DE3201640A1

DE3201640A1 - Einrichtung zum formen von mindestens einer nut mit kurvenfoermiger achse und kreisfoermigem querschnitt

Info

Publication number: DE3201640A1
Application number: DE19823201640
Authority: DE
Inventors: Michel Alexandre 78700 Conflans Ste Honorine Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1981-01-21
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1982-08-19
Also published as: FR2498097A1; FR2498097B1; US4430873A; JPH0147260B2; JPS57142732A

Description

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Patentanwälte

Dipl.-Ing· ^Ε· ^Eder *

CiDl.-mg. K. Schtesctts

BCCO München 40, EllsabeUistr. 34

GLAENZER SPIC ER F-78301 Poissy

Einrichtung zum Formen von mindestens einer Nut mit kurvenförmiger Achse und kreisförmigem Querschnitt

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Formen einer Nut mit kurvenförmiger Achse und kreisförmigem Querschnitt in einem Werkstück, bestehend aus einer Werkstückeinspannvorrichtung, einem Formwerkzeug mit einem Kugelträger, an dessen freiem Ende eine seitlich vorspringende Kugel angeordnet ist und Elementen zur Verschiebung des Kugelträgers. Die Einrichtung dient insbesondere zur Ausbildung torischer Wälzbahnen in dsn Glockenteilen von kraftübertragenden Gelenken in Tripod-Bauart.

Gleitgelenke in Tripod-Bauart für die seitlichen Transmissionswellen von Kraftfahrzeugen mit Vorderradantrieb weisen ein Glockenteil auf, welches drei aus jeweils paarweise vorgesehenen Rollflächen bestehende Wälzbahnen mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, auf welchen drei auf dem Tripodelement des Gelenks gelagerte Rollkörper sphärischer Außengestalt abwälzen.

Soll der mittlere Arbeitswinkel dieser Gelenke groß sein, so werden zur Herabsetzung zylindrischer Schwankungen der Reibungskräfte zweckmäßigerweise statt der klassischen Wälzbahnen mit

geradlinigen zur Rotationsachse parallelen Achsen torische Wälzbahnen ausgebildet, deren Mittelpunktlinie bzw. Achse einen Umkreis beschreibt, dessen Radius in der Größenordnung des doppelten Abstands zwischen dem Mittelpunkt der Rollkörper und der Rotationsachse bei ausgerichteter Stellung des Gelenks liegt.

Axial festgelegte Gelenke in Tripod-Bauart, die einen großen Knickwinkel für den Antrieb von Lenk- und Antriebsrädern ermöglichen, gestatten außerdem eine größere Winkelbeweglichkeit wenn ihre Wälzbahnen torisch ausgebildet und entweder auf die Rotationsachse zentriert sind oder einen größeren Radius aufweisen.

Es bietet jedoch Schwierigkeiten, solche torischen Wälzbahnen in wirtschaftlicher Serienfertigung auszubilden. Die beiden einander gegenüberliegenden Rollflächen kreisförmigen Querschnitts müssen mit hoher Oberflächengüte und in exakter Konzentrizität ausgebildet werden, und hierfür sind die zur Herstellung der geradlinigen Wälzbahnen in üblichen Gelenken in Tripod-Bauart dienenden Kaltformeinrichtungen nicht geeignet.

Nach einer bekannten Einrichtung (FR-PS 1 477 521) zur Formung von Nuten mit kurvenförmiger Achse werden die Formkugeln über Flächen hoher Härte geführt, was deren raschen Verschleiß zur Folge hat, so daß die Formungspräzision zu wünschen übrig läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Formung torischer Wälzbahnen und allgemein von Nuten mit kurvenförmiger Achse und kreisförmigem Querschnitt zu schaffen, welche auf einfache und wirtschaftliche Weise die Ausbildung solcher Wälzbahnen mit verbesserter Oberflächengüte in hoher Stückzahl im Kaltformverfahren unter geringem Verschleiß der Kugeln ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Einrichtung

mindestens
zum Formen/einer Nut mit kurvenförmiger Achse und kielsformigem Querschnitt in einem Werkstück gemäß der vorstehend beschriebenenen bekannten Konstruktion vor, die dadurch gekenrasichnet ist, daß ein Gelenkviereck mit seiner einen Seite fest mit der Werkstückeinspannvorrichtung verbunden ist und daß der Kugelträger an seinem der Kugel abgewandten Seite an der der Einspannvorrichtung abgewandten Seite des Gelenkvierecks befestigt ist.

