DE102010044052A1

DE102010044052A1 - Verfahren zur Herstellung einer Gewindespindel für eine Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010044052A1
Application number: DE102010044052A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schulze; Holger Steinmüller; Nick Röhnert
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-05-24

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Gewindespindel 3 für ein Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einem Gewindeabschnitt 30, Endanschlägen 31 am Gewindeabschnitt zur Begrenzung des Verstellweges der Verstelleinrichtung und Befestigungsabschnitten 32 mit Befestigungsflanschen 35 und Befestigungsöffnungen 36. Die Endanschläge der Gewindespindel 3 werden durch Aufstauchung eines Bundes 31 ausgeformt. Durch eine plastische Veränderung der Querschnittsform durch Kaltumformung zumindest eines Teils des Befestigungsabschnitts 32 wird eine erhöhte Festigkeit und bessere Oberflächenqualität des Befestigungsabschnitts 32 erzielt. Zur weiteren Steigerung der Festigkeit und Belastbarkeit des Befestigungsabschnitts 32 wird das Profil mit einem das Widerstandsmoment des Befestigungsabschnitts 32 in Richtung der Biege- und Knickbelastung der Gewindespindel 3 erhöhenden Querschnitt geprägt und das Profil derart ausgerichtet, dass die größte Querschnittslänge mit der Richtung der Hauptbelastung des Befestigungsabschnitts 32 der Gewindespindel 3 übereinstimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gewindespindel für ein Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 100 45 806 A1 ist eine Sitzlängsverstellung für einen Kraftfahrzeugsitz mit zwei längserstreckten, in Schienenlängsrichtung zueinander verstellbaren Sitzschienen, einer die Sitzschienen entlang der Schienenlängsrichtung zueinander verstellenden Verstelleinrichtung und einer Gewindespindel bekannt, die mit einer der beiden Sitzschienen drehfest verbunden ist. Die Enden der Gewindespindel weisen einen einstückig durch Umformen angeformten Befestigungsflansch auf, der ebenfalls einstückig mit einer Befestigungsstelle versehen ist, über die die Gewindespindel mit der zugeordneten Sitzschiene verbunden ist. Die Befestigungsstelle wird durch eine Befestigungsöffnung gebildet, die in dem Befestigungsflansch durch Trennen und insbesondere durch Lochen erzeugt wird.
Aus der DE 10 2004 001 624 B3 ist ein Antrieb einer Sitzverstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Spindel bekannt, welche an einer ersten von zwei relativ zueinander verstellbaren Schienen mittels endseitig an der Spindel befindlichen Halterungen befestigt ist, während ein von einem Motor angetriebenes Getriebe an der zweiten Schiene angeordnet ist. Die L-förmigen Halterungen weisen einen plattenförmigen, horizontalen Schenkel auf, in dem ein Befestigungsloch eingearbeitet ist, das die Halterungen mittels Schraub- oder Nietverbindungen über die erste Schiene mit dem Fahrzeugboden verbindet. Der vertikale Schenkel der L-förmigen Halterungen ist als massives, blockartiges Teil gestaltet, auf deren Oberseite eine wannenartige Vertiefung vorgesehen ist, die als Auflagefläche für jeweils ein Ende der Spindel dient. Zur Verbindung der Spindelenden an den wannenartigen Vertiefungen der Halterungen werden diese beidseitig jeweils mit einer Schweißnaht befestigt. Weiterhin weisen die Halterungen eine plane Anschlagfläche auf, die die untere Auflagefläche mit der oberen, wannenartigen Auflagefläche miteinander verbindet und als Anschlag für das Getriebe in Endstellungen der Sitzverstelleinrichtung dient.
Bei dem bekannten Spindelantrieb sind die Spindel und die Halterungen mit den Endanschlägen als separate Teile ausgebildet, die durch einen zusätzlichen Fügeprozess in Form von Schweißverbindungen miteinander verbunden werden müssen. Dies erfordert einen zusätzlichen Bearbeitungsprozess und bedingt durch die Schweißverbindungen Schwachstellen, die die Haltbarkeit und insbesondere die Dauerhaltbarkeit sowie die Festigkeit im Crashfall herabsetzen.
Aus der DE 10 2004 001 593 B3 ist es bekannt, die dem Spindelgewinde zugewandte Stirnseite der Halterung als Anschlagfläche für das Getriebe auszubilden, um den Fahrweg des Getriebes zu begrenzen. Zur Herstellung der Halterung wird ein massiver, definiert abgelängter Draht in einem Schritt mittels Kaltumformens in einen Rohling in Birnenform gebracht, so dass der Rohling über etwa die Hälfte seiner Länge hinweg einen zusammengestauchten Bereich mit einem näherungsweise ovalen Querschnitt aufweist. Im Anschluss an einen Übergangsbereich weist der Rohling über die andere Hälfte seiner Länge hinweg die ursprüngliche, zylindrische Form auf. In einem zweiten Schritt wird der Rohling in einem Werkzeug eingelegt, wobei die Matrize die Form die Auflage zur Aufnahme der Gewindespindel und des Befestigungsflansches bestimmt, während der Stempel die ebene Anlagefläche der Halterung definiert. Mit dem Pressen wird aus dem Rohling die Halterung mit ihrer endgültigen Außenkontur. In einem dritten Schritt wird die Befestigungsöffnung ausgestanzt.
