DE19903685C2 - Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines mit einem angeformten hohlen Schaft versehenen Gelenkgehäuses - Google Patents
Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines mit einem angeformten hohlen Schaft versehenen GelenkgehäusesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zur
Herstellung von Gelenkgehäusen gemäß dem Oberbegriff des 1.
und 6. Patentanspruchs.
Es ist bekannt Gelenkgehäuse, insbesondere Spurstangen für
Kraftfahrzeuge, mit einer kugelförmigen Verdickung und
einem angeformten Schaft, der ein Innengewinde aufweist,
aus Drahtmaterial herzustellen, welches zuerst zu einem
Rohling geschmiedet wird. Anschließend erfolgt die
Herstellung des Gelenkgehäuses im Bereich der kugelförmigen
Verdickung und das Einbringen der Bohrung für das
Innengewinde in dem Schaft durch aufwendige spanende
Bearbeitung.
Eine Material- und energiesparende Herstellung wird in DE 195 36 035 A1
beschrieben. Dabei wird ebenfalls ein
geschmiedeter Rohling als Ausgangsteil verwendet. Es wird
nun zuerst durch Napfrückwärtsfließpressen im Schaft des
Rohlings eine axiale Vertiefung, für das spätere Einbringen
des Innengewindes erzeugt. Anschließend wird am Ende des
Schaftes durch Kaltumformung zu einer Schlüsselfläche
umgeformt und der Durchmesser der Vertiefung bis auf den
Kerndurchmesser des Gewindes reduziert. Im Bereich der
kugelförmigen Verdickung erfolgt nun das Herstellen des
Gelenkgehäuses durch Stauchen, Napfen, und Lochen.
Dieses Verfahren ist durch die Vielzahl der
Bearbeitungsstufen und die damit notwendigen Werkzeuge sehr
kostenintensiv.
Es ist ebenfalls bekannt (R. Geiger: Präzisionsumformen
durch Querfließpressen, in "Draht" 36 (1985), Nr. 10, S.
471-475), ein zylindrisches Ausgangsteil unter Anwendung
eines zwei Preßstempel und einen Querstempel enthaltenden
Werkzeuges zum Querfließpressen zu verformen, wodurch hohle
Haupt- und Nebenformen erzeugt werden. Die Möglichkeiten
bezüglich der zu erzielenden Formänderungen sind aber noch
relativ begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein
Werkzeug zur Herstellung von gattungsgemäßen
Gelenkgehäusen, insbesondere Spurstangenköpfen zu
entwickeln, welches kostensparend arbeitet und zudem den
Werkstofffluss begünstigt und somit größere Formänderungen
gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. und 6.
Patentanspruchs gelöst.
Dabei wird ein zylinderförmiges massives Ausgangsteil
verwendet, dessen Durchmesser in etwa dem Durchmesser des
Gelenkgehäuses entspricht, sowie ein Werkzeug zum
Querfließpressen mit zwei Preßstempeln, einer dem zu
erzeugenden Schaft entsprechenden Gravur und einem in die
Gravur eingreifend angeordneten Querstempel, mit denen das
Ausformen des Schaftes mit seiner Bohrung und das Formen
des Gelenkgehäuses erfolgt. Erfindungsgemäß wird mit einem
dem Querstempel zugeordneten kraftbetätigbaren Hohlstempel
eine Druckspannung erzeugt, die das Formänderungsvermögen
des Werkstoffes verbessert.
Es ist auch möglich, gleichzeitig im ersten
Verfahrensschritt Schlüsselflächen eines Sechskantes am
Ende des Schaftes anzuformen.
Zwischen den Preßstempeln wird ein nach dem
Querfließpressen entfernbarer Bereich mit einer
Restwanddicke erzeugt, der beispielsweise durch Lochen
oder Ausbohren erfolgt. Anschließend erfolgt das
Herstellen eines Gewindes in der Bohrung und bedarfsweise
die Bearbeitung des Schaftes auf Länge sowie eine
bedarfsweise spanende Endbearbeitung des Gelenkgehäuses.
Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug zur Herstellung eines
mit einem angeformten Schaft versehenen Gelenkgehäuses ist
der Querstempel von einem kraftbetätigbaren Hohlstempel
ummantelt, gegen welchen der in die Gravur fließende
Werkstoff gedrängt wird.
