WO2004039529A1 - Verfahren zur herstellung eines spurstangengehäuses - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a tie rod housing consisting of a tie rod end and a shaft element attached to it, in which the tie rod end receives its final shape after production of the tie rod housing part consisting of the shaft element and tie rod end by a mechanical machining process.
  • Tie rod housings of the type described at the outset are used as components of motor vehicle steering systems and, due to their particular purpose, are subject to the highest safety-relevant framework conditions. These general conditions are determined by the motor vehicle manufacturers and are divided into the prior art, for example, into safety classes A, B, C and D, the tie rod housings described above being subject to the highest safety level D.
  • tie rod housing parts made up of the tie rod end and shaft element are preformed as part of a forging process and then brought into their final shape, as specified by the vehicle manufacturer, by subsequent mechanical machining, so that additional components such as seals and bearing components are mounted in the tie rod end can be.
  • the entire production from the forging process and the subsequent machining process is extremely cost-intensive, although attempts have recently been made to reduce the machining time for the downstream machining processes by means of cold forging processes.
  • Cold forging as a manufacturing process is again relatively complex and cost-intensive, so that the overall manufacturing price advantages of the alternative manufacturing method that can be achieved are not necessarily high.
  • the shaft element is connected to the tie rod end by means of a resistance pressure welding process and that subsequently between the outer peripheral surface of the tie rod end and the
  • Shaft element at least two material accumulations connecting both components caused by a welding process are created.
  • Material accumulation has an advantageous effect on the structural dimensions of the tie rod housing, which are of great importance insofar as the installation space generally available in the steering area of motor vehicles is only small.
  • the MAG welding process which is known from other areas of application and can be carried out inexpensively, has proven particularly useful for producing the material accumulation.
  • the tie rod housing which is to be produced using the method according to the invention, basically consists of a tie rod end 1 and a shaft element 2, which are shown in perspective in FIG. 1.
  • the shaft element 2 is a rod-shaped cylindrical solid material and the tie rod housing is a tubular cylindrical element.
  • the tie rod end 1 and the shaft element 2 are provided with chamfers 3, 4 and 5 in a first production step, the special features of which are adapted to the later installation and mounting conditions of the tie rod housing.
  • the shaft element 2 At its second free end, which is not provided with the chamfer 5, the shaft element 2 has a truncated cone end 6 at the end of the preparatory measures. With the outer end of the truncated cone end 6, which is thinner in cross section, the shaft element 2 becomes against the cylindrical outer surface of the tie rod end 1 pressed and connected to the tie rod end 1 with the help of the resistance pressure welding process by applying the appropriate voltage to components 1 and 2 and by applying the appropriate contact pressure. This resistance pressure welding process creates a circumferential weld seam 7.
  • a material accumulation 8 and 9 is applied to diametrically opposite sides in the area of the truncated cone end 6 of the shaft element 2 and in the area of the adjacent cylindrical outer surface of the tie rod end 1.
  • These material accumulations 8 and 9 each form a stiffening web and are welded on at the points mentioned, the MAG welding method having proven itself in accordance with an advantageous embodiment.
  • the material accumulations 8 and 9 essentially have one triangular shape, the obliquely extending, outwardly projecting boundary surfaces 10 and 11 are inclined at an angle of 45 ° to one another with respect to the base surface of the material accumulations.
  • the weld seam 7 which has arisen as part of the resistance pressure welding method is preferably removed in a further work step by means of a broaching tool in the region of the chamfer 3 or 4.
