DE102007031078B4

DE102007031078B4 - Kugelgleichlauffestgelenk als Gegenbahngelenk und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102007031078B4
Application number: DE102007031078.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Szentmihályi Volker; Dr. Lutz Mathias; Dr. Körner Ekkehard
Original assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: BRPI0713887A2; GB0900691D0; DE102007031079A1; BRPI0713887B1; GB2454114B; DE102007031078A1; WO2008003303A1; US20100275429A1; US20110092300A1; US8555508B2; US20090176586A1; GB2454114A; KR20090030334A; US8313587B2; US20090176585A1; KR101421754B1; US7883424B2; JP2009541682A; DE112007002064A5; JP2013029202A

Abstract

Kugelgleichlauffestgelenk (8) als Gegenbahngelenk mit- einem Gelenkaußenteil (16, F16) mit Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a),- einem Gelenkinnenteil (10, F10) mit Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a),- drehmomentübertragenden Kugeln (14, 14a), die in Bahnpaaren aus Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a) und Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a) aufgenommen sind, und- einem Kugelkäfig (15) mit Käfigfenstern (27), in denen die Kugeln (14, 14a) gehalten sind, wobei- erste Außenbahnen (19, F19) mit ersten Innenbahnen (18, F18) erste Bahnpaare bilden, in denen erste Kugeln (14) gehalten sind,- zweite Außenbahnen (19a, F19a) mit zweiten Innenbahnen (18a, F18a) zweite Bahnpaare bilden, in denen zweite Kugeln (14a) gehalten sind,- die ersten Bahnpaare und die zweiten Bahnpaare Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') bilden mit gegenläufigen Krümmungen, und- die Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a) und die Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a) durch äußere (F19') und innere Bahngrunde (F18', F18a') begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet,dass das Gelenkinnenteil (10, F10) und/oder das Gelenkaußenteil (16, F16) als Vorformling (R10, R16) hergestellt ist mit achsparallel verlaufenden Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und Vorsprüngen (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') als vorgeformte Bahnen,wobei die Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) des Vorformlings (R10, R16) achsparallel verlaufende Nutengrunde (R18', R18a', R19', R19a', R31') und Seitenflanken (R18'', R18a'', R19'', R19a'') aufweisen,dass die Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') durch Verformen der Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und der Vorsprünge (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') derartig eingeformt sind, so dass die Struktur der Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und der Vorsprünge (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') des Vorformlings (R10, R16) teilweise erhalten ist und so dass die Krümmungen der Bahngrunde (F18', F18a', F19') teilweise in ihrem axialen Verlauf abweichen von den Krümmungen der Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b').

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kugelgleichlauffestgelenke als Gegenbahngelenke mit den Merkmalen des Oberbegriffs des ersten Anspruchs sowie auf ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des sechsten Anspruchs.
Bei Gegenbahngelenken, wie sie beispielsweise durch die DE 102 20 715 A1 beschrieben sind, werden die Kugellaufbahnen bzw. -rillen in der Praxis spanbildend hergestellt.
In der DE 102 09 933 A1 ist bereits vorgeschlagen worden, die Außenbahnen bzw. -laufrillen spanlos einzuformen
In der DE 10 2004 018 721 A1 wird ein Gleichlaufgelenk offenbart, wobei in einer Ausführungsform die Kugelbahnen durch Kreisabschnitte gebildet werden.
Die DE 11 2004 001 207 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenks, wobei ein Innenteil des Gelenks aus einem direkt härtbaren Stahl so wärmebehandelt wird, dass es einen Bereich mit einer härtefreien Oberfläche aufweist. In diesem Bereich wird eine formschlüssige Verbindung realisiert.
Die DE 103 38 172 B3 offenbart eine Anordnung mit einer Radnabe und einem Drehgelenk für die Anbindung an eine Antriebswelle.
Die DE 101 59 776 A1 beschreibt die Herstellung eines Gelenkinnenteils. Dabei werden in einem Rohling die Kugelbahnen „weitgehend fertiggeformt“ erzeugt, um anschließend kalibriert zu werden.
