DE19915879A1 - Verfahren zur Herstellung von Gleichlaufgelenken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Außenteiles eines Gleichlaufgelenks, wobei das Außenteil im fertigen Zustand einen Hohlraum mit einer zylinderförmigen Innenwandung aufweist, in der schräg zur Zylinderachse verlaufende und gegeneinander geneigte Kugellaufbahnen (1c) vorgesehen sind. Zuerst wird in ein kelchförmiges Vorwerkstück für das Außenteil mit einer konisch verlaufenden Innen- und Außenwandung sowie vorgeformten Kugellaufbahnen in der Innenwandung axial ein Taumelpreßstempel (4) eingeführt. Das Vorwerkstück (1a) wird mittels des auf den Boden des Hohlraumes aufsitzenden Taumelpreßstempels (4) durch eine Öffnung in einem Außenwerkzeug (2) gedrückt (Einziehvorgbang), wodurch das Vorwerkzeug (1a) derart kalt verformt wird, daß die Innenwandung des Hohlraums (2) in eine zylindrische Form gebracht wird. Danach werden das Außernwerkzeug (2) und der eine kegelstumpfförmige Außenkontur aufweisende Taumelpreßstempel (4), der auf seiner Außenseite den Kugellaufbahnen (1c) entsprechende Erhebungen (4a) aufweist und einen geringeren Durchmesser als der zylindrische Hohlraum des eingezogenen Vorwerkstücks (1a) hat, relativ zueinander in eine taumelnde Kreisbewegung versetzt, derart, daß sich die Erhebungen (4a) des Taumelpreßstempels (4) pressend und materialumformend über die vorgeformten Kugellaufbahnen (1c) an der Innenwandung des Hohlraumes (2) bewegen. Daraufhin wird der Taumelpreßstempel (4) aus dem derart nachbearbeiteten Vorwerkstück (1a) axial ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Außenteilen von Cross Groove-Gleichlaufgelenken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Gleichlaufgelenken dieser Art, die z. B. in der Veröffentlichung "Universal Joint and Driveshaft Design Manual, Advances in Engineering Series No. 7" der Society of Automotive Engineers, Inc. beschrieben sind, hat das Außenteil eine zylinderförmige Innenkontur, wobei in dieser längliche Ausnehmungen angebracht sind. Sie bilden Kugellaufbahnen für die in einem Käfig des Innenteiles angeordneten Kugeln. Die zylinderförmige Innenkontur das Gelenkaußenteiles weist naturgemäß keinen Hinterschnitt auf. Dennoch ist eine Trennung von Außenteil und Innenteil des Gleichlaufgelenkes nicht ohne weiteres möglich, da die Kugellaufbahnen nicht achsparallel und außerdem geneigt zueinander verlaufen.

Ein Verfahren zur Herstellung von Gelenkaußenteilen der eben beschriebenen Art ist in der Patentschrift EP 0 270 538 beschrieben. Ein Vorwerkstück weist dabei die Form eines zum offenen Ende hin divergierenden Kelches auf, wobei in seiner Innenseite die Kugellaufbahnen schon vorgeformt sind. Durch pressendes Einziehen des Vorwerkstückes in eine zylinderförmige Öffnung eines Außenwerkzeuges, wird das Vorwerkstück so verformt, daß es schließlich eine zylinderförmige Innenkontur aufweist. Die benötigte Kraft wird dabei über einen Preßstempel ausgeübt, der aus mehreren gegeneinander beweglichen Segmenten gebildet ist. Diese weisen gegeneinander geneigte Erhebungen auf. In einen in dem Preßstempel befindlichen Hohlraum wird vor dem Pressen des Vorwerkstückes ein Spreizkörper axial eingeführt, der die Segmente in ihrer Betriebsstellung hält. Beim Einziehen und Verformen des Vorwerkstückes üben die Erhebungen der Segmente Druck auf die Innenseite des Vorwerkstückes aus und wirken kaltverformend auf die gegeneinander geneigten Kugellaufbahnen.

