DE10257471A1

DE10257471A1 - Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gegenstands, insbesondere einer Außennabe eines Gleichlaufkugelgelenks mit V-förmiger Anordnung der Kugelbahnen

Info

Publication number: DE10257471A1
Application number: DE10257471A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dr. Körner; Fabricio Belli
Original assignee: NEW FORM TEC GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gegenstands, insbesondere einer Außennabe eines Gleichlaufkugelgelenks mit V-förmiger Anordnung von Kugelbahnen. Es wird ein Vorformteil (10') hergestellt, das in seiner inneren Wandung Taschen (26') aufweist, die jeweils eine im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Seitenwand (27) und eine schräg zur axialen Richtung verlaufende Seitenwand (28) besitzen. Der Endbereich eines Stempelteils (5) weist axial voneinander getrennte Stempelteilabschnitte (12) auf, die in radialer Richtung nach außen und nach innen bewegbar sind, wobei jeder Stempelteilabschnitt außenseitig einen Vorsprung (13, 14) entsprechend der in der ihm zugewandten Tasche (26) herzustellenden Kugelbahn aufweist. Das Stempelteil (5) mit den nach außen bewegten Stempelteilabschnitten (12) wird axial in das Vorformteil (10') bewegt. Nachfolgend wird in einem Abstreckvorgang Material der Vorform (2) in Richtung der Taschen (26') gepresst, so dass die Vorsprünge (13, 14) dicht von Material umgeben sind. Bei einem Entformvorgang werden schließlich die Stempelteilabschnitte (12) radial nach innen bewegt, wobei die Vorsprünge (13, 14) aus den Taschen (26) des fertigen Gegenstandes (10) herausbewegt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gegenstands, insbesondere einer Außennabe eines Gleichlaufkugelgelenks mit V-förmiger Anordnung der Kugelbahnen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Gleichlaufkugelgelenke werden bei Kraftfahrzeugen beim Hinter- und Vorderradantrieb zur Übertragung des vom Motor über die Getriebeeinheit, gegebenenfalls die Längswelle, das Differentialgetriebe und die Seitenwellen erzeugten Drehmoments auf diem Räder angewendet. Sie sind in den Seitenwellen angeordnet.

Ein wie eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung einer Außennabe eines Gleichlaufkugelgelenkes geht beispielsweise aus der EP 0 121 531 B1 hervor. Dabei weist ein oberer Werkstückhalter in seiner unteren Seite eine Vertiefung zur Aufnahme eines ersten Werkzeugteils auf, das an seinem unteren Ende einen Bereich mit radial vorstehenden Vorsprüngen besitzt, zwischen denen Schlitze angeordnet sind. Im Inneren des ersten Werkzeugteils befindet sich eine Bohrung, die als zweites Werkzeugteil einen Stab aufnimmt, der an seinem unteren Endbereich, der aus dem ersten Werkzeugteil herausragt, ebenfalls Vorsprünge mit dazwischen angeordneten Schlitzen aufweist. Die Vorsprünge des ersten Werkzeugteils sind so angeordnet, dass sie in die Schlitze des zweiten Werkzeugteils hineinpassen. Die Schlitze des ersten Werkzeugteils können die Vorsprünge des zweiten Werkzeugteils aufnehmen. Sowohl die Schlitze als auch die Vorsprünge der Werkzeugteile verlaufen zueinander entgegengesetzt schraubenförmig zur Längsachse der Werkzeugteile. Durch eine Drehbewegung und eine axiale Bewegung zwischen den beiden Werkzeugteilen können Positionen erreicht werden, in denen die Vorsprünge des ersten und zweiten Werkzeugteils in die Schlitze des zweiten oder ersten Werkzeugteils eingreifen oder nicht. Die Vorform, aus der der hohle Gegenstand herzustellen ist, wird in eine Aussparung eines unteren Werkstückhalters eingesetzt und in dieser gehalten. Durch Annähern des oberen und unteren Werkstückhalters werden das erste und zweite Werkzeugteil, deren Schlitze und Vorsprünge gegenseitig ineinander eingreifen, in die Vorform eingepresst. Dabei fließt Material der Vorform nach innen um die Vorform herum, so dass in der Innenwandung der Vorform entsprechende Nuten entstehen.

Zum Entformen werden zuerst das erste Werkzeugteil schraubenförmig aus dem aus der aus Vorform hergestellten Gegenstand herausgedreht, während der zweite Werkzeughalter den Gegenstand festhält. Danach wird das zweite Werkzeugteil aus dem Gegenstand herausgedreht.

