DE102005015661A1

DE102005015661A1 - Zusammenbau-Mutter sowie Verfahren zur Herstellung von Zusammenbau-Muttern

Info

Publication number: DE102005015661A1
Application number: DE102005015661A
Authority: DE
Inventors: Manfred Vogel; Ewald Bächle
Original assignee: Neumayer Tekfor GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: DE102005015661B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusammenbau-Mutter.

Description

Die Erfindung bezieht sich sowohl auf Zusammenbau-Muttern als auch auf Verfahren zum Herstellen von Zusammenbau-Muttern, die aus Mutternkörper und Druckteller bestehen, wobei der Mutternkörper ein Antriebsteil, wie einen Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges besitzt sowie einen Anlagebereich, der beim Anziehen in Kontakt bringbar ist mit der Abstützfläche des unverlierbar am Mutternkörper angeordneten Drucktellers, der eine zentrale Ausnehmung aufweist, in die sich ein am Mutternkörper einstückig angeformter Hals axial zumindest teilweise hineinerstreckt, wobei der Hals zur Bildung einer unverlierbaren Verbindung eine Anformung aufweist, die den Druckring teilweise radial überdeckt bzw. hintergreift.

Bei derartigen Zusammenbau-Muttern, wie sie durch die DE-OSen 43 07 090 und 196 50 453 bekannt geworden sind und die insbesondere zur Befestigung von Rädern bzw. Felgen an den Achsen von Kraftfahrzeugen und dort insbesondere bei Nutzfahrzeugen verwendet werden, wird der Druckteller vor dem Zusammenfügen mit dem Mutternkörper durch Kaltumformen, anschließendes Drehen und nachfolgendes Vergüten hergestellt. Der Mutternkörper selbst hat ein Sechskantantriebsteil, wie es die DIN-Norm bei Muttern vorsieht.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, solche Zusammenbau-Muttern günstiger herstellen zu können, die Anzahl der Herstellungsprozesse zu verringern und zu optimieren und weiterhin den Materialeinsatz zu verringern. Außerdem sollen die übertragbaren Drehmomente erhöht werden bei gleichzeitigem Erhalt oder Verbesserung der sonstigen wesentlichen Gebrauchseigenschaften.

Die Erfindung löst zunächst zumindest einen Teil dieser Aufgabe dadurch, dass sie vorsieht, dass bei der Herstellung des Drucktellers das Kaltumformen, das Drehen und das Vergüten in Wegfall kommt und stattdessen der Druckteller vor dem Zusammenfügen mit dem Mutternkörper mittels eines einzigen Umformprozesses auf seine Endform gebracht wird. Dabei wird gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal der Umformprozess in Form eines Warmpressvorganges vorgenommen, der in einem Mehrstufenwerkzeug erfolgen kann. Der Warmpressvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich wiederum dadurch aus, dass er lediglich einen einmaligen Aufheizprozess beinhaltet, dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das Abkühlen des Drucktellers nach dem Warmumformen gezielt bzw. gesteuert erfolgt, wobei das Abkühlen des Drucktellers in einem vorgegebenen Zeit-Temperatur-Raster erfolgen kann. Dadurch wird es möglich, dass ein einer separaten Wärmebehandlung, wie einem "Vergüten" entsprechendes Gefüge des Drucktellers durch gleichzeitiges Abkühlen aus der bei dem Umformprozess zur Anwendung kommenden Erhitzung erzeugt wird.

Bei einem solchen Herstellverfahren, insbesondere eines Drucktellers nach den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur das Kaltumformen und das Drehen wegfallen, sondern auch das Vergüten, was insgesamt eine erhebliche Kosteneinsparung gegenüber den bisherigen Herstellverfahren mit sich bringt.

Das gezielte Abkühlen kann zum Beispiel mittels Luft erfolgen und/oder unter zumindest teilweiser Anwendung eines flüssigen Mediums.