Zum Entfernen des Preßstempels aus dem so bearbeiteten Gelenkaußenteil wird zuerst der Spreizkörper aus dem Preßstempel entfernt. Infolge dessen schwenken die Segmente in Richtung der Zentralachse der gesamten Anordnung und gelangen so außer Eingriff mit den Kugellaufbahnen. In einem zweiten Schritt können dann auch die Segmente aus dem fertigen Werkstück entfernt werden.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Außenteilen von Gleichlaufgelenken ist aus der deutschen Patentschrift DE 196 37 839 bekannt, das sich allerdings auf die Herstellung von sog. Rzeppa-Gleichlaufgelenken beschränkt. Im Gegensatz zu den Cross Groove-Gelenkaußenteilen verlaufen die Kugellaufbahnen bei diesem Gelenktyp in axialer Richtung. Eine axiale Trennung von Außen- und Innenteil des Gleichlaufgelenkes wird hier dadurch verhindert, daß entweder die Kugellaufbahnen und/oder die Käfigführungsfläche einen axialen Hinterschnitt aufweisen. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Vorwerkstück ebenfalls einem Arbeitsgang durch Kaltverformung unterzogen. Dies geschieht durch einen segmentweise unterschiedlich konvex gekrümmten Taumelpreßstempel, der zuerst in den Hohlraum des in einem Außenwerkzeug gelagerten und fixierten Vorwerkstückes eingetaucht wird. Aufgrund der unterschiedlichen Krümmungen der Segmente weist der Taumelpreßstempel an seiner Oberfläche rippenförmige Konturen auf, die zur Bearbeitung der Kugellaufbahnen verwendet werden.

Der Taumelpreßstempel wird dann in eine Taumelbewegung versetzt, wobei er in mehreren kreisförmigen Umläufen über die zu verformenden Flächen des Vorwerkstückes abgewälzt wird. Der Taumelpunkt dieser Bewegung liegt dabei knapp unterhalb der Unterseite des Vorwerkstückes. Während des Taumelpressens wird jeweils nur ein geringer Bereich der zu verformenden Kugellaufbahnen verformt. Sind bei dem Vorwerkstück die gewünschten Verformungen erreicht, wird der Taumelvorgang beendet und der Taumelpreßstempel wieder entfernt. Vorteilhaft ist bei diesem bekannten Verfahren, daß ein einteiliger Taumelstempel verwendet werden kann, der preisgünstiger als ein mehrteiliger Segmentstempel herstellbar ist und eine höhere Präzision bei der Herstellung von Gelenkaußenteilen gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das für die Herstellung von Rzeppa- Gleichlaufgelenken bekannte Taumelverfahren mit einteiligem Taumelpreßstempel auch für die Herstellung von Cross Groove-Gleichlaufgelenken anzuwenden.

Die Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 angegebenen Verfahren gelöst und zwar unter Anwendung eines Taumelpreßstempels mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8. Der erfindungsgemäße Taumelpreßstempel hat - in einer senkrecht zu seiner Achse gerichteten Projektion - geradlinige Projektionskanten und ist besonders einfach und preisgünstig herstellbar.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnungen des Vorwerkstückes, des Außenwerkzeuges und des Taumelpreßstempels zu Beginn eines Verfahrens zur Herstellung des Außenteiles eines Cross Groove-Gelenkes;

Fig. 2a das Einziehen des Vorwerkstückes in das Außenwerkzeug;

Fig. 2b im Schnitt die Anordnung des Taumelpreßstempels in dem Vorwerkstück während des Einziehens;

Fig. 3a die Umformung des Vorwerkstückes durch den Taumelpreßstempel;

Fig. 3b im Schnitt die Anordnung des Taumelpreßstempels in dem Vorwerkstück während des Taumelpressens;

Fig. 4 ein fertiges Cross Groove-Gelenkaußenteil in Aufsicht.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens sei zunächst anhand der Fig. 1 bis 3b näher erläutert.

Das Vorwerkstück 1, dessen Oberteil 1a zu Beginn die Form eines zum offenen Ende hin divergierenden Kelches aufweist wird in einem ersten Schritt, der in Fig. 1 dargestellt ist, in einer sich nach unten verengenden, trichterförmigen Öffnung 2a des Außenwerkzeuges 2 einer Taumelpresse zentrisch zu Maschinenachse angeordnet. An der Innenwandung des Oberteiles 1a sind bereits die Kugellaufbahnen 1c vorgeformt. Im unteren Bereich weist das Vorwerkstück 1 einstückig einen in Achsrichtung verlaufenden Zapfen 1b aus. Zur Stabilisierung ist dieser Zapfen 1b von einem in axialer Richtung verschiebbaren Mantel 3 umschlossen, an dessen Oberkante auch das kelchförmige Oberteil 1a des Vorwerkstückes 1 aufliegt. Um ein Verdrehen des Vorwerkstückes 1 während des anschließenden Taumelprozesses zu vermeiden, kann der Zapfen 1b an seiner Oberfläche eine nicht weiter dargestellte Verzahnung aufweisen, die in eine entsprechende Verzahnung des Mantels 3 greift. Denkbar wäre aber auch, daß der Zapfen 1b im Querschnitt gesehen eine unrunde Form aufweist.

