DE10049239A1

DE10049239A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Formgebung eines Tripodesterns

Info

Publication number: DE10049239A1
Application number: DE10049239A
Authority: DE
Inventors: Norbert Hofmann; Volker Hainz; Michael Ricks
Original assignee: GKN Loebro GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: US20030029217A1; DE10049239C2; WO2002026418A1; AU2001289785A1; US6708549B2; JP2004509767A

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Formgebung eines Tripodesterns für ein Tripodegelenk, welcher einen ringförmigen Nebenkörper und drei am Nabenkörper anschließende radial zur Längsachse A des Nabenkörpers ausgerichtete Zapfen aufweist, die jeweils umfänglich zu den Zapfenachsen Z der Zapfen liegende Kugelabschnittsflächen bilden, wobei in einem ersten Schritt aus einem Rohling mittels eines in der die Zapfenachsen Z enthaltenden Ebene geteilten ersten Werkzeuges der Nabenkörper und die drei Zapfen ausgeformt werden und in einem zweiten Schritt den Zapfen mittels eines in Ebenen durch die Längsachse A des Nabenkörpers und die Zapfenachsen Z geteilten zweiten Werkzeuges sich in Umfangsrichtung zum Nabenkörper gegenüberliegende gratfreie Kugelabschnittsflächenpaare angeformt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formgebung eines Tripodesterns für ein Tripodegelenk, welcher einen ringförmigen Nabenkörper und drei am Nabenkörper anschlie ßende radial zur Längsachse des Nabenkörpers ausgerichtete Zap fen aufweist, die jeweils umfänglich zu den Zapfenachsen der Zapfen liegende Kugelabschnittsflächen bilden. Tripodesterne dieser Art werden bei Tripodegelenken verwendet, bei denen auf den Tripodezapfen jeweils Rollenträger für die Laufrollen an geordnet sind, die jeweils Axialbohrungen aufweisen, in die die Tripodezapfen im wesentlichen spielfrei eingreifen. In dieser Weise sind die Rollenträger relativ zu den Tripodezapfen axial verschieblich und pendelnd beweglich. Hierdurch wird erreicht, daß die auf den Rollenträgern gelagerten Tripoderollen mit stets zu sich selbst paralleler Achse in Bahnen des Gelenkaußenteils rein abrollend geführt werden können, wenn Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil in einer Winkelstellung zueinander umlaufen.

Die Herstellung von Tripodesternen/Gelenkinnenteilen der vor stehend genannten Art erfolgt bisher in der Weise, daß aus einem zylindrischen Rohling mittels eines in der die Zapfenachsen enthaltenden Ebene geteilten Werkzeuges der Nabenkörper und die drei Zapfen im Vorwärtsfließpressen ausgeformt werden, wodurch ein in der Mittelebene des Tripodesterns verlaufender Grat ent steht. In einem hier nicht wesentlichen nachgeordneten Schritt wird dann zunächst der Nabenkörper gelocht. Schließlich folgen mechanische Bearbeitungsschritte, mit denen der bei der Umfor mung des Rohlings entstandene Grat zumindest im Bereich der Kugelabschnittsflächen an den Zapfen entfernt wird, die als Funktionsflächen, die mit den Axialbohrungen der Rollenträger zusammenwirken, gute Oberflächenqualität aufweisen müssen. Diese mechanischen Bearbeitungsschritte können in Form von Hartdrehen oder Schleifen am bereits gehärteten Tripodestern erfolgen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Form gebungsverfahren von Tripodesternen für Tripodegelenke des ge nannten Typs zu vereinfachen.

Die Lösung hierfür ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst wie bisher in einem ersten Schritt aus einem Rohling mittels eines in der die Zapfenachsen enthaltenden Ebene geteilten Werkzeuges der Nabenkörper und die drei Zapfen ausgeformt werden und dann in einem zweiten Schritt den Zapfen mittels in Ebenen durch die Längsachse und die Zapfenachsen geteilten Werkzeugen sich im Umfangssinn zum Nabenkörper gegenüberliegende gratfreie Kugelabschnittsflächenpaare angeformt werden. Hierbei wird im zweiten Schritt der durch den ersten Schritt entstandene Grat beseitigt und fertige nicht mehr nachzubearbeitende Funktions flächen hergestellt, deren Oberflächenrauhigkeit deutlich redu ziert ist. Es versteht sich, daß im ersten Schritt die Kugelab schnittsflächen an den Zapfen so weit wie möglich, jedoch mit dem notwendigen Aufmaß für den zweiten Schritt vorgeformt wer den.