Durch das gezielte Abkühlen wird eine dem Vergüten ähnliche Eigenschaft erzielt, nämlich eine Festigkeit des Materials, die vergleichbar ist mit der Vergütungsfestigkeit des bisherigen Herstellverfahrens, bei dem ein eigener Vergütungsprozess vorgesehen war, sowie die entsprechende Gefügestruktur. Diese dem Vergüten zumindest annähernd gleichwertigen Eigenschaften werden also nicht durch einen zusätzlichen Aufheizungsprozess erzielt, sondern beim Abkühlen aus einem Warmumformprozess, der für eine Formgebung ohnehin erforderlich ist. Wie bereits erwähnt, zeichnet sich die erfindungsgemäße Zusammenbau-Mutter dadurch aus, dass sie nicht kalt-verformt, nicht spanabhebend bearbeitet und nicht einem eigenen Anlassvorgang unterworfen ist.

Gemäß der Erfindung werden also nach einem Aufheizprozess die folgenden Konturen des Drucktellers

• Außendurchmesser
• der dem Mutternkörper abgewandte Anlagebereich, der auch konkav ausgebildet sein kann und der zur Anlage an der Felge dient die zentrale Ausnehmung mitsamt ihrer zum Zwecke der Halterung des Drucktellers an der Mutter gegen den Anlagebereich des Drucktellers zu radial erweiterten Kontur, die z.B. konisch aufgeweitet oder als Hinterschneidung ausgebildet sein kann
• die zur Anlage des Mutternkörpers vorgesehene Abstüztfläche, die konisch-konvex- ausgebildet sein kann und deren Konizität steiler sein kann als die des Anlagebereiches
• der Übergangsbereich zwischen Abstützfläche und Außendurchmesser

in einem einzigen Umformprozess, also mittels einer einzigen Aufheizung, in einem Mehrstufenwerkzeug und durch gezieltes Abkühlen dem Vergüten ähnliche Eigenschaften erzielt.

Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn der Druckteller aus einem einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweisenden Stahl gefertigt ist als der üblicherweise für solche Druckteller verwendete 34 CrMo₄, nämlich beispielsweise aus 42 CrMo₄ besteht, der zumindest nicht wesentlich teurer ist als der erstere.

Zusammenbau-Muttern können gemäß weiteren Erfindungsmerkmalen verbessert werden und wenigstens Aufgaben-Bereiche der eingangs genannten Art lösen, nämlich z.B. die übertragbaren Drehmomente zu erhöhen, weiterhin ein gleichmäßigeres Tragbild beim Anziehen der Muttern zu erreichen und eine bessere Momentenverteilung, die z.B. durch eine gleichmäßigere Materialverteilung über den Mehrkant erzielt werden kann und sogar eine Verbilligung durch reduzierten Materialeinsatz.

Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung können derartige Zusammenbau-Muttern weniger als sechs, sechs oder mehr als sechs Kraftangriffselemente, wie Angriffsnocken oder – flächen haben, jedoch, soweit das Antriebsteil, also der Mutternkörper sechs Kraftangriffselemente aufweist, weichen diese gemäß einem der Erfindungsmerkmale von einem normalen Sechskant, wie dies die DIN für solche Muttern vorsieht, ab. Dabei kann es, unabhängig ob weniger als sechs, sechs oder mehr Kraftangriffselemente verwendet werden, vorteilhaft sein, wenn das Antriebsteil ein Außen-Rund-Profil ist, z.B. ein Sechs-, Acht- oder anderes Außen-Rund-Profil. Diese Außen-Rund-Profile des Mutternteiles können auch die Form eines Torx^® – Profiles aufweisen oder ein Torx^® – ähnliches Profil. Torx^®-Profile oder Torx^® – ähnliche Profile werden bisher nur im Zusammenhang mit Schrauben verwendet, und zwar mit Innen- oder mit Außenprofil an den Schraubenköpfen. Die Erfindung bezieht sich deshalb außerdem auf Muttern mit Außen-Rund-Profil, wie mit Torx^® oder Torx^® – ähnlichem Profil ganz allgemein, als auch bei Zusammenbau-Muttern im Besonderen. Erfindungsgemäße Muttern mit Außen-Rund-Profil bzw. Torx^® oder Torx^® – ähnlichem Profil zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine geraden Flanken aufweisen, die die einzelnen axial verlaufenden Eckkanten verbinden, sondern sie haben runde Kanten und dazwischen radiale Einzüge bzw. axial verlaufende Rillen. Diese Profile gewährleisten gegenüber vergleichbaren Mehrkantprofilen eine erheblich größere Drehmomentübertragung, eine Reduzierung der Radialkräfte, einen verbesserter Angriff der Werkzeuge, weil sich ein wesentlich gleichmäßigeres Tragbild beim Anziehen ergibt. Diese Form führt nämlich dazu, dass sich das Werkzeug besser zentriert, das heißt, alle z.B. sechs Elemente tatsächlich tragen. Dies ist bei einem normalen Sechskant nicht der Fall, weil bei diesem das Werkzeug in der Regel lediglich an zwei oder drei Flächen zentriert wird.

