-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Außenantriebs eines Verbindungselements, insbesondere eines Antriebs einer Düsenspannmutter für einen Injektor, aus einem Werkstück mittels wenigstens eines Werkzeugs und ferner einen nach einem derartigen Verfahren hergestellten Außenantrieb eines Verbindungselements.
-
Stand der Technik
-
Verbindungselemente wie beispielsweise Schrauben, Muttern oder dergleichen weisen kopfseitig jeweils einen Kraftangriff auf, welcher üblicherweise als Mehrkantprofil ausgebildet ist. Typischerweise werden derartige Mehrkantprofile von Verbindungselementen mit zerspanenden Fertigungstechniken hergestellt. Bei Verbindungselementen, welche als jeweiligen Kraftangriff bzw. Antriebskopf gleichmäßig über den Umfang des Kraftangriffs verteilte, gekrümmte Flächen aufweisen, erfolgt typischerweise die Herstellung von derart profilierten Flächen durch Umformen. Nachteilig bei der Herstellung von gekrümmt profilierten Flächen ist, dass sich in der Regel an den Fertigungsschritt des Kaltumformens des Werkstücks noch eine gesondert davon durchzuführende Wärmebehandlungsstufe zum Härten des Werkstücks anschließt und dadurch die Herstellungskosten aufgrund der zusätzlichen Fertigungsstufe erhöhen.
-
Die
DE 42 06 222 C2 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von gekrümmt profilierten Flächen eines Antriebskopfs, wobei ein Presswerkzeug benutzt wird, um mittels Kaltumformung die profilierten Flächen des Antriebskopfs auszubilden.
-
Offenbarung
-
Vorteile der Erfindung
-
Das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass es kostengünstig durchführbar ist, da sich Verbindungselemente bzw. Schraubelemente aufgrund der zerspanenden Arbeitsweise in einer Fertigungsstufe produzieren lassen, was mit lediglich einer Aufspannung möglich ist, so dass eine sehr hohe Genauigkeit bei der Einhaltung von Form- und Lagetoleranzen für die Antriebsgeometrie erzielbar ist. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft auch mit vorvergüteten Werkstoffen durchführbar. Dazu ist vorgesehen, dass mittels Schlagdrehen an einem Außenumfang des Werkstücks konkav gekrümmte Flächen als den Außenantrieb bildende Profilflächen ausgebildet werden, wobei das Werkstück um eine Drehachse rotiert wird, während das Werkzeug um eine zur Drehachse des Werkstücks beabstandete Drehachse rotiert wird, und das Werkzeug unter sukzessive erfolgenden translatorischen Relativbewegungen in jeweiligen Bearbeitungsphasen spanabhebend in das Werkstück eingreift, wobei wenigstens eine jeweilige Bearbeitungsphase innerhalb einer Umdrehung des Werkstücks erfolgt, wobei das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten von Werkzeug und Werkstück so gewählt wird, dass die Rotation des Werkzeugs mit deutlich höherer Winkelgeschwindigkeit als die Rotation des Werkstücks erfolgt. Dadurch lässt sich eine Antriebsgeometrie erzielen, die aufgrund ihrer konkaven Profilflächen im Falle eines Antriebskopfes mit sechs Angriffsflächen auch als hexalobulärer Kraftangriff bezeichnet wird und mit welcher - mittels einer geeigneten Antriebswerkzeuges - ein höheres Antriebsmoment als bei plan ausgebildeten Mehrkantprofil-Antrieben übertragbar ist. Vorteilhaft ist dies insbesondere bei dünnwandigen Schraubhülsen, wie beispielsweise bei Düsenspannmuttern für Kraftstoff-Injektoren, da dadurch die Gefahr einer radialen Verformung während des Antriebsvorgangs deutlich vermindert wird. Es sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Antriebsgeometrien mit einer anderen - von sechs abweichenden - Anzahl von Angriffsflächen herstellbar.
-
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen.
-
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Werkzeug in derselben Drehrichtung wie das Werkstück rotiert wird. Dadurch bewegen sich die beiden Körper im Gleichlauf.
-
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs und der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks etwa 2.24 : 1 beträgt.
-
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die konkav gekrümmten Flächen gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet ausgebildet werden. Dadurch ergibt sich ein symmetrischer Antrieb.
-
Eine dazu alternative Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass die konkav gekrümmten Flächen ungleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet ausgebildet werden, wodurch sich ein asymmetrischer Antrieb erzielen lässt, mit dem vorteilhaft ein definiertes Anzugsmoment in einer bestimmten Vorzugsrichtung anbringbar ist.
-
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine ungeradzahlige Anzahl von konkav gekrümmten Flächen ausgebildet wird.
-
Ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenspannmutter, welche einen Außenantrieb umfasst, der gemäß einem derartigen Verfahren hergestellt wird, ermöglicht den Einsatz eines Düsenspannmuttertyps, der aufgrund seines auf konkaven Profilflächen beruhenden Antriebs höhere Anzugsmomente im Vergleich zum herkömmlichen Mehrkantantrieb zulässt.