Auf den Boden des Oberteiles 1a wird anschließend ein Taumelpreßstempel 4 zentrisch zur Maschinenachse aufgesetzt. Dieser Taumelpreßstempel 4 ist in seinem unteren Bereich kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei an seiner Außenseite einstückig den Kugellaufbahnen 1c entsprechende linienartige Erhebungen 4a angeordnet sind, die in Längsrichtung gegenüber der Kegelstumpfachse des Taumelpreßstempels 4 geneigt sind. Der trichterförmige Abschnitt 2a des Außenwerkzeuges 2 wird durch einen zylinderförmigen zweiten Abschnitt 2b fortgesetzt, dessen Form der Außenkontur des fertigen Oberteiles 1a des Gelenkaußenteiles entspricht. Durch Ausüben eines Axialdruckes über den Taumelpreßstempel 4 wird das Vorwerkstück 1 nach unten gepreßt, wobei das kelchförmige Oberteil 1a von dem trichterförmigen Abschnitt 2a in den zylinderförmigen Abschnitt 2b des Außenwerkzeuges 2 eingezogen wird und der Zapfen 1b sowie der ihn umschließende Mantel 3 weiter nach unten geschoben werden. Dabei richten sich die Seitenwände des Oberteiles 1a so auf, daß sie am Ende des Einziehens parallel zur Maschinenachse verlaufen und die Innenwandung des Hohlraumes des Oberteiles 1a somit zylindrisch wird, wie dies der Fig. 2a entnommen werden kann. Die Form des Taumelpreßstempels 4 einschließlich seiner Erhebungen 4a ist dabei so gewählt, daß er nicht die Seitenwände des Oberteiles 1a berührt. Seine Anordnung in dem Vorwerkstück 1 während des Einziehens ist im Schnitt in Fig. 2b dargestellt.

Anschließend werden der Taumelpreßstempel 4 und das Vorwerkstück 1 relativ zueinander in eine taumelnde Kreisbewegung versetzt, wobei der Taumelwinkel α, d. h. der Winkel zwischen der Maschinenachse und der Achse des Taumelpreßstempels 4, einstellbar ist. Ist der Taumelwinkel α größer als 0°, schneiden sich die beiden Achsen im Taumelpunkt 5, der sich im dargestellten Beispiel oberhalb des Außenwerkzeuges 2 befindet. Der Taumelpreßstempel 4 wälzt sich dabei mit seiner Außenkontur an der zylindrischen Innenwandung des Hohlraumes ab. Er ist so ausgebildet, daß die das Oberteil 1a des Vorwerkstückes 1 bearbeitende Außenseite und auch die entsprechende Erhebung 4a parallel zur Maschinenachse und zu den bereits aufgerichteten Seitenwänden des Oberteiles 1a verlaufen. Dies wird durch die gewählte Kegelstumpfform unter Berücksichtigung der Parameter der Taumelbewegung erreicht. Die relative Anordnung zwischen den Seitenwänden des Oberteiles 1a, dem Taumelpreßstempel 4 und den Erhebungen 4a ist in seitlicher Ansicht in Fig. 3a und im Schnitt in Fig. 3b dargestellt.

Mit der eben beschriebenen Ausgestaltung wird erreicht, daß der Taumelpreßstempel 4 während des Austaumelns das Vorwerkstückes 1 immer über die ganze Höhe der Seitenwand des Oberteiles 1a bearbeitet. Dies erlaubt sowohl eine äußerst präzise als auch eine sehr effektive Bearbeitung, so daß mit diesem Verfahren eine konturnahe Form an der Innenseite des kelchförmigen Oberteiles 1a erzielt werden kann, die durch das Einziehen und Pressen alleine nicht erreichbar wäre. Insbesondere entfallen spanabhebende Nachbearbeitungen des Vorwerkstückes 1, wodurch der Zeitaufwand der Produktion und auch die Herstellungskosten eines Gelenkaußenteiles deutlich reduziert werden.

