DE10142805A1

DE10142805A1 - Einteiliger Gelenkkörper

Info

Publication number: DE10142805A1
Application number: DE10142805A
Authority: DE
Inventors: Guido Degen; Wolfgang Schiemenz; Eberhard Ernst; Rainer Schmitt
Original assignee: GKN Sinter Metals GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals GmbH
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: JP4307256B2; CN1578709A; WO2003020460A3; MXPA04001689A; AU2002342616A1; EP1420913A2; DE10142805C2; WO2003020460A2; KR20040029079A; JP2005501965A; CN100444993C; BR0212106A; US20040197219A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, insbesondere eines Kugelbahnen aufweisenden Gelenkinnenteils eines Wellengelenks, wobei Pulver in einen Füllraum gefüllt wird, der Füllraum begrenzt wird von einer Matrize, wenigstens einem Formdorn und einem diesem gegenüber angeordneten Fülldorn, einem Mitteldorn, wenigstens einem Unter- und einem Oberstempel, wobei das Pulver in dem Füllraum durch Druck auf den Ober- und/oder Unterstempel zu einem Grünling gepreßt, ausgestoßen und gesintert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein metallisches Sinterteil, insbesondere eine Gelenkinnenteil eines Wellengelenks, mit in einem Winkel zur Preßrichtung angeordneten Kugelbahnen und/oder einer Krümmung der Kugelbahnen, nebst Verfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung.

Wellengelenke, die aus einem Gelenkinnenteil und einem Gelenkaußenteil bestehen sind bekannt. Sie dienen vor allem zur Drehmomentübertragung zwischen Wellen, die im Betrieb größeren Verlagerungen unterworfen sind. Auch die Aufnahme von axialen Verlagerungen sind dabei möglich.

Ein Beispiel für die Übertragung von Drehmoment über gegeneinander angewinkelte Wellen ist das Gleichlauf-Wellengelenk. Gleichlauf-Wellengelenke gehören zu der Gattung der Zapfengelenke, deren gängigste Bauweise das Kreuzgelenk ist. Beim Kreuzgelenk sind die Gelenkgabeln der beiden Wellen mit einem Zapfen verbunden. Einfache Kreuzgelenke lassen im wesentlichen kleine Winkeländerungen zu. Axiale und radiale Verschiebungen der Wellen sind nicht möglich.

Diese Nachteile vermeidet das Gleichlaufgelenk. Im Gegensatz zu den Kreuzgelenken werden Mit Gleichlauf-Wellengelenken werden bei gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit gleichförmige Drehzahlen auf der Abtriebsseite erzeugt. Das gleiche gilt für die Drehmomente.

Die Gelenkwelle besteht aus zwei Gelenken und einer Zwischenwelle. Die Zwischenwelle ist zum Ausgleich von Längenänderungen meist als Teleskopwelle ausgeführt. Die Bedingung für eine gleichförmige Übertragung ist, daß die beiden Gelenkgabeln in einer Ebene liegen und, falls die Ablenkungswinkel an beiden Gelenkgabeln immer gleich groß sind, wenigstens in der im Betrieb am häufigsten vorkommenden Lage. Dies kann durch Z- oder W-Anordnung erreicht werden. Bei Kraftfahrzeugen ist meist die erstere üblich. Dabei treten Ungleichförmigkeiten nur in der Zwischenwelle auf. Um auf geringem Raum große Winkelbewegungen auszugleichen, zum Beispiel beim Vorderradantrieb von Kraftfahrzeugen, verwendet man Doppelgelenke. Diese entsprechen prinzipiell der Gelenkwelle, jedoch ist statt der Zwischenwelle nur ein kurzes Zwischenstück - Welle oder Muffe - vorhanden, das so geführt ist, daß die Auslenkwinkel beider Gelenke stets gleich sind. Die Längsverschiebbarkeit wird in An- oder Abtriebswelle vorgesehen. Daneben ermöglichen Gleichlaufgelenke eine gleichförmige, kraftschlüssige Übertragung des Drehmoments bzw. der Winkelgeschwindigkeit meist über Kugeln, welche in Kugelbahnen so geführt sind, daß sie stets in der Spiegelebene des Gelenks liegen. Bei größeren Gleichlaufgelenken ist eine Zentrierung notwendig. Die Gleichlaufgelenke ermöglichen bei großen Auslenkwinkeln gleichförmige Übertragung. Gleichlaufgelenke werden als Festgelenk oder Verschiebegelenk gebaut, wobei das Festgelenk die Antriebsachse in axialer Richtung fixiert und das Verschiebegelenk durch Längsverschiebung einen Ausgleich bei Achslängenänderungen ermöglicht.