  • FIG. 6 shows how, in a further final manufacturing step, after the connection process between the tie rod end 1 and the shaft element 2, this shaft element is bent in order to be adapted to special installation conditions during assembly.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Spurstangengehäuses, bestehend aus einem Spurstangenkopf (1) und einem daran festgelegten Schaftelement (2), bei dem der Spurstangenkopf (1) nach Herstellung des aus Schaftelement (2) und Spurstangenkopf (1) bestehenden Spurstangengehäuserohteiles durch einen mechanischen Zerspanungsprozess seine Bauendform erhält, vorgestellt, wobei das Schaftelement (2) mit dem Spurstangenkopf (1) mittels eines Widerstandspressschweissvorganges verbunden wird und anschliessend zwischen der äusseren Umfangsfläche des Spurstangenkopfes (1) und des Schaftelementes (2) mindestes zwei beide Bauteile miteinander verbindende, durch einen Schweissvorgang bewirkte Materialanhäufungen (8, 9) geschaffen werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Spurstangengehäuses
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spurstangengehäuses bestehend aus einem Spurstangenkopf und einem daran festgelegten Schaftelement, bei dem der Spurstangenkopf nach Herstellung des aus Schaftelement und Spurstangenkopf bestehenden Spurstangengehäuserohteiles durch einen mechanischen Zerspanungsprozess seine Endform erhält.
Spurstangengehäuse der eingangs geschilderten Art werden als Bauelemente von Kraftfahrzeuglenkungen eingesetzt und unterliegen auf Grund ihres besonderen Einsatzzweckes höchsten sicherheitsrelevanten Rahmenbedingungen. Diese Rahmenbedingungen werden von den Kraftfahrzeugherstellern festgelegt und sind im Stand der Technik beispielsweise in die Sicherheitsklassen A, B, C und D unterteilt, wobei die eingangs geschilderten Spurstangengehäuse der höchsten Sicherheitsstufe D unterliegen.
Um im Rahmen vorgegebener Lasten die geforderte Prozesssicherheit der Sicherheitsstufe D zu gewährleisten, ist die Übertragungsmöglichkeit vorgegebener statischer und dynamischer Kräfte sowie von Schlagbeanspruchungen notwendig.
Zur Erfüllung der genannten Kriterien werden Spurstangengehäuserohteile aus Spurstangenkopf und Schaftelement im Rahmen eines Schmiedeprozesses vorgeformt und durch eine nachgeschaltete mechanische Zerspanung in ihre endgültige durch den Fahrzeughersteller vorgegebene Form gebracht, so dass ergänzende Bauteile wie Dichtungen und Lagerbauteile im Spurstangenkopf montiert werden können. Die gesamte Herstellung aus Schmiedeprozess und nachgeschaltetem Zerspanungsprozess ist äußerst kostenintensiv, wobei in neuerer Zeit versucht worden ist, mittels Kaltschmiedevorgängen die Bearbeitungszeit für die nachgeschalteten Zerspanvorgänge herabzusetzen. Das Kaltschmieden als Herstellprozess ist andererseits wiederum relativ aufwendig und kostenintensiv, so dass die insgesamt zu erzielenden Herstellungspreisvorteile der alternativen Herstellweise nicht unbedingt als hoch anzusehen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Spurstangengehäuses bereitzustellen, welches gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren im Hinblick auf die Herstellkosten bedeutend günstiger realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Schaftelement mit dem Spurstangenkopf mittels eines Widerstandspressschweißvorganges verbunden wird und dass anschließend zwischen der äußeren Umfangsflache des Spurstangenkopfes und des
Schaftelementes mindestens zwei beide Bauteile verbindende durch einen Schweißvorgang bewirkte Materialanhäufungen geschaffen werden.
