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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wälzkörperkäfigen,
die beispielsweise in Gleichlaufgelenken eingesetzt werden, um dessen
Wälzkörper bei einer Beugung des Gelenks in einer
Halbwinkelebene zu halten.
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Wälzkörperkäfige,
die zu einer zur Längsmittelachse senkrechten Mittelebene
symmetrisch sind, werden bevorzugt durch Ringwalzen gefertigt. Hierbei
wird aus einem hülsenförmigen Rohling durch Umformung
ein konturierter Ring erstellt, der der Endform eines Wälzkörperkäfigs
bereits sehr nahe kommt. Bei manchen Gelenkbauformen wie beispielsweise
bei VL-Gelenken kann unmittelbar in die Fertigteilkontur gewalzt
werden, so dass eine spanende Nachbearbeitung nicht erforderlich
ist. Anschließend werden in separaten Bearbeitungsschritten
die Käfigfenster gefertigt und das gesamte Bauteil gehärtet
sowie gegebenenfalls hartbearbeitet.
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Ein
Beispiel für die Herstellung eines durch Ringwalzen bzw.
Rollen hergestellten Käfigs wird in der
WO 01/20185 A1 offenbart.
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Ferner
wird in der
WO 99/30053
A1 eine umformtechnische Herstellung eines Käfigs
beschrieben, bei dem ein Endabschnitt eines Rohres zunächst
entsprechend verformt und mit Käfigfenstern versehen wird,
bevor der Käfig von dem Rohr abgestochen wird.
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Bei
Käfigen, die einen bezüglich ihrer Mittelebene
stark asymmetrischen Profilquerschnitt aufweisen, wie dies z. B.
bei UF/RF-Gelenken mit Käfigoffset und Doppeloffset-Gelenken
in der Fall ist, ist eine Herstellung durch Ringwalzen nicht möglich,
da aufgrund der unterschiedlichen Wanddicken des Käfigs
während der Umformung axiale Kräfte auftreten, die
prozesstechnisch nicht oder nur mit großem Aufwand zu beherrschen
sind.
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Üblicherweise
werden solche Käfige daher durch spanende Bearbeitung aus
nicht-endkonturnahen Rohlingen hergestellt. Dabei wird jedoch ein
verhältnismäßig großer Anteil
des Ausgangsmaterials zerspant, womit ein hoher Materialeinsatz
sowie ein hoher Bearbeitungsaufwand verbunden sind.
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Weiterhin
ist aus der
US
2001/0002369 A1 bekannt, zur Herstellung asymmetrischer
Käfige ein der Länge eines Käfigs entsprechendes
Rohrstück zunächst in eine der Endform annäherte
Form zu pressen und diesen Rohling dann spanend nachzubearbeiten.
Nach dem anschließenden Einbringen von Käfigfenstern
wird der Käfig gehärtet und abschließend
einer Hartbearbeitung durch Schleifen unterzogen.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein
Verfahren anzugeben, mit dem sich insbesondere asymmetrische Wälzkörperkäfige
mit einem geringen Materialeinsatz sowie mit einem geringen Bearbeitungsaufwand
kostengünstig herstellen lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein hülsenförmiger Rohling durch Ringwalzen
bezüglich einer zur Längsachse senkrechten Mittelebene
mit einer symmetrischen Querschnittsform konturiert. Dabei entspricht
die symmetrische Querschnittsform der spiegelbildlichen Anordnung
aus einer geraden Anzahl von symmetrischen oder asymmetrischen Wälzkörperkäfigen. Nach
erfolgter Konturierung werden die Wälzkörperkäfige
voneinander getrennt.
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Die
Kopplung einer geraden Anzahl, vorzugsweise von zwei Wälzkörperkäfigen
zu einer symmetrischen Einheit ermöglicht deren gleichzeitige Fertigung
durch Ringwalzen. Insbesondere lassen sich so asymmetrische Wälzkörperkäfige
herstellen, die allein durch Ringwalzen nicht mehr herstellbar wären.
