DE102021200486B4

DE102021200486B4 - Presswerkzeug zum Befestigen eines Zuganschlagrings an einer Kolbenstange eines Kraftfahrzeugschwingungsdämpfers

Info

Publication number: DE102021200486B4
Application number: DE102021200486.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hochgesang; Frank Karl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: CN114800352A; DE102021200486A1

Abstract

Es wird ein Presswerkzeug 1 zum Befestigen eines Zuganschlagrings 4 an einer Kolbenstange 5 eines Schwingungsdampfers angegeben, umfassend ein erstes Werkzeugbauteil 2, sowie ein zweites Werkzeugbauteil 3, wobei während des Befestigungsvorgangs das erste Werkzeugbauteil 3 den Zuganschlagring 4 axial abstützt und das zweite Werkzeugbauteil 3 sich, bezogen auf eine Längserstreckungsachse L axial in Richtung des ersten Werkzeugbauteils 2 verschiebt und mit dessen einer Einpressfläche 6, den Zuganschlagring 4 abschnittsweise in eine an der Kolbenstange 5 ausgeführte umlaufende Nut 7 eindrückt, wodurch eine untrennbare formschlüssige Verbindung der Kolbenstange 5 mit dem Zuganschlagring 4 hergestellt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einpressfläche 6 des zweiten Werkzeugbauteils 3 als ein konvex ausgeformter Ring ausgebildet, wobei dieser durch mindestens eine Vertiefung 8 teilweise unterbrochen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Presswerkzeug zum Befestigen eines Zuganschlagrings an einer Kolbenstange eines Kraftfahrzeugschwingungsdämpfers, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Presswerkzeuge zum Befestigen eines Zuganschlagrings an einer Kolbenstange und somit zur Herstellung einer Kolbenstange-Zuganschlagring-Baueinheit für einen Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer, sind in der Automobilindustrie hinlänglich bekannt.
Die DE 10 2013 220 627 B3 , die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, zeigt beispielsweise ein gattungsbildendes, in einer automatisierten Befestigungseinrichtung einzusetzendes Presswerkzeug. Dieses umfasst ein erstes Werkzeugbauteil, sowie ein zweites Werkzeugbauteil, wobei das erste Werkzeugbauteil dazu ausgebildet ist, den Zuganschlagring axial abzustützen während das zweite Werkzeugbauteil, durch die Befestigungseinrichtung, bezogen auf eine Längserstreckungsachse L axial in Richtung des ersten Werkzeugbauteils verschoben wird und mit dessen einer Einpressfläche, den Zuganschlagring abschnittsweise in eine an der Kolbenstange ausgeführte Nut eindrückt. Dadurch wird eine untrennbare formschlüssige Verbindung der Kolbenstange mit dem Zuganschlagring hergestellt.
Die Druckschrift US 1 685 834 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Isolatorstiften, bei dem ein Stab verformt wird, um darauf einen Vorsprung zu bilden, wobei auf dem Vorsprung ein Stützflansch mit einer Öffnung zur Aufnahme des Stabes angebracht und derart verformt wird, dass dieser an dem Vorsprung gehalten wird.
Die DE 10 2013 220 627 B3 beschreibt ebenfalls ein Befestigungsverfahren, welches mindestens zwei Verfahrensschritte aufweist.
Im ersten Verfahrensschritt wird ein Zuganschlagring an einer Kolbenstange positioniert. Der Zuganschlagring umgreift die Kolbenstange in Umfangsrichtung und weist einen scheibenförmigen Abschnitt, sowie einen daran angrenzenden, zu der Kolbenstange zugewandten rohrförmigen Abschnitt auf. Die Kolbenstange weist eine umlaufende Nut auf.
Der Zuganschlagring stützt sich mit dem scheibenförmigen Abschnitt an einem ersten Werkzeugbauteil axial ab und ist so axial positioniert, dass der rohrförmige Abschnitt des Zuganschlagrings die umlaufende Nut der Kolbenstange zumindest teilweise abdeckt.
Im zweiten Verfahrensschritt wird ein zweites, die Kolbenstange in Umfangsrichtung umgreifendes Werkzeugbauteil an dem rohrförmigen Abschnitt des Zuganschlagrings zur Anlage gebracht. Die Einpressfläche des zweiten Werkzeugbauteils ist schräg, insbesondere konusförmig, mit einer konstanten Steigung ausgeführt, wobei sich der Konus radial nach innen, in Richtung der Kolbenstange verjüngt.