Es ist erkennbar, dass das bekannte Verfahren relativ aufwändig und kostspielig ist, weil das Werkzeug mit dem oberen und dem unteren Werkzeugteil sehr kompliziert ist und weil die Handhabung der Werkzeugteile desselben mehrere aufwendige Operationen erfordert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, nach dem hohle Gegenstände, insbesondere Außennaben für Gleichlaufkugelgelenke mit V- förmigen Kugelbahnen relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Ferner soll eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass hohle Gegenstände, insbesondere Außennaben für Gleichlaufkugelgelenke, relativ einfach und kostengünstig sowie präzise herstellbar sind, die an ihrer Innenwandung Nuten mit schräg zueinander verlaufenden Außenkanten und Hinterschnitten aufweisen.

Vorteilhafterweise kann das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete, zusammenklappbare Stempelteil relativ einfach hergestellt und eingesetzt sowie entformt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindungen und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Einrichtung zur Herstellung von hohlen Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung;
1a eine vergrößerte Darstellung des zusammenklappbaren Stempelteils zur Herstellung der Nuten in dem hohlen Gegenstand;
2 einen Querschnitt des Vorformteils;
3 einen Querschnitt des Vorformteils, wobei das Stempelteil eingebracht ist;
4 einen Querschnitt des Vorformteils der 3 nach einer Pressoperation;
5 das gepresste Teil der 4, wobei das Stempelteil zur Entformung zusammengeklappt ist;
6 das fertige, entformte Teil; und
7 bis 9 unterschiedliche Herstellungszustände eines Außennabenteils eines Gleichlaufkugelgelenks.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen gemäß 1 aus einem unteren Matrizenteil 1, das als Werkstückhalter dient, einem Abstreckteil 2, einem Innendornteil 4, einem Stempelteil 5, das das Innendornteil 4 koaxial umgibt, und einem oberen Werkzeughülsenteil 16, das Teil eines oberen Matrizenteiles ist.
Wie dies insbesondere aus den 1 und 7 bis 9 ersichtlich ist, weist der hohle Gegenstand 10, bei dem es sich vorzugsweise um das Außennabenteil eines Gleichlaufkugelgelenks handelt, im wesentlichen einen hohlen napfförmigen Bereich 9 auf, an dessen einer Seite zentrisch ein Zapfenteil 8 angeformt sein kann.
In dem Abstreckteil 2 befindet sich eine zentrische Bohrung 22 zur Aufnahme des napfförmigen Bereichs 9' (siehe 2) des Vorformteils 10' des Gegenstands 10, wobei an der dem Matrizenteil 1 abgewandten Seite des Abstreckteils 2 eine Abstreckschräge 24 vorgesehen ist, die dafür Sorge trägt, dass beim Einpressen des napfförmigen Bereichs 9' des Vorformteils 10' über den Abstreckbereich 24 in die Bohrung 22 Material in diesem Bereich radial nach innen verdrängt wird, wie dies später näher erläutert werden wird.
Wenn das Vorformteil 10' ein Zapfenteil 8 aufweist, befindet sich in dem Matrizenteil 1 eine zentrische Bohrung 20 zur Aufnahme des Zapfenteils 8.
Das zusammenklappbare Stempelteil 12 weist vorzugsweise die Form einer Hülse auf, die in dem dem unteren Matrizenteil 1 zugewandten Endbereich gemäß 1a in Längsrichtung verlaufende Schlitze 15 aufweist, so dass zwischen jeweils zwei Schlitzen 15 ein Stempelteilabschnitt 12 besteht, der an seiner Außenseite einen der herzustellenden Nut entsprechenden Vorsprung 13 bzw. 14 aufweist.
Jeder Stempelteilabschnitt 12 ist in der Richtung des Pfeils P radial nach außen bzw. radial nach innen bewegbar bzw. klappbar. Der entsprechende Kipppunkt ist in der 1 schematisch mit K bezeichnet. Um die Stempelteilabschnitte 12 jeweils radial nach innen vorzuspannen, ist ein schematisch dargestellter Energiespeicher 40 vorgesehen, der z.B. die Form einer die Stempelteilabschnitte 12 außenseitig umschließenden Ringfeder besitzt.
Gemäß 1 weisen die Stempelteilabschnitte 12 des Endbereichs des Stempelteils 5 innenseitig jeweils eine sich zum unteren Matrizenteil 1 hin verjüngende Schräge 6 auf, die mit einem entsprechenden Konus 7 des unteren Endes des Innendornteils 4 zusammenwirkt, wie dies ebenfalls später näher erläutert werden wird.