Die spanbildende Herstellung gemäß der DE 102 20 715 A1 ist zunächst aufwändig, erfordert teure Maschinen und lange Bearbeitungszeiten. Sie verursacht auch erheblichen Abfall und Qualitätseinbußen hinsichtlich der Festigkeit, weil die Materialflusslinien bei einem als Vorform durch Schmieden hergestellten Gelenkinnen- oder -außenteil durch die spanbildende Bearbeitung durchschnitten werden.
Um die Kugellaufbahnen bei solchen Gelenken wie der DE 102 09 933 A1 spanlos herzustellen, gibt der Stand der Technik z.B. die Möglichkeit her, Warm-Kalt- bzw. Halbwarm-Kalt-Prozesse vorzusehen, wobei z.B. innerhalb eines Schmiedevorganges eine Vorform hergestellt und in einem Kaltkalibrierprozess die erforderliche Genauigkeit erzielt werden kann.
Nachdem es sich um ein Gegenbahngelenk handelt, müssen für einen solchen Prozess bereits für die Herstellung der Vorform unterschiedliche Werkzeuge mit jeweils gegenläufigen Kugellaufbahnen vorhanden sein. Die Teilgenauigkeit ist dabei auch durch die Führungsgenauigkeit der Maschine limitiert.
Die nicht zu vermeidende Teilungsungenauigkeit in der Vorform kann auch bei den nachfolgenden Bearbeitungsschritten nicht mehr beseitigt werden.
Für den Kalibrierungsprozess sind ebenfalls für jede der unterschiedlichen Kugellaufbahnen je ein Werkzeug erforderlich mit den gleichen Ungenauigkeiten.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine preiswerte und qualitativ hochwertige Herstellung von Innen- und/oder Außengelenkteil und damit von Gleichlauffestgelenken zu ermöglichen, indem Investitionskosten für aufwändige und teure Maschinen vermieden, Werkzeugverschleiß verringert und kurze Bearbeitungszeiten gewährleistet werden bei einer Optimierung der Qualität, insbesondere auch im Hinblick auf die Erzielung hoher Drehmomentübertragungswerte. Weiterhin soll die Teilungsgenauigkeit verbessert und eine abfallfreie Herstellung, insbesondere der Kugellaufbahnen mit hoher Genauigkeit ermöglicht werden, so dass Bearbeitungszeiten, insbesondere Maschinenlauf- und Handlingzeiten verringert werden. Außerdem sollen höhere Tragfähigkeiten erzielt und Abfall vermieden werden.
Außerdem lag der Erfindung die weitere Aufgabe zugrunde, Drehmomentübertragungseinrichtungen zu schaffen, die hohe Festigkeiten aufweisen und damit die Übertragung von hohen Drehmomenten gewährleisten bei hohen Genauigkeiten, also eine optimale Passung und optimalen Rundlauf, sowie eine preiswerte und rationelle Herstellung ermöglichen und durch die die Lebensdauer von mit derartigen Bauteilen ausgerüsteten Aggregaten, Maschinen und Einrichtungen erhöht wird.
Der erste Teil der Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung durch eine solche Ausbildung des Gelenkaußenteils und/oder des Gelenkinnenteils gelöst, dass dabei die Krümmungen der Bahngrunde - in ihrem axialen Verlauf gesehen - zumindest teilweise abweichen von den Krümmungen der Kugelberührungslinien, wobei der Begriff „Linien“ auch flächige Bereiche umfasst oder Kombinationen von Linien und Flächen in den Bahnen bzw. Laufrillen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Bahngrunde - in Achsrichtung gesehen -teilweise und zumindest annähernd achsparallel verlaufen.
Mit anderen Worten, gemäß der Erfindung brauchen die Bahnen nicht mehr über die gesamte axiale Strecke vollständig verformt zu werden, sondern nur dort, wo dies zur Erzielung der Kugelberührungslinien erforderlich ist.
Zweckmäßigerweise ist das Gelenkinnen- und/oder das Gelenkaußenteil als Vorformling in einem Formwerkzeug spanlos hergestellt und mit zumindest annähernd achsparallel verlaufenden Nuten und Vorsprüngen als vorgeformte Konturen zur Gestaltung der Kugelberührungslinien versehen.
Der Vorformling kann z. B. durch Schmieden hergestellt werden, wie einem Kalt- und/oder Warmschmiedeverfahren oder aber auch durch andere Formgebungsverfahren, wie z.B. Sintern.