Das erste Werkzeugbauteil und das zweite Werkzeugbauteil werden dann durch die Befestigungseinrichtung koaxial zueinander bewegt und führen eine zueinander gerichtete, bezogen auf die Längsachse der Kolbenstange axiale Relativbewegung aus, sodass sich der Abstand zwischen den beiden Werkzeugbauteilen bis auf ein definiertes Endmaß verringert, wobei das Endmaß durch eine festgelegte, durch die Befestigungseinrichtung auf die Werkzeugbauteile aufgebrachte Systemkraft definiert wird.
Dabei übt das zweite Werkzeugbauteil eine axial in Richtung des scheibenförmigen Abschnitts gerichtete Presskraft, sowie eine radial nach innen, also zur Kolbenstangenmitte gerichtete Presskraft auf den rohrförmigen Abschnitt des Zuganschlagrings aus und presst diesen in die Umlaufende Nut der Kolbenstange hinein.
Nachteilig ist bei dieser Lösung der Umstand zu sehen, dass mit der Verringerung des Abstandes zwischen den Werkzeugbauteilen eine immer größere radiale Presskraft erforderlich ist, um eine optimale Verpressung und somit eine optimale Anlage des rohrförmigen Abschnittes des Zuganschlagrings in der umlaufenden Nut der Kolbenstange zu ermöglichen.
Eine Vergrößerung der axialen Presskraft, während der Verringerung des Abstandes zwischen den Werkzeugbauteilen ist nicht erwünscht, da diese unweigerlich zu einem schnellen Werkzeugverschleiß führen würde.
Um dieses Problem zu lösen, ist die ringförmige, sich um die Kolbenstange erstreckende Einpressfläche des zweiten Werkzeugbauteils konvex ausgebildet, was unter Anderem in der Längsschnittdarstellung in der DE 10 2013 220 627 B3 offenbart wurde.
Dadurch wurde ein über die axiale Längserstreckung der Einpressfläche des zweiten Werkzeugbauteils sich veränderndes Kräfteverhältnis zwischen der axialen und der radialen Presskraft erreicht, welches sich positiv auf die Lebensdauer des Presswerkzeugs auswirkt.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bei dem vorstehend erläuterten Befestigungsverfahren nicht immer vollständig ausgeschlossen werden kann, dass sich der über der umlaufenden Nut positionierter Zuganschlagring radial verschiebt. In diesem Fall kann es zu einer minimalen Verkantung des Zuganschlagrings kommen, wodurch die Werkzeugbauteile früher die definierte Presskraft erreichen und der Befestigungsvorgang bereits abgeschlossen wird, obwohl die formschlüssige Verbindung des Zuganschlagrings mit der Kolbenstange noch nicht optimal ist. Solche nicht optimal verpressten Kolbenstange-Zuganschlagring-Baueinheiten sind nur schwer von den optimal hergestellten unterscheidbar.
Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, das Presswerkzeug weiter zu verbessern, sodass die eventuell fehlerbehafteten Kolbenstange-Zuganschlagring-Baueinheiten sehr einfach erkannt werden können.
Insbesondere bei Fahrzeugen mit hoher Beanspruchung, wie SUV, NKW, Baumaschinen etc. werden Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer mit einem hydraulischen Zuganschlag eingesetzt. Der hydraulische Zuganschlag stützt sich axial an dem Zuganschlagring ab und dämpft bei einem schlagartigen herausfahren der Kolbenstange aus dem Dämpferzylinder die Ausfahrbewegung ab. Im Unterschied zu einem mechanischen Zuganschlag, welcher vielfach aus einer Feder oder einem Gummielement ausgeführt ist, entwickelt der hydraulische Zuganschlag deutlich höhere Axialkräfte, welche von dem Zuganschlagring abgestützt werden müssen, ohne dass dieser aus der in der Kolbenstangennut definierten Sitzposition herausgehebelt wird. Für den Einsatz in Fahrzeugen mit hoher Beanspruchung wird der Zuganschlagring deshalb aus einem höherfesten Werkstoff ausgebildet als die konventionellen Zuganschlagringe. Im Umkehrschluss sind deutlich höhere Presskräfte erforderlich, um den Zuganschlagring mit dem vorstehend erläuterten Presswerkzeug an der Kolbenstange des Kraftfahrzeugschwingungsdämpfers zu befestigen. Um das zu erreichen muss die Systemkraft der Befestigungseinrichtung erhöht werden, was unter Umständen einen Austausch der gesamten Befestigungseinrichtung und somit hohe Investitionskosten verursachen würde.