-
Bei einem insbesondere nach einem derartigen Verfahren hergestellten Außenantrieb mit gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet ausgebildeten Profilflächen ist vorgesehen, dass gekrümmt verlaufenden Profilflächen Vorsprünge zwischengeordnet sind, wobei zwischen jeweils einander unmittelbar benachbarten Profilflächen jeweils ein radial nach außen vorstehender Vorsprung als breite Nase ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich insgesamt eine Strukturverstärkung des Außenantriebs bzw. der Antriebsgeometrie. Zweckmäßigerweise sind die Vorsprünge gleichmäßig in Umfangsrichtung des Außenantriebs voneinander beabstandet, wobei die Anzahl der Vorsprünge der Anzahl der gekrümmten Profilflächen entspricht.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Letztere zeigen in schematisch gehaltenen Ansichten:
- 1 eine stark schematisch gehaltene Ansicht einer Anordnung aus einem Werkzeug und einem Werkstück, deren Drehachsen voneinander beabstandet sind, wobei das Werkzeug einen Rotationskörper und wenigstens ein radial aus dem Außenumfang des Rotationskörpers vorstehend angeordnetes Messer aufweist, welches in einer unteren Winkelstellung spanabhebend in das Werkstück eintaucht, und
- 2 eine Draufsicht eines aus einem Werkstück hergestellten Antriebskopfs eines Verbindungselements mit in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet angeordneten und konkav nach innen gekrümmten Außenflächen.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt - zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens - eine im Ganzen mit 100 bezeichnete Anordnung, welche ein zylinderförmiges Werkstück 101 und ein zur Bearbeitung des Werkstücks vorgesehenes Werkzeug 102 aufweist, in einer unteren Winkelstellung eines Messers 102' des Werkzeugs 102 während einer Umlaufperiode des Werkzeugs, in denen das Messer 102' des Werkzeugs 102 spanabhebend in das Werkstück 101 entlang einer bogenförmigen Bahn 103 eingreift, wobei sich das Werkzeug 102 in seiner maximalen Zustelltiefe bezüglich des Werkstücks 101 befindet. Im Ausführungsbeispiel drehen sich beide Körper 101, 102 im Uhrzeigersinn, d.h. im Gleichlauf. In 1 ist eine untere Winkelstellung des Werkzeugs 102 dargestellt, in der das Messer 102' während der bei der maximalen Zustelltiefe dargestellten Umlaufperiode zu Beginn einer Bearbeitungsphase spanabhebend in das Material des Werkstücks 101 eintaucht bzw. eintritt. Im weiteren Verlauf dieser Bearbeitungsphase durchfährt das Messer 102' der Bahn 103 folgend in zeitlich nachfolgende Winkelstellungen (nicht dargestellt). Das Ende der dieser Umlaufperiode zugeordneten Bearbeitungsphase ist in einer oberen Winkelstellung (nicht dargestellt) erreicht, in welcher das Messer 102' entlang der bogenförmigen Bahn 103 aus dem Material des Werkstücks 101 austritt. Danach ist bei der hier dargestellten maximalen Zustelltiefe die gewünschte konkav gekrümmte Fläche gemäß der Bahn 103 am Umfang des Werkstücks 101 ausgebildet. Der Einfachheit halber ist in 1 der bei den zuvor erfolgten Umlaufperioden bei jeweils geringeren Zustelltiefen entsprechende Materialabtrag 101" anhand einer gestrichelten Kurve dargestellt, welche dem ursprünglichen Verlauf des Umfangsrands folgt; es versteht sich, dass am Anfang der iterativ durchgeführten Prozedur das rotierende Messer 102' bei einem ursprünglich eingestellten relativen Abstand zwischen den beiden Drehachsen, d.h. bei einer anfänglichen Zustelltiefe, mit seiner Spitze 102" den Umfangsrand 101' des Werkstücks 101 gerade noch berührt, wobei der Umfangsrand der Außenumfangsfläche bzw. Mantelfläche des zylindrischen Rohlings bzw. Werkstücks entspricht. Bei jeder jeweils nachfolgenden Umlaufperiode wird aufgrund einer sukzessive erfolgenden translatorischen Relativbewegung der relative Abstand zwischen den beiden Drehachsen sukzessive verringert, also die Zustelltiefe sukzessive erhöht, so dass sich laufend die Bogenlänge der von der Spitze 102" des Messers 102' in das Material des Werkstücks 101 gefrästen Bahn 103 vergrößert, bis bei Ende der Iteration die maximale Zustelltiefe erreicht wird.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel können bei Verwendung eines einzigen Werkzeug-Messers zwei konkave Profilflächen am Werkstück erzeugt werden, welche in Umfangsrichtung um 180° zueinander versetzt einander gegenüberliegen, wenn das Messer pro Umlaufperiode des Werkstücks zweimal spanabhebend in das Werkstück einfährt. Um beispielsweise einen hexalobulären Antriebskopf mit sechs gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten konkaven Profilflächen aus dem Werkstück zu erzeugen, können drei Messer am Werkzeug vorgesehen werden, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind und während einer Umlaufperiode des Werkstücks jeweils zweimal in das Material des Werkstücks spanabhebend eingreifen.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verfahrensparameter so gewählt, dass das Verhältnis von Außenradius des Werkzeugs 102 mit Messer 102' zum Außenradius des Werkstücks 2.24 : 1 beträgt, während das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten von Werkzeug 102, 102' zu Werkstück 101 ebenfalls 2.24 : 1 beträgt. Dabei ist unter dem Außenradius des Werkzeugs 102, 102' der Abstand von der Rotationsachse bis zur radial nach außen weisenden Begrenzungs- bzw. Schneidkante des Messers 102' bzw. der Wendeschneidplatte zu verstehen.