Gemäß einer besonderen Ausfuhrungsform zur gleichzeitigen Ausbildung mehrerer kurvenförmiger Längsnuten in einem rotationssymmetrischen Werkstück, insbesondere im Glockenteil eines Gelenks in Tripod-Bauart, ist die Einspannvorrichtung mit einer axialen Auflageschulter für das Werkstück ausgebildet. Am Umfang der Einspannvorrichtung verteilt sind Gelenkvierecke in den herzustellenden Wälzbahnen entsprechender Anzahl angeordnet, und die Kugelträger sind durch die Verschiebeelemente gleichzeitig betätigbar.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein in der Einrichtung

nach der Erfindung zu bearbeitendes Werkstück in Form eines Glockenteils eines Gelenks in Tripod-Bauart;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Formeinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch die Einrichtung gemäß Linie 3-3 in Fig. 2.

Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Bearbeitung des Glockenteils eines Gelenks in Tripod-Bauart bestimmt.

Die in Fig. 2 und 3 gezeigte Einrichtung dient zur Ausbildung dreier torischer Wälzbahnen in Form dreier Rollflächenpaare in einem Werkstück, z.B. in einem Glockenteil eines Gelenks (Fig. 1 und 2).

Das Werkstück 1 besteht aus einem zylindrischen Hülsenabschnitt 2, der am einen Ende offen ist und am anderen Ende einen geschlossenen Boden 3 aufweist, an welchen sich außen ein axialer Schaft 4 zur Verbindung des Glockenteils mit einer Drehspindel anschließt. Von seinem offenen Ende her ist der Hülsenabschnitt durch drei sich im Abstand von 120 erstreckende Längseinschnitte 5 unterteilt, welche durch jeweils paarweise einander gegenüberlfegende, zueinander und zur Achse X-X des Hülsenabschnitts parallele ebene Flächen 6 begrenzt sind. Die Einschnitte 5 erstrecken sich bis in die Nähe des Hülsenbodens 3.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, besteht die Formeinrichtung 7 für die torischen Wälzbahnen im wesentlichen aus einer Werkstückeinspannvorrichtung 8, drei kugeltragenden Formwerkzeugen 9 und einer Verschiebeeinrichtung 10.

Die Einspannvorrichtung 8 weist einen am Boden festgelegten Sockel 11 auf, auf welchem eine sehr starre Mantelhülse 12 montiert ist. Die Mantelhülse ist mit einer von ihrem oberen Ende ausgehenden Gegenbohrung 13 ausgebildet, in deren unterem Ende ein zylindrisches Aufnahmeelement 14 spielfrei aufnehmbar ist. In der Gegenbohrung 13 sitzt spielfrei ein Futter 15, in welchem mit einem Zwischenabstand von 120 drei Längsschlitze 16 ausgebildet sind, die sich in Länge und Breite mit den drei Einschnitten 17 in der Mantelhülse 12 decken. Das Futter 14 wird

durch einen aufgesetzten Ring 18 gehalten, der seinerseits über einen in das obere offene Ende der Gegenbohrung 13 eingeschraubten Gewindering 19 gesichert ist. Der Innendurchmesser des Futters entspricht dem Außendurchmesser des Werkstückes 1, wobei seine Abmessung zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des zylindrischen Aufnahmeelementes 14 liegt.