Somit liegt die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Presswerkzeug derart weiter zu entwickeln, dass die für den Einsatz in Fahrzeugen mit hoher Beanspruchung vorgesehene Zuganschlagringe ohne die Erhöhung der definierten Systemkraft der Befestigungseinrichtung an der Kolbenstange befestigt werden können.
Die vorstehenden Aufgaben sind durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhaften Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen, den Figuren und deren Beschreibung angegeben.
Da die Einpressfläche des zweiten Werkzeugbauteils als ein konvex ausgeformter Ring ausgebildet ist, welcher durch mindestens eine Vertiefung teilweise unterbrochen ist, ist der Berührkreis der Einpressfläche mit dem Zuganschlagring zunächst durch die Unterbrechung verkleinert. Dadurch wirkt bei der gleichen Systemkraft eine höhere Einpresskraft auf den Zuganschlagring, welche ausreichend ist einen aus einem höherfesten Werkstoff gefertigten Zuganschlagring optimal in die Kolbenstangennut hineinzupressen. Darüber hinaus kann der durch den Umformprozess verdrängte Werkstoff in der Vertiefung definiert aufgenommen werden, was eine gezielte Steuerung der Umformung des Zuganschlagrings vereinfacht.
Darüber hinaus kann eine nicht optimale Verbindung der Kolbenstange mit dem Zuganschlag, auch nach dem Umformprozess, durch eine visuelle Bewertung der Au-ßengeometrie des in die Vertiefung verdrängten Materials, von der optimalen Verbindung der Kolbenstange mit dem Zuganschlag sehr einfach visuell unterschieden und somit auch frühzeitig erkannt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Vertiefung durch eine umlaufende Fase begrenzt ist, welche den Übergang zwischen der Vertiefung und der konvex ausgeformten Einpressfläche definiert. Dadurch kann auf eine einfache Weise eine Scherwirkung des Vertiefungsrandes auf den Zuganschlagring während der Verformung und somit auch die Schwächung der Verbindung im Bereich des Übergangs zwischen der Vertiefung und der konvex ausgeformten Einpressfläche verhindert werden.
Darüber hinaus kann der Übergang mit einer definierten Außenform versehen werden, welche einen definierten Abdruck auf dem verpressten Zuganschlagring die visuelle Erkennung eventuell nicht optimal verbundener und somit fehlerbehafteter Kolbenstange-Zuganschlagring-Baueinheiten vereinfacht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vertiefung sich über einen Teil der axialen Erstreckung der konvex ausgeformten Einpressfläche axial erstreckt. Somit kann der Zuganschlagring an dessen Stirnseite und Umfang komplett ohne Unterbrechung in die Kolbenstangennut eingepresst werden, was ein vollständiges Abdichten in der Kolbenstangennut über volle 360° sicherstellt. Dabei kann sich die Vertiefung beispielsweise über etwa 2/3 der axialen Erstreckung der konvex ausgeformten Einpressfläche axial erstrecken.
Gemäß eine weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das zweite Werkzeugbauteil, mehrere an der Einpressfläche verteilte Vertiefungen umfasst und somit die Einpressfläche des zweiten Werkzeugbauteils durch diese Mehrzahl der Vertiefungen teilweise unterbrochen ist. Durch die Wahl der Anzahl der Vertiefungen und deren Breite kann die auf den Zuganschlagring auszuübende Einpresskraft eingestellt werden.
Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Einpresskraft auf den Zuganschlagring zu vereinfachen, ist gemäß einer weiteren Ausführung vorgesehen die Vertiefungen auf der ringförmigen Einpressfläche gleichmäßig zu verteilen.
Gemäß folgenden Figuren soll die Erfindung nun näher erläutert werden. Es zeigen:

1: Ausschnittdarstellung eines Presswerkzeugs zum Befestigen eines Zuganschlagrings an einer Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers gemäß dem Stand der Technik;
2: eine erste mögliche Ausführungsvariante eines zweiten Werkzeugbauteils eines Presswerkzeugs gemäß Patentanspruch 1 in einer Längsschnittdarstellung;
3: eine Draufsichtdarstellung eines zweiten Werkzeugbauteils eines Presswerkzeugs gemäß 2;
4: eine vergrößerte Ausschnittdarstellung einer Einpressflächenkontur mit einer Vertiefung gemäß 2.

Die 1 mit den Darstellungen a) und b) zeigen ein gemäß dem Stand der Technik ausgeführtes Presswerkzeug 1 zum Befestigen eines Zuganschlagrings 4 an einer Kolbenstange 5 eines Schwingungsdämpfers. Dabei zeigt die Darstellung a) die initiale Position des ersten Werkzeugbauteils 2, des zweiten Werkzeugbauteils 3, der Kolbenstange 5, sowie des Zuganschlagrings 4 kurz vor dem Starten des Befestigungsvorgangs. Die Einpressfläche 6 des zweiten Werkzeugbauteils 3 ist dabei konvex ausgebildet.
Die Darstellung b) zeigt dagegen den Endzustand des Befestigungsvorgangs, wonach das erste Werkzeugbauteil 2 und das zweite Werkzeugbauteil 3 derweit durch die hier nicht explizit dargestellte Befestigungseinrichtung koaxial zueinander bewegt worden sind, dass der Abstand zwischen den beiden Werkzeugbauteilen 2; 3 bis auf ein durch den Systemdruck der Befestigungseinrichtung definiertes Endmaß verringert worden ist. Der Zuganschlagring 4 ist abschnittsweise in eine an der Kolbenstange 5 ausgeführte um die Kolbenstange 5 umlaufende Nut 7 hineingepresst, wodurch eine Kolbenstange-Zuganschlagring-Baueinheit gebildet wurde.
Die 2 zeigt ein gemäß dem Patentanspruch 1 ausgeführtes zweites Werkzeugbauteil 3 eines Presswerkzeugs 1 zum Befestigen eines Zuganschlagrings 4 an einer Kolbenstange 5 eines Schwingungsdämpfers. Dabei ist zumindest in den 2 und 4 deutlich erkennbar, dass die Einpressfläche 6 des zweiten Werkzeugbauteils 3 als ein konvex ausgeformter Ring ausgebildet ist. Die 2, 3 und 4 zeigen darüber hinaus, dass die, als ein konvex ausgeformter Ring ausgebildete Einpressfläche 6 des zweiten Werkzeugbauteils 3 durch mindestens eine Vertiefung 8 teilweise unterbrochen ist. Gemäß den 2 und 3 können mehrere Vertiefungen 8 an der Einpressfläche 6 des zweiten Werkzeugbauteils 3 angeordnet sein und diese abschnittsweise unterbrechen. Diese können gleichmäßig auf der ringförmigen Einpressfläche 6 verteilt sein. In der 3 ist beispielsweise eine mögliche Ausführungsvariante dargestellt, welche drei gleichmäßig auf der ringförmigen Einpressfläche 6 verteilte Vertiefungen 8 vorsieht.
Die teilweise Unterbrechung der Einpressfläche 6 ist in der 4 besonders deutlich dargestellt. Es ist deutlich erkennbar, dass die axiale Erstreckung 11 der Vertiefung 8 kleiner ist, als die axiale Erstreckung 10 der Einpressfläche 6. Ebenfalls ist die radiale Erstreckung 13 der Vertiefung 8 kleiner als die radiale Erstreckung 12 der Einpressfläche 6. Somit erstreckt sich die Vertiefung 8 axial nur über einen Teil der konvex ausgeformten Einpressfläche 6, genaugenommen über etwa 2/3. Dadurch kann der Zuganschlagring 4 an dessen Stirnseite 14 und Umfang komplett ohne Unterbrechung in die Kolbenstangennut 7 eingepresst werden, was ein vollständiges Abdichten in der Kolbenstangennut 7 über volle 360° sicherstellt.
Darüber hinaus ist in den 2, 3 und besonders deutlich in der 4 dargestellt, dass die Vertiefung 8 jeweils durch umlaufende Fase 9 begrenzt ist, welche den Übergang zwischen der jeweiligen Vertiefung 8 und der konvex ausgeformten Einpressfläche 6 definiert.
Bezugszeichenliste

