Die Erfindung betrifft einen Bolzen, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bolzens.

Bei einem Bolzen handelt es sich allgemein Um ein vielfältig ersetzbares längliches Bauteil, das als Verbindungsmittel (z.B. als Radschraube) oder als

Funktionsträger (z.B. als Zapfenstumpf für einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks) ausgebildet sein kann. Ein solcher Bolzen kann in Form eines kalt verformten axialen Zylinderstücks ausgebildet sein.

Ein Bolzen kann an seiner Aussenumfangsfläche eine Nut aufweisen, die zur axialen Positionierung eines weiteren Bauteils dient, das in fertig montiertem Zustand in Kontakt mit dem Bolzen ist. Beispielhaft ist in den Figuren 3 und 4 jeweils ein Bolzen in Form eines herkömmlichen Kugelzapfens gezeigt, der bei einem Kugelgelenk eingesetzt wird. Der Kugelzapfen weist eine Nut 60 zur Aufnahme eines Balgmunds eines Dichtungsbalgs auf. Die Herstellung einer solchen Nut kann durch spanende Bearbeitung erfolgen. Alternativ hierzu ist es bekannt, den Zapfenstumpf eines solchen Kugelzapfens durch Kaltstauchen herzustellen, wobei die Kontur der Nut durch ein zusätzliches Werkzeug erzeugt wird, das beim Stauchen seitlich, d.h. etwa in einem Winkel von 90° bezüglich der Längsachse des Zapfenstumpfs zugeführt wird. Unter Zapfenstumpf ist die Kugelzapfengeometrie ohne die Kugel zu verstehen. Beide der genannten Herstellungsverfähren sind bezüglich der erforderlichen Bearbeitungsschritte und der notwendigen Werkzeuge aufwendig und erhöhen die Herstellungskosten des Bolzens.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bolzen und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, was in vereinfachter weise möglich ist. Diese Aufgabe wird durch einen Bolzen mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Ein erfindungsgemäßer Bolzen weist eine Nut auf, um darin einen weiteren Körper zu halten bzw. zu positionieren. Die Nut zeichnet sich dadurch aus, dass sie zumindest teilweise kalt-freigeformt hergestellt ist. Vorzugsweise kann die Nut in axialer Richtung des Bolzens durch einen Materialaufwurf begrenzt sein, der kalt- freigeformt hergestellt und eine Hinterschneidung in axialer Richtung des Bolzens bildet.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass die Nut des Bolzens in dessen axialer Richtung zumindest teilweise kalt-freigeformt bzw. kalt-gestaucht wird, und hierzu einfache bzw. standardisierte Werkzeuge, die während des Formgebungsprozesses lediglich axial in Richtung der Längsachse des Bolzens bewegt werden, verwendet werden können. Zur Erzeugung des Materialaufwurfs genügt ein einfach gestaltetes Werkzeug, wobei die Hinterschneidung bzw. die Kontur der Nut ohne eine Wechselwirkung mit einem weiteren Werkzeug gebildet werden. Anders ausgedrückt, wird die Kontur der Nut nur von einer Werkzeughälfte in einem Freiformprozess gebildet, wobei mit einer entgegengesetzt angeordneten Werkzeughälfte in bekannter Weise eine auf den Zapfenstumpf wirkende Gegenhaltekraft gewährleistet wird. Bei der Erzeugung der Nut wird demnach kein zusätzliches Formwerkzeug in die Nut zu deren Formgebung, d.h. orthogonal zur Längsachse des Bolzens, eingebracht. Im Ergebnis gestalten sich die Beschaffenheit des Werkzeugs und der eigentliche Formgebungsprozess zum Kaltverformen des Bolzens einfach und führen zu niedrigen Herstellkosten des Bolzens.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Bolzen einen an die Nut angrenzenden Kragenabschnitt aufweisen, der an einer Seite der Nut angeordnet ist und dem Materialaufwurf gegenüberliegt. Dies hat den Vorteil, dass durch das Kaltstauchen nur ein Bereich der Nut, nämlich der vorstehend genannte Materialaufwurf, mit der Hinterschneidung erzeugt wird. Der gegenüberliegende Bereich der Nut wird durch den Kragenabschnitt gebildet bzw. begrenzt, der bei einem Bolzen zumeist ohnehin vorgesehen ist, um diesen geeignet mit anderen Bauelementen zu verbinden. Somit übernimmt der Kragenabschnitt eine Doppelfunktion, wodurch der Bolzen insgesamt preiswert herstellbar ist.

Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bolzens mit einer Nut sind folgende Schritte vorgesehen:

Bereitstellen eines länglichen Metallelements, und

Kaltumformen des Metallelements in Richtung seiner Längsachse, so dass dabei zumindest ein Teil der Nut und/oder ein Materialaufwurf, der die Nut begrenzt, erzeugt werden.

Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines Bolzens durch Kaltverformung mittels Stauchen in axialer Richtung bzw. Längsrichtung des Bolzens kommt üblicherweise ein Werkzeug zum Einsatz, dessen zwei Werkzeughälften im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des Metallelements bzw. des Bolzens relativ zueinander auf und zu bewegt werden. Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das Erzeugen der Nut oder zumindest eines Teils derselben durch ein Kaltumformen/Stauchen des Metallelements allein in Richtung seiner Längsachse erfolgt. Zweckmäßigerweise wird hierbei ein Materialaufwurf erzeugt, der die Nut axial begrenzt. Der Materialaufwurf bildet in axialer Richtung des Zapfenstumpfs eine Hinterschneidung, die einen Teil der Kontur der Nut darstellt.

Beim Durchführen des axialen Kaltumformens des Metallelements kommt ein Werkzeug mit zwei Werkzeughälften zum Einsatz, die in Richtung der Längsachse des Metallelements und in Richtung zueinander bewegt werden. In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kontur der Nut lediglich von einer Werkzeughälfte in einem Freiformprozess ausgebildet. Das Merkmal Freiformprozess bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Kontur der Werkzeughälfte, die beim Ausbilden der Nut mit dem Bolzen in Kontakt gelangt, nicht zwangsläufig mit der resultierenden Kontur der Nut bzw. eines Teils davon übereinstimmen muss, da die resultierende Kontur der Nut sich allein aus dem Stauchen bzw. Kaltumformen des Metallelements ergibt.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Kaltumformen des Metallelements die Kontur der Nut erzeugt, ohne dass dabei ein Formwerkzeug in die Nut zu deren Formgebung, d.h. aus einer Richtung quer zur Längsachse des Metallelements, eingebracht wird. Im Ergebnis wird der Bolzen ausschließlich durch Werkzeugbewegungen hergestellt, die in Richtung der , Längsachse des Zapfenstumpfs erfolgen. Auf diese Weise ist der Umformprozess und die damit in Verbindung stehende Maschinentechnik einfach und preiswert.

Bei dem länglichen Metallelement handelt es sich zweckmäßigerweise um einen rotationssymmetrischen Standardkörper, der keine Hinterschneidung aufweist. Ein solcher Standardkörper lässt sich ausgehend von einem Halbzeug z.B. in Form eines Metalldrahts oder dergleichen ebenfalls durch ein axiales Kaltverformen bzw. -stauchen allein in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Längsachse des Metalldrahts herstellen. Der Standardkörper ohne die Hinterschneidung kann zum Beispiel einen gestuften Bereich in Form eines Schulterabschnitts oder dergleichen aufweisen, mit dem ein Werkzeug für ein anschließendes Kaltumformen des Metallelements zum Erzeugen zumindest eines Teils der Nut und/oder des Materialaufwurfs in Kontakt gelangt.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 eine seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Bolzens, Figur 2 eine Schrittabfolge, wie aus einem länglichen Metallelement mittels eines axialen Kaltumformens der Bolzen gemäß Figur 1 hergestellt wird, und