Bei einer einstückigen Ausbildung von Gewindespindeln mit einer Spindel mit integrierten Halterungen bzw. Befestigungsstellen und Endanschlägen ist es bekannt, das Spindelgewinde durch spanende Bearbeitung an einen zylinderförmigen Rohling anzubringen, wobei ein Bund als Endanschlag stehenbleibt. Hierfür ist es jedoch erforderlich, den Durchmesser des Rohlings nach dem erforderlichen Durchmesser des als Endanschlag dienenden Bundes zu bemessen und das Gewinde entsprechend herauszuarbeiten, so dass der Endanschlag das Maß für die Dicke des Rohlings bzw. des Halbzeugs bildet und der Rest der Gewindespindel aus einem dickeren Halbzeug gefertigt wird, was die Spindeleigenschaften herabsetzt, das Gewicht der Spindel erhöht und einen zusätzlichen Herstellungsaufwand erfordert.
Als weitere Alternative ist es bekannt, die Begrenzung des Verstellweges einer Verstelleinrichtung in Kraftfahrzeugen nicht durch einen Endanschlag an der Gewindespindel selbst vorzusehen, sondern einen separaten Anschlag an der zu verstellenden Einrichtung wie beispielsweise einem Fahrzeugsitz durch Hebel oder Haltewinkel anzuordnen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Gewindespindel für eine Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art anzugeben, das ein Minimum an Bearbeitungsschritten und Werkzeugen bei der Herstellung einer Gewindespindel mit integrierten Endanschlägen bei größtmöglichen Festigkeits- und Dauerhaltbarkeitseigenschaften gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung, die Endanschläge der Gewindespindel durch Aufstauchung eines Bundes auszuformen, ermöglicht ein Minimum an Bearbeitungsschritten und Werkzeugen bei der Herstellung der Gewindespindel und stellt Gewindespindeln mit integrierten Endanschlägen bei größtmöglichen Festigkeits- und Dauerhaltbarkeitseigenschaften bereit, so dass

– keine separate Herstellung des Spindelteils der Gewindespindel und eines Endanschlags, die in einem zusätzlichen Fügeprozeß miteinander zu verbinden sind,
– keine zerspanende Bearbeitung zum Anbringen eines Endanschlags,
– keine von der Gewindespindel getrennte Anordnung separater Anschläge an der zu verstellenden Einrichtung und
– kein von dem Durchmesser des Endanschlags bestimmter Durchmesser des Rohlings bzw. Halbzeugs der Gewindespindel

Darüber hinaus ermöglicht die Ausformung von Endanschlägen der Gewindespindel durch Aufstauchung eines Bundes die Integration des Endanschlags in ein Werkzeug, das für weitere Bearbeitungsschritte genutzt werden kann, so dass zusätzliche Umformwerkzeuge eingespart werden können.
Vorzugsweise ist der Ausgangsdurchmesser des Halbzeugs der Gewindespindel kleiner als der Kopfkreis des Gewindes der Gewindespindel, das nach dem Aufstauchen des Bundesseparat angebracht wird, so dass bei minimalem Materialeinsatz das Anbringen des Gewindes und des als Endanschlag dienenden Bundes und damit mit minimalem Zeit- und Werkzeugaufwand hergestellt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die Endanschläge der Gewindespindel durch Aufstauchung eines Bundes an dem Rohling oder Halbzeug auszuformen, kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden, indem

– der Bund vor weiteren Bearbeitungsprozessen der Gewindespindel in demselben Werkzeug aufgestaucht wird,
– der Bund separat aufgestaucht und der gepresste Rohling anschließend in weiteren Bearbeitungsprozessen, wie Umformen, Fügen oder Zerspanen zum Anbringen des Gewindeabschnitts der Gewindespindel, des Befestigungsabschnitts bzw. der Befestigungsabschnitte und der Befestigungsstelle(n) bearbeitet wird oder
– in einem ersten Bearbeitungsschritt der Befestigungsabschnitt bzw. die Befestigungsabschnitte an dem Rohling der Gewindespindel angeformt werden, dass in einem zweiten Bearbeitungsschritt der Bund der Gewindespindel aufgestaucht und der gepresste Rohling in weiteren Bearbeitungsschritten wie Umformen, Fügen, Bohren oder Zerspanen zum Anbringen des Gewindeabschnitts der Gewindespindel und der Befestigungsstellen bearbeitet wird.

Die Befestigungsabschnitte weisen endseitig die Befestigungsflansche mit den darin angeordneten, vorzugsweise als Befestigungsöffnungen ausgebildeten Befestigungsstellen auf, die entweder in weiteren Bearbeitungsprozessen oder beim Ausformen der Befestigungsabschnitte oder Befestigungsflansche hergestellt werden.
Da unter starker Belastung, insbesondere im Crashfall, die Gefahr eines Ausknickens der Gewindespindel im Bereich zwischen dem Gewindeabschnitt oder dem als Endanschlag der Gewindespindel und der Halterung bzw. dem Befestigungsflansch zur Verbindung der Gewindespindel mit einem der relativ zueinander zu verstellenden Teile der Verstelleinrichtung besteht, eine Erhöhung der Belastbarkeit einer Gewindespindel durch eine Querschnittsvergrößerung oder Verwendung eines höher belastbaren Materials mit einem erhöhten Herstellungsaufwand und einer Abänderung üblicher Gewindespindelkonfigurationen verbunden ist, wird die Gewindespindel nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus einem zylinderförmigen Rohling gebildet und die Querschnittsform zumindest eines Teils des Befestigungsabschnitts der Gewindespindel plastisch verändert.