Das Innendornteil 4 ist mechanisch an den oberen Werkzeughülsenteil 16 gekoppelt. Ein ringförmiges Halteteil 18 wird von einem Befestigungsring 17 am oberen Werkzeughülsenteil 16 derart gehalten, dass ein das Ende des Innendornteils 4 haltendes Fixierteil 30 zusammen mit dem Halteteil 18 fest am Werkzeughülsen 16 gehalten wird. Zwischen dem Werkzeughülsenteil 16 bzw. dem Halteteil 18 (und der Fixierplatte 30 sowie dem Innendornteil 4) und dem Stempelteil 5 ist ein Energiespeicher, der vorzugsweise durch mehrere, gleichmäßig über den Umfang des Stempelteils 5 verteilte Schraubenfedern 19 besteht, wirksam, derart, dass das Stempelteil 5 mit der Kraft der Schraubenfedern 19 relativ zum Innendornteil 4 axial nach oben bewegt wird, wobei die Schrägen 6 der Stempelteilabschnitte 12 von dem Konus 7 des Endbereichs des Innendornteils 4 gegeneinander verschoben werden, so dass sich die Stempelteilabschnitte 12 jeweils radial von innen nach außen gegen die Vorspannung des Energiespeichers 40 bewegen können. Dadurch wird erreicht, dass zunächst der geschlitzte Endbereich des Stempelteils 5 in den napfförmigen Bereich 9 der Vorform 10 eingesetzt werden kann.
2 zeigt einen Querschnitt durch den napfförmigen Bereich 9' des Vorformteils 10'. Es ist erkennbar, dass die Innenseite des napfförmigen Bereichs 9' des Vorformteils 10' bereits eingeprägte Taschen 26' aufweist, die über den Umfang des napfförmigen Bereichs 9' verteilt so ausgebildet sind, dass jeweils zwei benachbarte Taschen 26' an den ihnen zugewandten Seiten eine axial verlaufende Seitenwand 27 besitzen, und dass die einander abgewandten Seitenwände 28 dieser benachbarten Taschen 26' entsprechend der zukünftigen, gewünschten V-Form der benachbarten Nuten des napfförmigen Bereichs 9 des fertigen Gegenstands 10 schräg zur Längsachse verlaufen und sich zum Boden- bzw. Zapfenteil 8 hin verjüngen. Über den Umfang gleichmäßig verteilt sind mehrere, beispielsweise drei der genannten Taschenpaare 26', 26', vorgesehen. Das beschriebene Vorformteil 10' wird vorzugsweise durch Warm- bzw. Halbwarmpressen hergestellt.
Die 2 und 7 zeigen, dass das Vorformteil 10' im Bereich zwischen zwei benachbarten Taschen 26' eines Taschenpaares 26', 26' eine relativ dicke Wandung besitzt, deren Material beim späteren Abstrecken nach innen fließt.
Beim ersten Verfahrensschritt des vorliegenden Verfahrens wird gemäß 3 der Endbereich des klappbaren Stempelteils 5 axial in den napfförmigen Bereich 9' eingebracht, der über den Konus 7 des Innendornteils 4 ausgefahren wurde und dessen Stempelteilabschnitte 12 deshalb radial nach außen bewegt wurden. Dies ist möglich, weil die innenliegenden Seitenwände 27 der Taschen 26' eines Taschenpaares 26', 26' axial verlaufen.
Wenn nun gemäß 1 das Werkzeughülsenteil 16 zusammen mit dem Stempelteil 5 axial nach unten bewegt wird, wird der napfförmige Bereich 9' des Vorformteils 10' über den Abstreckbereich 24 in die Bohrung 22 des Abstreckteils 2 hineingepresst. Die 3 zeigt das Vorformteil 10' mit den eingebrachten Stempelteilabschnitten 12 vor dem Abstrecken. Die 4 zeigt dagegen das Vorformteil 10' mit dem eingebrachten Stempelteil 5 nach dem Abstrecken.