Die spezielle Kombination der genannten Schweißverfahren führt zu einer Gesamtschweißverbindung zwischen Schaftelement und Spurstangenkopf, die in Analogie zu der bislang üblichen Schmiedeverbindung alle erforderlichen Kriterien hinsichtlich der Übertragbarkeit von statischen und dynamischen Kräften bzw. im Hinblick auf Widerstand gegen Schlagkräfte erfüllt. Dabei können die beteiligten Bauelemente Schaftelement und Spurstangenkopf im Rahmen vorgeschalteter Zerspanungsprozesse aus geeignetem, preiswert zur Verfügung stehendem Stangenmaterial hergestellt werden. Darüber hinaus lassen sich mittels des neuartigen Herstellverfahrens Baukastenversionen von Spurstangengehäusen verwirklichen, bei denen beispielsweise bestimmte Gehäuseköpfe mit unterschiedlich langen Schaftelementen kombiniert werden können. Spezielle Ausgestaltungen der im Anspruch 1 geschilderten technischen Lehre ergeben sich darüber hinaus aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Es hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, die Materialanhäufungen an sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Spurstangenkopfes bzw. des Schaftelementes anzuordnen. Die gegenüberliegende Anordnung der
Materialanhäuftmgen wirkt sich dabei vorteilhaft auf die Bauabmaße des Spurstangengehäuses aus, die insofern von großer Bedeutung sind, da der generell im Lenkungsbereich von Kraftfahrzeugen zur Verfügung stehende Bauraum nur gering bemessen ist.
Zur Herstellung der Materialanhäufung hat sich dabei das MAG-Schweißverfahren besonders bewährt, welches aus anderen Einsatzbereichen bekannt ist und kostengünstig durchgeführt werden kann.
Darüber hinaus haben Versuche ergeben, dass die Übertragung der erforderlichen Kräfte zwischen Spurstangenkopf und Schaftelement durch die Querschnittsgestaltung der Materialanhäufung als dreieckfb'rmige Ausformung unterstützt wird, wobei die Begrenzungsflächen, die über die den zu verbindenden Bauteilen zugewandte Grundseite des Dreiecks vorstehen, im Winkel von ca. 45° zur Grundseite geneigt sind.
Um im Rahmen der Baumaßbeschränkung angrenzende Bauteile wie beispielsweise Dichtungselemente am Spurstangenkopf montieren zu können, hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, dass die durch den Widerstandspressschweißvorgang hergestellte umlaufende Schweißnaht in Teilbereichen, die zu den Materialanhäufungen um ca. 90° versetzt angeordnet sind, mittels einer spanenden Bearbeitung und hier vorteilhafterweise durch einen Räumprozess zu entfernen.
Die eingangs geschilderten erfindungswesentlichen Merkmale der Verbindung zwischen Spurstangenkopf und Schaftelement erlauben es darüber hinaus zweckmäßigerweise, dass das Schaftelement nach Herstellung des Spurstangengehäuses durch einen Biegevorgang verformt werden kann. Im Folgenden wird anhand der beigefügten Figuren der Verfahrensablauf zur Herstellung eines Spurstangengehäuses im Einzelnen dargestellt. Die Figuren 1 bis 6 zeigen hierbei in perspektivischer Darstellung die einzelnen Verfahrensschritte ausgehend von den verwendeten Rohteilen für Spurstangenkopf und Schaftelement in Figur 1 bis zum fertigen Spurstangengehäuse in Figur 6.
Das Spurstangengehäuse, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden soll, besteht als Rohteil prinzipiell aus einem Spurstangenkopf 1 und einem Schaftelement 2, die perspektivisch in der Figur 1 dargestellt sind. Dabei handelt es sich bei dem Schaftelement 2 um ein stabförmiges zylindrisches Vollmaterial und beim Spurstangengehäuse um ein rohrzylinderformiges Element.
