DE10056753A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteiles eines Tripodegelenkes - Google Patents

Abstract

Die Kaltkalibrierung von Laufbahnen des Gelenkaußenteiles erfordert hohe von einem Werkzeug auf die Laufbahnen ausgeübte Kräfte mit entsprechenden mechanischen Beeinträchtigungen des Werkzeugs oder der zu kalibrierenden Flächen, wodurch lediglich kleine Verformungen der zu kalibrierenden Flächen erzielbar sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden im Bereich der Innenkontur des Gelenkaußenteiles Verdrängungszonen zur Aufnahme des während der Kaltkalibrierung verdrängten Materials vorgesehen, insbesondere Rillen oder Nuten. Mittels des verdrängten Materials werden insbesondere Schultern ausgebildet, welche zur Abstützung von Rolleneinheiten des Tripodegelenkes dienen. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren findet Einsatz zur Herstellung von Tripodegelenken, insbesondere für Kraftfahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteiles eines Tripodegelenkes gemäß ausgewählten Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Tripodegelenke dienen der Übertragung einer Antriebsbewegung bzw. eines Antriebsmomentes von einem ersten Wellenende zu einem zweiten Wellenende unter Gewährleistung einer axialen Verschieblichkeit sowie einer Verschwenkbarkeit der Wellenenden gegeneinander.

Bekannte Tripodegelenke verfügen über ein Gelenkaußenteil mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Gelenkinnenteiles, welches über drei Rolleneinheiten verfügt. Das Gelenkaußenteil weist drei innenliegende Laufbahnpaare auf, welche in wälzendem Kontakt mit den dem Gelenkinnenteil zugeordneten Rolleneinheiten stehen. Die Laufbahnen der Laufbahnpaare sind in axialer Richtung des Gelenkaußenteiles orientiert. Im Querschnitt sind die geradlinigen oder gekrümmten Laufbahnen eines Laufbahnpaares über eine, insbesondere im wesentlichen in Umfangsrichtung orientierte, erste Zwischenkontur miteinander verbunden. Benachbarte Laufbahnen benachbarter Laufbahnpaare sind im Querschnitt über eine zweite, insbesondere im wesentlichen in Umfangsrichtung orientierte, zweite Zwischenkontur miteinander verbunden. Im Querschnitt ist die Ausnehmung durch die erste Zwischenkontur, die zweite Zwischenkontur und die Laufbahnen begrenzt.

Zur Herstellung der gattungsgemäßen Gelenkaußenteile werden diese in einem ersten Verfahrensschritt vor- oder fertiggeschmiedet, insbesondere im Bereich der Laufbahnen. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise eine spanende Bearbeitung erfolgen. Zumindest die Kontur der Laufflächen, insbesondere die Kontur der gesamten Ausnehmung, weicht nach derartigen Herstellschritten von der Sollkontur der Laufflächen oder der Ausnehmung ab. Die Abweichung besteht beispielsweise in einem unterschiedlichen Konturverlauf oder unterschiedlichen Abständen der Kontur von der Längsachse des Gelenkaußenteils oder Abweichungen des Abstandes oder der Parallelität der Laufbahnen eines Laufbahnpaares. Die Abweichungen bestehen insbesondere in einem Über- oder einem Untermaß oder einer Abweichung nach innen oder außen in Bezug auf den Querschnitt des Gelenkaußenteiles bestehen. In einem nachfolgenden Schritt werden zumindest die Laufbahnen zur Erreichung der Sollkontur (kalt-)kalibriert. Hierzu werden mittels eines Werkzeuges auf zu kalibrierenden Flächen Kräfte aufgebracht, welche unter plastischen Verformungen und einem Fliessen des beteiligten Materiales die Sollkontur herstellen.