Wellengelenke dieser Art sind mit einem Gelenkaußenteil und einem Gelenkinnenteil mit den Wellen verbunden. Das Gelenkinnenteil wird über Kugeln in dem Gelenkaußenteil geführt. Die Kugeln bewegen sich dabei in einem Kugelkäfig in Kugelbahnen, welche auf der Außenfläche des Gelenkinnenteils und auf der Innenfläche des Gelenkaußenteils ausgeformt sind. Die Geometrie der Wellengelenke erfordert, daß die Ausnehmungen für die Kugelbahnen spanend angeformt werden.

Diese Art der Fertigung erfordert in der Regel eine kostenaufwendige und hochpräzise, spanende Bearbeitung. Nachteilig dabei ist, daß das Gelenkinnenteil in einer Vielzahl von Arbeitsschritten und in verschiedenen Bearbeitungsmaschinen hergestellt werden muß. Bisher wurde das Gelenkinnenteil auf konventionellem Wege aus einem Schmiederohling geformt, da die Hinterschneidungen oder Ausformungen, beispielsweise die Kugelbahnen, nicht in jeglichem Preßverfahren herzustellen waren und damit auch nicht aus Metallpulver gepreßt und gesintert zur Endform gebracht werden konnten. Dies erforderte in der Regel zusätzliche Verfahrensschritte, um die Formgebung der Hinterschnitte zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem in einfacher und präziser Weise ein metallisches Sinterteil oder Schmiedeteil, insbesondere ein Gelenkinnenteil eines Wellengelenks hergestellt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den in den Verfahrens-, Vorrichtung- und Sachansprüchen angegeben Merkmalen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Sinterteils oder Schmiedeteils, insbesondere eines Kugelbahnen aufweisenden Gelenkinnenteils eines Wellengelenks, wobei Pulver in einen Füllraum gefüllt wird, der Füllraum begrenzt wird von einer Matrize, wenigstens einem Formdorn und einem diesem gegenüber angeordneten Fülldorn, einem Mitteldorn, wenigstens einem Unter- und einem Oberstempel, wobei das Pulver in dem Füllraum durch den Druck zwischen dem Ober- und Unterstempel zu einem Grünling gepreßt, ausgestoßen und gesintert wird. In den Füllraum wird metallisches Sinterpulver eingebracht. Der Formdorn wird bis zu dem Fülldorn eingefahren und durch ein verschieben der Werkzeuge relativ gegeneinander wird die Teilegeometrie fixiert und anschließend wird das Pulver durch Aufbringung eines Preßdrucks auf den Ober- und/oder Unterstempel zu einem Grünling verdichtet. Der fertig gepreßte Grünling wird nach dem Zurückfahren des Oberstempels und der Formdorne aus der Preßvorrichtung ausgestoßen und gesintert. Zur Erzielung einer höheren Dichte ist es zweckmäßig, wenn das Sinterteil nach dem Sintern warm oder kalt nachverformt wird. Zur Erzielung geringer Toleranzen und/oder einer partiellen Verdichtung ist ein Kalibriervorgang nach dem Sintern und/oder Schmieden möglich. Beispielsweise ist es vorteilhaft die Kugelbahnen des Gelenkinnenteils kalt zu rollieren oder alternativ nach dem Sinterschmieden zu rollieren.