Figuren 3, 4 herkömmliche Bolzen nach dem Stand der Technik.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Bolzen 10 in einer Seitenansicht. Der Bolzen 10 ist bezüglich seiner Längsachse 12 rotationssymmetrisch. Der Bolzen 10 weist einen ersten Endbereich 14 auf, der zur Befestigung eines (in Figur 1 nicht gezeigten) weiteren Bauteils vorgesehen ist. Der Bolzen 10 weist ungefähr in einem mittigen Bereich einen Kragenabschnitt 20 auf, der den maximalen Durchmesserbereich des Bolzens 10 darstellt. Unterhalb des Kragenabschnitts 20, in Richtung eines unteren zweiten Endbereichs 16, können an dem Bolzen 10 Verbindungsmittel in Form eines Gewindes 18 oder dergleichen vorgesehen sein, mittels dessen der Bolzen 10 mit weiteren Bauteilen verbindbar ist. Angrenzend an den zweiten Endbereich 16 weist der Bolzen 10 eine Angriffsfläche 19 für ein Montagewerkzeug auf.

Der Kragenabschnitt 20 kann einen Anlagebereich bilden, mittels dessen der Bolzen 10 an weiteren Bauteilen zur Anlage gebracht werden kann, so dass eine geeignete Kraftübertragung zwischen dem Bolzen 10 und diesen Bauteilen gewährleistet ist. Zwischen dem Kragenabschnitt 20 und dem ersten Endbereich 14 weist der Bolzen 10 eine Nut 22 auf, die durch einen Materialaufwurf 24 begrenzt ist. Der Materialaufwurf 24 bildet in axialer Richtung des Bolzens 10 eine

Hinterschneidung, deren Funktion nachstehend noch im Detail erläutert ist. Die Darstellung von Figur 1 verdeutlicht, dass die Nut 22 zwischen dem Materialaufwurf 24 und dem Kragenabschnitt 20 ausgebildet ist, wobei ein Randbereich des Kragenabschnitts 20 dem Materialaufwurf 24 gegenüberliegt.

Der Materialaufwurf 24 und somit der obere Bereich der Nut 22 werden erfindungsgemäß durch ein axiales Kaltstauchen des Bolzens 10 in Richtung seiner Längsachse 12 hergestellt. Figur 2 verdeutlicht einen Herstellungsprozess zur Ausbildung des Materialaufwurfs 24. Die Herstellung des Bolzens 10 beginnt mit der Bereitstellung eines Metallelements in Form eines Rohlings, zum Beispiel ein Stück Metalldraht 8, der in Figur 2 oben dargestellt ist. Zur Vereinfachung wird ein solches Metallelement nachfolgend stets als Draht bezeichnet, ohne darin eine Einschränkung zu sehen. Der Draht 8 ist länglich und zylinderförmig, somit also rotationssymmetrisch. In bekannter Weise wird der Draht 8 zunächst durch axiales Stauchen bzw. eine axiale Kaltumformung zu einem Zwischenprodukt 9 (Fig. 2, mittlere Darstellung) geformt, das keine Hinterschneidungen aufweist. Im Wege eines solchen axialen Stauchens werden zwei Hälften eines Werkzeugs in bekannter Weise in mehreren Schritten relativ zueinander bewegt und dabei auf- und zugefahren, nämlich in Richtung des Pfeils A von Figur 2. Die Bewegung der Werkzeughälften erfolgt somit in Richtung der Längsachse 12 des Drahts 8.

Das Zwischenprodukt 9 ist in Figur 2 in der Mitte dargestellt. Hierbei ist in dem Abschnitt zwischen dem ersten Endbereich 14 und dem Kragenabschnitt 20 ein Schulterabschnitt 26 ausgebildet, dessen Durchmesser sich ausgehend vom ersten Endbereich 14 in Richtung des Kragenabschnitts 20 vergrößert. Der Schulterbereich 26 geht in Richtung des Kragenabschnitts 20 in einen Bolzenabschnitt 27. über. Anders ausgedrückt, ist der Bolzenabschn/tt 27 zwischen dem Schulterbereich 26 und dem Kragenabschnitt 20 angeordnet. Der Bolzenabschnitt 27 und der Schulterabschnitt 26 erfüllen bei der Erzeugung der Nut 22 eine wesentliche Funktion, wobei der Bolzenabschnitt 27 hierbei eine Anbindungsfläche zur Positionierung von weiteren Bauteilen bildet.