Wird anstatt eines Sechser-Außen-Rund-Profiles z.B. ein Achter-Außen-Rund-Profil verwendet, so können zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen auch noch Materialkosten eingespart werden, weil dann bei zumindest annähernd gleich bleibenden derartigen Eigenschaften der Außendurchmesser noch reduziert werden kann, indem das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser des Antriebsteiles erfindungsgemäß auf kleiner als 1,3 gelegt werden kann, z.B. auf ein Verhältnis zwischen weniger als 1,3 bis 1,18, wodurch noch weniger Material eingesetzt werden muss als beim normalen vergleichbaren Torx^®.

Besonders vorteilhaft kann es weiterhin sein, eine Zusammenbau-Mutter insbesondere der eingangs genannten Art mit einem Zwölfkant zu versehen.

Anhand der 1 bis 8 sei die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine Zusammenbau-Mutter gemäß dem Stand der Technik im Schnitt gemäß der Linie I-I der 2, welche eine Draufsicht einer solchen Zusammenbau-Mutter zeigt,
3 zeigt eine erfindungsgemäße Zusammenbau-Mutter im Schnitt gemäß der Linie III-III der 4, welch letztere eine Draufsicht dieser Zusammenbau-Mutter zeigt,
5 zeigt eine weitere Zusammenbau-Mutter gemäß der Erfindung im Schnitt gemäß der Linie V-V der 6, welch letztere eine Draufsicht auf eine solche Mutter zeigt,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt gemäß der Linie VII-VII der 8, welche wiederum eine Draufsicht zeigt.
Zusammenbau-Muttern gemäß dem Stand der Technik entsprechend 1 und 2, wie sie auch in der DE-OS 196 50 453 beschrieben sind, haben einen Mutternkörper 1, an dem ein Druckkörper 2 unverlierbar befestigt ist, wobei der Mutternkörper ein Antriebsteil hat, das als Sechskant 3 ausgebildet ist zum Angriff eines Werkzeuges. Der Mutternkörper 1 besitzt weiterhin eine Anlagefläche 4, die beim Anziehen in Kontakt bringbar ist mit der Abstützfläche 5 des unverlierbar am Mutternkörper angeordneten Drucktellers 2. Dieser Druckteller weist eine zentrale Ausnehmung 6 auf, in die sich ein am Mutternkörper einstückig angeformter Hals 7 axial zumindest teilweise hineinerstreckt, wobei der Hals zur Bildung einer unverlierbaren Verbindung eine Anformung 8 in Form einer Aufweitung 11 aufweist, die den Druckring teilweise radial überdeckt bzw. hintergreift.
Der Druckteller 2 wird vor dem Zusammenfügen mit dem Mutternkörper 1 zunächst durch Kaltumformen hergestellt, anschließend wird zumindest die Abstützfläche 5 und der Anlagebereich 9, mit dem der Druckteller an der Felge zur Auflage kommt, gedreht. Danach wird der beim Stand der Technik aus 34 CrMo₄ bestehende Druckteller vergütet. Nach dem Zusammenfügen von Druckteller 2 und Mutternkörper 1 wird der zunächst einen geringeren Durchmesser als die zentrale Ausnehmung aufweisende Hals 8 nach radial außen hin aufgeweitet und somit der Druckteller am Mutternkörper gesichert.
In den 3 bis 8 sind gleiche bzw. gleichwertige Teile bzw. Konturen mit den gleichen Grundbezugszeichen versehen.
Die Druckteller 2a, 2b und 2c der 3 bis 8 bestehen aus einem einen höheren Kohlenstoffanteil aufweisenden Stahl als der Druckteller gemäß dem Stand der Technik und den 1 und 2, vorteilhafterweise aus 42 CrMo₄. Diese Druckteller 2a, 2b und 2c werden mittels eines einzigen Umformprozesses, zweckmäßigerweise mittels eines Warmpressvorganges, in ihre endgültige Form gebracht, und zwar zweckmäßigerweise in einem Mehrstufenfolgewerkzeug, wobei der Warmpressvorgang einen einmaligen Aufheizprozess beinhaltet, wobei das Abkühlen des Drucktellers nach dem Warmumformen gezielt bzw. gesteuert erfolgt entsprechend einem vorgegebenen Zeit-Temperatur-Raster und dadurch ein einem "Vergüten" entsprechendes Gefüge des Drucktellers durch dieses gezielte Abkühlen aus der bei dem Umformprozess zur Anwendung kommenden Erhitzung erzeugt wird. Dies kann durch gezieltes und gesteuertes Abkühlen durch Luft erfolgen oder durch zumindest teilweiser Anwendung eines flüssigen Mediums.
Bei dem Umformprozess werden die vorliegenden Konturen des Drucktellers