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Aus
der zerspanungsfreien Herstellung einer zumindest endformnahen Kontur
resultiert ein geringer Materialeinsatz. Im Vergleich zu spanenden
Fertigungsverfahren ergibt sich überdies eine geringere Prozessdauer.
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Überdies
lassen sich so auch symmetrische Wälzkörperkäfige
sehr effizient herstellen.
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Derartige
Käfige lassen sich in Gleichlaufgelenke unterschiedlicher
Bauart einsetzen.
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Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
angegeben.
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So
eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren vor
allem zur Herstellung von Wälzkörperkäfigen,
deren innen- und außenseitige Kontur gewölbt oder
annäherungsweise gewölbt ist, wobei die Wölbungen
zueinander versetzte Krümmungsmittelpunkte aufweisen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die jeweils in sich
asymmetrischen oder symmetrischen Wälzkörperkäfige
nach dem Ringwalzen an Stirnenden miteinander verbunden. Da die
Stirnenden der Wälzkörperkäfige in Gleichlaufgelenken
in der Regel keine Funktionsflächen darstellen, können
in diesem Bereich größere Toleranzen zugelassen
werden, wodurch das Trennen der zunächst verbundenen Wälzkörperkäfige
ohne großen Aufwand erfolgen kann.
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Hierzu
kann im Übergangsbereich zwischen den Wälzkörperkäfigen
während des Ringwalzens eine Materialverjüngung
ausgeformt werden, wodurch eine Sollbruchstelle bzw. eine ohne weiteres erkennbare
Markierung entsteht.
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Die
Wälzkörperkäfige können zum
Beispiel an der Materialverjüngung auseinander gebrochen werden.
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Unabhängig
von der Ausbildung einer Materialverjüngung ist auch eine
spanende Trennung der Wälzkörperkäfige
möglich.
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Um
den Bearbeitungsaufwand möglichst gering zu halten, wird
als Rohling für jeweils zwei, vier, sechs oder eine gerade
Anzahl von Wälzkörperkäfigen ein Rohrabschnitt
verwendet, dessen axiale Länge genau der unter Berücksichtigung
der Umformung für die gewünschte Anzahl von Wälzkörperkäfigen benötigten
Länge entspricht.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wälzkörperkäfige nach
dem Ringwalzen unbeachtlich der Ausbildung von Käfigfenstern
von der Endform eine Formabweichung von maximal einem Millimeter
auf. Die so hergestellten, endformnahen Wälzkörperkäfige
können anschließend weiterbearbeitet werden. Durch
das Ringwalzen kann jedoch eine der Endform bereits so stark angenäherte
Form erzielt werden, dass eine gegebenenfalls erforderliche spanende
Nachbearbeitung vor einem anschließenden Härten
sehr gering ausfällt bzw. nicht nötig ist.
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Vorzugsweise
erfolgt die Einbringung von Käfigfenstern, beispielsweise
durch Stanzen oder Fräsen, nach der Trennung der Wälzkörperkäfige. Zudem
können die Käfige noch gehärtet und gegebenenfalls
hartbearbeitet werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Schnittansicht eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Wälzkörperkäfigs
im Zustand vor seiner Fertigbearbeitung,
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2 eine
Schnittansicht von zwei noch verbundenen Wälzkörperkäfigen
nach erfolgtem Ringwalzen und vor einer Trennung derselben,
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3 eine
Schnittansicht von zwei weiteren, noch verbundenen Wälzkörperkäfigen
nach erfolgtem Ringwalzen und vor einer Trennung derselben, und
in
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4 eine
Schnittansicht eines Gleichlaufgelenk mit einem nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Wälzkörperkäfig.
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4 zeigt
als Beispiel für ein Gleichlaufgelenk ein Gleichlauffestgelenk 1 mit
einem durch Ringwalzen hergestellten Wälzkörperkäfig 2.
Dieser Käfig 2 ist in 1 näher
dargestellt und weist eine bezüglich seiner senkrecht zur
Längsachse A verlaufenden Mittelebene E eine asymmetrische
Querschnittsform auf. Entsprechende Wälzkörperkäfige 2 können
auch in andere als in 4 dargestellte Gleichlaufgelenke eingebaut
werden.