Die zum Werkstück weisenden Preßflächen der Preßstempel
entsprechen im wesentlichen in ihrer Form der zu
erzeugenden Innenkontur des Gelenkgehäuses und der
seitliche Gegenstempel in seiner Länge und in seinem
Durchmesser der zu erzeugenden Bohrung (mit entsprechenden
Aufmaßen für eine weitere spanende Bearbeitung wie
Gewindeschneiden).
Es ist auch möglich, den seitlichen Gegenstempel am Ende
der Gravur mit einem Hohlstempel zu umgeben, gegen welchen
der in die Gravur fließende Werkstoff gedrängt wird.
Der seitliche Gegenstempel und/oder der Hohlstempel können
bedarfsweise entgegen einer Kraft in Richtung des
Werkstoffflusses durch den Werkstoff verdrängbar sein.
Dabei sollte diese die Kraft so ausgelegt sein, daß der
seitliche Gegenstempel bzw. der Hohlstempel nur bei
Überschreitung einer definierten axialen Belastung der
Preßstempel nach außen verdrängbar sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Preßstempel und/oder
der seitliche Gegenstempel und/oder der Hohlstempel eine
das Werkzeug vor Überlastung schützende Kraftbegrenzung
aufweisen. Diese kann hydraulisch, pneumatisch oder
mechanisch über eine oder mehrere Federn erfolgt. Es ist
auch möglich die Kraftbegrenzung über einen
Hydraulikzylinder zu steuern
Vorteilhaft für das Querfließpressen ist es weiterhin,
wenn Preßstempel und/oder der seitliche Gegenstempel
und/oder der Hohlstempel mit einer Schwingung beaufschlagt
werden. Diese sollte die Vorschubbewegung der Preßstempel
und/oder die Rückhubbewegung von seitlichem Gegenstempel
und/oder Hohlstempel überlagern und zwischen 25 Hz und 25 kHz
liegen.
Bei einem zu großen Volumen des Ausgangswerkstücks werden
der seitliche Gegenstempel und/oder der Hohlstempel beim
Querfließpressen nach außen verdrängt (Rückhubbewegung),
und somit eine Überlastung und Zerstörung von
Werkzeugteilen vermieden. Ein Vorteil dieser
Werkzeuganordnung ist weiterhin, daß bei zu großem
Werkzeuginnendruck sich die seitlichen Gegenstempel bzw.
Hohlstempel automatisch nach außen öffnen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, daß durch den seitlichen Gegenstempel und/oder den
Hohlstempel der Werkstofffluß gezielt behindert wird.
Hierdurch ergibt sich eine auf den Werkstückwerkstoff
wirkende Druckspannung mit der Folge der Notwendigkeit
einer Erhöhung der Axialkräfte der Preßstempel. Die Folge
ist eine Erhöhung der mittleren Druckspannung im Umformgut.
Da das Formänderungsvermögen, also die mögliche maximale
Formänderung bis zum Eintreten eines Bruches in der
Umformzone, wesentlich von dem mittleren
Druckspannungszustand derart abhängt, daß mit größer
werdendem mittleren Druckspannungszustand das Formände
rungsvermögen ebenfalls größer wird, erscheint diese
Vorgehensweise insbesondere zum Beispiel bei
pulvermetallurgisch hergestellten Werkstücken besonders
interessant.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des seitlichen
Gegenstempels und/oder des Hohlstempels kann die
Bauteilgeometrie verbessert werden ohne daß die Gefahr
eines Werkzeugbruches besteht. Dies läßt sich auch
erzielen, wenn eine geschlossene Gravur vorhanden ist und
die Preßstempel über eine Kraftbegrenzung verfügen. Ein
weiterer Vorteil der Lösung besteht darin, daß durch die
Erhöhung des mittleren Druckspannungszustandes eine
Erhöhung des Formänderungsvermögens des Werkstückwerk