Dadurch ist unter Beibehaltung üblicher Gewindespindelkonfigurationen eine hohe Festigkeit der Gewindespindel bei geringem Herstellungsaufwand gewährleistet, insbesondere eine hohe Belastbarkeit des Befestigungsabschnitts der Gewindespindel zwischen deren Gewindeabschnitt und Befestigungsflansch auch im Crashfall.
Durch die plastische Veränderung der Querschnittsform zumindest eines Teils des Befestigungsabschnitts erfolgt eine Kaltumformung, die während der plastischen Verformung zu einer erhöhten Versetzungsdichte mit einer Kaltverfestigung und dadurch zu einer erhöhten Festigkeit und besseren Oberflächenqualität des Befestigungsabschnitts führt und durch Walzen, Rollieren, Prägen, Anformen eines Profils an den üblicherweise rotationssymmetrischen Rohling mittels Drück- oder Presswerkzeuge erfolgen kann.
Vorzugsweise wird zur plastischen Veränderung der Querschnittsform des Teils des Befestigungsabschnitts ein Profil an die Geometrie des Befestigungsabschnitts angeformt und insbesondere angeprägt, wobei infolge der Kaltverfestigung die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs verändert werden, indem die Festigkeit gegenüber der nicht umgeformten Geometrie des Befestigungsabschnitts erhöht wird.
Durch die Verwendung von Profilen mit unterschiedlichen Querschnitten kann die Festigkeit des Befestigungsabschnitts nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gesteuert werden, da das jeweilige Profil den Grad der Kaltumformung bestimmt und die Festigkeit des Befestigungsabschnitts mit dem Umformgrad steigt.
Zur weiteren Steigerung der Festigkeit und Belastbarkeit des Befestigungsabschnitts wird das Profil mit einem das Widerstandsmoment des Befestigungsbereichs in Richtung der Biege- und Knickbelastung der Gewindespindel erhöhenden Querschnitt geprägt, wobei das Profil derart in Bezug auf den Fahrzeugboden ausgerichtet wird, dass die größte Querschnittslänge mit der Richtung der Hauptbelastung des Befestigungsabschnitts der Gewindespindel übereinstimmt.
Durch eine Erhöhung des Profils senkrecht zur Biege- oder Knicklinie der Gewindespindel und damit senkrecht zur Hauptbelastungsrichtung der Gewindespindel wird das Widerstandsmoment des Belastungsabschnitts erhöht, wobei die Höhe quadratisch in die Bestimmung des Widerstandsmoments eingeht, so dass eine Ausrichtung des Profils in die Richtung der größten Beanspruchung der Gewindespindel bzw. deren Befestigungsabschnitt das maximale Widerstandsmoment eines bestimmten Profils des Befestigungsabschnitts ergibt.
Zur Erhöhung der Druck- oder Zugbelastung der Gewindespindel können in Weiterbildung der vorliegenden Erfindung an einem Teil des Übergangsbereichs des Befestigungsabschnitts Rippen angeformt werden, wobei der Übergangsbereich mit einem mit dem Gewindeabschnitt der Gewindespindel fluchtenden Teil und einem in den Befestigungsflansch übergehenden, abgekröpften Teil geformt wird und die Rippen an die Seitenränder des in den Befestigungsflansch übergehenden, abgekröpften Teils des Übergangsbereichs angeprägt werden und in den Befestigungsflansch auslaufen.
Durch das Anformen und insbesondere Anprägen eines Profils wird unter Beibehaltung der Gewindespindelkonfiguration eine hohe Festigkeit der Gewindespindel mit geringem Herstellungsaufwand, insbesondere eine hohe Belastbarkeit des Befestigungsabschnitts zwischen dem Gewindeabschnitt und dem Befestigungsflansch einer Gewindespindel auch im Crashfall gewährleistet, wobei durch die plastische Veränderung der Querschnittsform eine Kaltumformung erfolgt, die während der plastischen Verformung zu einer erhöhten Versetzungsdichte mit einer Kaltverfestigung und dadurch zu einer erhöhten Festigkeit des Befestigungsabschnitts führt.
Dabei kann das jeweilige Profil des Befestigungsabschnitts der Gewindespindel so ausgerichtet werden, dass die größte Querschnittshöhe in die Hauptbelastungsrichtung der Gewindespindel weist, so dass ein maximales Widerstandsmoment in Abhängigkeit vom jeweiligen Profil erzielt wird.