Es ist aus der 4 erkennbar, dass beim Bewegen des Werkzeughülsenteils 16 in Richtung auf das untere Matrizenteil 1 gegebenenfalls das Zapfenteil 8 des Vorformteils 10' in die Bohrung 20 des unteren Matrizenteils 1 eingeführt wird und dass der napfförmige Bereich 9' des Vorformteils 10' über den Abstreckbereich 24 in die Bohrung 22 des unteren Matrizenteils 1 eingepresst wird, derart, dass Material des napfförmigen Bereichs 9', insbesondere aus dem Bereich der erwähnten dickeren Wandungen zwischen den Taschenpaaren 26', 26', durch den Abstreckvorgang radial nach innen gepresst wird bzw. radial nach innen fließt, so dass der napfförmige Bereich 9 des fertigen Gegenstands 10 gemäß 4 entsteht, wobei die Vorsprünge 13, 14 von dem geflossenen Material vollständig umgeben sind, wobei die zuvor axial verlaufenden Seitenwände 27 der Taschen 26 zu schrägen Seitenwänden 27' verformt wurden.
Ein Entformen des Gegenstands 10 durch axiales Bewegen des Stempelteils 5 nach oben wäre nun nicht möglich, weil die schräg verlaufenden Seitenwände und Hinterschnitte der Vorsprünge 13, 14 der Stempelteilabschnitte 12 vollständig von dem beim Abstreckvorgang geflossenen Material des napfförmigen Bereichs 9' umgeben sind. Hierbei entstehen Hinterschnitte mit einer vertikalen und einer horizontalen Komponente.
Vor dem Entformen wird daher das Werkzeughülsenteil 16 vom unteren Matrizenteil 1 weg nach oben bewegt, wobei der Konus 7 des Innendornteils 4 axial aus den Stempelteilabschnitten 12 herausgezogen wird, so dass diese zum Beispiel durch den Energiespeicher 40 gemäß 5 radial nach innen bewegt bzw. geklappt werden, um die beim Streckvorgang gebildeten Taschen 26 derart freizugeben, dass der napfförmige Bereich 9 des Gegenstands 10 nun gemäß 6 axial vom Stempelteil 5 (relativ) abgezogen werden kann. Dies kann automatisch über einen nicht näher dargestellten Abstreifer erfolgen.
In vergrößerter Darstellung zeigen zum besseren Verständnis: die 7 das Vorformteil 10', wobei das napfförmige Teil 9' die Taschen 26' aufweist, deren eine Seite geradlinig verlaufende Seitewände 27 und deren andere Seiten schräg verlaufende Seitenwände 28 besitzen, die 8, durch gestrichelte Linien angedeutet, die Materialbereiche der relativ dicken Wandungen, die beim Abstreckvorgang des napfförmigen Bereichs 9' durch Kaltfließen nach innen verdrängt werden, so dass das nach innen geflossene Material die Vorsprünge 13, 14 der Stempelteilabschnitte 12 vollständig umgibt, und 9 den nach dem Entformen des Stempelteils 5 fertig hergestellten Gegenstand 10.
Zusammenfassend wir darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung, obwohl primär im Zusammenhang mit Gleichlaufkugelgelenken beschrieben, ganz allgemein bei der Herstellung von V-förmigen Kugelbahnen in hohlen Gegenständen, wie z.B. auch Hülsen, anwendbar ist. Wie schon erwähnt kann im Falle der Herstellung eines Gegenstandes mit einem napfförmigen Bereich an diesen ein Zapfenteil angeformt sein oder nicht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gegenstands, insbesondere einer Außennabe eines Gleichlaufkugelgelenks, mit V-förmiger Anordnung von Kugelbahnen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorformteil (10') hergestellt wird, das in seiner inneren Wandung Taschen (26') aufweist, die jeweils eine im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Seitenwand (27) und eine schräg zur axialen Richtung verlaufende Seitenwand (28) besitzen, derart, dass die axial verlaufenden Seitenwände (27) zweier benachbarter Taschen (26') eines Taschenpaares (26', 26') einander zugewandt und die einander abgewandten schrägen Seitenwände (28) der benachbarten Taschen (26') des Taschenpaares (26', 26') V-förmig zum Boden der Taschen hin verlaufen, dass der Endbereich eines Stempelteils (5) axial voneinander getrennte Stempelteilabschnitte (12) aufweist, die in radialer Richtung nach außen und nach innen bewegbar sind, wobei jeder Stempelteilabschnitt außenseitig einen Vorsprung (13, 14) entsprechend der in der ihm zugewandten Tasche (26) herzustellenden Kugelbahn aufweist, dass das Stempelteil (5) mit den nach außen bewegten Stempelteilabschnitten (12) axial in das Vorformteil (10') bewegt wird, dass nachfolgend in einem Abstreckvorgang Material der Vorform (2) in Richtung der Taschen (26') gepresst wird, so dass die Vorsprünge (13, 14) dicht von Material umgeben sind, und dass bei einem Entformvorgang die Stempelteilabschnitte (12) radial nach innen bewegt und dabei die Vorsprünge (13, 14) aus den Taschen (26) des fertigen Gegenstandes (10) heraus bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformteil durch Warm- oder Halbwarmpressen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorform (10') verwendet wird, deren Wandung im Bereich zwischen zwei benachbarten Taschen (26', 26') eine größere Dicke aufweist als im restliche Bereich.