Sintermetallurgisch hergestellte Bauteile weisen den Vorteil auf, daß der gesamte Körper des Gelenkinnenteils ein hochfestes Gefüge bildet, das hervorragende Materialeigenschaften und Oberflächengüte aufweist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß für den Füllvorgang der Fülldorn in eine Füllposition in die Matrize einfährt, der Mitteldorn in eine Füllposition in die Matrize einfährt und der Unterstempel in einer Füllposition gehalten wird, beim Preßvorgang fährt der dem Fülldorn zugeordnete Formdorn in die Matrize ein, wobei der Formdorn den Fülldorn in der Matrize nach unten schiebt und dabei durch die Geometrie des Formdorns die Kugelbahnen im Pulver geformt werden, und gleichzeitig der Oberstempel in die Matrize bis zu einer Oberstempelpreßposition einfährt und das Pulver zum Grünling verdichtet wobei Kugelbahnen durch die Geometrie der Matrize geformt werden, und der Unterstempel bis zu einer Unterstempelendposition einfährt und auch das Pulver verdichtet, beim Ausstoßvorgang der Oberstempel und Formdorn aus der Matrize ausfahren und der Mitteldorn aus dem Grünling zurückgezogen wird. Die Außenkontur des Gelenkinnenteils, der Kugelnabe, wird teilweise durch die Matrize selbst und teilweise durch in der Matrize in Preßrichtung bewegliche Formdorne geformt. In Abhängigkeit von der Geometrie des Gelenkinnenteils sind wenigstens zwei obere Formdorne und zwei untere Fülldorne, vorzugsweise drei Dorne, die in Preßrichtung verschiebbar in der Matrize gelagert sind, vorgesehen.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die dem Formdorn zugewandte Seite des Fülldorns in der Füllposition bündig mit der Oberseite der Matrize und der Oberseite des Mitteldorns abschließt, in der Preßposition der Formdorn an der Oberseite des Fülldorns anliegt und diesen zurückschiebt, während gleichzeitig Preßdruck auf den Oberstempel aufgebracht wird, der in die Matrize einfährt und anschließend der Oberstempel und der Formdorn aus der Matrize ausfahren und der fertig gepreßte Grünling aus der Matrize durch den Unterstempel ausgestoßen wird.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Pulver durch Druck und Wärme zu einem Grünling gepreßt wird.

In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß während des Pressens die Matrize und wenigstens ein Stempel beheizt wird.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Form der Kugelbahnen durch die Formdorne geformt wird.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Form der Kugelbahnen durch die Formdorne und die Matrize geformt wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberfläche der Kugelbahnen nach dem Sintern verdichtet wird. Die Verdichtung der Oberfläche zur Erzielung einer höheren Festigkeit kann beispielsweise durch Rollieren erfolgen, wobei es vorteilhaft ist, wenn nur Teilbereiche der Kugelbahnoberfläche verdichtet werden. Zweckmäßig ist es, wenn zumindest die Lauffläche der Kugeln der Kugelbahnoberfläche verdichtet wird.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberfläche der Kugelbahnen nach dem Sintern mittels wenigstens einer Kugel verdichtet wird, die Druck senkrecht zur Kugelbahnfläche ausübt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugel wenigstens einmal wenigstens einen Teilbereich der Kugelbahn verdichtet. Zweckmäßig ist es, wenn die Kugel, die vorzugsweise aus Hartmetall besteht, wenigstens einmal, vorzugsweise mehrfach über die zu verdichtende Fläche rollt, so daß die Oberfläche schrittweise verdichtet und verformt wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das fertig gesinterte Teil anschließend geschmiedet wird, wobei das Sinterteil mit Kugelbahnen in die Matrize auf einen Mitteldorn eingelegt wird, ein Schmiedwerkzeug zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das fertig gesinterte Teil nach dem Sintern oder Schmieden kalibriert wird, wobei das Sinterteil mit Kugelbahnen in die Matrize auf einen Mitteldorn eingelegt wird, ein Kalibrierwerkzeug zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird.

