DE4024563A1 - Verfahren zur herstellung einer kugelkopfschraube und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Kugelkopfschraube mit einem Kugelkopf und einem damit verbun­ denen Gewindeschaft, der zwischen Gewinde und Kugelkopf ein radial vorspringendes Stützlager aufweist. Gegenstand der Er­ findung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Kugelkopfschrauben werden insbesondere für die verstellbare Aufhängung von Kraftfahrzeugscheinwerfern gebraucht. Bei dieser Anwendung ist der Kugelkopf in einer Kugelpfanne gelagert, wo­ bei z. B. die Pfanne in dem Fahrzeugchassis gehalten und der Gewindeschaft in eine Aufnahmebohrung des Scheinwerferge­ häuses eingeschraubt sein kann. Das Stützlager dient dann einer Eindrehbegrenzung und Sicherung der Kugelkopfschraube durch Festklemmen am Rand der Aufnahmebohrung. Vorzugsweise befindet sich zwischen Stützlager und einer Anlagefläche des Gehäuses eine Scheibe, welche die Klemmkraft gleich­ mäßiger verteilt.

Herkömmlicherweise wird eine derartige Kugelkopfschraube durch Drehen hergestellt. Kugelkopf, Schaft, Stützlager, Gewinde und ggf. ein Hinterschnitt an der Verbindungsstelle von Gewindeschaft und Kugelkopf werden durch Spanabtrag geformt. Dabei werden jedoch Werkstückfasern getrennt, so daß die Kugelkopfschraube eine relativ geringe Festigkeit aufweist. Außerdem ist nachteilig, daß eine Werkzeugan­ griffsfläche zum Eindrehen der Kugelkopfschraube in eine Gewindebohrung ebenfalls durch Drehen erzeugt werden muß, weil ein nachträgliches Eindrücken eines Preßstempels in eine Polfläche die Maßhaltigkeit des Kugelkopfes stören würde. Ein Eindrücken vor dem Drehen kommt aber nicht in Betracht, weil dadurch die Einspannbarkeit des Werkstückes beeinträchtigt werden würde. In der Regel wird deshalb an den Kugelkopf ein zusätzlicher Sechskantkopf angedreht, der die Bauhöhe der Kugelkopfschraube vergrößert. Aufgrund der begrenzten Spanabtragsrate beim Drehen und des relativ unregelmäßigen Oberflächenverlaufs der Schraube ist deren herkömmliche Herstellung maschinen-, kosten- und zeitin­ tensiv.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung einer Kugel­ kopfschraube erhöhter Festigkeit und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist verfahrensgemäß vorgesehen, daß man in einem ersten Schritt einen Zylinderschaft in einen Rohling mit Kugelkopf und einem damit verbundenen zylindrischen Schaft - vorzugsweise kalt - umformt. Es wurde nämlich festgestellt, daß der Kugelkopf auch durch Umformen mit der erforderlichen Maßhaltigkeit herstellbar ist, und daß dies durch Kaltumformen schnell und energie­ sparend geschehen kann. Auf dem Schaft des Rohlings walzt man dann das Stützlager an, wobei eine Materialverdrängung aus dem Schaftbereich in das radial vorspringende Stütz­ lager erfolgt. Schließlich wird auch das Gewinde auf dem Schaft gewalzt, so daß die Kugelkopfschraube durch reines Umformen und ohne Faserunterbrechung aus dem Zylinderstück hergestellt ist und infolgedessen eine erhöhte Festigkeit und Haltbarkeit aufweist. Die Umformungen lassen sich zu­ dem mit hoher Geschwindigkeit auf relativ einfachen Ma­ schienen unter geringer Werkzeugabnutzung durchführen, wo­ durch die Herstellung der Kugelkopfschraube erheblich ver­ einfacht ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung überzieht man den Zylinderstift vor dem Umformen mit einer dünnen Gleitschicht - vorzugsweise einer Kupferschicht. Durch diese Maßnahme wird die Fließfähigkeit des Werkstoffes in den Umformwerkzeugen verbessert und die Werkzeugabnutzung verringert.

Nach einer weiteren Ausgestaltung formt man beim Umformen des Zylinderstiftes in den Rohling in eine Stirnfläche des Zylinderstiftes bzw. eine Polfläche des Kugelkopfes einen Werkzeugeingriff - vorzugsweise einen Innenvielkant oder Kreuzschlitz - ein. Hierdurch sind Werkzeugeingriff und Kugelkopf zugleich maßhaltig herstellbar. Der Umformvor­ gang wird dadurch begünstigt, daß das aus dem Werkzeugein­ griff verdrängte Material in den Außenbereich des Kugel­ kopfes fließen kann. Damit der Kugelkopf sicher mit der für seine Lagerung in der Pfanne erforderlichen Maßhaltig­ keit hergestellt wird, wird er vorteilhafterweise beim Umformen - vorzugsweise durch Vorstauchen - vorgeformt, und unter Einformung des Werkzeugeingriffes - vorzugsweise durch Fertigstauchen - fertiggeformt.