Jedes Formwerkzeug 9 besteht aus drei Hebelarmen 20, 21, 22, einem Kugelträger 23 und einer Kugel 24. Die zwei identisch ausgebildeten Arme 20 und 21 sind an ihrem einen Ende an übereinanderliegend angeordneten Bolzen 25 und 26 angelenkt, welche im gleichen Abstand zur Achse Y-Y des Hülsenabschnitts 2 in einer an einer Außenabflachung der Mantelhülse 12 befestigten Montageplatte 12a sitzen. Der Arm 22 ist mit den freien Enden der Arme 20 und 21 gelenkig verbunden und bildet somit den beweglichen, senkrechten Arm bzw. die Koppel eines Gelenkparallelogramms

Der Kugelträger 23 ist als senkrechte Platte mit einer horizonta· len Verlängerung ausgebildet, die an ihrem äußeren Ende am Mittelabschnitt des Arms 22 befestigt ist und an ihrem anderen Ende einen nach oben vorspringenden Ansatz 28 mit einer horizontalen Oberfläche sowie eine nach unten weisende sphärische Ausnehmirg 29 aufweist. Über eine Schraube 30a ist am Kugelträger 23 ein Halteelement 30 in Verlängerung dsr Ausnehmung 29 derart befestigt, daß die Kugel 24 frei drehbar gehalten wird. Mit seinem Mittelabschnitt erstreckt sich der Kugelträger 23 durch die Schlitze 16 und 17 im Futter 15 bzw. der Mantelhülse 12, die ihm als Führung in seiner vertikalen Translationsbewegung dienen.

Die Breite der Schlitze 16 und 17 bzw. der entsprechend bemessenen Breite der Einschnitte 5 im Werkstück 1 ist kleiner als der Durchmesser der Kugeln 24.

Die Verschiebevorrichtung 10 besteht aus einem Stößel 31, der gleitbar im Ring 18 und im Futter 15 angeordnet ist und an seinem unteren Ende drei axial vorspringende Nasen 32 mit einer horizontalen Unterfläche aufweist, welche jeweils in der Radial-

ebene eines Schlitzpaares 16, 17 liegen. Der Hub des Stößels 31 wird durch eine Schraube 33 geführt, welche sich radial durch die Mantelhülse 12 und den Ring 18 erstreckt und in eine Längsnut 34 des Stößels eingreift.

Über ein Paßstück 35 ist der Stößel 31 an seinem oberen Ende mit einer Preßplatte 36 verbunden. Durch eine Mittelbohrung des Stößels erstreckt sich ein Schaft 37, der mit dem Stößel an

über
seinem oberen Ende aufgeschraubte Muttern 38 gesichert und an seinem unteren, unterhalb der Nasen 32 des Stößels liegenden Ende verdickt ausgebildet ist. Dieses verdickte Ende 39 schließt sich über eine konkave Fläche 40 mit einem abgerundeten Profil an den gleichmäßigen Schaftabschnitt 37 an.

In den Schlitzen 16 und 17 gegenüberliegenden radialen Mittelebenen erstrecken sich exzentrisch zur Achse Y-Y Längsbohrungen durch den Stößel 31, in welchen drei Auswerferdorne 41 angeordnet sind. An ihrem oberen Ende sind die drei Auswerferdorne 41 jeweils mit einem (nicht dargestellten), in der Preßplatte gelagerten Kolben verbunden.

Um in dem Werkstück 1 im Kaltformverfahren drei torische Wälzbahnen herzustellen, wird das Werkstück mit der öffnung nach oben außerhalb der Formeinrichtung 7 auf das zylindrische Aufnahmeelement 14 gesetzt. Zu diesem Zweck besteht der Sockel 11 aus zwei Platten, nämlich einer unteren Platte 4 2 mit einer mittigen Durchtrittsöffnung 43, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des zylindrischen Aufnahmeelements 14, und aus einer oberen, undurchlochten Platte 44, welche über einen seitlichen Schaft 45 horizontal verschiebbar ist.

