DE19751408C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Integralgehäuses für Hydrolenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Integralgehäuses für eine Hydrolenkung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.

Aus der DE 42 37 485 A1 ist es bekannt, eine solche Hydrolenkung aus einem zweigeteilten Gehäuse herzustellen. Dieses Gehäuse besteht aus einem Zylinderrohr mit Anschweißstutzen für die Hydraulikleitungen und einem Gehäuseteil zur Aufnahme von Lenkgetriebe und hydraulischem Steuerventil. Das Zylinderrohr wird üblicherweise aus einem Rohr hergestellt, das umgeformt und/oder bearbeitet ist. Daran werden Stutzen und/oder Haltebleche befestigt. Das Gehäuseteil ist in der Regel aus Aluminiumguss. Der Vorteil der Gesamtkonstruktion ist, dass der Hydraulikzylinder eine geringe Baugröße hat. Nachteilig ist der hohe Montageaufwand und der Fertigungsaufwand für die Pressverbindung. Außerdem entstehen zusätzliche Dichtstellen.

Allgemein ist bekannt, das Gehäuse für Hydrolenkungen auch als Integralgehäuse aus Alu-Guss herzustellen. Der Vorteil, der klar auf der Hand liegt, ist der geringere Montageaufwand. Als Nachteil sind der hohe Materialeinsatz, das große Bauvolumen, aufwendige Werkzeuge und damit verbunden hohe Werkzeugkosten zu nennen. Weiterhin ist der hohe Fertigungsaufwand durch eine erforderliche spanende Bearbeitung der Zylinderlauffläche von Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Integralgehäuses für eine Hydrolenkung anzugeben, mit dem unter Beibehaltung der Vorteile eines Integralgehäuses dieses ein niedrigeres Gewicht und weniger Bauraum aufweist und in kürzerer Fertigungszeit herstellbar ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von den Oberbegriffen in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Erfindungswesentlich ist, daß bei der Herstellung eines Integralgehäuses für Hydrolenkungen eine Kombination ausgewählter Verfahrensschritte zur Anwendung kommt. Zum einen ist es die ein- bzw. beidseitige Abdichtung des Hohlprofiles in der Nähe des durch Innenhochdruck umzuformenden Bereiches des Hohlprofils und nicht nur am Ende, wie es bisher üblich war. Zweitens kann der Innenhochdruck-Umformungsprozess mit gesteuertem axialem Nachschub des Materials durchgeführt werden, um eine Wandreduktion in kritischen Umformbereichen gering zu haften. Ein weiteres Kennzeichen des Verfahrens ist die Möglichkeit, die Abdichtung zum Durchstellen nach innen oder außen oder Abstrecken bestimmter Bereiche zu nutzen. Ergänzt werden die genannten Schritte durch ein damit verbundenes Stülpziehverfahren. An die verschiedenen Umformungen schließt sich eine mechanische Endbearbeitung an, die aber im Vergleich zum Integralgehäuse aus Al-Guß stark reduziert ist.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Kombination von ausgewählten Verfahrensschritten ergeben sich folgende Vorteile: Es ist keine Montage erforderlich, da ein Integralgehäuse hergestellt wird. Durch Wanddickenreduzierung in bestimmten Bereichen kann das Gewicht verringert und die Bauform kompakt gestaltet werden. Eine kompakte Bauform erfordert auch weniger Einbauraum, ein wichtiger Aspekt bei den beengten Platzverhältnissen im modernen Automobilbau. Durch den integrierten Stülpzug ist die gezielte Herstellung von Innenkonturen möglich. Die Schließkräfte für das Gesenk können verringert werden, da durch die gezielte Positionierung der Abdichtung in der Nähe des umzuformenden Bereiches nicht das ganze Teil unter Innenhochdruck gesetzt werden muss. Insgesamt kann mit diesem Verfahren die Fertigungszeit für die Herstellung eines Integralgehäuses verkürzt werden. Da das Integralgehäuse keine Fügestelle aufweist, ergibt sich insgesamt eine höhere Steifigkeit und es ist auch keine zusätzliche Abdichtung erforderlich.

Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung weist ein im Stirnseitenbereich des Gesenkes angeordnetes, durch radial verlaufende Stege unterteiltes Ringfugenelement auf. Dieses wirkt mit einem mit der Vorschubeinheit verbundenen, zungenartige Elemente aufweisenden weiteren Ringfugenelement zusammen. Durch das Zusammenwirken beider Ringfugenelemente kann die Ringfuge kontinuierlich geschlossen werden. Diese Anordnung ist für das gesteuerte axiale Nachschieben von Material von wesentlicher Bedeutung, da damit die Abdichtstelle mitwandern kann und die unterteilte Ringfuge eine ausreichende Abstützung über die Stege aufweist, so dass das Material des unter Innenhochdruck stehenden Hohlprofiles nicht in die Lücken zwischen den Stegen des Ringfugenelementes fließen kann. Die Abdichtstelle selbst wird gebildet durch den schon zuvor erwähnten Ring und einen an der Vorschubeinheit befestigten, in das Hohlprofil einschiebbaren Dorn. Dazu weist der Ring eine Innenkontur auf, die dem Dorn angepaßt ist. Für das Stülpziehverfahren ist in dem das Hohlprofil einem Innenhochdruck unterworfenen Bereich des Gesenks eine Stülpzieheinheit angeordnet. Diese weist einen Kolben auf, der in einer Ausnehmung des Gesenks verschiebbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Verschiebung des Kolbens quer zur Längsachse des Hohlprofils.

In weiterer Ausgestaltung kann der Kolben der Stülpzieheinheit von einem Ringkolben umfaßt sein. Der Ringkolben kann abhängig im sogenannten Huckepack-Verfahren oder unabhängig zum Kolben verschiebbar sein. Der mit dem Ring zusammenwirkende Dom weist einen Kopfabschnitt und einen daran anschließenden oder separaten Übergangsabschnitt auf, an dem ein im Durchmesser geringeres Zug- oder Zug-Druck-Element befestigt ist. Vorzugsweise ist das Zug-Druck-Element als Stange ausgebildet. Die vom Ring sich axial erstreckenden zungenartigen Elemente sind umfangsmäßig so positioniert, dass sie genau jeweils Lücken zwischen den Stegen des Ringfugenelementes gegenüberstehen.

In der Zeichnung werden anhand eines Ausführungsbeispieles das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Integralgehäuses für eine Hydrolenkung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Fig. 2 einen Schnitt A-A in Fig. 1 und

Fig. 3 im Längsschnitt ein Integralgehäuse nach der Umformung.

In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt und in Fig. 2 in einem Querschnitt eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Die wesentlichen Elemente dieser Vorrichtung sind ein aus zwei Gesenkhälften 1, 2 bestehendes Gesenk. In dem hier rechts liegenden Stirnseitenbereich des Gesenkes ist in jeder Gesenkhälfte 1, 2 ein mit radial verlaufenden Stegen 30, 31 (Fig. 2) unterteiltes Ringfugenelement angeordnet. Wahlweise kann das Ringfugenelement integraler Bestandteil der jeweiligen Gesenkhälfte 1, 2 oder als separater Einsatz ausgebildet sein. In Wirkverbindung mit diesem Ringfugenelement steht ein Ring 5, von dem sich axial Zungen 6 (Fig. 2) erstrecken, wobei die Zungen 6 ein weiteres Ringfugenelement bilden, die komplementär zu den Lücken zwischen den Stegen 30, 31 ausgebildet sind. Der Ring 5 ist in bezug auf das Ringfugenelement so positioniert, dass die Zungen 6 den Lücken zwischen den Stegen 30,31 genau gegenüberstehen, so dass beim Verfahren des Ringes 5 in Richtung Gesenk die Lücken kontinuierlich geschlossen werden. Zur Verdeutlichung des Ineinanderschiebens der Zungen 6 in die Lücken zwischen den Stegen 30, 31 sind in der oberen Gesenkhälfte im Bereich des Ringes 5 gestrichelte Linien eingezeichnet. Die im Bild weiter links liegende gestrichelte Linie soll als unsichtbare Körperkante das axiale Ende der Stege 30, 31 und die im Bild weiter rechts liegende gestrichelte Linie soll als unsichtbare Körperkante den axialen Anfang der Zungen 6 andeuten. Der Ring 5 ist mit einer Spann- und Vorschubeinheit 9 verbunden, beispielsweise über Stangen 7, 8. An der Spann- und Vorschubeinheit 9 ist in der Mitte eine Stange 12 befestigt, deren vorderer Endbereich mit einem Dom 21 verbunden ist. Der Dom 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen zylindrisch ausgebildeten Kopfabschnitt 10 und einen Übergangsabschnitt 11 auf, der mit der Stange 12 verbunden ist. In einer Ausnehmung 13 der unteren Gesenkhälfte 2 ist eine Stülpzieheinheit 14 angeordnet. Diese besteht im wesentlichen aus einem zentral angeordneten Kolben 15, sowie einem diesen umfassenden Ringkolben 16. Beide Kolben 15, 16 sind beispielsweise unabhängig voneinander verschiebbar. Beispielhaft ist in dieser Vorrichtung ein umzuformendes Hohlprofil 17 eingelegt. Die linke Abdichtung übernimmt ein in das Gesenk eingefahrener Dichtstempel 18, der zum Befüllen des Hohlraumes 19 eine Bohrung 20 aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Integralgehäuses für Hydrolenkung weist folgende Arbeitsschritte auf.