Gemäß einer praktischen Weiterbildung des Verfahrens wer­ den beim Anwalzen des Stützlagers beidseitig desselben Ringnuten eingewalzt, wobei Material aus den Ringnuten in das radial vorspringende Stützlager fließt. Hierdurch kann ein radial weit vorspringendes und hohe Axialkräfte auf­ nehmendes Stützlager gebildet werden. Gemäß einer bevor­ zugten Ausgestaltung schiebt man - vorzugsweise vor dem Walzen des Gewindes - eine Scheibe auf den Schaft gegen das Stützlager, welche die Anlage- und Klemmfläche der Kugelkopfschraube am Rand der zugeordneten Gewindebohrung vergrößert. Bei einer Scheibe braucht das Stützlager nur geringfügig radial vorzuspringen, wodurch die Festigkeit des Gewindeschaftes nur geringfügig gemindert wird. Das Aufschieben der Scheibe vor den Gewindewalzen hat den Vor­ teil, daß die Scheibe ein zu tiefes Eindrehen (Abstand zwischen Kugelkopf und Gewindebohrung) in die Gewindeboh­ rung einer Kugelkopfschraube sichert.

Schließlich ist bei einer Fortbildung des Verfahrens vor­ gesehen, daß man - vorzugsweise beim Anwalzen des Stütz­ lagers oder Walzen des Gewindes - an der Verbindungsstelle von Kugelkopf und Schaft einen Hinterschnitt einwalzt. Der Hinterschnitt vergrößert die Schwenkbarkeit der Kugelkopf­ schraube in der Pfanne und wird bevorzugt in einem Arbeits­ gang mit dem Anwalzen des Stützlagers oder Walzen des Ge­ windes erzeugt.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sie eine Gewindewalzma­ schine mit Walzwerkzeugen zum Anwalzen des Stützlagers, ggf. unter Einwalzen der Ringnuten und zum Walzen des Ge­ windes aufweist. Eine Gewindewalzmaschine wird so vorteil­ hafterweise sowohl zum Walzen des Stützlagers ggf. ein­ schließlich der Ringnuten, als auch zum Walzen des Gewindes herangezogen. Die Walzwerkzeuge für das Stützlager können dabei unabhängig von den Walzwerkzeugen für das Gewinde gegen das Werkstück verfahrbar sein.

Schließlich ist bei einer Weiterbildung der Vorrichtung vorgesehen, daß die Gewindewalzmaschine ein Walzwerkzeug zum Einwalzen des Hinterschnittes hat, welches beispiels­ weise mit den Walzwerkzeugen für das Stützlager oder den Walzwerkzeugen für das Gewinde gegen das Werkstück ver­ fahrbar sein kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, die zwei bevorzugte Ausgestal­ tungen erfindungsgemäßer Kugelkopfschrauben in einer Scheinwerferbefestigung und in verschiedenen Herstellungs­ stufen zeigen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine scheibenlose Kugelkopfschraube mit Kugelpfanne einer Scheinwerferbefestigung in einem Fahrzeug­ chassis in teilweisem Längsschnitt;

Fig. 2 dieselbe Kugelkopfschraube mit Kugelpfanne in der Bohrung des Scheinwerfergehäuses in einem Teil­ schnitt;

Fig. 3 einen Rohling einer Kugelkopfschraube in vergrößer­ ter Vorderansicht mit Ausbruch;

Fig. 4 denselben Rohling nach dem Anwalzen eines Stützla­ gers ebenfalls in vergrößerter Vorderansicht mit Ausbruch;

Fig. 5 eine daraus gefertigte Kugelkopfschraube mit Scheibe ebenfalls in vergrößerter Ansicht mit Ausbrüchen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Kugelkopfschraube 1, die mit einem selbstschneidenden Gewinde 2 eines Gewindeschaftes 3 in eine Bohrung 4 eines Scheinwerfergehäuses 5 eingedreht ist. Ein Kugelkopf 6 einer Kugelkopfschraube 1 ist in einer Aufnahme einer Kugelpfanne 7 aus Kunststoff gehaltert, die in eine Haltebohrung eines Fahrzeugchassis 8 eingesetzt und am Bohrungsrand mit einer Ausstülpung 9 lagefixiert ist. Aus­ gehend von der Ausstülpung 9 hat die Kugelpfanne 7 - nicht dargestellte - Längsschlitze, die ein Einklemmen in die Haltebohrung des Fahrzeugchassis 8 erleichtern und eine elastische Vorspannung des Kugelkopfes 6 in der Aufnahme bedingen.