Hierbei ist es möglich, daß die Mittelpunkte der vorläufigen Kugelabschnittsflächen nach dem ersten Schritt noch einen vor haltbehafteten Abstand zur Längsachse haben und die Mittelpunkte der Kugelabschnittsflächen erst beim zweiten Schritt ihre endgültige Position auf dem sogenannten Rollkreisdurchmesser erhalten.

In besonders bevorzugter Ausführung werden die Zapfen im erst genannten Schritt mit sich in Richtung der Längsachse des Naben körpers gegenüberliegenden Abflachungen ausgeformt. Hierdurch ist es möglich, daß bei der Durchführung des zweiten Verfahrens schrittes die Zapfen in diesem Bereich wachsen, ohne daß dies die bestimmungsgemäße Funktion beeinträchtigt, d. h. die ver bleibenden Abflachungen liegen immer noch innerhalb der die Kugelabschnittsflächen vervollständigenden Kugelkontur und damit innerhalb des Bohrungsdurchmessers der Rollenträger. Gleiches gilt sinngemäß auch für ein radiales Wachsen der Zapfenköpfe in einen außenliegenden Freiraum in den Werkzeugen zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes.

Nach einer ersten Durchführung des Verfahrens kann der Tripode stern beim zweiten Schritt radial schwimmend gegenüber dem zwei ten Werkzeug gehalten werden, indem z. B. eine Spannzange den Nabenkörper nur mit genauer Achsausrichtung festhält.

Nach einer anderen Durchführung des Verfahrens kann der Tripode stern während des zweiten Schrittes gegenüber dem zweiten Werk zeug fest abgestützt gehalten werden, z. B. in einem in der die Zapfenachsen enthaltenden Ebene geteilten dritten Werkzeug.

Die Formgebung an den Zapfen durch den zweiten Schritt kann in drei Einzelvorgängen oder in einem einzigen Umformvorgang erfol gen.

Ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Durchführung des zweiten Schrittes ist in jedem Fall gekennzeichnet durch zumindest einen Werkzeugsatz aus zwei symmetrischen Formhälften zur Formgebung für einen Tripodezapfen, der in einer Ebene durch die Längsachse und eine Zapfenachse geteilt ist. Diese Merkmale gelten gleich ob der zweite Schritt für jeden Zapfen einzeln oder für alle drei Zapfen gleichzeitig durchgeführt wird. Vorzugsweise ist der zumindest eine Werkzeugsatz jeweils an den in Richtung der Längsachse entgegengesetzt liegenden Stirnflächen der Zapfen offen.

In einer Ausführung des Werkzeugs für die Durchführung des zwei ten Schrittes an jeweils nur einem Tripodezapfen sind an dem einzigen Werkzeugsatz die Formhälften senkrecht zur Ebene ihrer Teilung entgegengesetzt bewegbar linear geführt.

Eine weitere Ausführung des Werkzeuges für die gleichzeitige Durchführung des zweiten Schrittes an allen drei Zapfen ist dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug drei umfangsverteilt angeordnete Werkzeugsätze mit Formhälften mit etwa radial zur Längsachse liegenden Werkzeugaußenflächen und drei jeweils zwi schen den Werkzeugsätzen liegende radial nach innen zustellbare Keilelemente umfaßt, die mit ihren Keilflächen mit den Werkzeug außenflächen benachbarter Werkzeugsätze zusammenwirken. Hierbei können alle Formhälften unabhängig voneinander beweglich ausge führt und in einem Zylinderring gehalten sein oder es können drei erste Formhälften unabhängig voneinander ausgeführt und in einem Zylinderring gehalten sein, während drei zweite ergänzende Formhälften über eine Scheibe fest miteinander verbunden sind, oder es können jeweils drei erste Formhälften über eine erste Scheibe und drei zweite ergänzende Formhälften über eine zweite Scheibe fest miteinander verbunden sein.

Eine andere Ausführung des Werkzeuges für diese Verfahrensfüh rung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug drei umfangs verteilt angeordnete Werkzeugsätze mit Formhälften mit paarweise parallel zu den Zapfenachsen und keilförmig zueinander liegenden Werkzeugaußenflächen und drei axial in Längsrichtung zustell bare zwischen den Werkzeugsätzen liegende Keilelemente umfaßt, die in einem Zylinderring abgestützt sind und mit ihren Keil flächen mit den Werkzeugaußenflächen benachbarter Werkzeugsätze zusammenwirken.