Als Ausgangsprodukt wird ein Hohlprofil 17 in das zwei Gesenkhälften 1, 2 aufweisende Gesenk eingelegt und mittels einer hier nicht dargestellten Presse das Gesenk geschlossen. Das hier links liegende offene Ende des Hohlprofiles 17 wird durch das Einfahren des Dichtstempels 18 geschlossen. Die rechte Seite wird nicht am Ende, sondern weiter innenliegend abgedichtet. Dazu wird mittels der Spann- und Vorschubeinheit 9 der Dorn 21 in das Hohlprofil 17 eingefahren. Der rechte Endbereich des Hohlprofiles 17 wird durch Einschieben des Ringes 5 eingezogen. Dazu weist der Ring 5 eine entsprechende Innenkontur auf. Die Bewegung des Ringes 5 ist unabhängig von der Bewegung des Dornes 21. Durch leichtes Zurückziehen des Domes 21 gegen den gebildeten Absatz 22 wird die erforderliche Abdichtung auf dieser Seite erreicht. Über die Bohrung 20 des Dichtstempels 18 wird der Hohlraum 19 des Hohlprofiles 17 mit einem Fluid befüllt. Danach erfolgt mittels eines Innenhochdruck-Umformungsprozesses mit gesteuertem axialem Nachschieben die vorgesehene Umformung des Hohlprofiles 17. Mit gestrichelten Linien ist die Anformung der Auswölbung 23 in der oberen Gesenkhälfte 1 angedeutet. Das axiale Nachschieben des Materials kann über den Dichtstempel 18 und/oder durch die bewegbare Dorn-21 Ring 5- Abdichtung erfolgen. In der gleichen Aufspannung wird mittels der Stülp-Zieheinheit 14 die gewünschte Anformung eines Abzweiges hergestellt. Die abdichtende Vorspannung zwischen Dorn 21 und Ring 5 wird durch leichtes Vorschieben des Domes 21 verringert. Durch Zurückfahren dieser Abdichteinheit 5, 21 wird der rechtsliegende Endbereich des Hohlprofiles 17 abgestreckt. An definierter Stelle wird der Ring 5 entfernt und die Wand in diesem Bereich ohne Reduzierung durch das Ziehen des Dornes 21 nach außen durchgestellt. Der Dichtstempel 18 wird zurückgefahren und das Gesenk 1, 2 geöffnet und das umgeformte Teil entnommen.