1: Presswerkzeug
2: erstes Werkzeugbauteil
3: zweites Werkzeugbauteil
4: Zuganschlagring
5: Kolbenstange
6: Einpressfläche
7: umlaufende Nut, Kolbenstangennut
8: Vertiefung
9: Fase
10: axiale Erstreckung der Einpressfläche
11: axiale Erstreckung der Vertiefung
12: radiale Erstreckung der Einpressfläche
13: radiale Erstreckung der Vertiefung
14: Stirnseite des Zuganschlagrings
L: Längserstreckungsachse

Claims

Presswerkzeug (1) zum Befestigen eines Zuganschlagrings (4) an einer Kolbenstange (5) eines Schwingungsdämpfers, wobei das Presswerkzeug (1) ein erstes Werkzeugbauteil (2), sowie ein zweites Werkzeugbauteil (3) umfasst, wobei während des Befestigungsvorgangs das erste Werkzeugbauteil (2) den Zuganschlagring (4) axial abstützt und das zweite Werkzeugbauteil (3) sich, bezogen auf eine Längserstreckungsachse (L) axial in Richtung des ersten Werkzeugbauteils (2) verschiebt und mit dessen einer Einpressfläche (6), den Zuganschlagring (4) abschnittsweise in eine an der Kolbenstange (5) ausgeführte umlaufende Nut (7) eindrückt, wodurch eine untrennbare formschlüssige Verbindung der Kolbenstange (5) mit dem Zuganschlagring (4) hergestellt wird, wobei die Einpressfläche (6) des zweiten Werkzeugbauteils (3) als ein konvex ausgeformter Ring ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch mindestens eine Vertiefung (8) teilweise unterbrochen ist, wobei die axiale Erstreckung (11) der Vertiefung (8) kleiner ist als die axiale Erstreckung (10) der konvex ausgeformten Einpressfläche (6).
Presswerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (8) durch eine umlaufende Fase (9) begrenzt ist, welche den Übergang zwischen der Vertiefung (8) und der konvex ausgeformten Einpressfläche (6) definiert.
Presswerkzeug (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Erstreckung (13) der Vertiefung (8) kleiner ist als die radiale Erstreckung (12) der konvex ausgeformten Einpressfläche (6).
Presswerkzeug (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (8) über etwa 2/3 der konvex ausgeformten Einpressfläche (6) axial erstreckt.
Presswerkzeug (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeugbauteil (3) mehrere Vertiefungen (8) aufweist, welche die Einpressfläche (6) teilweise unterbrechen.
Presswerkzeug (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8) gleichmäßig auf der ringförmigen Einpressfläche (6) verteilt sind.