Eine weitere Lösung der Aufgabe wird angegeben durch eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Sinterteilen, insbesondere eines Gelenkinnenteils eines Wellengelenks, mit Kugelbahnen, mit einer Preßvorrichtung, mit wenigstens einem Formdorn und wenigstens einem dem Formdorn gegenüber zugeordneten Fülldorn, einem Unter- und einem Oberstempel und einem Mitteldorn, die den Füllraum bilden und radial von einer Matrize umschlossen sind. Eine derartige Preßvorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Arbeitsablauf aus. Der Preßvorgang ist kostengünstig und vor allem zeitsparend im Vergleich zur der bekannten spanenden Herstellung. Es wird hierdurch möglich, in kurzer Zeit eine große Stückzahl an Gelenkinnenteilen herzustellen. Die Matrize, die die Füll- und Formdorne umschließt fängt den radial auf die Formdorne wirkenden Preßdruck ab.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß je drei Formdorne und drei diesen gegenüber zugeordnete Fülldorne vorgesehen sind, die in Ausnehmungen in der Matrize geführt werden. Die in den Ausnehmungen der Matrize angeordneten Füll- und Formdorne und die Matrize selbst bilden die Außenkontur des Gelenkinnenteils, daß aufgrund seiner geometrischen Gestaltung mit üblichen Preßvorrichtungen nicht herstellbar ist.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein metallischen Sinterteil, insbesondere Gelenkinnenteil eines Wellengelenks, mit auf dem Außenumfang angeordneten Kugelbahnen, wobei das Sinterteil einstückig ausgebildet ist. Aus Gründen der Festigkeit und der Lebensdauer des Gelenkinnenteils ist es vorteilhaft dieses einstückig auszubilden und nicht aus beispielsweise zwei preßtechnisch einfach herzustellenden Bauteilen zu fügen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in einem Winkel zur Preßachse angeordnete sind und/oder gekrümmt zur Preßachse sind. Das Gelenkinnenteil ist mit Hinterschneidungen, Ausnehmungen und Profilen ausgestaltet, vorzugsweise mit zur Gelenkkörperachse, d. h. auch zur Preßrichtung, axial auf der Außenfläche ausgerichteten, radial gekrümmten Kugelbahnen, wobei die Kugelbahnen mit einem Bahngrund und Bahnseiten ausgestaltet sind und das Gelenkinnenteil eine Geometrie aufweist, die es ermöglicht, das Gelenkinnenteil axial zu pressen und aus der Preßvorrichtung bzw. Schmiedevorrichtung zu entnehmen.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen rund ausgebildet sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen annähernd elliptisch ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Kugeln nur an zwei Punkten auf der Kugelbahn aufliegen und sich beim Abrollen nur eine Berührungslinie auf der Kugelbahn ergibt. Dieser Bereich wird wie vorstehend dargelegt vorteilhafterweise verdichtet und ggf. wärme- und/oder oberflächenbehandelt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen mehreckig ausgebildet sind. Auch diese Ausgestaltung der Kugelbahn bietet wie die annähernd elliptische Kugelbahn den Vorteil, daß die Kugeln nur eine geringe Auflagefläche auf der Kugelbahn haben und somit der Rollwiderstand sinkt und insbesondere die Hertzsche Pressung optimiert werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche eine höhere Dichte aufweisen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche wärmebehandelt, sind. Ein derartiges Bauteil weist den Vorteil auf, daß die Kugelbahnen eine hohe Festigkeit erhalten. Das Bauteil kann zumindest im Bereich der Kugelbahnen beispielsweise wärmebehandelt werden durch Induktivhärten und Einsatzhärten.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche oberflächenbehandelt sind. Beispielsweise kann die Oberfläche durch Kugelstrahlen, Plasmanitrieren, Nitrocarburieren, Phosphatieren und Rollieren im kalten und warmen Zustand behandelt werden, um die Eigenschaften der Kugellauffläche gezielt zu optimieren.