Anhang eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke und die Möglichkeit verschiedener Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematisch-perspektivische Explosionsdarstellung einer Verstelleinrichtung für einen Kraftfahrzeugsitz mit relativ zueinander verstellbarer Ober- und Unterschiene, einem mit der Oberschiene verbundenen Verstellantrieb mit einer Spindelmutter und einer mit der Unterschiene verbundenen Gewindespindel mit integrierten Endanschlägen;
2 eine perspektivische Darstellung einer Gewindespindel mit durch Aufstauchung eines Bundes ausgeformten Endanschlägen;
3 eine schematisch-perspektivische Darstellung eines Werkzeugs zur Herstellung einer Gewindespindel mit durch Aufstauchung eines Bundes ausgeformten Endanschlägen;
4 einen perspektivischen Längsschnitt durch das Werkzeug gemäß 3;
5–8 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung der Gewindespindel mit durch Aufstauchung eines Bundes ausgeformten Endanschlägen und einem in einem Werkzeug integrierten Bearbeitungsprozess zur Herstellung des Befestigungsflansches;
9 eine perspektivische Darstellung eines Endbereichs einer Gewindespindel mit einem Gewindeabschnitt, einem aufgestauchten Bund zur Bildung eines Endanschlags des Verstellwegs einer Verstelleinrichtung, einem angeprägten Vierkantprofil im Übergangsbereich des Befestigungsabschnitts und einer Rillenprofilierung des Befestigungsflansches;
10 eine perspektivische Darstellung eines Endbereichs einer Gewindespindel mit an die Seitenränder des abgekröpften Teils des Befestigungsabschnitts angeformten, zum Befestigungsflansch hin auslaufenden Rippen;
11 eine perspektivische Darstellung des Endbereichs einer Gewindespindel mit angeprägtem, kreuzförmigem Profil des Befestigungsabschnitts und
12 einen Querschnitt durch das kreuzförmige Profil gemäß 7;
1 zeigt in schematisch-perspektivischer Explosionsdarstellung eine Verstelleinrichtung zur Längsverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes mit relativ zueinander verstellbaren Schienen 1, 2 von denen eine Oberschiene 1 mit dem Kraftfahrzeugsitz verbunden ist, während eine Unterschiene 2 am Fahrzeugboden befestigt ist. Die Unterschiene 2 umfasst eine Basisfläche 20 mit nicht näher dargestellten Befestigungsöffnungen zur Befestigung an dem Fahrzeugboden sowie zwei nach oben von der Basisfläche 20 abstehende, einstückig angeformte Seitenteile 21, 22, an deren freie Enden jeweils Führungs- und Verhakungsbereiche ausgebildet sind. Mittels dieser Führungs- und Verhakungsbereiche 21, 22 lässt sich der Eingriff mit der Oberschiene 1 herstellen, die mit endseitig an Seitenteilen 11, 12 angeordneten Führungs- und Verhakungsbereichen mit der Unterschiene 2 verbunden und in Längsrichtung relativ zur Unterschiene 2 beweglich ist.
Als Antrieb zur Längverstellung der Oberschiene 1 in der Unterschiene 2 dient ein Spindelantrieb mit einer Gewindespindel 3, die an der Unterschiene 2 drehfest befestigt ist und einen Gewindeabschnitt 30 aufweist, auf dem eine Spindelmutter 40 eines Spindelgetriebes 4 drehbar und längsverschieblich gelagert ist. Die Spindelmutter 40 des Spindelgetriebes 4 wird von einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor angetrieben, der über eine Antriebswelle mit dem Spindelgetriebe 4 verbunden ist, dessen Verbindung mit der Oberschiene 1 über Befestigungsöffnungen 13, 14 in der Oberschiene 1 und Befestigungen 41, 42 am Gehäuse 45 des Spindelgetriebes 4 erfolgt.
Zur Befestigung der Gewindespindel 3 an der Unterschiene 2 weist die Gewindespindel 3 an ihren Enden Befestigungsabschnitte 32 mit endseitigen Befestigungsflanschen 35 auf, die unmittelbar an der Oberfläche der Unterschiene 2 oder an aus der Basisfläche 20 der Unterschiene 2 herausgeformten Befestigungsböcken anliegen. In den Befestigungsflanschen 35 vorgesehene Befestigungsöffnungen 36 fluchten mit zugeordneten Öffnungen in der Basisfläche 20 der Unterschiene 2 bzw. in den Lagerböcken der Unterschiene 2. Durch die Befestigungsöffnungen 36 hindurch können daher die Gewindespindel 3 und die Unterschiene 2 über geeignete Befestigungsmittel wie Schrauben mit zugeordneten Muttern oder Nieten miteinander verbunden werden.
Der flächige Befestigungsflansch 35 wird gequetscht und ist gegenüber der Mittelachse der Gewindespindel 3 abgekröpft, wenn er an der Basisfläche 20 der Unterschiene 2 befestigt wird. Weiterhin enthalten die Befestigungsabschnitte 32 einen Übergangsbereich 33, 34, der sich aus einem mit dem Gewindeabschnitt 30 der Gewindespindel 3 fluchtenden zylinderförmigen Teil 33 und einem in den Befestigungsflansch 35 übergehenden, abgekröpften Teil 34 zusammensetzt, so dass der Befestigungsflansch 35 eben und bündig auf der mit dem Fahrzeugboden verbundenen Basisfläche 20 der Unterschiene 2 oder einem in der Unterschiene 2 ausgebildeten Lagerbock aufliegt.
Zur Begrenzung des Verstellweges der Versteileinrichtung durch Endanschläge, die auch den Gewindeabschnitt 30 der Gewindespindel 3 abschließen, ist beidseitig ein Bund 31 in die Gewindespindel 3 integriert, der aus dem Rohling bzw. Halbzeug der Gewindespindel 3 durch Aufstauchung ausgeformt wurde. Zu diesem Zweck wurde der Ausgangsdurchmesser des Halbzeugs oder Rohlings der Gewindespindel 3 kleiner als der Kopfkreis des Gewindeabschnitts 30 der Gewindespindel 3 bemessen und nach dem Aufstauchen des Bundes in einem Werkzeug das Gewinde des Gewindeabschnitts 30 an der Gewindespindel 3 in einem Fügeprozeß oder Zerspanungsprozeß angebracht.