Insbesondere in Verbindung mit großen zu kalibrierenden Flächen, beispielsweise Laufbahnen, dürfen diese vor der Kalibrierung nur geringfügig von der Sollkontur abweichen, da ansonsten große Kräfte aufgebracht werden müssen, was zu hohen Werkzeugbelastungen und/oder verminderter Qualität der kalibrierten Flächen führen kann. Alternativ werden die Laufbahnen mittels eines räumenden Verfahrens bzw. einer spanenden Bearbeitung eingebracht, wodurch ein zweiteiliges Gelenkgehäuse bedingt sein kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteiles eines Tripodegelenkes herzustellen, welches eine einfache Kaltkalibrierung zumindest der Laufbahnen unter Gewährleistung einer hohen Genauigkeit ermöglicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Das in die Ausnehmung des Gelenkaußenteiles eingeführte Werkzeug übt, insbesondere radial nach außen gerichtete, Kräfte auf das Gelenkaußenteil aus zur Erzielung einer plastischen Verformung in Richtung der Sollkontur. Hierzu ist ein Fließen des Materials erforderlich. Das (weg-)fließende Material wird in den axial orientierten Rillen, Vertiefungen oder Nuten aufgenommen, welche vor der Kaltkalibrierung in das Gelenkaußenteil eingebracht sind. Somit werden erfindungsgemäß Aufnahmebereiche zur Ermöglichung vergrößerter Fließbewegungen vorgesehen. Diese bilden Verdrängungszonen. Weiterhin kann durch die Abweichung der Kontur der Teilbereiche von der Sollkontur vor dem Kalibriervorgang eine gezielte Beeinflussung des Materialflusses erzeugen. In Folge der vorgesehenen Verdrängungszonen kann die während des Kaltkalibrierens erzielbare Verformung, insbesondere der Laufbahnen, vergrößert werden. Hierdurch werden die Anforderungen an die Präzision und Toleranz der dem Kalibriervorgang vorangehenden Herstellungsschritte verringert. Es können größere Flächen kalibriert werden. Vergleichbare Flächen können unter Einsatz kleinerer Betätigungskräfte sowie kleinerer auf die Werkzeuge wirkender Kräfte hergestellt werden. Hierdurch ergeben sich erhöhte Werkzeugstandzeiten sowie geringere Werkzeugkosten. Bei gleichem Kalibrieraufwand ist eine höhere Laufbahnqualität herstellbar, wodurch eine höhere Laufruhe und Lebensdauer des fertigen Tripodegelenkes bedingt ist.

Die in Form der axial orientierten Vertiefungen, Rillen oder Nuten gebildeten Verdrängungszonen können auf besonders einfache Weise während des Schmiedeprozesses und/oder während alternativer Fertigungsverfahren, beispielsweise Fräsverfahren, in das Gelenkaußenteil (bzw. dessen Inneres) eingebracht werden. In Folge der axialen Orientierung kann beispielsweise der Materialfluß über die Länge der Laufbahn gesteuert werden. Die Kontur der Vertiefungen, Rillen oder Nuten kann an den erwünschten Materialfluß, mechanische Bedingungen sowie die Verfahren zur Herstellung derselben angepaßt sein.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit mindestens einem Werkzeug während des Kaltkalibrierens radial nach außen gerichtete Kräfte im Bereich der Laufbahnen sowie in Umfangsrichtung beabstandet von diesen im Bereich der zweiten Zwischenkontur Kräfte auf das Gelenkaußenteil aufgebracht. Auf den Bereich zwischen den Laufflächen und dem mit Kräften beaufschlagten Bereich der zweiten Zwischenkontur wirken somit geringe oder keine nach außen gerichteten Kräfte, so daß das Material von Teilbereichen mit hoher Kraftbeaufschlagung in diese Bereiche unter Ausbildung von Schultern fliessen kann. Diese Schultern bilden Funktionsflächen des Tripodegelenkes, beispielsweise radiale Abstützungen der Laufrollen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Gelenkaußenteil eines Tripodegelenkes im Querschnitt und

Fig. 2 ein Detail des Gelenkaußenteiles gemäß Fig. 1 mit mit durchgezogener Linie dargestelltem Verlauf der Innenkontur vor dem Kalibriervorgang, während des Kalibriervorganges einwirkenden Kräften sowie mit mit gestrichelter Linie dargestellter Innenkontur nach dem Kalibriervorgang.

Das in Fig. 1 dargestellte Gelenkaußenteil 10 eines Tripodegelenkes verfügt über eine im Querschnitt innenliegende Ausnehmung 11, welche zur Aufnahme eines nicht dargestellten Gelenkinnenteiles des Tripodegelenkes mit einem drei Arme aufweisenden Gelenkstern sowie zugeordneten Baueinheiten wie beispielsweise einer Rolleneinheit 12 dient. Das Gelenkaußenteil 10 ist in dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt mit drei identischen, in Umfangsrichtung orientierten Segmenten gebildet, wobei der Übergang von benachbarten Segmenten im Bereich von Längsachsen 13, 14, 15 der Arme des Gelenksternes erfolgt.