In den Zeichnungen wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform eines Gleichlauf-Wellengelenks dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Gleichlauf-Wellengelenk,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Preßwerkzeugs für eine Kugelnabe,
Fig. 3 das Preßwerkzeug geschnitten mit eingefahrenen Dornen,
Fig. 4 das Preßwerkzeug in der Füllstellung,
Fig. 5 das Preßwerkzeug in der Preßstellung,
Fig. 6 das Preßwerkzeug in der Ausstoßstellung,
Fig. 7 eine Kugelnabe in Draufsicht
Fig. 8 eine Kugelnabe gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 7
Fig. 9 eine Kugelbahn mit Kugel im Querschnitt
In Fig. 1 ist ein Gleichlauf-Wellengelenk 1 dargestellt. Es weist ein Gelenkaußenteil 2 und ein Gelenkinnenteil 3 auf. Das Gelenkaußenteil 2 ist mit einer Welle 4 verbunden, und das Gelenkinnenteil 3 ist mit einer Welle 5 verbunden. Die Welle 4 und die Welle 5 bilden ein Antriebs-Abtriebssystem. Das Gelenkinnenteil 3 ist in dem Gelenkaußenteil. 2 aufgenommen. Dabei sind Kugeln 6 in Kugelbahnen 7 zwischen dem Gelenkaußenteil 2 und dem Gelenkinnenteil 3 so angeordnet, daß die Kugeln 6 beim Beugen der Wellen 4, 5 gegeneinander in den Kugelbahnen 7 geführt sind. Die Kugeln laufen dabei zwangsläufig in der Spiegelebene. In der dargestellten Form ist der Beugewinkel 0° und die Kugel liegt in einer Ebene senkrecht zu der Geraden, die von den Achsen der Wellen 4 und 5 gebildet werden. Die Anordnung weist einen Deckelring 8 auf, der die Kugel in den Kugelbahnen hält. Beim Drehen der Antriebswelle wird die Abtriebswelle auch bei entsprechende Beugung innerhalb der möglichen Grenzen mit gleichmäßiger Drehzahl und gleichmäßigem Drehmoment übertragen. Das Wellengelenk 1 ist mit einer flexiblen Dichtung 18 nach außen abgedichtet.
Die Kugelbahnen 7 können parallel oder in einem Winkel zur Preßachse (Kugelnabenachse 20) angeordnete sein. Weiterhin ist es möglich, daß die Kugelbahnen 7 gekrümmt zur Preßachse (Kugelnabenachse 20) sind. Es sind somit radial gekrümmte Kugelbahnen 7 möglich, wobei die Kugelbahnen 7 mit einem Bahngrund 12 und Bahnseiten 13 ausgestaltet sind.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Preßvorrichtung 21 für eine Kugelnabe 3 (Gelenkinnenteil), wobei die Preßvorrichtung 21 drei Formdorne 22.1, 22.2, 22.3 und diesen gegenüber zugeordnete Fülldorne 23.1, 23.2, 23.3 aufweist. Ferner ist ein Unterstempel 24, ein Oberstempel 25 sowie ein Mitteldorn 26 vorgesehen. Die Stempel 24, 25 und Dorne 22, 23, 26 werden radial von einer Matrize 27 umschlossen. Die Matrize 27, die die Füll- und Formdorne 23, 22 umschließt fängt den radial auf die Formdorne 22 wirkenden Preßdruck ab.
Die Formdorne 22 und die diesen gegenüber zugeordnete Fülldorne 23 werden in Ausnehmungen 28.1, 28.2 in der Matrize 27 geführt. Die in den Ausnehmungen 28.1, 28.2 der Matrize 27 angeordneten Füll- und Formdorne 23, 22 und die Matrize 27 selbst bilden die Außenkontur des Gelenkinnenteils 3, das aufgrund seiner geometrischen Gestaltung mit üblichen Preßvorrichtungen nicht herstellbar ist.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Preßvorrichtung 21 wobei die Formdorne 22 in die Matrize 27 eingefahren sind. Beim Preßvorgang fahren die Formdorne 22 in die Matrize 27 ein, wobei die Formdorne 22 die Fülldorne 23 in der Matrize 27 nach unten schieben, wobei mittels der Geometrie des Formdorns 22 die Kugelbahnen 7 der Kugelnabe 3 im Pulver geformt werden.
Fig. 4 zeigt das Preßwerkzeug 21 in der Füllstellung. Es ist vorgesehen, daß für den Füllvorgang der Fülldorn 23 in eine Füllposition in die Matrize 27 einfährt, der Mitteldorn 26 in eine Füllposition in die Matrize einfährt und der Unterstempel 24 in einer Füllposition gehalten wird. In der Füllposition wird metallisches Sinterpulver 29 in den Füllraum 28 gefüllt, wobei der Füllraum 28 begrenzt wird von der Matrize 27, den drei Formdornen 22.1, 22.2, 22.3 und den diesen gegenüber angeordneten Fülldornen 23.1, 23.2, 23.3, dem Mitteldorn 26, sowie dem Unter- und einem Oberstempel 24, 25. In der Füllposition ist die dem Formdorn 22 zugewandte Seite des Fülldorns 23 auf gleicher Höhe wie die Oberseite 30 der Matrize 27 und die Oberseite 31 des Mitteldorns 26.
Die in den Ausnehmungen 28 der Matrize 27 angeordneten Füll- und Formdorne 23, 22 und die Matrize 27 selbst bilden die Außenkontur des Gelenkinnenteils 3, daß aufgrund seiner geometrischen Gestaltung mit üblichen Preßvorrichtungen nicht herstellbar ist.