2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines der Enden der Gewindespindel 3 mit dem Gewindeabschnitt 30, dem als Endanschlag der Gewindespindel 3 dienenden, durch Aufstauchung hergestellten Bund 31, dem Befestigungsflansch 35 mit darin vorgesehener Befestigungsöffnung 36 und einem zwischen dem Bund 31 und dem Befestigungsflansch 35 vorgesehenen Übergangsabschnitt 32, der sich aus einem an den Bund 31 anschließenden, mit dem Gewindeabschnitt 31 fluchtenden zylindrischen Teil 33 und einem abgekröpften Teil 34 zusammensetzt, der in den Befestigungsflansch 35 übergeht.
Das Aufstauchen des Bundes 31 an einem Rohling oder Halbzeug und die weiteren Bearbeitungsprozesse können vorzugsweise in einem Werkzeug, bedarfsweise aber auch in verschiedenen Werkzeugen erfolgen, indem

– der Bund 31 vor weiteren Bearbeitungsprozessen der Gewindespindel 3 in demselben Werkzeug aufgestaucht wird,
– der Bund 31 separat aufgestaucht und der gepresste Rohling anschließend in weiteren Bearbeitungsprozessen, wie Umformen, Fügen oder Zerspanen zum Anbringen des Gewindeabschnitts 30 der Gewindespindel 3, des Befestigungsabschnitts 32 bzw. der Befestigungsabschnitte 32 und der Befestigungsstelle(n) 36 bearbeitet wird oder
– in einem ersten Bearbeitungsschritt der Befestigungsabschnitt 32 bzw. die Befestigungsabschnitte 32 an dem Rohling der Gewindespindel 3 angeformt werden, dass in einem zweiten Bearbeitungsschritt der Bund 31 der Gewindespindel 3 aufgestaucht und der gepresste Rohling in weiteren Bearbeitungsschritten wie Umformen, Fügen, Bohren oder Zerspanen zum Anbringen des Gewindeabschnitts 30 der Gewindespindel 3 und der Befestigungsstellen 36 bearbeitet wird.

In den 3 und 4 ist ein Presswerkzeug 5 zur Herstellung der Gewindespindel 3 mit aufgestauchtem Bund 31 in perspektivischer Ansicht und in einem perspektivischen Längsschnitt dargestellt. Das zweiteilige Presswerkzeug besteht aus einem Stempel 51 und einer Spannzange 52, die zum Aufstauchen des Bundes 31 und Anformen des Befestigungsflansches 35 mit einem Übergangsbereich 33, 34 zum Bund 31 bzw. Endanschlag aus einer voneinander beabstandeten Stellung zum Einlegen eine Halbzeugs oder Rohlings in axialer Richtung zusammengeschoben werden.
Der Stempel 51 des Presswerkzeugs 5 weist eine zylinderförmige Längsbohrung 50 mit einem Durchmesser D1 und eine zylindrische Ausnehmung 55 an seiner der Spannzange 52 zugewandten Stirnfläche 58 auf, die der Negativform des aufzustauchenden Bundes 31 der Gewindespindel 3 entspricht und einen dem Durchmesser des Bundes 31 entsprechenden Durchmesser D2 aufweist.
Die Spannzange 52 besteht aus einer zylinder- oder kegelförmigen, radial geschlitzten Hülse mit einer dem Stempel 51 zugewandten Stirnfläche 59 und um 90° zueinander versetzten Schlitzen 53, 54 und einer mittig verlaufenden Längsbohrung 56 mit einem Durchmesser D3, der kleiner ist als der Durchmesser D1 der zylinderförmigen Längsbohrung 50 des Stempels 51. Die Längsbohrung 56 ist entweder als Sacklochbohrung oder entsprechend der gestrichelten Darstellung als Durchgangsbohrung ausgebildet. Bei Ausbildung der Längsbohrung 56 als Sacklochbohrung weist das Ende der Bohrung eine flache Verlängerung 57 auf, die der Negativform des Befestigungsflansches 35 entspricht.
Zur Spannzange 52 gehört eine nicht näher dargestellte Spannzangenaufnahme mit einem zur Spannzange 52 passenden Innenkegel, so dass durch Anziehen einer Überwurfmutter die Spannzange 52 in den Innenkegel der Spannzangenaufnahme drückt und damit ein in die Längsbohrung 56 eingesetztes Werkstück bzw. einen Rohling einspannt.
Die Herstellung einer Gewindespindel 3 mit aufgestauchtem Bund 31 und einem Befestigungsflansch 35 wird anhand der in den 5 bis 8 dargestellten Bearbeitungsphasen erläutert.