– Außendurchmesser 10
– der dem Mutternkörper abgewandte Anlagebereich 9, mit dem der Druckteller an der Felge zur Anlage kommt und der auch konisch, d.h. konkav, ausgebildet sein kann
– die zentrale Ausnehmung 6 mitsamt ihrer zum Zwecke der Halterung des Drucktellers an der Mutter gegen den Anlagebereich 9 des Drucktellers 2 zur radial erweiterten Kontur 11
– die zur Anlage des Mutternkörpers vorgesehene Abstützfläche 5, die konisch bzw. konvex ausgebildet ist und deren Konizität steiler ist als diejenige Konizität, welche am Anlagebereich 9 vorgesehen sein kann
– der Übergangsbereich zwischen Abstützfläche 5 und Außendurchmesser 10 in einem einzigen Umformprozeß, also mittels einer einzigen Aufheizung, und zwar in einem Mehrstufenwerkzeug, gefertigt sind. Durch ein gezieltes Abkühlen nach oder bereits im Umformwerkzeug können dem Vergüten entsprechende Gebrauchseigenschaften erzielt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, für die die 3 bis 8 als Beispiel angeführt sind, ist gemäß 3 der Mutternkörper 1 mit sechs Angriffselementen 12a in Form eines Außen-Rund-Profiles ausgebildet. Es handelt sich um ein dem „Torx"^® entsprechendes oder abgewandeltes oder ähnliches Profil.
Der Mutternkörper gemäß den 5 und 6 hat acht Kraftangriffselemente 12b in Form eines Außen-Rund-Profiles. Das Verhältnis des Außendurchmessers A_b zum Kerndurchmesser B_b ist kleiner als das Verhältnis bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4, nämlich kleiner als 1,3, während bei den 3 und 4 das Verhältnis von Außendurchmesser A_a zum Kerndurchmesser B_a bei etwa 1,35 liegt.
Bei den 7 und 8 sind die Angriffselemente 12c als 12-Kant ausgebildet und das Verhältnis von Außendurchmesser A_c zum Kerndurchmesser B_c ist geringer als 1,2.
Gemäß einem weiteren erfinderischen Schritt wird der Druckteller vor dem Zusammenfügen mit dem Mutternkörper in einem Werkzeug oder unmittelbar vor einem Zusammenbau-Werkzeug wenigstens an der Kante 13 der zentralen Öffnung, die beim Anziehen mit dem Mutternkörper in Kontakt kommen könnte, kalibriert, zumindest aber wird dort ein möglicherweise entstandener Grat deformiert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer aus relativ zueinander verdrehbaren Mutternkörper und Druckteller zusammengesetzten Zusammenbau-Mutter mit einem Antriebsteil, wie Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges und einem Anlagebereich, der in Kontakt bringbar ist mit der Abstützfläche des unverlierbar am Mutternkörper angeordneten Drucktellers, der eine zentrale Ausnehmung aufweist, in die sich ein am Mutternkörper einstückig angeformter Hals axial zumindest teilweise hineinerstreckt, wobei der Hals zur Bildung der unverlierbaren Verbindung eine Anformung aufweist, die den Druckring teilweise radial überdeckt bzw. hintergreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller vor dem Zusammenfügen mit dem Mutternkörper mittels eines einzigen Umformprozesses auf seine Endform gebracht ist.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformprozess ein Warmpressvorgang ist.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmpressvorgang in einem Mehrstufenfolgewerkzeug erfolgt.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmpressvorgang einen einmaligen Aufheizprozess beinhaltet.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Drucktellers nach dem Warmumformen gezielt (gesteuert) erfolgt.