbens 850 für eine Luftfeder gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .

Wie anhand eines Blocks 4302 ersichtlich, wird zunächst eine Ronde als plattenförmiger Rohling 950 zum Herstellen des Abrollkolbens 850 aus einem Aluminium-Coil ausgestanzt.

Wie anhand eines Blocks 4304 ersichtlich, wird die Ronde dann drei aufeinanderfolgenden Tiefziehverfahren unterzogen, womit ein dreimaliges Umformen in eine becherförmige Struktur mit diversen dreidimensionalen Formmerkmalen erfolgt.

Wie anhand eines Blocks 4306 ersichtlich, wird die mehrfach umgeformte becherförmige Struktur zum Ausheilen einer Erwärmung auf 300 °C und einer nachfolgenden Abkühlung auf die Ausgangstemperatur unterworfen, um die Streckfähigkeit des bereits dreifach tiefgezogenen Aluminiummaterials der umgeformten Ronde aufzufrischen . Dadurch wird das Material wieder streckfähig bzw. tiefziehfähig gemacht, ohne Gefahr zu laufen, dass das Aluminiummaterial springt.

Wie anhand eines Blocks 4308 ersichtlich, wird nach dem Ausheilen die umgeformte becherförmige Struktur einer weiteren Tiefziehstufe unterzogen, um durch Materialumlagerung weitere dreidimensionale Formmerkmale zu schaffen .

Wie anhand eines Blocks 4310 ersichtlich, wird nach der weiteren

Tiefziehstufe das Aluminiummaterial der umgeformten becherförmigen Struktur abermals einem Ausheilen unterzogen, wie bezugnehmend auf Block 4306 beschrieben .

Wie anhand eines Blocks 4312 ersichtlich, wird nach dem erneuten

Ausheilen die umgeformte becherförmige Struktur einer weiteren Tiefziehstufe unterzogen, um durch nochmalige Materialumlagerung weitere dreidimensionale Formmerkmale zu schaffen .

Wie anhand eines Blocks 4314 ersichtlich, wird die mehrfach umgeformte becherförmige Struktur umgedreht und mittels Schneidens von ihrem Boden befreit. Dadurch wird ein beidseitig offener rotationssymmetrischer Hohlkörper gebildet.

Wie anhand eines Blocks 4316 ersichtlich, wird in diesen beidseitig offenen rotationssymmetrischen Hohlkörper dann eine Sicke (Überstand) eingeschlagen.

Wie anhand eines Blocks 4318 ersichtlich, wird der beidseitig offene rotationssymmetrische Hohlkörper dann lokal aufgeweitet.

Wie anhand eines Blocks 4320 ersichtlich, kann nachfolgend der so bearbeitete beidseitig offene rotationssymmetrische Hohlkörper optional in einer peripheren Maschine beschnitten werden, um durch das Tiefziehen bedingte Zipfel oder Materialüberstände von dem Körper abzuschneiden.

Wie anhand eines Blocks 4322 ersichtlich, kann nachfolgend der Körper in einer Drehmaschine einer Drehdrückprozedur unterworfen worden. Dadurch kann eine Klemmkontur 862 anschaulich in Form eines Außengewindes gebildet werden. Optional kann dadurch auch eine Abrollkontur 880 des herzustellenden Abrollkolbens 850 geformt werden. Bei dem Drehdrücken kann ein kombiniertes Drehen und Drücken in nur einer Aufspannung an einer Drehmaschine erfolgen, so dass gleichzeitig ein Materialabtrag zum Bilden der Klemmkontur 862 und/oder der Abrollkontur 880 durch Drehen und ein Umformen durch Drücken mit dem Drehwerkzeug erfolgen kann.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen

Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.