Zur Herstellung der Gewindespindel 3 werden in einem ersten Bearbeitungsschritt der Stempel 51 und die Spannzange 52 voneinander getrennt und gemäß 5 ein massiver, zylinderförmiger Rohling 300 in die miteinander fluchtenden Längsbohrungen 50, 56 des Stempels 51 und der Spannzange 52 eingeschoben. Bei durchgehend ausgebildeter Längsbohrung 56 der Spannzange 52 wird die Spannzange 52 zum Einspannen des Rohlings 300 in vorstehend beschriebener Weise gespannt. Ist die Längsbohrung 56 der Spannzange 52 als Sacklochbohrung ausgebildet, legt sich die Stirnseite des Rohlings 300 an das Bohrungsende an. Weiterhin wird der Rohling 300 mittels einer Spannvorrichtung in den Stempel 51 eingespannt oder eine Pressvorrichtung an das Ende des Rohlings 300 herangeführt.
In einem zweiten Bearbeitungsschritt werden entweder der mit dem Rohling 300 verbundene Stempel 51 und die den Rohling 300 einspannende bzw. in ihrer Sacklochbohrung aufnehmende Spannzange 52 zueinander bewegt bis sich die Stirnfläche 58 des Stempels 51 an die Stirnfläche 59 der Spannzange 52 anlegt oder eine Kraft auf die stempelseitige Stirnseite des Rohlings 300 ausgeübt. Durch den damit verbundenen Pressvorgang wird der Bund 31 innerhalb der durch die zylinderförmige Ausnehmung 45 gebildeten Matrize aufgestaucht. Da der Durchmesser D1 der Längsbohrung 50 des Stempels 51 größer ist als der Durchmesser D3 der Längsbohrung 56 der Spannzange 52, weist der für den Gewindeabschnitt 30 vorgesehene Abschnitt 301 des gepressten Rohlings einen größeren Durchmesser auf als der den Befestigungsabschnitt bildende Abschnitt 302, so dass in einem späteren, separaten Bearbeitungsschritt ein Gewinde an den Abschnitt 301 angeformt werden kann.
Ist die Längsbohrung 56 der Spannzange 52 als Sacklochbohrung ausgebildet, wird mit dem Preßvorgang der Befestigungsflansch 35 in der flachen Ausnehmung 57 der Spannzange 52 ausgeformt und der Übergangsbereich 33, 34 zwischen dem Bund 31 und dem Befestigungsflansch 35 ausgebildet.
Nach dem Aufstauchen des Bundes 31 und gegebenenfalls Anformen des Befestigungsflansches 35 werden der Stempel 51 und die Spannzange 52 voneinander getrennt und die Gewindespindel 3 mit dem nunmehr angeformten Bund 31, dessen Form der Ausnehmung 55 des Stempels 51 entspricht und dem gegebenenfalls angeformten Befestigungsflansch 35 zur weiteren Bearbeitung dem Werkzeug 5 entnommen. In weiteren Bearbeitungsschritten wird die Befestigungsöffnung 36 in den Befestigungsflansch 35 gestanzt, gelocht oder gebohrt und ein Gewinde an den Gewindeabschnitt 30 der Gewindespindel 3 angeformt.
Da der Bereich zwischen der Befestigungsöffnung 36 und dem Bund 31 beim Betätigen der Verstelleinrichtung beispielsweise zur Längsverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes erheblichen Biege- und Knickbelastungen ausgesetzt ist, muss der Befestigungsabschnitt 32 eine entsprechend hohe Festigkeit aufweisen, um den hohen Beanspruchungen im Normalbetrieb zu genügen. Im Crashfall wirken aufgrund der dynamischen Kräfte noch größere Biege- und Knickkräfte auf den Befestigungsabschnitt 32 der Gewindespindel 3 ein, so dass entsprechende Materialeigenschaften des in die Gewindespindel 3 integrierten Befestigungsabschnitts 32 und/oder Materialquerschnitte gefordert sind.
Um einerseits die Geometrie der Gewindespindel und insbesondere deren Querschnitt nicht zu verändern, damit der beengte, für die Verstelleinrichtung zur Verfügung stehende Raum ausreicht und andererseits keine den Herstellungsaufwand erhöhende Materialauswahl zu treffen ist, wird an den Übergangsbereich 33, 34 ein Profil angeprägt, das die Querschnittsform des Übergangsbereichs 33, 34 plastisch verändert und eine Kaltumformung mit entsprechender Kaltverfestigung des Übergangsbereichs 33, 34 bewirkt. Die sich während der plastischen Verformung beim Anprägen des Profils erhöhende Versetzungsdichte führt zu einer Zunahme der Dehngrenze und Festigkeit des Übergangsbereichs 33, 34 und damit ohne Querschnittsvergrößerung und/oder Auswahl eines Materials höherer Festigkeit zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs gegenüber dem unverformten Grundwerkstoff infolge der mit der Kaltumformung verbundenen Kaltverfestigung.
Dabei ist der sogenannte „Umformgrad” eine Formänderungskenngröße, mit der die bleibende geometrische Veränderung eines Werkstücks beim Umformprozess erfasst werden kann.
9 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Befestigungsabschnitt 32, an dessen mit dem Gewindeabschnitt 31 der Gewindespindel 3 fluchtender Teil 33 ein Vierkantprofil 6 angeprägt ist, während der in den Befestigungsflansch 5 übergehende und gegebenenfalls abgekröpfte Teil 34 eine geprägte Sicke 7 enthält, die ebenso wie das angeprägte Vierkantprofil 6 des Teils 33 des Übergangsbereichs 33, 34 eine durch Kaltumformung bewirkte Kaltverfestigung und damit Festigkeitserhöhung des Befestigungsabschnitts 32 bewirkt. Der flächige Befestigungsflansch 35 ist in dieser Darstellung geschnitten dargestellt und zeigt ein in die Befestigungsöffnung eingesetztes Befestigungselement 15 in Form einer Befestigungsschraube, deren Auflagefläche ausschließlich im Bereich der ebenen Oberfläche des Befestigungsflansches 35 angeordnet ist.