Nach Beendigung des Taumel-Bearbeitungsprozesses wird der Taumelpreßstempel 4 aus dem fertigen Werkstück 1 herausgezogen. Wie auch beim Einziehen des Vorwerkstückes 1 wird dabei der Taumelpreßstempel 4 parallel zur Maschinenachse ausgerichtet, d. h. a ist gleich 0°. Dementsprechend muß bei der Ausgestaltung des Taumelpreßstempels 4 berücksichtigt werden, daß dessen Außenkontur einschließlich der sich an der Oberfläche des kegelstumpfförmigen Abschnittes befindenden linienartigen Erhebungen 4a, nicht einen größeren Durchmesser wie der Hohlraum des fertigen Gelenkaußenteiles aufweisen darf.

Abschließend wird der Mantel 3 wieder nach oben geschoben, so daß das fertige Werkstück 1 einfach aus der trichterförmigen Öffnung 2a des Außenwerkzeuges 2 entnommen oder ausgestoßen werden kann. Das auf diese Weise hergestellte Außenteil eines Cross Groove-Gelenks ist in Fig. 4 in Aufsicht dargestellt.

Die Form des hier vorgeschlagenen Taumelpreßstempels zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein möglichst großer Kontakt zwischen dem Taumelpreßstempel und dem Werkstück erreicht wird, womit eine sehr effektive Bearbeitung des Werkstückes ermöglicht wird. Ferner ist ein Taumelpreßstempel dieser Form nicht nur kostengünstiger und einfacher, sondern auch mit niedrigeren Fehlertoleranzen als der aus dem Herstellungsverfahren für Außenteile eines Rzeppa-Gleichlaufgelenkes bekannte Segment- oder Spreizstempel herzustellen.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß bei dem oben beschriebenen Verfahren verschiedene Typen von Taumelpressen eingesetzt werden können. Die gebräuchlichsten Taumelpressen werden nach ihren Werkzeugbewegungen in mehrere Typen klassifizieren.

Bei der Taumelpresse vom Typ 1 führt das Außenwerkzeug 2 mit dem darin eingelegten Werkstück 1 eine angetriebene Rotationsbewegung um die Maschinenachse aus. Der Taumelpreßstempel 4 dreht sich synchron zur Rotationsbewegung des Außenwerkzeugs 2 um die um den Taumelwinkel α geneigte Taumelachse mit. Eine Translationsbewegung, die einer Hubbewegung während des Umformvorganges entspricht, wird ebenfalls durch den Taumelpreßstempel 4 hydraulisch eingeleitet. Diese Translationsbewegung wird ausgeführt, um den Taumelpreßstempel 4 zu jedem Zeitpunkt auf einer geeigneten Höhe gegenüber dem Werkstück 1 zu halten. Ist die Rotationsbewegung des Taumelpreßstempels 4 nicht angetrieben, d. h. dreht sich dieser frei um die Taumelachse mit dem Werkstück 1 mit, so spricht man von der Taumelpresse Typ 1A. Wird hingegen die Rotationsbewegung des Taumelpreßstempels 4 zusätzlich angetrieben, so wird diese Taumelpresse Typ 1B genannt.

Die Taumelpresse vom Typ 2 besitzt ein festes Außenwerkzeug 2, das weder Translations- noch Rotationsbewegungen ausführen kann. Das Werkstück 1 ist während des gesamten Bearbeitungsvorganges stationär. Der Taumelpreßstempel 4 führt dafür insgesamt drei Bewegungen aus, eine Rotation um die Taumelachse, eine Taumelbewegung um die Maschinenachse, sowie eine hydraulisch angetriebene Hubbewegung in axialer Richtung.

Typ 3 Taumelpressen, stellen dagegen die gängigste Art von Taumelpressen dar. Hier erfolgt die hydraulisch angetriebene Hubbewegung durch einen Zylinder im unteren Teil der Maschine. Die Translationsbewegung wird also durch das Außenwerkzeug ausgeführt. Die Taumelbewegung wird durch den Taumelpreßstempel 4 eingeleitet, Außenwerkzeug 2 und Werkstück 1 bleiben hinsichtlich der Rotationsbewegung stationär.