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Das
Gleichlauffestgelenk 1 umfasst einen Gelenkaußenteil 3,
das an seinem Innenumfang eine kugelförmige Käfigführungsfläche 4 ausbildet
und mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zur Bauteilachse
B verlaufenden Kugellaufbahnen 5 versehen ist. In dem Gelenkaußenteil 3 ist
ein Gelenkinnenteil 6 angeordnet, das an seinem Außenumfang
eine kugelförmige Käfigführungsfläche 7 sowie eine
Vielzahl von wesentlichen parallel zur Bauteilachse C verlaufenden
Kugellaufbahnen 8 aufweist.
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Der
Käfig 2 ist zwischen dem Gelenkaußenteil 3 und
dem Gelenkinnenteil 6 angeordnet und an den entsprechenden
Käfigführungsflächen 4 und 7 geführt.
Wie 1 zeigt, weist der Käfig 2 hierzu
an seinem Außenumfang einen radial nach außen
gewölbten Abschnitt 9 sowie an seinem Innenumfang einen
radial nach außen gewölbten Abschnitt 10 auf. Die Krümmungszentren
ZA und ZI der beiden
Wölbungen sind zueinander axial versetzt. In Abwandlung
des dargestellten Ausführungsbeispiels kann überdies
ein radialer Versatz der Krümmungszentren ZA und
ZI zur Längsmittelachse A und/oder
untereinander vorgesehen werden. Die Krümmungszentren ZA und ZI liegen jeweils
außerhalb der Mittelebene E des Käfigs 2,
vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten derselben.
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Der
Käfig 2 weist ferner in Umfangsrichtung nebeneinander
liegende Fenster 11 auf, die jeweils einen Wälzkörper
in Form einer Kugel 12 aufnehmen. Jede Kugel 12 greift
sowohl in eine Kugellaufbahn 5 des Gelenkaußenteils 3 sowie
in eine Kugellaufbahn 8 des Gelenkinnenteils 6 ein,
um im Betrieb des Gelenks eine Drehmomentübertragung zwischen
dem Gelenkaußenteil 3 und dem Gelenkinnenteil 6 zu
ermöglichen. Über den Käfig 2 werden
die Kugeln 12 bei einer Beugung des Gelenks, das heißt
bei einer Abwinkelung der Langsmittelachsen B und C des Gelenkaußenteils 3 und
des Gelenkinnenteils 6 in einer Ebene gehalten, welche
durch des Beugezentrum des Gelenks verläuft und die Winkelhalbierende
der genannten Langsmittelachsen B und C einschließt.
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Durch
den Versatz der Krümmungszentren ZA und
ZI am Käfig 2 ergibt sich
in Bezug auf dessen Mittelebene E eine stark asymmetrische Form,
so dass dieser durch Ringwalzen oder Rollen nicht mehr hergestellt
werden kann. Um gleichwohl eine aufwändige spanende Herstellung
zu vermeiden, werden solche Käfige 2 paarweise
hergestellt, wie dies in den 2 und 3 angedeutet
ist.
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Dazu
wird zunächst ein hülsenförmiger Rohling 20 hergestellt,
dessen axiale Länge unter Berücksichtigung der
nachfolgenden Umformung der Länge von zwei Wälzkörperkäfigen 2 entspricht.
Dies kann beispielsweise durch Ablängen geeigneter Rohrabschnitte
erfolgen.
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Der
Rohling 20 wird anschließend durch Ringwalzen
konturiert. Dies ist in 2 durch die radialen Umformkräfte
FR schematisch angedeutet. Das Ringwalzen erfolgt derart, dass sich über
den gesamten Rohling 20 in Bezug auf eine zur Längsmittelachse
A senkrechte Mittelebene E' eine symmetrische Querschnittsform ergibt.
Diese Querschnittsform entspricht der spiegelbildlichen Anordnung
von zwei Wälzkörperkäfigen 2.
