DE10049239C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Formgebung eines Tripodesterns - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Formgebung eines TripodesternsInfo
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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.
Aus der DE 92 18 285 U1 ist es bekannt, bei einem Herstellver
fahren der vorstehend genannten Art die Zapfen an den in Um
fangsrichtung sich gegenüberliegenden Seiten so abzuflachen, daß
der Grat ohne Nachbearbeitung erhalten bleiben kann, ohne in
Kontakt mit den Bohrungsoberflächen der Rollenträger zu treten.
In der DE 39 09 432 A1 ist ein Herstellverfahren und ein Form
werkzeug zu dessen Durchführung beschrieben, mit welchem an den
Zapfen von Tripodesternen Schmiernuten hergestellt werden kön
nen, die in ihrer Lage mit dem beim Herstellen der Tripodesterne
entstehenden Grat übereinstimmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Form
gebungsverfahren von Tripodesternen für Tripodegelenke des ge
nannten Typs vorzuschlagen, mit dem gratfreie Kugelabschnitts
flächen an den Zapfen einfach hergestellt werden können.
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 ausgeformt und die Zapfen vorgeformt 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 Kugelabschnittsflächen
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 Fh
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 (12)
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) ausgeformt und die Zapfen (14) vorgeformt werden und
in einem zweiten Schritt den vorgeformten Zapfen (14) mit tels eines in Ebenen E2 durch die Längsachse A des Naben körpers und die Zapfenachsen Z geteilten zweiten Werkzeuges sich in Umfangsrichtung zum Nabenkörper (12) gegenüberlie gende gratfreie Kugelabschnittsflächenpaare (18, 19) ange formt werden.
in einem ersten Schritt aus einem Rohling mittels eines in der die Zapfenachsen Z enthaltenden Ebene E1 geteilten ersten Werkzeuges der Nabenkörper (12) ausgeformt und die Zapfen (14) vorgeformt werden und
in einem zweiten Schritt den vorgeformten Zapfen (14) mit tels eines in Ebenen E2 durch die Längsachse A des Naben körpers und die Zapfenachsen Z geteilten zweiten Werkzeuges sich in Umfangsrichtung zum Nabenkörper (12) gegenüberlie gende gratfreie Kugelabschnittsflächenpaare (18, 19) ange formt werden.
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)
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