Allgemein kann bei allen oben genannten Typen der Taumelpunkt 5 mathematisch gesehen auch unendlich weit entfernt liegen, was zu einer walzenden Bewegung führt (Taumelwinkel α = 0°). Diese Walzbewegung stellt somit einen Extremfall einer Taumelbewegung dar.

Unabhängig vom Typ der verwendeten Taumelpresse kommt es allerdings für das erfindungsgemäße Verfahren nur darauf an, daß das Außenwerkzeug 2 relativ zu dem Taumelpreßstempel 4 eine taumelnde Kreisbewegung durchführt. Wie die einzelnen Bewegungskomponenten der Taumelbewegung auf die verschiedenen Werkzeugteile der jeweils verwendeten Taumelpresse aufgeteilt werden, ist dabei grundsätzlich unerheblich.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung des Außenteiles eines Gleichlaufgelenks, wobei das Außenteil im fertigen Zustand einen Hohlraum mit einer zylinderförmigen Innenwandung aufweist, in der schräg zur Zylinderachse verlaufende und gegeneinander geneigte Kugellaufbahnen (1c) vorgesehen sind, mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) in ein kelchförmiges Vorwerkstück (1a) für das Außenteil mit einer konisch verlaufenden Innen- und Außenwandung sowie vorgeformten Kugellaufbahnen (1c) in der Innenwandung wird axial ein Taumelpreßstempel (4) eingeführt,
• b) das Vorwerkstück (1a) wird mittels des auf den Boden des Hohlraumes aufsitzenden Taumelpreßstempels (4) durch eine Öffnung in einem Außenwerkzeug (2) gedrückt, so daß ein Einziehvorgang ausgeführt wird, bei dem das Vorwerkzeug (1a) derart kaltverformt wird, daß die Innenwandung des Hohlraumes eine zylindrische Form bekommt,
• c) danach werden das Außenwerkzeug (2) und der eine kegelstumpfförmige Außenkontur aufweisende Taumelpreßstempel (4), der auf seiner Außenseite den Kugellaufbahnen (1c) entsprechende Erhebungen (4a) aufweist und einen geringeren Durchmesser als der zylindrische Hohlraum des eingezogenen Vorwerkstückes (1a) hat, relativ zueinander in eine taumelnde Kreisbewegung versetzt, derart, daß sich die Erhebungen (4a) des Taumelpreßstempels (4) pressend und materialumformend über die vorgeformten Kugellaufbahnen (1c) an der Innenwandung des Hohlraumes bewegen,
• d) daraufhin wird der Taumelpreßstempel (4) aus dem Vorwerkstück (1a) axial herausgezogen und
• e) schließlich wird das fertige Gelenkaußenteil aus dem Außenwerkzeug (2) ausgestoßen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) das Außenwerkzeug (2) mit dem darin eingelegten Werkstück (1) eine angetriebene Rotationsbewegung um eine Maschinenachse ausführt und der Taumelpreßstempel (4) sich synchron zur Rotationsbewegung des Außenwerkzeugs (2) um die um einen Taumelwinkel α geneigte Taumelachse mitdreht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsbewegung des Taumelpreßstempels (4) zusätzlich angetrieben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Taumelwinkel α = 0° gilt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) das Außenwerkzeug (2) stationär ist und der Taumelpreßstempel (4) gleichzeitig eine Rotation um die Taumelachse, eine Taumelbewegung um die Maschinenachse und eine Hubbewegung in axialer Richtung ausführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) das Außenwerkzeug (2) eine Hubbewegung in axialer Richtung und der Taumelpreßstempel (4) gleichzeitig eine Rotation um die Taumelachse und eine Taumelbewegung um die Maschinenachse.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Taumelpunkt (5) der Taumelbewegung oberhalb des Bodens des Hohlraumes liegt.

8. Taumelpreßstempel (4) zur Herstellung des Außenteiles für ein Gleichlaufgelenk, welches einen Hohlraum mit einer zylinderförmigen Innenwandung aufweist, in der schräg zur Zylinderachse verlaufende gegeneinander geneigte Kugellaufbahnen (1c) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß er eine kegelstumpfförmige Außenkontur mit darauf angeordneten linienartigen Erhebungen (4a) aufweist, die schräg zur Kegelstumpfachse verlaufen und gegeneinander geneigt sind.