Wie aus der Darstellung der Figur 2 deutlich wird, werden der Spurstangenkopf 1 sowie das Schaftelement 2 in einem ersten Produktionsschritt mit Anfasungen 3, 4 sowie 5 versehen, deren spezielle Ausruhrungen den späteren Ein- und Anbaugegebenheiten des Spurstangengehäuses angepasst sind. Das Schaftelement 2 besitzt an seinem zweiten freien Ende, welches nicht mit der Anfasung 5 versehen ist, zum Schluss der vorbereitenden Maßnahmen ein Kegelstumpfende 6. Mit dem im Querschnitt dünneren äußeren Ende des Kegelsrumpfendes 6 wird das Schaftelement 2 gegen die zylinderfb'rmige Außenfläche des Spurstangenkopfes 1 gepresst und mit Hilfe des Widerstandspressschweißverfahrens unter Anlegung entsprechender Spannung an den Bauteilen 1 und 2 sowie unter Aufbringung entsprechender Anpresskräfte mit dem Spurstangenkopf 1 verbunden. Durch diesen Widerstandspressschweißvorgang entsteht eine umlaufende Schweißnaht 7.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt zur Herstellung des Spurstangengehäuses wird im Bereich des Kegelstumpfendes 6 des Schaftelementes 2 und im Bereich der angrenzenden zylindrischen Außenfläche des Spurstangenkopfes 1 an diametral gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Materialanhäufung 8 und 9 aufgebracht. Diese Materialanhäufungen 8 und 9 bilden jeweils einen Versteifungssteg und werden an den genannten Stellen aufgeschweißt, wobei sich entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung das MAG-Schweißverfahren bewährt hat. Die Materialanhäufungen 8 und 9 besitzen im Querschnitt gesehen im Wesentlichen eine dreieckförmige Gestalt, wobei die schräg zueinander verlaufenden, nach außen vorstehenden Begrenzungsflächen 10 und 11 gegenüber der Grundfläche der Materialanhäufungen im Winkel von 45° zueinander geneigt sind.
Nach Fertigstellung der zur Versteifung dienenden Materialanhäufungen 8 und 9 wird in einem weiteren Arbeitsgang vorzugsweise durch ein Räumwerkzeug im Bereich der Anfasung 3 bzw. 4 die im Rahmen des Widerstandspressschweißverfahrens entstandene Schweißnaht 7 entfernt.
Die Figur 6 zeigt schließlich, wie in einem weiteren abschließenden Fertigungsschritt nach Beendigung des Verbindungsprozesses zwischen dem Spurstangenkopf 1 und dem Schaftelement 2 dieses Schaftelement abgebogen wird, um bei der Montage speziellen Einbaugegebenheiten angepasst zu sein.
Bezugszeichenliste
1. Spurstangenkopf
2. Schaftelement
3. Anfasung
4. Anfasung
5. Anfasung
6. Kegelstumpfende
7. Schweißnaht
8. Materialanhäufung
9. Materialanhäufung
10. Begrenzungsfläche
11. Begrenzungsfläche

Claims

Verfahren zur Herstellung eines SpurstangengehäusesPatentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Spurstangengehäuses, bestehend aus einem Spurstangenkopf (1) und einem daran festgelegten Schaftelement (2), bei dem der Spurstangenkopf (1) nach Herstellung des aus Schaftelement (2) und Spurstangenkopf (1) bestehenden Spurstangengehäuserohteiles durch einen mechanischen Zerspanungsprozess seine Bauendform erhält, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftelement (2) mit dem Spurstangenkopf (1) mittels eines Widerstandspressschweißvorganges verbunden wird und anschließend zwischen der äußeren Umfangsflache des Spurstangenkopfes (1) und des Schaftelementes (2) mindestes zwei beide Bauteile verbindende durch einen Schweißvorgang bewirkte Materialanhäuftingen (8, 9) geschaffen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanhäufungen (8, 9) an sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Spurstangenkopfes (1) bzw. des Schaftelementes (2) angeordnet sind.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanhäufungen (8, 9) mittels des MAG-Schweißverfahrens aufgetragen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanhäufungen (8, 9) im Wesentlichen einen Dreieckquerschnitt aufweisen, wobei die über die den zu verbindenden Bauteilen zugewandte Grundseite des Dreiecks vorstehenden Begrenzungsflächen (10, 11) im Winkel von ca. 45° zur Grundseite geneigt sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Widerstandspressschweißvorgang hergestellte umlaufende Schweißnaht (7) in Teilbereichen, die zu den Materialanhäufungen (8, 9) um ca. 90° versetzt am Umfang des Schaftteiles (2) angeordnet sind, mittels einer spanenden Bearbeitung entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung ein Räumvorgang ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftelement (2) des Spurstangengehäuses (1) nach dessen Fertigstellung durch einen Biegevorgang verformt wird.
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