stoffes zu verzeichnen ist, so daß es erstmalig möglich
wird Bauteile mit einer kugelförmigen Verdickungen einem
sich daran anschließenden relativ langen Schaft in der Art
eines Spurstangenkopfes durch Querfließpressen
herzustellen. In nur einem Verfahrensschritt wird das die
vollständige Außenkontur des Spurstangenkopfes,
einschließlich Bohrung im Schaft und ggf. Schlüsselfläche
erzeugt, so daß sich die notwendigen nachfolgenden Arbeiten
auf wenige Verfahrensschritte reduzieren und die Kosten für
den Herstellungsprozeß im Vergleich zu herkömmlichen
Lösungen wesentlich verringert werden. Durch die
Beaufschlagung der Preßstempel und/oder des seitlichen
Gegenstempels und/oder des Hohlstempels mit einer
Schwingung wird die Reibung in Werkzeug wesentlich
verringert, so daß sich die Standzeiten erhöhen. Durch die
Schwingungen und die Erhöhung des Umformvermögens durch die
Erhöhung der mittleren Druckspannung im Werkstoff können
erstmalig auch relativ spröde Werkstoffe und
pulvermetallurgisch hergestellte Werkstoffe durch
Querfließpressen zur Herstellung von Spurstangenköpfen
verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von
Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Werkzeug zur Herstellung eines Spurstangenkopfes
im geschlossenen Zustand in Ausgangsstellung mit
eingelegtem zylinderförmigem Rohling
Fig. 2 Werkzeug gem. Fig. 1 bei Anschlagen des
Werkstückwerkstoff am Hohlstempel
Fig. 3 Werkzeug nach Beendigung des Querfließ
preßvorganges
Fig. 4 Fließpreßteil
Fig. 5 gelochter und mit Innengewinde versehener
Spurstangenkopf
Fig. 6 Spurstangenkopf mit partiell erweitertem
Schaftdurchmesser und Sechskant
Fig. 7 Gehäuse mit einer Materialanhäufung am Schaftende
Gemäß Fig. 1 bis 3 weist das Werkzeug 1 zwei Werkzeug
hälften 2 auf, die im geschlossenen Zustand eine Gravur 3
bilden. In den Werkzeughälften 2 werden zwei gegeneinander
verfahrbare Preßstempel 4.1, 4.2 geführt. Die Preßstempel
weisen in Richtung zum Werkstück Formelemente 4a, 4b auf.
Rechtwinklig zu den Preßstempeln ist ein in die Gravur 3
eingreifender seitlicher Gegenstempel 5 angeordnet, der
zwischen Spannbacken 6 fest eingespannt ist. Am
Außendurchmesser des seitlichen Gegenstempels ist ein
Hohlstempel 7 angeordnet, der sich mit seinem vom Werkstück
wegweisendem Ende gegen eine Druckfeder 8 abstützt. Die
Wirkungsweise ist folgende:
Fig. 1 zeigt die Ausgangsstellung, bei welcher ein zylinderförmiger Rohling 9 in das Werkzeug 1 zwischen den Preßstempeln 4.1, 4.2 eingelegt wurde. Nun bewegen sich die beiden Preßstempel 4.1 und 4.2 in einer Vorschub bewegung aufeinander zu und der Werkstückwerkstoff wird in die Gravur 2 gepreßt. Wenn der Werkstoff gem. Fig. 2 über den seitlichen Gegenstempel 5 fließt und anschließend gegen den Hohlstempel 7 gepreßt wird wirkt sich die dabei auftretende Erhöhung der mittleren Druckspannung positiv auf das Formänderungsvermögen des Werkstückwerkstoffes aus. Der Werkstoff fließt entgegen der auf den Hohlstempel 7 wirkenden Kraft der Druckfeder 8 weiter über den Stempel und füllt die Gravur 3 aus, wobei der Hohlstempel eine Rückhubbewegung vollführt und die Druckfeder zusammengedrückt wird (Fig. 3). Dadurch wird auch eine Überbeanspruchung des Werkzeuges und ein Werkzeugbruch vermieden. Zwischen den Preßstempeln bleibt eine Restwanddicke erhalten, die anschließen durch Lochen oder Bohren entfernt werden kann.