Die Kugelberührungslinien des Gelenkinnen- als auch des Gelenkaußenteils können durch spanloses Verformen der Vorsprünge bzw. Nuten in einem Formwerkzeug gebildet werden. Dieses Verformen kann in einem Kalibrierwerkzeug erfolgen, in welchem die Kugellaufbahnen bzw. - berührungslinien geometrisch fertiggeformt werden können, so dass sie nicht spangebend bearbeitet zu werden brauchen.
Bei der Herstellung der Kugelberührungs bzw. -lauflinien, entlang denen sich die Kugeln bei der Beugung des Gelenkes bewegen, werden zweckmäßigerweise bestimmte axiale Bereiche der bei der Herstellung des Vorformlings gebildeten Nuten oder Nutengrunde bzw. Einkerbungen nicht durch das Kalibrierwerkzeug verformt, so dass deren zumindest annähernd axial verlaufende Struktur teilweise über den axialen Verlauf der fertigen Außen- bzw. Innenbahnen des Gelenkaußen- bzw. des Gelenkinnenteiles erhalten bleiben. Dies bringt unter anderem den Vorteil einer geringeren Verformungsarbeit mit sich.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgleichlauffestgelenken, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Bahnen des Gelenkaußen- und / oder Gelenkinnenteils in einer Vorform umformtechnisch, d.h. durch Kalt- und / oder Warmumformung hergestellt werden, indem zunächst zumindest annähernd achsparallele Einkerbungen hergestellt werden, anschließend die Kugellaufbahnen gegenläufig, vorzugsweise ebenfalls durch Umformtechnik, z.B. in einem Preß- bzw. Kalibriervorgang, geometrisch zumindest annähernd fertiggestellt werden, ohne dass es einer spangebenden Bearbeitung bedarf.
Dabei kann sowohl die Vorform als auch der gegenläufige Verlauf der Kugelberührungslinien in jeweils einem Arbeitsgang hergestellt werden und zwar durch Kalt- und / oder Warmverformung, wobei es vorteilhaft sein kann, wenn der abschließende Arbeitsvorgang ein Kalibriervorgang ist, sodass zumindest dann die Kugellaufbahnen des Gelenkteiles (auch nach einem Härteverfahren, z.B. einem Einsatzhärten) nicht mehr spanabhebend bearbeitet zu werden brauchen.
Durch die Herstellung zunächst einer Vorform mit zumindest annähernd in Achsrichtung parallel verlaufenden Einkerbungen und anschließendem Verformen derselben zu Kugellaufbahnen mit den Berührungs- bzw. Lauflinien für die Kugeln wird zunächst eine abfallfreie Herstellung gewährleistet und somit eine preiswerte und rationelle Herstellung und weiterhin eine hohe Teilungsgenauigkeit erzielt und zwar durch die Werkzeuge selbst. Die Maschine selbst benötigt keine präzise Führung, da die zumindest annähernd achsparallel verlaufenden Vorsprünge bzw. Nuten des Vorformlings durch ein einziges Werkzeug vorgegeben worden sind und beim Fertigformen der Kugellauflinien die formgebenden Finger des Werkzeuges sich praktisch selbst einfädeln.
Besondere Vorteile ergeben sich, wie bereits erwähnt, wenn die Vorform in einem einzigen Werkzeug hergestellt wird, da dann die Teilungsgenauigkeit des Teils selbst gleich gut ausfällt wie die Teilungsgenauigkeit des Werkzeugs und diese kann, da das Werkzeug nicht geteilt ist, sehr hoch sein.
Weiterhin sind für eine solche Operation keine der bei geteilten Werkzeugen ansonsten notwendigen, für jede Werkzeughälfte eigenen Führungen erforderlich.