Die Kontur der Ausnehmung 11 wird mit (im wesentlichen parallel zu der Längsachse 13 (14, 15) und im wesentlichen parallel zueinander orientierten oder gekrümmten) Laufbahnen 16, 17 eines Laufbahnpaares, eine diese verbindende, im wesentlichen in Umfangsrichtung orientierte erste Zwischenkontur 18 sowie eine im wesentlichen in Umfangsrichtung orientierte, benachbarte Laufbahnen 16, 17 benachbarter Laufbahnpaare verbindende zweite Zwischenkontur 19 gebildet. Die Rolleneinheit 12 steht in wälzendem Kontakt mit Laufbahnen 16, 17 eines Laufbahnpaares. Bei der Rolleneinheit 12 handelt es sich beispielsweise um einen gegenüber einem Arm des Gelenksterns drehbar, verschieblich und/oder verschwenkbar gelagerten Ring oder Hohlzylinder, insbesondere mit in Längsrichtung des Hohlzylinders gekrümmter Mantelfläche, oder um eine Rolleneinheit, welche im Bereich mehrerer Wälzkörper, beispielsweise mehrerer in einem Käfig geführter Nadeln, die in Kontakt mit den Laufbahnen 16, 17 treten.

Die Laufbahnen 16, 17 sind in axialer Richtung des Gelenkaußenteiles 10, also senkrecht zur Zeichenebene gemäß Fig. 1, orientiert sowie in Richtung der Längsachse 13 (14, 15) orientiert, gegebenenfalls mit einer der Rolleneinheit 12 angepaßten Krümmung. Die erste Zwischenkontur 18 bildet vorzugsweise Anlage-, Einführ-, Führungs- oder Zentrierflächen für die zugeordnete Rolleneinheit 12 und/oder den Gelenkstern.

Fig. 2 zeigt mit gestrichelter Linie die Sollkontur 20 der Ausnehmung 11 nach der Kalibrierung und mit gestrichelter Linie die von der Sollkontur 20 abweichende Kontur 21 vor der Kalibrierung. Die Kontur 21 weicht, insbesondere im Bereich der Laufbahnen 16, 17, der ersten Zwischenkontur 18 und dem mittleren Bereich der zweiten Zwischenkontur 19, radial nach innen bzw. in das Innere der Ausnehmung 11 von der Sollkontur 20 ab sowie, insbesondere im Bereich von Schultern 22 und Vertiefungen 23, radial nach außen von der Sollkontur 20 ab.

Zur Kaltkalibrierung des Gelenkaußenteiles wird ein geeignetes Werkzeug, dessen äußere Geometrie im Bereich der zu kalibrierenden Flächen ungefähr der Sollkontur 20 entspricht, in axialer Richtung in die Ausnehmung 11 eingeführt. Im Bereich der Laufbahnen 16, 17 und/oder (Mitten-)bereichen der zweiten Zwischenkontur 19 übt das Werkzeug zumindest Normalspannungen auf das Gelenkaußenteil aus, welche plastische Verformungen in Richtung der Sollkontur 20 mit einem Fließen des Materiales zur Folge haben. Mittels des fließenden bzw. verdrängten Materiales werden die Vertiefungen 23 teilweise oder vollständig geschlossen.

Nicht mit dem Werkzeug in Kontakt tretende Teilbereiche der Kontur 21, insbesondere Schultern 22, bilden, vorzugsweise zusätzlich zu den Vertiefungen 23, Verdrängungszonen des Materiales. Die in das Innere der Ausnehmung 11 während des Kalibrierens ausgebildeten oder verstärkten Schultern 22 bilden Funktionsflächen des Gelenkaußenteiles 11, beispielsweise zur radialen Führung der Rolleneinheiten 12.

Die Vertiefungen 23 sind vorzugsweise in Form von Rillen oder Nuten ausgebildet mit im Querschnitt beliebiger Kontur, insbesondere einem glatten, einem nicht stetigen oder einem sprungartigen Konturverlauf. Die Vertiefungen 23 sind vorzugsweise in axialer Richtung mit in axialer Richtung konstanter oder veränderlicher Kontur, Breite oder Tiefe orientiert. Entsprechend Fig. 1 sind in jeder ersten Zwischenkontur 18 jeweils zwei Vertiefungen 23 vorgesehen, deren Abstand in Umfangsrichtung ungefähr dem Abstand von den Laufflächen 16, 17 entspricht.