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Drucktellers in einem vorgegebenen Zeit-Temperatur-Raster erfolgt.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein einer separaten Wärmebehandlung, wie einem Anlassen", entsprechendes Gefüge des Drucktellers durch gezieltes Abkühlen aus der bei dem Umformprozess zur Anwendung kommenden Erhitzung erzeugt wird.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das gezielte Abkühlen mittels Luft erfolgt.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gezielte Abkühlen unter zumindest teilweiser Anwendung eines flüssigen Mediums erfolgt.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Drucktellergrundkörper und die folgenden Konturen des Drucktellers – Außendurchmesser – der dem Mutternkörper abgewandte, zur Anlage an der Felge vorgesehene Anlagebereich, der auch konkav ausgebildet sein kann – die zentrale Ausnehmung – die zur Halterung des Drucktellers an der Mutter gegen den Anlagebereich zu radial erweiterte Kontur – die zur Anlage des Mutternkörpers vorgesehene Abstützfläche, die konisch-konvex- ausgebildet sein kann und deren Konizität steiler sein kann als die des Anlagebereiches – der Übergangsbereich zwischen Abstützfläche und Außendurchmesser in einem einzigen Umformprozeß gefertigt sind, z.B. in einem Mehrstufenwerkzeug, nämlich mit einer einzigen Aufheizung.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller aus einem einen höheren Kohlenstoff-Gehalt aufweisenden Stahl gefertigt ist, als 34 CrMo₄.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller aus 42 CrMo₄ besteht.
Aus relativ zueinander verdrehbaren Mutternkörper und Druckteller zusammengesetzte Zusammenbau-Mutter mit einem Antriebsteil, wie Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges und einem Anlagebereich, der in Kontakt bringbar ist mit dem unverlierbar am Mutternkörper angeordneten Druckteller, der eine zentrale Ausnehmung aufweist, in die sich ein am Mutternkörper einstückig angeformter Hals axial zumindest teilweise hineinerstreckt, wobei der Hals zur Bildung der unverlierbaren Verbindung eine Anformung aufweist, die den Druckring teilweise radial überdeckt bzw. hintergreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil des Mutternkörpers weniger als sechs, sechs oder mehr Kraftangriffselemente aufweist und, soweit das Antriebsteil sechs Kraftangriffselemente besitzt, diese von einem normalen 6-Kant abweichen.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil ein Außen-Rund-Profil ist.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil 8 Kraftangriffselemente aufweist.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil 12 Kraftangriffselemente aufweist.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil ein Torx^® bzw. Torx^® – ähnliches Profil besitzt.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser des Antriebsteiles kleiner ist als 1,3.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser des Antriebsteiles kleiner ist als 1,2.
Zusammenbau-Mutter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Druckteller vor dem Zusammenfügen mit dem Mutternkörper in einem Werkzeug oder unmittelbar vor einem Zusammenbau-Werkzeug wenigstens an der Kante 13 der zentralen Öffnung, die beim Anziehen mit dem Mutternkörper in Kontakt kommen könnte, kalibriert, zumindest aber ein dort möglicherweise entstandener Grat deformiert.