Auch bei der Kalibrieroperation, die aus der Vorform die Verschränkung, und damit die Kugellaufbahnen bzw. -linien bildet, kann die Führung der Werkzeuge zueinander durch die bereits existierende, genau geteilte Vorform erfolgen und es ist daher keine Maschine mit besonderer Führungsgenauigkeit erforderlich. Außerdem braucht die Vorform selbst nicht gezielt in das Kalibrierwerkzeug eingelegt zu werden, weil ja alle z. B. 8 Bahnen zunächst gleich sind aus diesen gleichen werden, im Kalibrierwerkzeug, unterschiedliche hergestellt.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die durch die DE 102 09 933 B4 (deren und der Inhalt der DE 102 09 933 A1 hiermit in die vorliegende Anmeldung integriert seien) geschützten Käfigzentrierungsflächen im Gelenkaußenteil gemäß der vorliegenden Erfindung auszubilden bzw. herzustellen.
Diese Käfigzentrierungsflächen im Außengelenk können derart gestaltet sein, dass zwischen jeweils benachbarten ersten und zweiten Käfigzentrierungsflächen in Achsrichtung sich erstreckende Rillen bzw. Nuten vorgesehen sind, wobei die Krümmungen der Grunde dieser Rillen bzw. Nuten in ihrem axialen Verlauf zumindest teilweise abweichen von den Krümmungen der Käfigzentrierungsflächen. Dabei können auch diese Bahngrunde - in Achsrichtung gesehen - zumindest teilweise wenigstens annähernd achsparallel verlaufen.
Ebenso wie die Nuten und Vorsprünge für die Kugelberührungslinien oder Laufbahnen können auch die Käfigzentrierungsflächen in einem Vorformling in einem Formwerkzeug spanlos hergestellt sein als benachbarte radiale Vorsprünge mit dazwischen vorgesehenen mit zumindest achsparallel verlaufender Nut, wobei die beiden Vorsprünge jeweils zwischen zwei benachbarten Laufbahnen vorgesehen sind.
Dieser Vorformling kann z. B. ebenfalls durch Schmieden hergestellt sein.
Die Käfigzentrierungsflächen sind zweckmäßigerweise durch spanloses Verformen, wie Kalibrieren, der jeweils einer Nut benachbarten Vorsprünge fertig eingeformt, wobei jeweils die eine der einander benachbarten Käfigzentrierungsflächen von dem einen, z.B. dem antriebsseitigen Ende ausgehend in Richtung auf das abtriebsseitige Ende verlaufen, sich dabei der Achse des Außengelenkes annähern und wobei die zweiten Käfigzentrierungsflächen von dem abtriebsseitigen Ende ausgehend in Richtung auf das antriebsseitige Ende verlaufen und sich dabei der Innennabenachse annähern.
In gleicher Weise wie dies im Zusammenhang mit den Laufbahnen beschrieben ist, können auch hier die Strukturen der Nuten bzw. der Vorsprünge der Vorform zumindest teilweise erhalten bleiben.
In Weiterbildung der Erfindung betrifft diese eine Drehmomentübertragungseinheit mit mindestens einem Bauteil zum Übertragen von Drehmomenten über jeweils zwei dem Bauteil angeformte, den Drehmomentfluß durch formschlüssigen Eingriff mit anderen Elementen bewerkstelligenden Funktionsbereichen, wobei wenigstens einer der beiden Funktionsbereiche als Profilierung, wie Längsverzahnung, ausgebildet ist.
Solche Drehmomentübertragungseinheiten sind beispielsweise durch die DE 102 20 715 A1 im Zusammenhang mit Seitenwellen bekannt geworden und im Zusammenhang mit Längswellen z.B. durch die DE 102 37 172 B3 .
Bei der DE 102 20 715 A1 sind für jedes der an beiden Enden der Seitenwelle vorgesehenen Kugelgleichlauffestgelenke zwei solcher Bauteile vorhanden, an denen jeweils unterschiedliche, dem jeweiligen Bauteil angeformte Funktionsbereiche vorgesehen sind, die den Drehmomentenfluß durch formschlüssigen Eingriff bewerkstelligen und von denen einer als Längsverzahnung ausgebildet ist.
Es handelt sich dabei bei dem einen Bauteil um das Gelenkaußenteil, dessen einer, den Drehmomentenfluß durch formschlüssigen Eingriff bewerkstelligender Funktionsbereich ein am Gelenkaußenteil vorgesehener Anschlusszapfen mit angeformter Längsverzahnung ist und dessen anderer, das Drehmoment übertragender Funktionsbereich die Laufbahnen im Gelenkaußenteil für die Kugeln des Gelenks sind.