Ein Werkzeug, mit dem die Zapfen nur einzeln im zweiten Schritt bearbeitet werden können, das jedoch ein festes Abstützen des gesamten Tripodesterns während dieses Umformschrittes ermöglicht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Formhälften als Stem pelpaar ausgeführt sind, die in Querbohrungen eines Haltewerk zeuges geführt sind, das den ganzen Tripodestern aufnimmt und in der die Zapfenachsen aufnehmenden Ebene geteilt ist.

Ein erfindungsgemäßer Tripodestern und Werkzeuge zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt, die nachstehend beschrieben sind.

Hierin zeigen

Fig. 1 einen Tripodestern nach den zwei erfindungsgemäßen Umformschritten in Ansicht in Richtung der Längsachse;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes;

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Werkzeug in einer zweiten Aus führung

a) in axialer Ansicht
b) in einem Schnitt senkrecht zu einer Zapfenachse;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Werkzeug in einer dritten Aus führung

a) in axialer Ansicht
b) in einem Schnitt durch die Längsachse;

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Werkzeug in einer vierten Aus führung

a) in axialer Ansicht
b) in einem Schnitt senkrecht zur Zapfenachse
c) in einem Schnitt durch die Längsachse.

In Fig. 1 ist ein Tripodestern 11 dargestellt, an dem ein ring förmiger Nabenkörper 12 mit einer Innenbohrung 13 sowie zwei von drei umfangsverteilten Zapfen 14 dargestellt sind. Die Zapfen 14 haben einen Hals 15 geringeren Durchmessers. Am Zapfenkopf 14 sind in Achsrichtung des Nabenkörpers sich gegenüberliegende Abflachungen 16, 17 sowie in Umfangsrichtung des Nabenkörpers sich gegenüberliegende Kugelabschnittsflächen 18, 19 dar gestellt. Die Mittelpunkte dieser Kugelabschnittsflächen liegen auf den Zapfenachsen Z und bestimmen den sogenannten Rollkreis R. Alle Konturen sind mit durchgezogenen Linien nach dem zweiten Verfahrensschritt angezeigt ist, während mit gestrichelten Li nien die Konturen nach dem ersten Verfahrensschritt angedeutet ist. In der Darstellung wird deutlich, daß der Nabenkörper 12 sowie die Zapfenhälse 15 bereits nach dem ersten Verfahrens schritt fertig geformt sind, während die Zapfen 14 selber im zweiten Verfahrensschritt in allen Details, insbesondere in der Lage der Mittelpunkte M gegenüber der Längsachse A, noch umge formt werden. Der erste Verfahrensschritt wird mittels eines in der Ebene durch die drei Zapfen Z geteilten ersten Werkzeuges durchgeführt, das nicht gezeigt ist, während die zweiten Werk zeuge für den zweiten Verfahrensschritt in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt sind.

In Fig. 2 ist ein Werkzeug mit einem Werkzeugsatz 21, 22 zur Umformung eines einzelnen Zapfens in einem zweiten Schritt ge zeigt, das in einer Ebene E2 durch die Längsachse A und eine Zapfenachse Z geteilt ist und von dem die obere Formhälfte 21 mit einem Oberstempel 23 und die untere Formhälfte 22 mit einem Unterstempel 24 verbunden ist. Der Werkzeugsatz 21, 22 läßt in Richtung der Achse A entgegengesetzt gerichtete Öffnungen frei, so daß während der Verformung der Kugelabschnittsflächen 18, 19 Material in Richtung der in Längsrichtung gegenüberliegenden Stirnflächen 16, 17 der einzelnen Zapfen 14 wandern kann. Mit dem hier gezeigten Werkzeug ist jeweils nur ein Zapfen zur Zeit umzuformen, so daß der zweite Schritt für jeden Zapfen einzeln in Folge durchgeführt werden muß.