Bei angehobener Preßplatte 36 und nach oben zurückgezogenen Auswerferdornen 41 wird von unten die Anordnung Werkstück 1 - AufnahmesLement 14 durch die Bohrung 43 eingeführt und dann die als Auflage dienende Platte 44 eingeschoben. Der hülsenförmige Abschnitt 2 des Werkstückes sitzt dann spielfrei im Futter 15, dessen unteres Ende in eine Aussparung 47 des zylindrischen

Aufnahmeelements eingreift, wobei die Anordnung Werkstück-Aufnahmeelement axial durch einen Bolzen 48 gesichert wird, welcher sich radial durch die Mantelhülse 12 und das Futter 15 erstreckt und mit seinem abgefasten Kopfende das Werkstück 1 an seiner oberen Endkante beaufschlagt. Durch das Einbringen des Werkstückes werden die drei Kugeln 24 nach oben geschoben und liegen frei drehbar am offenen Ende der Einschnitte Die exakte Winkelstellung des Werkstückes 1, d.h. die exakte Ausrichtung der Einschnitte 5 mit den Schlitzen 16 und 17 der Einrichtung 7 läßt sich durch beliebige Vorrichtungen bewerkstelligen.

Bei nach oben zurückgezogenen Auswerferdornen 41 wird die Platte 31 abgesenkt. Die Nasen 32 des Stößels 31 beaufschlagen dann die Ansätze 28 des Kugelträgers 23 und drücken diese nach unten, wodurch die Kugeln 24 in die Einschnitte 5 gedrückt werden und dabei eine durch die Verformung des Gelenkparallelogramms 27 bestimmte Bewegungsbahn beschreiben. Der Mittelpunkt jeder Kugel 24 beschreibt somit einen in einer radialen Ebene liegenden Kreisbogen, dessen Radius gleich dem Abstand der Arme 20 und 21 ist, was die Formung dreier Wälzbahnen in gewünschter torischer Form bewirkt.

Während dieser Arbeitsphase hängt der Schaft 37 über die Muttern 38 gesichert am Stößel 31, wobei sich seine konkave Fläche 40 unterhalb der Kugeln 24 befindet. Sobald die Platte 36 ihre Senkbewegung beendet hat, werden die Kugeln 24, die die torischen Wälzbahnen bis fast an das untere Ende der Einschnitte 5 eingeformt haben, wieder nach oben geführt. Das Werkstück 1 wird dabei durch den Bolzen 48 festgehalten und der Schaft beaufschlagt mit seiner Fläche 40 die drei Kugeln 24 auf ihrer Unterseite und hebt sie nach oben. Da das Parallelogramm genauso wie in der Senkphase geführt wird, beschreiben die Kugeln die gleiche Bewegungsbahn in umgekehrter Richtung und bewirken somit eine Feinbearbeitung der drei torischen Wälzbahnen.

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Schließlich wird die Platte 44 horizontal herausgezogen und die Auswerferdorne 42 nach unten ausgefahren, so daß sie die Kanten des fertiggestellten Glockenteils beaufschlagen und dieses nach unten zusammen mit dem z/lindrischen Aufnahmeelement 14 ausstoßen.

Da die Kugeln 24 frei drehbar angeordnet sind, unterliegen sie einem gleichmäßigen Verschleiß und besitzen somit eine lange Lebensdauer. Außerdem ergibt sich eine Selbstauswuchtung der Reibungskräfte während des spanlosen Formvorgangs. Sind die Kugeln abgenutzt, so können sie ersetzt oder mit einem verschleißfesten Oberflächenüberzug versehen werden, z.B. gemäß einem bekannten Verfahren mit einer Phosphatschicht imprägniert mit Molybdändisulfid.

Der Radius der Tori der Wälzbahnen läßt sich durch die Wahl des Abstands zwischen den Armen 21 und 20 auf einfache Weise bestimmen. Insbesondere lassen sich torische Wälzbahnen herstellen, deren Mittelpunkt nahe der Rotationsachse Y-Y des Glockenteils liegt, z.B. bei homokinetischen Festgelenken mit großer Winkelbeweglichkeit.