Das zweite Bauteil mit ebenfalls zwei Funktionsbereichen zum Übertragen von Drehmoment ist dabei das Gelenkinnenteil mit im zentralen Innenbereich angeformter Längsverzahnung als der eine Funktionsbereich und mit angeformten Kugellaufbahnen des Gelenkinnenteils als der andere Funktionsbereich.
Bei der Drehmomentübertragungseinheit gemäß DE 102 37 172 B3 ist für jedes der dort enthaltenen drei Gelenke ebenfalls jeweils ein Bauteil mit 2 Funktionsbereichen zum Übertragen von Drehmoment vorgesehen, nämlich je ein Gelenkinnenteil mit angeformter Längs- bzw. Steckverzahnung als der eine und angeformte Kugellaufbahnen als der andere Funktionsbereich.
Bei derartigen Bauteilen, also z.B. Gelenkteilen, wird die Innenverzahnung in der Regel geräumt und die Außenverzahnung in der Regel durch Stoßen, Fräsen, Rollen oder Walzen hergestellt und die Kugellaufbahnen durch spanbildende Bearbeitung oder spanlos.
Um ausreichend Drehmoment übertragen zu können, sind zumindest die Kugellaufbahnen gehärtet. Diese Laufbahnen können induktiv gehärtet sein und der restliche Bereich, also auch die Längsverzahnung, kann auf der Grundhärte belassen werden. Dies ist zwar günstig für die Herstellung der Längsverzahnung, lässt aber nicht die hohen zu übertragenden Drehmomentwerte und die gewünschte Lebensdauer erreichen, die in vielen Fällen gefordert werden.
Die z.B. induktiv gehärteten Kugellaufbahnen müssen jedoch wegen des beim partiellen Härten stattfindenden Verzuges nach dem Härten hart bearbeitet werden, um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen, es muss also hart gefräst oder geschliffen werden.
Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, zunächst die Verzahnung im weichen Zustand zu fertigen, das ganze Teil, also mit angeformter Längsverzahnung, Einsatz zu härten, was aber einen Härteverzug sowohl der Verzahnung als auch der Steckverzahnung ergibt, der nur bei der Längsverzahnung mit zusätzlichem hohem Aufwand beseitigt werden kann, nämlich z.B. durch Harträumen in der harten Schicht mit entsprechend geeigneten, jedoch teuren Spezialmaschinen und Werkzeugen.
Anhand der 1 - 18 sei die Erfindung näher erläutert. Die 1 - 8 zeigen zunächst ein Gleichlauffestgelenk bzw. dessen Anbindung im Wesentlichen am Beispiel einer Längswelle gemäß dem Stand der Technik.
Dabei zeigt:

1 eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit zwei Teilwellen und einem etwa mittig angeordneten Antriebsgelenk,
2 einen Querschnitt durch das Antriebsgelenk entsprechend einem Schnitt gemäß der Linie A - A der 3,
3 einen Schnitt gemäß der Linie E - E der 2,
4 einen Schnitt gemäß der Linie C - C der 2,
5 einen Schnitt gemäß der Linie D - D der 2,
6 einen Schnitt gemäß der Linie B - B der 2,
7 eine Ansicht aus der Richtung des Pfeiles X der 3,
8 eine Ansicht aus der Richtung des Pfeiles Y der 3,
9 - 12 ein Gelenkinnenteil als Roh- und Fertigteil,
13 - 17 ein Gelenkaußenteil als Roh- und Fertigteil.
18 eine Drehmomentübertragungseinheit gemäß einem weiteren Erfindungsgegenstand.

Die in 1 dargestellte Antriebswelle 1 ist hier als Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und umfasst zwei Teilwellen 2 und 3, die an ihren freien Enden Anschlußstücke 4,5 tragen. Diese Anschlußstücke sind hier als Gummigelenkscheiben ausgebildet, wenngleich an deren Stelle auch Antriebsgelenke an den genannten Teilwellen 2 und 3 befestigt sein können, wie dies in der DE 102 37 172 B3 oder DE 100 32 853 C2 beschrieben ist.