In Fig. 3 ist ein Werkzeug mit drei gleichmäßig umfangsverteil ten Werkzeugsätzen 31, 32 aus je zwei Formhälften gezeigt, die auf einem Tisch 40 aufliegen. Jeweils drei erste Formhälften sind über eine obere Scheibe 33 und die jeweils drei ergänzenden Formhälften über eine untere Scheibe 34 fest miteinander verbun den. Alternativ könnten drei der Formhälften mit dem Tisch 33 oder einer Scheibe fest verbunden und nur die jeweils ergänzen den drei Formhälften in einem Zylinderring gehalten einzeln schwimmend angeordnet sein; es könnten jedoch auch alle Form hälften in Umfangsrichtung sich frei einstellend in einen Zylin derring eingelegt sein. Mit α ist der mögliche Öffnungswinkel zwischen den Formhälften nach Ziehen der Keilwerkzeuge 39 ange deutet. Die Formhälften haben etwa radial zur Achse A liegende Werkzeugrückseiten 35, 36, die mit Keilflächen 37, 38 von Keil werkzeugen 39 zusammenwirken, die jeweils zwischen zwei Werk zeugsätzen 31, 32 angeordnet sind und die radial zustellbar sind. Es ist besonders deutlich erkennbar, daß jeweils an den Stirnseiten 16, 17 der Zapfen 14 Ausnehmungen 41, 42 durch die Werkzeugsätze gebildet werden, in die Material beim Nachformen der Kugelabschnittsflächen 18, 19 einfließen kann. Dabei muß dieses Material allerdings innerhalb der die Kugelabschnitts flächen 18, 19 ergänzenden Kugelform bleiben. Mit F ist hierbei die auf die Keilwerkzeuge 39 ausgeübte Kraft bezeichnet. Alle weiteren Einzelheiten sind mit den gleichen Bezugsziffern be zeichnet wie in den vorangehenden Figuren. Auf die entsprechende Beschreibung wird Bezug genommen.

In Fig. 4 ist ein Werkzeug mit drei gleichmäßig umfangsverteil ten Werkzeugsätzen 41, 42 gezeigt, deren Formhälften keilförmig zueinander angeordnete parallel zu den Zapfenachsen Z liegende Werkzeugrückseiten 43, 44 haben. Die Formhälften 41, 42 stützen sich auf einem Tisch 45 ab. Jeweils mit den Werkzeugrückseiten 43, 44 zweier benachbarter Werkzeugsätze wirken drei Keilelemen te 49 zusammen, die entgegengesetzt geneigte Keilflächen 47, 48 aufweisen und die ihrerseits in einem Zylinderring 46 mit Boden platte 50 gehalten sind, der mit der Kraft F gegen den Tisch 45 zustellbar ist. Alle weiteren Einzelheiten sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in den vorangehenden Figuren. Auf die entsprechende Beschreibung wird Bezug genommen.

In Fig. 5 ist ein Werkzeug mit einem einzelnen Werkzeugsatz 51, 52 gezeigt, dessen Formhälften in Form von Stempeln ausgeführt sind, die in in den Aufnahmehälften 61, 62 eines Haltewerkzeuges geführt sind, das seinerseits in einem in einer Ebene durch die Zapfenachsen Z gelegten Ebene E1 geteilt ist. Dieses Haltewerk zeug entspricht in seinem Formhohlraum und seiner Teilung im wesentlichen einem hier nicht gezeigten ersten Werkzeug zur Durchführung des ersten Verfahrensschrittes. Die Formhälften 51, 52, die in der Ebene E2 geteilt sind, werden mit den Kräften F aufeinander zu bewegt, um den zweiten Verfahrensschritt durch zuführen. Die Aufnahmehälften 61, 62 werden mit den Kräften F_h währenddessen zur Fixierung des Tripodesterns zusammengehalten. Alle weiteren Einzelheiten sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in den vorangehenden Figuren. Auf die entspre chende Beschreibung wird Bezug genommen.

Claims

1. Verfahren zur Formgebung eines Tripodesterns für ein Tripo degelenk, welcher einen ringförmigen Nabenkörper (12) und drei am Nabenkörper anschließende radial zur Längsachse A des Nabenkörpers ausgerichtete Zapfen (14) aufweist, die jeweils umfänglich zu den Zapfenachsen Z der Zapfen liegen de Kugelabschnittsflächen (18, 19) bilden, wobei
in einem ersten Schritt aus einem Rohling mittels eines in der die Zapfenachsen Z enthaltenden Ebene E1 geteilten ersten Werkzeuges der Nabenkörper (12) und die drei Zapfen (14) ausgeformt werden und
in einem zweiten Schritt den Zapfen (14) mittels eines in Ebenen E2 durch die Längsachse A des Nabenkörpers und die Zapfenachsen Z geteilten zweiten Werkzeuges sich in Um fangsrichtung zum Nabenkörper (12) gegenüberliegende grat freie Kugelabschnittsflächenpaare (18, 19) angeformt wer den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (14) beim ersten Schritt mit sich in Rich tung der Längsachse A des Nabenkörpers (12) gegenüberlie genden Abflachungen (16, 17) ausgeformt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tripodestern (11) beim zweiten Schritt gegenüber dem zweiten Werkzeug radial schwimmend gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tripodestern (11) beim zweiten Schritt relativ zum zweiten Werkzeug fest abgestützt wird.