Besitzt der Hülsenabschnitt des zu bearbeitenden Werkstükes keine zylindrische Außengestalt, dann ist seine Außengestalt zweckmäßigerweise mit drei zur Achse X-X parallelen Ebenen zu versehen, um das Einbringen und Auswerfen des Werkstückes durch einfache Schubkraft in axialer Richtung zu ermöglichen, ohne daß die Werkstückeinspannvorrichtung 8 zum öffnen ausgebildet sein muß. Dies trifft insbesondere für Glockenteile von Festgelenken in Tripod-Bauart zu, welche für gewöhnlich eine sphärische Außengestalt besitzen. Das Werkstück wird dann umfangsmäßig durch die Spannfutter entsprechender Gegenform gehalten, welches wie das Futter 15 verhindern soll, daß der Hülsenabschnitt des Werkstückes während des Formvorgangs radial nachgibt.

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Als Variante läßt sich eine beliebige Anzahl torischer Wälzbahnen durch entsprechende Umrüstung der Einrichtung 7 gleichzeitig ausbilden. Sieht man das Formwerkzeug 9 jeweils mit Armen 20 und 21 unterschiedlicher Länge oder ohne Parallelität vor, lassen sich nicht torische Wälzbahnen mit kurvenförmiger Achse und jedem beliebigen Querschnitt spanlos ausbilden.

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Dipl.-Ing.

8000 Mönche

Claims

Patentanwälte .:. 3 2 O 1 6 4 Q

Dipl.-lng. E.Eder .:.. . . · .

Dip!.-!ng. K. Schioschke
ε::0 f.'.Lncf.cn 40, Elicabethstr. 34

GLAENZER SPICER F-78301 Poissy

Einrichtung zum Formen von mindestens einer Nut mit kurvenförmiger Achse und kreisförmigem Querschnitt

Patentansprüche:

M.jEinrichtung zum Formen mindestens einer Nut mit kurvenförmiger Achse und kreisförmigem Querschnitt in einem Werkstück, bestehend aus einer Werkstückeinspannvorrichtung, einem Formwerkzeug mit einem Kugelträger, an dessen freiem Ende eine seitlich vorspringende Kugel angeordnet ist sowie Elementen zur Verschiebung des Kugelträgers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gelenkviereck (27) mit einer Seite fest mit der Werkstückeinspannvorrichtung (8) verbunden ist und daß der Kugelträger (23) an seinem der Kugel abgewandten Ende an der der Einspannvorrichtung (8) abgewandten Seite (22) des Gelenkvierecks befestigt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kugelträger (23) im wesentlichen senkrecht zu dem ihn tragenden Arm (22) des Gelenkvierecks (27) erstreckt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kugel (24) benachbarte freie Ende (28) des Kugelträgers durch die Verschiebeelemente (31) beaufschlagbar ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelträger (23) durch die Verschiebeelemente (31) in zwei Richtungen bewegbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeelemente in jeder Richtung einen toten Gang aufweisen.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (24) in einer sphärischen Ausnehmung (29) des Kugelträgers (23) frei drehbar angeordnet ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (24) auswechselbar mit dem Kugelträger (23) verbunden ist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkviereck (27) ein Parallelogramm ist.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelträger (23) die gleiche Breite besitzt wie ein im zu bearbeitenden Werkstück (1) vorgesehener, durch ebene Wandungen (6) begrenzter Einschnitt (5), in welchen die Nut mit kurvenförmiger Achse einzuformen ist.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur gleichzeitigen Formung mehrerer kurvenförmiger Längsnuten in einem rotationssymmetrischen Werkstück, insbesondere im Glokkenteil eines Gelenks in Tripod-Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückeinspannvorrichtung (8) eine axiale Auflageschulter für das Werkstück (1) aufweist und ein das Werkstück umfassendes Futter (15), daß am Umfang der Einspannvorrichtung verteilt Gelenkvierecke (27) in den herzustellenden Nuten entsprechender Anzahl angeordnet sind und daß alle Kugelträger (23) durch die Verschiebeelemente (31) gleichzeitig betätigbar sind.

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