Die beiden Teilwellen 2 und 3 sind etwa in der Mitte der Antriebsanordnung 1 über ein Antriebsgelenk 8 miteinander verbunden, welches in den 2 bis 8 in verschiedenen Schnittdarstellungen abgebildet ist. Darüber hinaus zeigt 1, dass die linke Teilwelle 2 über ein Zwischenlager 6 und einem daran angeordneten Halter 7 an dem Unterboden eines Kraftfahrzeuges befestigbar ist.
Wie insbesondere aus den Schnitten gemäß den 2 bis 6 und 9 ersichtlich ist, die das Antriebsgelenk 8 nicht mit den Teilwellen 2 und 3 verbunden zeigen, besteht das Antriebsgelenk zunächst aus einer im wesentlichen hohlzylindrischen Außennabe 16, in der eine Innennabe 10 koaxial angeordnet ist. Während die erste Teilwelle 2 mit ihrer Außensteckverzahnung in eine Innensteckverzahnung 11 der Innennabe 10 einsteckbar ist, erfolgt die Verbindung der Außennabe mit der zweiten Teilwelle 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Schweißverbindung, wozu an einem Mitnehmergehäuse 9 ein Schweißflansch 12 ausgebildet ist. In dem Mitnehmergehäuse ist die Außennabe 16 aufgenommen, und zwar in einem Aufnahmebereich 17 formschlüssig eingeschlossen.
Auf der Innenseite der Außennabe 16 sind erste äußere Kugellaufrillen 19 für eine erste Reihe von Kugeln 14 und für eine zweite Reihe von Kugeln 14a weitere äußere Kugellaufrillen 19a vorgesehen. Dazwischen befinden sich jeweils Stege 20.
Auf der Außenseite der Innennabe 10 sind erste innere Kugellaufrillen 18 für die erste Reihe von Kugeln 14 und weitere innere Kugellaufrillen 18a für die zweite Reihe von Kugeln 14a vorgesehen. Zwischen diesen Kugellaufbahnen befinden sich jeweils Stege 28.
Mit 18', 19' und 18a' und 19a' ist jeweils der Bahngrund der Kugellaufrillen bezeichnet.
Die Innennabe 10 weist eine Innennabenachse I auf und eine Außenfläche 24. Wie insbesondere aus den 3, 7, 8 ersichtlich ist, sind die ersten Innenlaufrillen 18 und die zweiten Innenlaufrillen 18a hier um die Innenachse I abwechselnd verteilt angeordnet, wobei hier die ersten Innenlaufrillen 18 vom antriebsseitigen Ende 2a ausgehend in Richtung auf das abtriebsseitige Ende 3a verlaufen, und die Innenlaufrillen und ihr Bahngrund 18' sich dabei von der Innennabenachse I entfernen; wie insbesondere aus den 4 und 7,8 ersichtlich ist, verlaufen hier die zweiten Innenlaufrillen 18a vom abtriebsseitigen Ende 3a aus in Richtung auf das antriebsseitige Ende 2a, wobei sich hier diese zweiten Innenlaufrillen und ihr Bahngrund 18a' dabei von der Innennabenachse I entfernen. Die ersten und zweiten Innenlaufrillen mit ihren gegenüberliegenden ersten und zweiten Außenlaufrillen können aber auch in anderer Folge als einander abwechselnd angeordnet sein und andere Verläufe haben als hier beschrieben und gezeigt, z. B. einen sich von den entsprechenden Achsen entfernenden und sich anschließend wieder annährenden Verlauf.
Die Außennabe 16 besitzt eine Außennabenachse II und eine Innenkontur, in der erste äußere Kugellaufrillen bzw. -bahnen 19 für die erste Reihe von Kugeln 14 und zweite Kugellaufrillen bzw. -bahnen 19a für die zweite Reihe von Kugeln 14a um die Außennabenachse II abwechselnd verteilt angeordnet sind und jeweils die ersten Innenlaufrillen 18 den ersten Außenlaufrillen 19 und jeweils die zweiten Innenlaufrillen 18a den zweiten Außenlaufrillen 19a gegenüber liegen und mit diesen jeweils ein Paar bilden, wobei die ersten Außenlaufrillen 19 von dem antriebsseitigen Ende 2a ausgehend in Richtung auf das abtriebsseitige Ende 3a verlaufen, und die Außenlaufrillen 19 und ihr Bahngrund 19' sich dabei der Außennabenachse II annähern, und wobei weiterhin die zweiten Außenlaufrillen 19a von dem abtriebsseitigen Ende 3a ausgehend in Richtung auf das antriebsseitige Ende 2a verlaufen, und die zweiten Außenlaufrillen 19a mit ihrem Bahngrund 19a' sich dabei der Außennabenachse II annähern (3 und 4).