Fig. 5 zeigt das Preßwerkzeug 21 in der Preßstellung. Die Formdorne 22 werden bis zu den Fülldornen 23 eingefahren, wobei die Formdorne 22 die Fülldorne 23 in der Matrize 27 nach unten schieben und dabei durch die Geometrie der Formdorne 22 die Kugelbahnen 7 der Kugelnabe 3 im Pulver geformt werden. Gleichzeitig wird der Oberstempel 25 in die Matrize 27 bis zu einer Oberstempelpreßposition eingefahren, so daß das Pulver zum Grünling verdichtet wird, wobei die Kugelbahnen 7 auch durch die Geometrie der Matrize 27 geformt werden. Der Unterstempel 24 fährt bis zu einer Unterstempelendposition ein, wodurch auch das Pulver verdichtet wird. Die Matrize 27, die die Füll- und Formdorne 23, 22 umschließt fängt den radial auf die Formdorne 22 wirkenden Preßdruck ab. Durch ein Verschieben der Werkzeuge während des Preßvorgangs relativ gegeneinander wird die Teilegeometrie der Kugelnabe 3 fixiert.
Vorteilhaft ist es wenn das Sinterpulver unter Einsatz von Wärme zu einem Grünling gepreßt wird. Beispielsweise kann während des Pressens die Matrize 27 und wenigstens ein Stempel 24, 25 beheizt werden.
Fig. 6 zeigt das Preßwerkzeug 21 in Ausstoßstellung. Beim Ausstoßvorgang werden der Oberstempel 25 und die Formdorne 22 aus der Matrize 27 ausgefahren. Der Mitteldorn 26 wird aus dem Grünling 3 zurückgezogen. Der fertig gepreßte Grünling 3wird aus der Matrize durch den Unterstempel 24 ausgestoßen. Anschließend wird der Grünling 3 gesintert.
Vorteilhaft ist es, wenn der fertig gepreßte Grünling 3 zur Erzielung einer höheren Dichte nach dem Sintern warm oder kalt nachverformt wird. Zur Erzielung geringer Toleranzen und/oder einer partiellen Verdichtung ist ein Kalibriervorgang nach dem Sintern und/oder Schmieden möglich. Beispielsweise ist es vorteilhaft die Kugelbahnen 7 des Gelenkinnenteils 3 kalt zu rollieren oder alternativ nach dem Sinterschmieden zu rollieren. Vorteilhaft ist es, wenn nur Teilbereiche der Kugelbahnoberfläche verdichtet werden, wobei zumindest die Lauffläche 16 der Kugeln 32 der Kugelbahnoberfläche verdichtet werden sollte.
Die Verdichtung der Kugelbahnoberfläche kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Oberfläche der Kugelbahnen 7 nach dem Sintern mittels einer Kugel verdichtet wird, die Druck senkrecht zur Kugelbahnfläche ausübt, wobei die Kugel wenigstens einmal wenigstens einen Teilbereich der Kugelbahn 7 verdichtet. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Kugel, die vorzugsweise aus Hartmetall besteht mehrfach über die zu verdichtende Fläche rollt, so daß die Oberfläche schrittweise verdichtet und verformt wird.
Vorteilhaft ist es, wenn das fertig gesinterte Teil 3 anschließend geschmiedet wird, wobei das Sinterteil 3 mit Kugelbahnen 7 in die Matrize 27 auf einen Mitteldorn 26 eingelegt wird, ein Schmiedwerkzeug zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil 3 preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird.
Nach dem Sintern oder Schmieden ist es auch vorteilhaft, wenn das Sinterteil 3 kalibriert wird. Für das Schmieden und Kalibrieren können Werkzeuge verwendet werden, die annähernd die gleiche Bauart wie das vorstehend beschrieben Preßwerkzeug 21 aufweisen.
Es ist insbesondere auch möglich einen regulinischen Rohling zu einer Kugelnabe 3 mit dem vorstehend genannten Schmiedewerkzeug zu schmieden.
Fig. 7 zeigt eine Kugelnabe 3 in einer Draufsicht. Die Kugelnabe 3 ist einstückig ausgebildet, wodurch die Festigkeit und der Lebensdauer der Kugelnabe 3 hoch ist. Die Kugelbahnen 7 sind in einem Winkel zur Preßachse (Kugelnabenachse 20) angeordnet. Die Kugelnabe 3 weist jeweils paarweise einander zugeordnete Kugelbahnen 7 auf. Die Kugelbahnen 7 sind in die Bildebene hinein axial ausgerichtet und weisen eine radiale Krümmung 14 auf. Bei jeder der paarweise einander zugeordneten Kugelbahnen 7 ist die Krümmung 14 entgegensetzt, d. h. die Kugelbahnen 7 laufen in einer axialen Richtung aufeinander zu. Die Kugelnabenachse 20 verläuft senkrecht zur Bildebene durch den Mittelpunkt der Kugelnabe 3.
Fig. 8 zeigt eine Kugelnabe 3 gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 7.