Weitere Ausführungsbeispiele für eine Kaltumformung des Übergangsbereichs 33, 34 zur Erhöhung der Biege- und Knickfestigkeit des Übergangsbereichs 33, 34 sind in den 10 bis 12 dargestellt und werden nachstehend näher erläutert.
10 zeigt in perspektivischer Darstellung den Endbereich einer Gewindespindel 3 mit einem Gewindeabschnitt 30 und einem Befestigungsabschnitt 32 sowie einem dazwischen angeordneten Bund 31 als Endanschlag zur Begrenzung des Verstellweges der Verstelleinrichtung mit einem mit dem Gewindeabschnitt 30 fluchtenden Teil 33 des Übergangsbereichs 33, 34 des Befestigungsabschnitts 32, der in dieser Ausführungsform zylinderförmig ausgebildet ist. Der in den Befestigungsflansch 35 übergehende Teil 34 des Übergangsbereichs 33, 34 des Befestigungsabschnitts 32, der je nach Ausbildung der Auflage des Befestigungsabschnitts 32 auf beispielsweise der Basisfläche einer Unterschiene oder einem Lagerbock abgekröpft ist, weist ein rippenförmiges Profil 8 aus zwei an die Seitenränder des abgekröpften Teils 34 angeformten Rippen 81, 82 auf, zwischen denen eine rinnenförmige Vertiefung 83 ausgebildet ist. Die Rippen 81, 82 verlaufen parallel zu den Seitenrändern des abgekröpften Teils 34 und gehen im Bereich des Befestigungsflansches 35 in die Oberseite des Befestigungsflansches 35 über, so dass die rinnenförmige Vertiefung 83 sich zur Befestigungsöffnung 36 hin erweitert und die Rippen 81, 82 in die Seitenränder des Befestigungsflansches 35 auslaufen.
11 zeigt in perspektivischer Darstellung des Endbereichs einer Gewindespindel 3 die Kaltverfestigung des Befestigungsabschnitts 32 durch Anprägen eines kreuzförmigen Profils 5, das in dem mit dem Gewindeabschnitt 30 der Gewindespindel 3 fluchtenden Teil 33 des Übergangsbereichs 33, 34 in Längs- und Querrichtung symmetrisch ausgebildet ist und in dem in den Befestigungsflansch 35 übergehenden, abgekröpften Teil 34 des Übergangsbereichs 33, 34 des Befestigungsabschnitts 32 mit abnehmender Höhe bzw. sich vergrößernder Breite in den Befestigungsflansch 35 übergeht.
Um die Versetzungsdichte bei der plastischen Verformung des Befestigungsabschnitts 32 insbesondere in dem mit dem Gewindeabschnitt 30 fluchtenden Teil 33 nicht zu stark zu erhöhen und dadurch die Festigkeit des Befestigungsabschnitts 32 wieder herabzusetzen, weist das kreuzförmige Profil 9 gemäß 12 zwischen den peripheren Enden 91 bis 94 der kreuzförmigen Stege ausgebildete kreissektorförmige Hohlkehlen 95 bis 98 auf.
Da das Flächenträgheitsmoment Aufschluss über die Neigung von Stäben zum Knicken gibt und seine Größe nur abhängig von der Geometrie des Querschnitts ist (beispielsweise ist das Flächenträgheitsmoment bei Vollprofilen proportional zum Produkt aus Breite des Querschnittsprofils und dem Quadrat der Höhe des Querschnittsprofils), ist mit dem Flächenträgheitsmoment eine Spannungsverteilung infolge Biegung über einen Querschnitt errechenbar und ergibt sich als Integral über dem Produkt von Abstandsquadrat und Flächenelement.
Um die Festigkeit des Befestigungsabschnitts 32 gegenüber den Belastungen insbesondere im Crashfall zu erhöhen und die Biege- und Knickfestigkeit zu verbessern, wird zusätzlich das Flächenwiderstandsmoment und das Flächenträgheitsmoment durch eine entsprechende Prägung des Befestigungsabschnitts 32 insbesondere im Übergangsbereich 33, 34 in Richtung der Hauptbelastung der Gewindespindel 3 verbessert, indem das Profil senkrecht zur Biege- oder Knicklinie erhöht wird.
So wird die Biege- und Knickfestigkeit des Befestigungsabschnitts 32 im Falle des an den Übergangsbereich 33, 34 gemäß 9 angeprägten Vierkantprofils 6 dadurch erhöht, dass nicht die Seiten des Verkantprofils 6 in Richtung der Hauptbelastungskraft der Gewindespindel 3 beim Verstellen bzw. im Crashfall, sondern die Diagonale des Vierkantprofils 6 in Richtung der Hauptbelastungskraft ausgerichtet wird, da sich daraus ein um den Faktor 2√2 höheres Widerstandsmoment ergibt.