In einem ringförmigen Käfig 15 mit einer wenigstens abschnittsweise kugeligen Außenfläche 26 (siehe insbesondere 2, 5 und 6), der zwischen der Innennabe 10 und der Außennabe 16 angeordnet ist, sind entsprechend der Anzahl der Kugeln 14, 14a bzw. Laufrillen-Paare 18, 18a, 19, 19a radiale Fenster 27 vorgesehen, in denen die Kugeln 14, 14a geführt sind (s. a. 3,4). Der Käfig 15 ist in der Außennabe 16 über seine Außenfläche 26, genauer über die beiden Zentrierbereiche 26a, zentriert.
In der Innenfläche der Außennabe 16 sind, wie bereits erwähnt, zwischen den Kugeln Stege 20 vorgesehen. Diese Stege weisen, wie insbesondere im Zusammenhang mit den 3, 5, 7 und 8 zu erkennen ist, von dem einen, dem antriebsseitigen Ende 2a her und in Umfangsrichtung gesehen, zunächst beidseits der Kugellaufrillen 19 für die Kugeln 14 vorgesehene Einführungskonturen 16a zur axialen Einführung des Käfigs 15 in der Außennabe 16 auf. Die Einführungskonturen 16a gehen auf der Antriebsseite 2a von einem Durchmesser aus, der zumindest annähernd dem Außendurchmesser des Käfigs 15 entspricht.
In axialer Richtung gesehen, ausgehend vom antriebsseitigen Ende 2a des Gelenkes, gehen diese Einführungskonturen nach wenigstens annähernd der halben axialen Länge in die Käfigzentrierflächen 16b am Gelenkaußenteil für den Käfig über und sind in Richtung auf die Käfigzentrierachse III geneigt (siehe 3, 5, 7 und 8). Die Käfigzentrierflächen 16b sind dabei den kugelförmig ausgebildeten Anlageflächen des Kugelkäfigs entsprechend ballig angeglichen.
In axialer Richtung gesehen, ausgehend von dem abtriebsseitigen Ende 3a des Gelenkes, gehen diese Einführungskonturen 16c nach zumindest annähernd der halben axialen Länge des Käfigs in die zweiten Käfigzentrierflächen 16b an der Außennabe für den Käfig über. Von dort verlaufen sie in Richtung auf die Käfigzentrierachse III geneigt. Die zweiten Käfigzentrierflächen 16b sind dabei, ebenso wie die ersten, den kugelförmig ausgebildeten Anlageflächen 26b des Kugelkäfigs entsprechend ballig angeglichen.
Die 9 - 12 zeigen, wie bereits erwähnt, ein Gelenkinnenteil als Roh- und Fertigteil R10 und F 10 und die 13 - 17 das Gelenkaußenteil als Roh- und Fertigteil R16 und F16.
Der Rohling R10 gemäß 9 ist ein Schmiedeteil mit gleichmäßig über den Umfang verteilten und zumindest annähernd gleichmäßig ausgebildeten vier Paaren von Vorsprüngen bzw. Stegen R20, R 20a, zwischen denen Nuten bzw. Einkerbungen R18, R18a mit zumindest annähernd achsparallel verlaufenden Nutengrunden R 18' und R 18a' vorgesehen sind.
Der Rohling R10 kann aber auch, wie bereits erwähnt, z. B. mittels einem Warm- Kalt bzw. Halbwarm - Kaltprozess, aber auch als Sinterteil hergestellt sein.
Aus den Vorsprüngen bzw. Stegen R20, 20a werden die aus den 10, 11 und 12 ersichtlichen Laufrillen F18, F18a durch Kalibrieren in einem Werkzeug, das aus zwei Werkzeughälften mit gegenläufig verlaufenden Stempeln besteht, zu den gegenläufigen Laufrillen F18, F18a verformt und zwar mittels eines Kaltverformungsverfahrens, insbesondere durch Kalibrieren.