Fig. 9 zeigt eine Kugelbahn 7 mit einer Kugel 32 im Schnitt. Die Kugel 32 weist eine runde Geometrie auf. Die Kugelbahn 7 weist eine Geometrie auf, die annähernd elliptisch ist. Die Kugel 32 läuft auf der Lauffläche 16, 16' und hat dabei in jedem Augenblick zwei Berührungspunkte 17, 17' auf der Kugelbahn 7. Jeder Berührungspunkt 17, 17' liegt auf einer anderen Bahnseite 13, 13' Die Berührungspunkte 17, 17' sind im Winkel 2δ vom Kugelmittelpunkt aus voneinander getrennt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Kugeln 32 nur an zwei Punkten auf der Kugelbahn 7 aufliegen und sich beim Abrollen nur eine Berührungslinie auf der Kugelbahn 7 ergibt. Dadurch, daß die Kugeln 32 nur eine geringe Auflagefläche auf der Kugelbahn 7 haben, sinkt der Rollwiderstand. Die Krümmung der Kugel 32 und die Kugelbahn 7 sind so optimiert, daß die Hertzsche Pressung minimiert wird. Dieser Bereich wird vorteilhafterweise verdichtet und ggf. wärme- und/oder oberflächenbehandelt. Mögliche Verfahren wären beispielsweise Induktivhärten, Einsatzhärten, Kugelstrahlen, Plasmanitrieren, Nitrocarburieren, Phosphatieren und Rollieren im kalten und warmen Zustand.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Sinterteils, insbesondere eines Kugelbahnen (7) aufweisenden Gelenkinnenteils (3) eines Wellengelenks (1), wobei Pulver in einen Füllraum (28) gefüllt wird, der Füllraum (28) begrenzt wird von einer Matrize (27), wenigstens einem Formdorn (22) und einem diesem gegenüber angeordneten Fülldorn (23), einem Mitteldorn (26), wenigstens einem Unter- und einem Oberstempel (24, 25), wobei das Pulver in dem Füllraum (28) durch Druck auf den Ober- und/oder Unterstempel (24, 25) zu einem Grünling gepreßt, ausgestoßen und gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Füllvorgang der Fülldorn (23) in eine Füllposition in die Matrize (27) einfährt und der Unterstempel (24) in einer Füllposition gehalten wird, beim Preßvorgang fährt der dem Fülldorn (23) zugeordnete Formdorn (22) in die Matrize 27 ein, wobei der Formdorn 22 den Fülldorn (23) in der Matrize (27) nach unten schiebt und dabei durch die Geometrie des Formdorns (22) die Kugelbahnen (7) im Pulver geformt werden, und gleichzeitig der Oberstempel (25) in die Matrize (27) bis zu einer Oberstempelpreßposition einfährt und das Pulver zum Grünling verdichtet, wobei Kugelbahnen (7) durch die Geometrie der Matrize (27) geformt werden, und der Unterstempel (24) bis zu einer Unterstempelendposition einfährt und auch das Pulver verdichtet, beim Ausstoßvorgang der Oberstempel (25) und Formdorn (22) aus der Matrize (27)ausfahren und der Mitteldorn (26) aus dem Grünling (3) zurückgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Formdorn (22) zugewandte Seite des Fülldorns (23) in der Füllposition bündig mit der Oberseite (30) der Matrize (27) und der Oberseite (31) des Mitteldorns (26) abschließt, in der Preßposition der Formdorn (22) an der Oberseite (33) des Fülldorns (23) anliegt und diesen zurückschiebt, während gleichzeitig Preßdruck auf den Oberstempel (25) aufgebracht wird und anschließend der Oberstempel (25)und der Formdorn (22) aus der Matrize (27) ausfahren und der fertig gepreßte Grünling (3) aus der Matrize (27) durch den Unterstempel (24) ausgestoßen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver durch Druck und Wärme zu einem Grünling gepreßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Pressens die Matrize und wenigstens ein Stempel (24, 25) beheizt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Kugelbahnen (7) durch die Formdorne (22) geformt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Kugelbahnen (7) durch die Formdorne (22) und die Matrize (27) geformt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kugelbahnen (7) nach dem Sintern verdichtet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kugelbahnen (7) nach dem Sintern mittels wenigstens einer Kugel (32) verdichtet wird, die Druck senkrecht zur Kugelbahnfläche ausübt, wobei die Verdichtung im kalten oder warmen Zustand erfolgen kann.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (32) wenigstens einmal wenigstens einen Teilbereich der Kugelbahn (7) verdichtet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig gesinterte Teil (3) anschließend geschmiedet wird, wobei das Sinterteil (3) mit Kugelbahnen (7) in die Matrize (27) auf einen Mitteldorn (26) eingelegt wird, ein Schmiedwerkzeug gleicher Bauart zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil (3) preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig gesinterte Teil (3) nach dem Sintern oder Schmieden kalibriert wird, wobei das Sinterteil (3) mit Kugelbahnen (7) in die Matrize (27) auf einen Mitteldorn (26) eingelegt wird, ein Kalibrierwerkzeug gleicher Bauart zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil (3) preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines metallischen. Bauteils, insbesondere eines Kugelbahnen (7) aufweisenden Gelenkinnenteils (3) eines Wellengelenks (1), wobei ein Rohling in die Matrize (27) auf einen Mitteldorn (26) eingelegt wird, ein Schmiedwerkzeug gleicher Bauart zur Formgebung der Außenkontur den Rohling preßt, und dieser anschließend ausgestoßen wird.

14. Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Bauteilen, insbesondere sintermetallurgisch hergestellten und/oder geschmiedeten Bauteilen, insbesondere eines Gelenkinnenteils eines Wellengelenks (1), mit Kugelbahnen (7), nach dem Verfahren entsprechend den Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Preßvorrichtung (21), mit wenigstens einem Formdorn (22) und wenigstens einem dem Formdorn (22) gegenüber zugeordneten Fülldorn (23), einem Unter- und einem Oberstempel (24, 25) und einem Mitteldorn (26), die den Füllraum (28) bilden und radial von einer Matrize (27) umschlossen sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß drei Formdorne (22) und drei diesen gegenüber zugeordnete Fülldorne (23) vorgesehen sind, die in Ausnehmungen (28) in der Matrize (27) geführt werden.

16. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil (3) eines Wellengelenks (1), mit auf dem Außenumfang angeordneten Kugelbahnen (7), hergestellt nach dem Verfahren entsprechend den Verfahrensansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterteil einstückig ausgebildet ist.

17. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil (3) eines Wellengelenks (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (7) in einem Winkel zur Preßachse (20) angeordnet sind und/oder gekrümmt zur Preßachse (20) sind.

18. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil eines Wellengelenks, nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen rund ausgebildet sind.

19. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil (3) eines Wellengelenks (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (7) annähernd elliptisch ausgebildet sind.

20. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil (3) eines Wellengelenks (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (7) mehreckig ausgebildet sind.

21. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil (3) eines Wellengelenks (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (7) in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche (16, 16') eine höhere Dichte aufweisen.

22. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil (3) eines Wellengelenks (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (7) in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche (16, 16') wärmebehandelt sind.

23. Metallisches Bauteil, insbesondere sintermetallurgisch hergestelltes und/oder geschmiedetes Bauteil, insbesondere Gelenkinnenteil (3) eines Wellengelenks (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (7) in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche (16, 16')oberflächenbehandelt sind.