5. Formwerkzeug zur Durchführung des zweiten Verfahrens schrittes des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Werkzeug zumindest einen Werkzeugsatz (21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52) aus zwei symmetrischen Form hälften zur Formgebung für einen Tripodezapfen (14) umfaßt, der in einer Ebene E2 durch die Längsachse A und eine Zapfenachse Z geteilt ist.

6. Formwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Werkzeugsatz (21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52) jeweils an den in Richtung der Längsachse A entgegengesetzt liegenden Stirnflächen (16, 17) des Tripo dezapfens (14) offen ist.

7. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formhälften (21, 22; 51, 52) senkrecht zur Ebene E2 entgegengesetzt bewegbar linear geführt sind. (Fig. 2, Fig. 5)

8. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Werkzeug drei umfangsverteilt angeordnete Werkzeugsätze (31, 32) mit Formhälften mit etwa radial zur Längsachse A liegenden Werkzeugaußenflächen (35, 36), die einzeln ausgeführt und in einem Zylinderring abgestützt sind, und drei jeweils zwischen den Werkzeugsätzen (31, 32) liegende radial nach innen zustellbare Keilelemente (39) umfaßt, die mit ihren Keilflächen (37, 38) mit den Werk zeugaußenflächen (35, 36) benachbarter Werkzeugsätze (31, 32) zusammenwirken. (Fig. 3)

9. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Werkzeug drei umfangsverteilt angeordnete Werkzeugsätze (31, 32) mit Formhälften mit etwa radial zur Längsachse A liegenden Werkzeugaußenflächen (35, 36), von denen drei Formhälften einzeln ausgeführt und in einem Zylinderring abgestützt und drei jeweils ergänzende Form hälften über eine Scheibe fest miteinander verbunden sind, und drei jeweils zwischen den Werkzeugsätzen (31, 32) lie gende radial nach innen zustellbare Keilelemente (39) um faßt, die mit ihren Keilflächen (37, 38) mit den Werkzeug außenflächen (35, 36) benachbarter Werkzeugsätze (31, 32) zusammenwirken. (Fig. 3)

10. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Werkzeug drei umfangsverteilt angeordnete Werkzeugsätze (31, 32) mit Formhälften mit etwa radial zur Längsachse liegenden Werkzeugaußenflächen (35, 36), von denen drei Formhälften über eine erste Scheibe (33) und drei jeweils ergänzende Formhälften über eine zweite Schei be (34) miteinander verbunden sind, und drei jeweils zwi schen den Werkzeugsätzen (31, 32) liegende radial nach innen zustellbare Keilelemente (39) umfaßt, die mit ihren Keilflächen (37, 38) mit den Werkzeugaußenflächen (35, 36) benachbarter Werkzeugsätze (31, 32) zusammenwirken. (Fig. 3)

11. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Werkzeug drei umfangsverteilt angeordnete Werkzeugsätze (41, 42) mit Formhälften mit paarweise parallel zu den Zapfenachsen und keilförmig zueinander liegenden Werkzeugaußenflächen (43, 44) und drei axial in Längsrichtung zustellbare zwischen den Werkzeugsätzen lie gende Keilelemente umfaßt, die in einem Zylinderring (46) abgestützt sind und mit ihren Keilflächen (47, 48) mit den Werkzeugaußenflächen benachbarter Werkzeugsätze zusammen wirken. (Fig. 4)

12. Formwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formhälften (51, 52) als Stempelpaar ausgeführt sind, die in Querbohrungen (61, 62) eines Haltewerkzeuges geführt sind, das den ganzen Tripodestern (11) aufnimmt und in der die Zapfenachsen Z aufnehmenden Ebene E1 geteilt ist. (Fig. 5)