Für praktische Anwendungen sind neben den in den 10 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispielen noch ein angeprägtes ovales Profil und ein an den Befestigungsabschnitt 32 angeprägtes, gleichschenkliges Dreieckprofil mit entsprechender Ausrichtung der größten Querschnittsachse in die Richtung der größten Beanspruchung, um das Flächenträgheitsmoment und damit das Widerstandsmoment des Befestigungsabschnitts 32 zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

1: Oberschiene
2: Unterschiene
3: Gewindespindel
4: Spindelgetriebe
5: angeprägtes kreuzförmiges Profil
6: angeprägtes Vierkantprofil
7: geprägte Sicke
8: rippenförmiges Profil
9: kreuzförmiges Profil
11, 12: Seitenteile
13, 14: Befestigungsöffnungen
15: Befestigungselement
20: Basisfläche
21, 22: Seitenteile
30: Gewindeabschnitt
31: Bund (Endanschlag)
33, 34: Übergangsabschnitt
35: Befestigungsflansch
36: Befestigungsöffnung
40: Spindelmutter
41, 42: Befestigungen
45: Gehäuse des Spindelgetriebes
50: zylinderförmige Längsbohrung
51: Stempel
52: Spannzange
53, 54: Schlitze
55: zylindrische Ausnehmung
56: Längsbohrung
57: flache Verlängerung
58, 59: Stirnflächen
81, 82: angeformte Rippen
83: rinnenförmige Vertiefung
91–94: periphere Enden
95–98: kreissektorförmige Hohlkehlen
300: zylinderförmiger Rohling
301, 302, 303: Abschnitte des zylinderförmigen Rohlings
D1–D3: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10045806 A1 [0002]
DE 102004001624 B3 [0003]
DE 102004001593 B3 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Gewindespindel für ein Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug, die zu einander bewegliche Verstellteile aufweist, von denen ein erstes Verstellteil mit einer Antriebseinrichtung mit einem Getriebeteil verbunden ist, das in das Gewinde der mit einem zweiten Verstellteil verbundenen Gewindespindel eingreift, die einen das Gewinde enthaltenden Gewindeabschnitt, an den Enden des Gewindeabschnitts Endanschläge zur Begrenzung des Verstellweges der Antriebseinrichtung und Befestigungsabschnitte mit einem Befestigungsflansch enthält, der eine Befestigungsstelle zur Verbindung der Gewindespindel mit einem Befestigungsabschnitt des zweiten Verstellteils aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Endanschläge der Gewindespindel (3) durch Aufstauchung eines Bundes (4) ausgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 ein, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsdurchmesser des Rohlings oder Halbzeugs (300) der Gewindespindel (3) kleiner ist als der Kopfkreis des Gewindes des Gewindeabschnitts (30) der Gewindespindel (3).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (4) vor weiteren Bearbeitungsprozessen der Gewindespindel (3) in demselben Werkzeug aufgestaucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (4) separat aufgestaucht und der gepresste Rohling (300) anschließend in weiteren Bearbeitungsprozessen, wie Umformen, Fügen oder Zerspanen zum Anbringen des Gewindeabschnitts (30) der Gewindespindel (3), des Befestigungsabschnitts (32) und der Befestigungsstellen (36) bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Bearbeitungsschritt die Befestigungsabschnitte (32) an dem Rohling (300) der Gewindespindel (3) angeformt werden, dass in einem zweiten Bearbeitungsschritt der Bund (31) der Gewindespindel (3) aufgestaucht und der gepresste Rohling (300) in weiteren Bearbeitungsschritten wie Umformen, Fügen, Bohren oder Zerspanen zum Anbringen des Gewindeabschnitts (30) und der Befestigungsstellen (36) bearbeitet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (32) endseitig die Befestigungsflansche (35) mit darin angeordneten Befestigungsöffnungen (36) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsöffnungen (36) in den weiteren Bearbeitungsprozessen hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsöffnungen (36) beim Anformen des Befestigungsabschnitts (32) oder des Befestigungsflanschs (35) hergestellt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (3) aus einem zylinderförmigen Rohling (300) gebildet wird dass die Querschnittsform zumindest eines Teils des Befestigungsabschnitts (32) plastisch verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profil (5–8) durch Kaltumformung an die Geometrie des Teils des Befestigungsabschnitts (32) angeformt, insbesondere angeprägt, wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Profils (5–8) in Abhängigkeit von der zu erzielenden Festigkeit des Befestigungsabschnitts (32) bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (5–8) mit einem das Widerstandsmoment des Befestigungsabschnitts (32) in Richtung der Biege- und Knickbelastung der Gewindespindel (3) erhöhenden Querschnitt geprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (5–8) derart in Bezug auf den Fahrzeugboden ausgerichtet wird, dass die größte Querschnittslänge mit der Richtung der Hauptbelastung des Befestigungsabschnitts (32) der Gewindespindel (3) übereinstimmt.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einen Teil des Übergangsbereichs (33, 34) des Befestigungsabschnitts (32) der Gewindespindel (3) Rippen (81, 82) angeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (33, 34) mit einem mit dem Gewindeabschnitt (31) der Gewindespindel (3) fluchtenden Teil (33) und einem in den Befestigungsflansch (35) übergehenden, abgekröpften Teil (34) geformt wird und dass die Rippen (81, 82) an die Seitenränder des in den Befestigungsflansch (35) übergehenden, abgekröpften Teils (34) des Übergangsbereichs (33, 34) angeprägt werden und in den Befestigungsflansch (35) auslaufen.