Ausgehend von dem Zwischenprodukt 9 wird in einem nächsten Schritt ein geeignetes Werkzeug aus Richtung des ersten Endbereichs 14 auf den Draht bzw. Bolzen 10 aufgesetzt. Dieses Werkzeug gelangt dabei in Kontakt mit dem Schulterabschnitt 26. Durch ein axiales Verfahren. des Werkzeugs (in Richtung des Pfeils A von Figur 2) nach unten, d.h. in Richtung des Kragenabschnitts 20, wird der Schulterabschnitt 26 zu dem Materialaufwurf 24 umgeformt, so dass aus dem Bolzenabschnitt 27 die Nut 22 erzeugt wird. Die Formgebung der Nut 22 hängt dabei von der Existenz und der Ausgestaltung des Bolzenabschnitts 27 und des Materialaufwurfs 24 ab. Hierbei ist von Bedeutung, dass der Bolzenabschnitt 27 eine ausreichende Länge in Richtung der Längsachse des Drahts 8 aufweist, so dass zwischen dem Materialaufwurf 24 und dem Kragenabschnitt 20 die Nut entsteht. Demgegenüber darf der Schulterabschnitt 26 nicht direkt in den Kragenabschnitt 20 übergehen.

In Fig. 2 sind im unteren Bild die Nut 22 bzw. der Materialaufwurf 24 im fertigen Zustand dargestellt ist. Der Materialaufwurf 24 bildet in axialer Richtung des Bolzens 10 eine Hinterschneidung, so dass sich im Wechselspiel mit einem Randbereich des Kragenabschnitts 20 daraus die Nut 22 ergibt.

Bezüglich der Verformung des Schulterabschnitts 26 durch das Werkzeug ist zu verstehen, dass es sich hierbei um einen Freiform prozess handelt. Dies bedeutet, dass sich beim Verformen des Schulterabschnitts 26 durch das Werkzeug die Kontur dieses Bereichs der Nut 22 selbständig bildet, ohne dass dabei ein Kontaktbereich des Werkzeugs mit der resultierenden Kontur der Nut komplementär ist. Es versteht sich, dass beim Kaltstauchen des Schulterabschnitts 26 durch das Werkzeug eine weitere Werkzeughälfte in Kontakt mit dem Bolzen 10 gelangt, zum Beispiel an einem unteren Rand des Kragenabschnitts 20, wobei dieser Rand des Kragenabschnitts 20 entgegengesetzt zu dem Schulterabschnitt 26 ist. Mittels dieser weiteren Werkzeughälfte, die in Kontakt mit dem unteren Bereich des Kragenabschnitts 20 ist, wird eine notwendige Gegenhaltekraft erzeugt. Diese weitere Werkzeughälfte gelangt nicht in direkten Kontakt mit dem Schulterabschnitt 26 und ist deshalb auch nicht an dem Freiformprozess für den Materialaufwurf 24 beteiligt.

Der vorstehend erläuterte Bolzen 10 kann Grundlage dafür sein, einen Kugelzapfen für ein Kugelgelenk herzustellen, wobei in der Nut 22 ein Balgmund eines (nicht gezeigten) Dichtungsbalgs axial bezüglich des Kugelzapfens positioniert ist. Alternativ kann der Bolzen auch für beliebige andere Einsatzzwecke geeignet sein, wenn ein weiteres Bauteil bzw. ein weiterer Körper, der sich in Kontakt mit dem Bolzen 10 befindet, axial bezüglich des Bolzens 10 zu positionieren ist.