-
2 zeigt in einer Draufsicht einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem zylinderförmigen Werkstück 101 hergestellten Antriebskopf 110 als Teil eines Verbindungselements, das beispielsweise als Schraube oder Mutter, bevorzugt als Düsenspannmutter, die eine Komponente eines Kraftstoff-Injektors bildet, ausgebildet sein kann, wobei der Antriebskopf 110 in seiner Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Außenflächen bzw. Profilflächen 111 aufweist, welche konkav nach innen gekrümmt ausgebildet sind und zum Angreifen eines - nicht dargestellten - Antriebswerkzeugs mit komplementär geformten Angriffsflächen dienen. Jede der zum Zentrum des Antriebskopfs 110 hin konkav gekrümmten Außenflächen 111 entspricht einer Kontur, die durch eine bei maximaler Zustelltiefe erfolgte bogenförmige Bahn definiert ist. Aufgrund der sechs konkav gekrümmten Profilflächen 111 ist der Antriebskopf 110 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel als hexalobulärer Kraftangriff ausgebildet.
-
Zwischen unmittelbar zueinander benachbarten Außen- bzw. Profilflächen 111 sind jeweils Vorsprünge 112 ausgebildet, die ebenfalls in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind und radial nach außen vorstehen. Da jeder Vorsprung 112 jeweils einander unmittelbar benachbarten Außenflächen 111 zwischengeordnet ist, dienen die Vorsprünge 112 in ihrer Gesamtheit der Strukturfestigkeit des Antriebskopfes 110. Dazu sind die Vorsprünge jeweils identisch ausgebildet. Wird gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Sechskantprofil-Rohling als Ausgangsmaterial bzw. Werkstück verwendet, so weist jeder Vorsprung eine radial spitz nach außen vorstehende Nase auf, von deren Spitze zu deren beiden Seiten gerade und stumpfwinklig zurückweichende Flanken ausgehen, die symmetrisch zur Spitze ausgebildet sind, wobei jede Flanke an ihrem der Spitze abgewandten Ende in eine angrenzende, gekrümmt verlaufende Außenfläche 111 übergeht. Wird hingegen im Standardfall ein zylindrisch geformter Rohling als Ausgangsmaterial bzw. Werkstück (Halbzeug) verwendet, so ist - gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel - jeder Vorsprung als breite Nase ausgebildet, welche gerundet radial nach außen ragt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorzugsweise zur seriellen Fertigung von Außenantrieben von Verbindungselementen mit relativ großer Schlüsselweite, mithin zur Fertigung von Düsenspannmuttern, deren Ausführungsarten bzw. Schlüsselweiten sich hinsichtlich der Verwendung in Personenkraftfahrzeugen oder Nutzkraftfahrzeugen voneinander unterscheiden.
-
Zusammenfassend ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mittels Schlagdrehen an einem Außenumfang des Werkstücks 101 konkav gekrümmte Flächen 111 als den Außenkraftangriff bildende Profilflächen ausgebildet werden, wobei das Werkstück 101 um eine Drehachse rotiert wird, während das Werkzeug 102, 102' um eine zur Drehachse des Werkstücks 101 beabstandete Drehachse rotiert wird, und das Werkzeug 102, 102' unter sukzessive erfolgenden translatorischen Relativbewegungen in jeweiligen Bearbeitungsphasen spanabhebend entlang bogenförmiger Bahnen 103 in das Werkstück 101 eingreift, wobei eine jeweilige Bearbeitungsphase innerhalb einer Umdrehung des Werkstücks 101 erfolgt, wobei das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten von Werkzeug 102, 102' und Werkstück 101 so gewählt wird, dass die Rotation des Werkzeugs 102, 102' mit deutlich höherer Winkelgeschwindigkeit als die Rotation des Werkstücks 101 erfolgt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