Während der Kaltkalibrierung kann das Gelenkaußenteil 10 auch im Bereich der äußeren Mantelfläche einer Kraftbeaufschlagung unterworfen sein. Abweichend oder ergänzend von den vorgenannten Ausführungsformen kann die Kaltkalibrierung nicht mittels eines Aufspreizens des Gelenkaußenteiles 11 durch das mit einem Übermaß eingeführte Werkzeug erfolgen. In diesem Fall bildet ein in das Innere des Gelenkaußenteils 11 eingeführtes Werkzeug lediglich einen Gegenhalter, gegen welches die zu kalibrierenden Flächen, insbesondere Laufbahnen 16 durch die im Bereich der Mantelfläche des Gelenkaußenteiles 10 wirkenden Kräfte gepreßt werden. Erfindungsgemäß kommt es im Bereich fehlender Gegenhalteflächen zur Ausbildung von Schultern, während durch die äußere Kraftbeaufschlagung die erfindungsgemäßen Vertiefungen mindestens teilweise geschlossen werden können. Kombinationen der externen Kraftbeaufschlagung sowie der (spreizenden) Ausübung von Kräften durch das Werkzeug sind ebenfalls möglich.

Weitere, inbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteiles (10) eines Tripodegelenkes, wobei
das Gelenkaußenteil (10) über eine Ausnehmung (11) zur Aufnahme eines Gelenkinnenteiles mit drei Rolleneinheiten (12) verfügt,
das Gelenkaußenteil (10) über drei innenliegende Laufbahnpaare verfügt,
Laufbahnen (16, 17) der Laufbahnpaare in axialer Richtung orientiert sind,
die Laufbahnen (16, 17) eines Laufbahnpaares im Querschnitt über eine erste Zwischenkontur (18) miteinander verbunden sind,
benachbarte Laufbahnen (16, 17) benachbarter Laufbahnpaare im Querschnitt über eine zweite Zwischenkontur (19) miteinander verbunden sind,
die Ausnehmung (11) im Querschnitt mit den Zwischenkonturen (18, 19) und den Laufbahnen (16, 17) begrenzt wird,
bei dem

• a) das Gelenkaußenteil (10) mindestens teilweise in einem Schmiedeprozeß hergestellt wird,
• b) vor einer Kaltkalibrierung zumindest die Laufbahnen (16, 17) mit gegenüber einer Sollkontur (20) der Ausnehmung (11) abweichender Kontur (21) hergestellt werden,
• c) vor einer Kaltkalibrierung Teilbereiche der Zwischenkonturen (18, 19) mit axial orientierten Vertiefungen (23), Rillen oder Nuten hergestellt werden,
• d) die Laufbahnen (16, 17) kaltkalibriert werden,
• e) zur Kaltkalibrierung zumindest zwischen Laufbahnen (16, 17) eines Laufbahnpaares mindestens ein Werkzeug eingebracht wird,
• f) von dem Werkzeug mindestens auf die Laufbahnen (16, 17) des Gelenkaußenteiles Kräfte aufgebracht werden,
• g) mittels von den Kräften bewirkter plastischer Verformungen des Gelenkaußenteiles (10) die Kontur (21) zumindest der Laufbahnen (16, 17) und/oder der Teilbereiche der Zwischenkonturen (18, 19) auf die Sollkontur (20) gebracht werden und
• h) die Kontur, Tiefe und/oder Breite der axial orientierten Vertiefungen (23), Rillen oder Nuten infolge der plastischen Verformungen verändert oder verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß infolge der plastischen Verformungen Schultern (22) ausgebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern (22) im Bereich der zweiten Zwischenkontur (19) in unmittelbarer Umgebung der Laufbahnen (16, 17) ausgebildet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (10) aus einem Halbzeug fertiggeschmiedet wird und anschließend kaltkalibriert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit mindestens einem Werkzeug während des Kaltkalibrierens radial nach außen gerichtete Kräfte im Bereich der Laufbahnen (16, 17) sowie in Umfangsrichtung beabstandet von diesen im Bereich der zweiten Zwischenkontur (19) Kräfte auf das Gelenkaußenteil (10) aufgebracht werden.