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformteil (10') einen napfförmigen Bereich (9') aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Boden des napfförmigen Bereichs (9') des Vorformteiles (10') außenseitig ein Zapfenteil (8) angeformt ist.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Abstreckteil (2), ein Innendornteil (4), ein Stempelteil (5), das das Innendornteil (4) koaxial umgibt, und ein oberes Werkzeughülsenteil (16) umfasst, dass das Vorformteil (10') in eine Bohrung (22) des Abstreckteils (2) einpressbar ist, die an ihrer dem Stempelteil (5) zugewandten Seite eine Abstreckschräge (24) aufweist, die dafür Sorge trägt, dass beim Einpressen des Vorformteils (10) über die Abstreckschräge (24) in die Bohrung (22) Material des Vorformteils (10') in dem Bereich der Abstreckschräge (24) radial nach innen verdrängt wird, dass die Stempelteilabschnitte (12) innenseitig jeweils eine sich zum Abstreckteil (2) hin verjüngende Schräge (6) aufweisen, die mit einem entsprechenden Konus (7) des unteren Endes des Innendornteils (4) zusammenwirkt, wobei der Konus (7) beim Einführen zwischen die Stempelteilabschnitte (12) an den Schrägen (6) angreift und die Stempelteilabschnitte (12) radial nach außen bewegt und umgekehrt die Stempelteilabschnitte (12) zur radialen Bewegung nach innen freigibt, wenn der Konus (7) aus dem Bereich der Schrägen (6) herausbewegt wird.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stempelteil (5) die Form einer Hülse aufweist, die im Endbereich zur Bildung der Stempelteilabschnitte (12) axiale Schlitze (15) aufweist
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Energiespeicher (40) aufweist, der die Stempelteilabschnitte (12) nach ihrer Freigabe durch den Konus (7) des Innendornteiles (4) radial nach innen bewegt.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (40) die Form eines die Stempelteilabschnitte (12) außenseitig umspannenden Federelementes aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in eine koaxial zur Bohrung (22) des Abstreckteils (2) angeordnete weitere Bohrung (20) eines an der dem Innendornteil (4) abgewandten Seite des Abstreckteils (2) angeordneten Matrizenteils (1) gegebenenfalls das Zapfenteil (8) beim Abstrecken einführbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Innendornteil (4) an seiner dem Konus (7) abgewandten Seite in einem Halteteil (18) so gehalten ist, dass es durch wenigstens einen weiteren Energiespeicher (19) relativ zu dem Stempelteil (5) in eine Position axial bewegbar ist, in der der Konus (7) des Innendornteils (4) in den Bereich der Schräge (6) der Stempelteilabschnitte (12) bewegt ist, so dass die Stempelteilabschnitte (12) radial nach außen bewegt sind und zum Abstrecken in die Taschen (26') des Vorformteils (10') eingreifen, und gegen die Kraft des wenigstens einen weiteren Energiespeichers (19) in eine weitere Position axial bewegbar ist, in der der Konus (7) des Innendornteils (4) aus dem Bereich der Schrägen (6) der Stempelteilabschnitte (12) bewegt ist, so dass die Stempelteilabschnitte (12) radial nach innen bewegbar sind, um die Vorsprünge (13; 14) derselben zum Entformen aus den Kugelbahnen des Gegenstandes (10) zu entfernen.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Energiespeicher (19) radial um den Umfang des Innendornteils (4) verteilte Druckfedern vorgesehen sind.
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Konus (7) abgewandte Endbereich des Innendornteils (4) in einem Fixierteil (30) fixiert ist, das in einer Bohrung einer Seite eines Halteteils (18) angeordnet ist, die dem Abstreckteil (2) abgewandt ist, dass die Druckfedern (19) in Ausnehmungen der anderen Seite des Halteteils (18) angeordnet sind und mit ihren aus den Ausnehmungen herausragenden Enden auf das Fixierteil (30) einwirken.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (18) in einem Werkzeughülsenteil (16) eines oberen Matrizenteils montiert ist, das zum Abstrecken in Richtung auf das Abstreckteil (2) axial bewegbar ist.