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Aufgrund
der insgesamt symmetrischen Gestalt des Rohlings 20 heben
sich die bei der Umformung auftretenden Axialkräfte gegeneinander
auf, so dass sich asymmetrische Wälzkörperkäfige 2 nunmehr
durch Ringwalzen herstellen lassen. Selbstverständlich
können in gleicher Art und Weise auch in Bezug auf ihre
jeweilige Mittelebene E symmetrische Wälzkörperkäfige 2 paarweise
aus einem gemeinsamen Rohling 20 hergestellt werden.
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Ferner
ist es möglich mehr als zwei, nämlich vier, sechs
oder eine sonstige gerade Anzahl von Wälzkörperkäfigen 2 gleichzeitig
aus einem gemeinsamen Rohling 20 durch Ringwalzen zu formen,
wobei zur Vermeidung des Auftretens von Axialkräften stets
eine gleiche Anzahl von gespiegelten und ungespiegelten Konturen
vorgesehen wird.
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Nach
erfolgter Konturierung werden die Wälzkörperkäfige 2 voneinander
getrennt. Dies kann beispielsweise spanend mittels einer Dreh- oder Fräsbearbeitung
erfolgen.
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Ferner
ist es möglich, den verbindenden Querschnitt 21 zwischen
den benachbarten Käfigen 2 soweit zu verjüngen,
dass die Käfige 2 mittels Brechen voneinander
getrennt werden können.
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Da
die Stirnenden 13 der Wälzkörperkäfige 2 in
der Regel keine Funktionsflächen sind, das heißt an
der Führung oder Abstützung des Käfigs 2 nicht beteiligt
sind, ist es vorteilhaft, wenn die Wälzkörperkäfige 2 nach
dem Ringwalzen lediglich an ihren Stirnenden 13 miteinander
verbunden sind.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Wälzkörperkäfige 2 mit ihren
schlanken Stirnseiten 13 verbunden. Wie 3 zeigt,
ist jedoch auch eine Verbindung über die breiteren Stirnenden 15 möglich,
wodurch sich dann ein dickerer Übergangsbereich 16 ergibt.
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Nach
der Trennung weisen die Wälzkörperkäfige 2 die
in 1 dargestellte Form auf und können anschließend
fertigbearbeitet, das heißt mit Fenstern 11 versehen,
gehärtet und gegebenenfalls hartbearbeitet werden.
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Da
die Wälzkörperkäfige 2 nach
dem Ringwalzen von der Endform unbeachtlich der Ausbildung von Käfigfenstern 11 eine
sehr geringe Formabweichung von der Endform aufweisen, – die
Abweichungen liegen hierbei in der Größenordnung
von maximal einem Millimeter-, bleibt der Anteil spanender Bearbeitung
vor dem Härten minimal oder kann sogar vollständig
entfallen. Dies ermöglicht eine erhebliche Verringerung
des Fertigungsaufwands sowie des Material- und Zeitaufwands im Vergleich
zu spanend hergestellten Wälzkörperkäfigen.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst
alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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- 1
- Gleichlaufgelenk
- 2
- Wälzkörperkäfig
- 3
- Gelenkaußenteil
- 4
- Käfigführungsfläche
- 5
- Kugellaufbahn
- 6
- Gelenkinnenteil
- 7
- Käfigführungsfläche
- 8
- Kugellaufbahn
- 9
- gewölbter
Abschnitt am Außenumfang des Käfigs
- 10
- gewölbter
Abschnitt am Innenumfang des Käfigs
- 11
- Fenster
- 12
- Kugel
- 13
- schmales
Stirnende
- 14
- breites
Stirnende
- 20
- umgeformter
Rohling
- 21
- verbindender
Querschnitt
- 22
- verbindender
Querschnitt
- A
- Längsmittelachse
des Käfigs
- B
- Längsmittelachse
des Gelenkaußenteils
- C
- Längsmittelachse
des Gelenkinnenteils
- E
- Mittelebene
eines Käfigs
- E'
- Mittelebene
des Rohlings
- ZA
- Krümmungszentrum
der außenseitigen Käfigwölbung
- ZI
- Krümmungszentrum
der innenseitigen Käfigwölbung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 01/20185
A1 [0003]
- - WO 99/30053 A1 [0004]
- - US 2001/0002369 A1 [0007]