Fig. 1 zeigt die Ausgangsstellung, bei welcher ein zylinderförmiger Rohling 9 in das Werkzeug 1 zwischen den Preßstempeln 4.1, 4.2 eingelegt wurde. Nun bewegen sich die beiden Preßstempel 4.1 und 4.2 in einer Vorschub bewegung aufeinander zu und der Werkstückwerkstoff wird in die Gravur 2 gepreßt. Wenn der Werkstoff gem. Fig. 2 über den seitlichen Gegenstempel 5 fließt und anschließend gegen den Hohlstempel 7 gepreßt wird wirkt sich die dabei auftretende Erhöhung der mittleren Druckspannung positiv auf das Formänderungsvermögen des Werkstückwerkstoffes aus. Der Werkstoff fließt entgegen der auf den Hohlstempel 7 wirkenden Kraft der Druckfeder 8 weiter über den Stempel und füllt die Gravur 3 aus, wobei der Hohlstempel eine Rückhubbewegung vollführt und die Druckfeder zusammengedrückt wird (Fig. 3). Dadurch wird auch eine Überbeanspruchung des Werkzeuges und ein Werkzeugbruch vermieden. Zwischen den Preßstempeln bleibt eine Restwanddicke erhalten, die anschließen durch Lochen oder Bohren entfernt werden kann.
Durch eine Überlagerung der Vorschubbewegung der
Preßstempel 4.1, 4.2 und/oder eine Beaufschlagung des
Hohlstempels mit einer Schwingung (möglich wenn z. B. als
Feder eine Hydraulikzylinder) kann das Formänderungs
vermögen des Werkstoffes weiter positiv beeinflußt werden.
Ein zusätzlicher Effekt liegt in der Verminderung der
Reibung, wodurch der Werkzeugverschleiß verringert wird.
Fig. 4 zeigt das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzeugte Fließpreßteil 9. An das Gelenkgehäuse 9.1 schließt
sich der Schaft 9.2 an. Im Gelenkgehäuses befinden sich
gegenüberliegende Aussparungen 9.3 und 9.4, die mit den
Preßstempeln erzeugt wurden. Dazwischen befindet sich eine
Restwanddicke 9.5. Im Schaft 9.2 wurde die Bohrung 9.6
erzeugt.
Ein gelochter und mit Innengewinde 9.7 versehener Spur
stangenkopf 9 ist in Fig. 5 dargestellt. Durch das Lochen
wurde der Bereich mit der Restwanddicke 9.5 entfernt und es
entsteht eine Durchgangsbohrung B zur späteren Aufnahme
eines Kugelgelenkes. Es ist auch möglich, bei
entsprechender Gestaltung der Gravur des Werkzeuges einen
Spurstangenkopf 9 mit partiell erweitertem Schaftdurch
messer 9.8 und einem Sechskant 9.9 am Ende des Schaftes 9.2
gem. Fig. 6 zu erzeugen.
Fig. 7 zeigt ein Gelenkgehäuse 9.1 mit einer kugelförmigen
Materialanhäufung 9.10 am Ende des Schaftes 9.2, so daß
bisher aus zwei Teilen hergestellte Werkstücke aus einem
Stück gefertigt werden können.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem angeformten
hohlen Schaft versehenen Gelenkgehäuses, insbesondere
eines Spurstangenkopfes, bei dem ein zylinderförmiges
Ausgangsteil (9) aus Vollmaterial verwendet wird,
dessen Durchmesser in etwa dem Durchmesser des
Gelenkgehäuses (9) entspricht, und unter Anwendung
eines Werkzeuges zum Querfließpressen mit zwei
Preßstempeln (4.1, 4.2), einer dem zu erzeugenden
Schaft (9.2) entsprechenden Gravur (3) und einem in
die Gravur (3) eingreifend angeordneten Querstempel
(5) das Ausformen des Schaftes (9.2) mit seiner
Bohrung (9.6) und das Formen des Gelenkgehäuses (9)
erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem dem
Querstempel (5) zugeordneten kraftbetätigbaren
Hohlstempel (7) eine Druckspannung erzeugt wird, die
das Formänderungsvermögen des Werkstoffes verbessert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Querfließpressen gleichzeitig im ersten
Verfahrensschritt Schlüsselflächen eines Sechskantes
(9.9) am Ende des Schaftes (9.2) angeformt werden.
3. Verfahren nach einem Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Preßstempeln (4.1,
4.2) ein nach dem Querfließpressen entfernbarer
Bereich mit einer Restwanddicke (9.5) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Entfernen des Bereiches durch Lochen oder
Ausbohren erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Querfließpressen und dem
Entfernen des Bereiches das Herstellen eines
Gewindes in der Bohrung (9.6) und bedarfsweise die
Bearbeitung des Schaftes (9.2) auf Länge erfolgt.