In Fig. 3 kann man besser die einzelnen in der Vorrichtung vorgenommenen Umformschritte erkennen. Im hier links liegenden Teil ist die durch den Innenhochdruck-Umformungsprozess hergestellte kugelartige Auswölbung 23 und gegenüber die Einstülpung 24 mittels der Stülp- Zieh-Einheit 14 dargestellt. Im rechtsliegenden Endbereich 25 erfolgt ein Abstrecken bis zu einem die Ausgangswanddicke aufweisenden Endabschnitt 26. Nach dem Herausnehmen des umgeformten Teiles aus dem Gesenk erfolgen weitere kleine Umformungen wie z. B. die Anformung einer Sicke und abschließend eine mechanische Endbearbeitung. Da dies nicht der Kernpunkt der Erfindung ist, wird auf eine Erläuterung und Darstellung der abschließenden Verfahrensschritte verzichtet.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines Integralgehäuses für eine Hydrolenkung, bestehend aus einem Gehäuseabschnitt zur Aufnahme eines ein Ritzel und ein Zahnstangenteil aufweisenden Lenkgetriebes und einem daran anschließenden Gehäuseabschnitt für die Anordnung einer hydraulischen Lenkunterstützung durch Innenhochdruckumformung eines kalt umformbaren Hohlprofils (17), wobei das Hohlprofil in ein zwei Gesenkhälften (1, 2) aufweisendes Gesenk eingelegt und das Gesenk anschließend geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. zunächst das eingespannte Hohlprofil (17) beidseitig in der Nähe des durch Innenhochdruck umzuformenden Gehäuseabschnittes zur Aufnahme des Ritzels abgedichtet wird,
• 2. danach ein Innenhochdruck in den umzuformenden Bereich des abgedichteten Hohlprofils (17) aufgebracht wird und mindestens dieser Bereich einem kombinierten Innenhochdruck-Stülpziehverfahren unterworfen wird bei axial gesteuerter Nachführung von Material des Hohlprofils (17) und
• 3. anschließend der dem Innenhochdruck nicht unterworfene Bereiche kalibriert, durchgestellt und/oder abgestreckt wird und
• 4. abschließend das umgeformte Hohlprofil (17) dem Gesenk entnommen und ggf. einer weiteren mechanischen Endbearbeitung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenhochdruck-Stülpziehverfahren mit einer Innenhochdruck- Kalibrierung kombiniert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Hauptumformung weitere lokale Umformungen anschließen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abdichten der dem Innenhochdruck nicht unterworfene Bereich im Außenmaß verringert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Gesenk (1, 2) mit mindestens zwei Gesenkhälften und einer Spann- und Vorschubeinheit mit abgehenden Zug-Druck-Mitteln, sowie das Hohlprofil (17) verschließenden Dichtelementen, dadurch gekennzeichnet, dass der der Spann- und Vorschubeinheit (9) zugewandte Stirnseitenbereich des Gesenks (1, 2) ein durch radial verlaufende Stege (30, 31) unterteiltes Ringfugenelement aufweist, dessen zwischen den Stegen (30, 31) liegende Lücken kontinuierlich durch einen mit der Vorschubeinheit (9) verbundenen, zungenartige Elemente (6) aufweisenden Ring (5) verschließbar sind und an der Vorschubeinheit (9) ein axial bewegbarer, an dem Zug-Druck-Mittel befestigter, in das Hohlprofil (17) einschiebbarer und mit dem Ring (5) zusammenwirkender Dorn (21) angeordnet ist und das Gesenk (1, 2) in dem Bereich, in dem das Hohlprofil (17) einem Innenhochdruck unterworfen wird, mit einer Stülpzieheinheit (14) versehen ist, wobei die zungenartigen Elemente (6) des Ringes (5) ein Ringfugenelement bilden, das mit dem weiteren durch Stege (30, 31) unterteilten Ringfugenelement zusammenwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (5) eine dem Dorn (21) angepaßte Innenkontur aufweist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (21) einen Kopfabschnitt (10) und einen sich daran anschließenden oder separaten Übergangsabschnitt (11) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stülpzieheinheit (14) einen verschiebbaren Kolben (15) aufweist, der in einer im Gesenk angeordneten Ausnehmung (13) geführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15) von einem Ringkolben (16) umfaßt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (5) über ein Zug- oder Zug-Druck-Mittel mit der Vorschubeinheit (9) verbunden und abhängig oder unabhängig davon der Dorn (21) axial verschiebbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zug-Druck-Mittel des Ringes (5) mindestens zwei Stangen (7, 8) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zug-Druck-Mittel des Ringes (5) ein das Hohlprofil (17) umfassendes Rohr ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zug-Druck-Element des Dornes (21) eine Stange (12) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, dass das im Stirnseitenbereich des Gesenkes (1, 2) angeordnete Ringfugenelement integraler Bestandteil des Gesenkes (1, 2) ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringfugenelement in Form eines separaten Einsatzes in einer im Stirnseitenbereich angeordneten Ausnehmung des Gesenkes (1, 2) angeordnet ist.