Die Kugelkopfschraube 1 hat etwa in der Mitte ihres Gewin­ deschaftes 3 ein radial vorspringendes, scheibenförmiges Stützlager 10, das als Eindrehbegrenzung und Klemmscheibe wirkt. An der Verbindungsstelle von Kugelkopf 6 und Gewin­ deschaft 3 ist ein Hinterschnitt 11 vorgesehen, welcher die Schwenkbarkeit der Kugelkopfschraube 1 in der Kugel­ pfanne 7 vergrößert und ein Abrutschen der Kugelpfanne verhindert.

Zum Verschwenken kann das Scheinwerfergehäuse 5 mit Ein­ stellschrauben verbunden sein, die sich am Fahrzeugchassis 8 abstützen und deren Verdrehen ein Schwenken bzw. Drehen des Kugelkopfes 6 in der Kugelpfanne 7 bewirkt.

Wie die Fig. 3 zeigt, weist ein Rohling 12 der Kugelkopf­ schraube einen zylindrischen Schaft 13 sowie einen damit verbundenen Kugelkopf 6 auf, der an einer Polfläche 14 einen Innensechskant 15 für ein Eindrehwerkzeug hat. Der Kugelkopf 6 ist an dem Rohling bereits fertig ausgebildet. Dies geschieht vorzugsweise durch Umformen mittels eines Preßwerkzeuges in zwei Schlägen, wobei mit einem ersten Schlag der Kugelkopf vorgeformt und mit einem zweiten Schlag der Innensechskant 15 eingeformt und der Kugelkopf 6 fertiggeformt werden. Für eine Verwendung der Kugelkopf­ schraube in Kraftfahrzeugen wird diese vorzugsweise aus einem rostfreien Werkstoff hergestellt.

Die Fig. 4 zeigt die Kugelkopfschraube nach einem weiteren Herstellungsschritt, indem ein radial vorspringendes, scheibenförmiges Stützlager 10 angewalzt und beidseitig des Stützlagers Ringnuten 16 eingewalzt worden sind.

Das Stützlager 10 kann, wie in der Fig. 5 gezeigt, als An­ lagefläche für eine Scheibe 17 oder Unterlegscheibe dienen, die vor dem Einwalzen eines Gewindes 2 aufgeschoben und durch die gewindebedingte Durchmesservergrößerung auf dem Gewindeschaft 3 gesichert ist. Das Gewinde kann selbst­ schneidend oder nicht selbstschneidend ausgeführt sein. In dem gleichen Arbeitsgang ist die Kugelkopfschraube 1 im Übergangsbereich von Kugelkopf 6 und Gewindeschaft 3 mit einem Hinterschnitt 11 versehen worden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer Kugelkopfschraube (1) mit einem Kugelkopf (6) und einem damit verbundenen Gewinde­ schaft (3), der zwischen Gewinde (2) und Kugelkopf (6) ein radial vorspringendes Stützlager (10) aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß man

• 1.1 einen Zylinderstift in einen Rohling (12) mit Kugel­ kopf (6) und einem damit verbundenen zylindrischen Schaft (13) - vorzugsweise kalt - umformt,
• 1.2 auf dem Schaft (13) das Stützlager (10) anwalzt, und
• 1.3 auf dem Schaft das Gewinde (2) walzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Draht vor dem Umformen mit einer dünnen Gleit­ schicht - vorzugsweise einer Kupferschicht - überzieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Umformen des Drahtabschnitts in den Rohling (12) in eine Stirnfläche des Zylinderstiftes bzw. eine Polfläche (14) des Kugelkopfes (6) einen Werkzeugein­ griff - vorzugsweise einen Innenvielkant (15) oder Kreuzschlitz - einformt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Umformen des Drahtabschnitts in den Rohling (12) den Kugelkopf (6)

• 4.1 - vorzugsweise durch Vorstauchen - vorformt, und
• 4.2 unter Einformung des Werkzeugeingriffs (15) - vor­ zugsweise durch Fertigstauchen - fertigformt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man beim Anwalzen des Stützlagers (10) beidseitig desselben Ringnuten (16) einwalzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man - vorzugsweise vor dem Walzen des Gewindes (2) - eine Scheibe (17) auf den Schaft (13) gegen das Stützlager (10) schiebt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man - vorzugsweise beim Anwalzen des Stützlagers (10) oder beim Walzen des Gewindes (2) - an der Verbindungsstelle von Kugelkopf (6) und Schaft (13) einen Hinterschnitt (11) einwalzt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Gewindewalzmaschine mit Walzwerkzeugen zum Anwalzen des Stützlagers (10), ggf. Einwalzen der Ringnuten (16) und Walzen des Gewindes (2) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß die Gewindewalzmaschine ein Walzwerkzeug zum Einwalzen des Hinterschnittes (11) hat.