6. Werkzeug zur Herstellung eines mit einem angeformten
Schaft versehenen Gelenkgehäuses, mit im
geschlossenen Zustand eine Gravur (3) bildenden
Werkzeughälften (2), zwei aufeinander zu bewegbaren
Preßstempeln (4.1, 4.2) und wenigstens einem seitlich
in die Gravur (3) eingreifenden Querstempel (5),
wobei zum Werkstück weisende Preßflächen der
Preßstempel (4.1, 4.2) im wesentlichen in ihrer Form
der zu erzeugenden Innenkontur des Gelenkgehäuses,
die Gravur (3) der Form des zu erzeugenden Schaftes
(9.2) und der Querstempel (5) in Länge und
Durchmesser der zu erzeugenden Bohrung (9.6)
entsprechen, zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querstempel (5) von einem
kraftbetätigbaren Hohlstempel (7) ummantelt ist,
gegen welchen der in die Gravur (3) fließende
Werkstoff gedrängt wird.
7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querstempel (5) und/oder der Hohlstempel (7)
bedarfsweise gegen eine Kraft in Richtung des
Werkstofflusses durch den Werkstoff verdrängbar sind.
8. Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querstempel (5) und/oder der
Hohlstempel (7) nur bei Überschreitung einer
definierten axialen Belastung des Preßstempels (4.1,
4.2) nach außen verdrängbar sind.
9. Werkzeug nach einem der Ansprüche von 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Preßstempel (4.1,
4.2) und/oder der Querstempel (5) und/oder der
Hohlstempel (7) eine das Werkzeug vor Überlastung
schützende Kraftbegrenzung aufweisen.
10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftbegrenzung des Preßstempels (4.1, 4.2)
und/oder des Querstempels (5) hydraulisch,
pneumatisch oder mechanisch erfolgt.
11. Werkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kraftbegrenzung über eine
oder mehrere Federn (8) erfolgt.
12. Werkzeug nach einem der Ansprüche von 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbegrenzung über
eine Hydraulikzylinder erfolgt.
13. Werkzeug nach einem der Ansprüche von 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß in den in Richtung zum
Werkstoff weisenden Stirnflächen des Querstempels (5)
ein Formelement angeordnet ist.
14. Werkzeug nach einem der Ansprüche von 6 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub der
Preßstempel (4.1, 4.2) und/oder der Querstempel (5)
und/oder der Hohlstempel (7) von einer Schwingung
überlagert ist.
15. Werkzeug nach einem der Ansprüche von 6 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung im Bereich
von 25 Hz bis 25 kHz liegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999103685 DE19903685C2 (de) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines mit einem angeformten hohlen Schaft versehenen Gelenkgehäuses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999103685 DE19903685C2 (de) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines mit einem angeformten hohlen Schaft versehenen Gelenkgehäuses |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19903685A1 DE19903685A1 (de) | 2000-08-10 |
DE19903685C2 true DE19903685C2 (de) | 2003-11-27 |
Family
ID=7895873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999103685 Expired - Fee Related DE19903685C2 (de) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines mit einem angeformten hohlen Schaft versehenen Gelenkgehäuses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19903685C2 (de) |
Families Citing this family (3)
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DE102009032435B4 (de) | 2009-07-09 | 2012-08-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines querfließgepressten Verbundkörpers und querfließgepresster Verbundkörper |
DE102016108466B4 (de) * | 2016-05-09 | 2021-05-27 | Alfred Thun Gmbh & Co. Kg | Mehrstufiges Verfahren zum Umformen von Werkstoffen |
DE102018102934A1 (de) * | 2018-02-09 | 2019-08-14 | Mac Panther Gmbh | Axialkugelzapfen |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19536035A1 (de) * | 1995-09-28 | 1997-04-10 | Trw Fahrwerksyst Gmbh & Co | Verfahren zur Herstellung eines Gelenkgehäuses |
-
1999
- 1999-02-01 DE DE1999103685 patent/DE19903685C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19536035A1 (de) * | 1995-09-28 | 1997-04-10 | Trw Fahrwerksyst Gmbh & Co | Verfahren zur Herstellung eines Gelenkgehäuses |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
R. Geiger: Präzisionsumformen durch Querfließ- pressen, In: Draht 36 (1985) Nr. 10, S. 471-475 * |
Also Published As
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---|---|
DE19903685A1 (de) | 2000-08-10 |
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