Dabei bleiben die Nutengrunde R 18' und R18a' gemäß 9 auch nach dem Kalibrieren zumindest teilweise erhalten und ebenso Teilbereiche F18'', F18a'' gemäß 10 - 12 aus den zuvor im Vorformling R10 enthaltenen Seitenflanken R18'' und R18a''. Verformt wurden dabei lediglich die schraffierten Abschnitte F18''' und F18a''' wie dies insbesondere aus 10 ersichtlich ist. Dabei sind die Flächen F18''' und F18a''', derart geformt, dass Kugellauf- bzw. Kugelberührungslinien F18b und F18b' entstehen, entlang denen sich die Kugeln bei der Beugung des Gelenkes bewegen.
Es ist weiterhin insbesondere im Zusammenhang aus 12 ersichtlich, dass die Kugellaufbahnen F18b und F18b' und die verbliebenen Bereiche der Nutengrunde F18' und F18a' unterschiedliche Krümmungen aufweisen.
In den 13 - 17 sind Roh- und Fertigteil des Außengelenkes R19 bzw. F19 dargestellt, wobei die 16 und 17 gemäß den Linien A-A und B-B der 15 zeigen.
Der Rohling R16 gemäß 13 ist hier als Schmiedeteil hergestellt mit radial nach innen reichenden ersten und zweiten Vorsprüngen bzw. Stegen R28, R28a sowie R28', R28a'. Die Vorsprünge R28 und R28a, die zumindest annähernd achsparallel verlaufen, sind zumindest annähernd spiegelbildlich ausgestaltet, ebenso die Vorsprünge 28' und 28a'.
Die Vorsprünge R28 und R28a schließen zwischen sich jeweils eine zumindest annähernd achsparallel eingebrachte erste Nut bzw. Einkerbung R19 ein, ebenso wie die Vorsprünge R28' und R28a' zwischen sich je eine zweite Nut bzw. Einkerbung R19a einschließen.
Die Vorsprünge R28a und R 28' sowie R28a' und R28 schließen zwischen sich jeweils eine dritte Nut R31 ein.
Die Nuten R19 und R 19a haben jeweils Nutengrunde R19' und R19a' und die Nuten R31 haben jeweils Nutengrunde R31'.
Die Nuten R 19 und R 19a besitzen weiterhin Seitenflanken R19" und R 19a''.
Durch einen Kalibriervorgang wird das Gelenkaußenteil als Fertigteil F16 hergestellt. Dabei werden aus den Seitenflanken R19'' und R19a'' der 13 die ersten und zweiten Kugellaufrillen F19 und F19a der 14 -17 verformt.
Die Nutengrunde R19', R19a' der 13 sind als Bahngrunde F19' zumindest annähernd über die axiale Erstreckung derselben erhalten geblieben. Von den Seitenflanken R19'' und R19a'' sind lediglich die in 16 und 17 schraffierten Abschnitte F19''' und F19a''' verformt und dabei die Kugelberührungslinien oder Kugellaufbereiche F19b und F19b' gebildet worden.
Es ist auch hier ersichtlich, dass sich die Krümmung der Nutengrunde F19' von derjenigen der Berührungslinien F19b und F19b' unterscheiden.
In gleicher Weise wie die ersten Laufrillen F 19 werden auch die zweiten Rillen F19a hergestellt, jedoch gegenläufig, d.h. verschränkt zu den Rillen F19.
Aus den ersten Vorsprüngen R28 und R28a werden beidseits der Rille F19 jeweils zumindest annähernd in Achsrichtung verlaufende Einführkonturen F16a zweckmäßigerweise durch ein- und denselben Kalibriervorgang, bei dem auch die Konturen F19, F19a, F19''', F19a''', F16b, F16b' erzeugt werden, hergestellt.
Im weiteren axialen Verlauf der Einführungskonturen F16b sind beidseits jeder Rille F19 die Käfigzentrierbereiche F16b vorgesehen, wobei zwischen den Konturen F16b und F16a ein treppenartiger Vorsprung bzw. Übergangsbereich vorhanden ist.
Die Käfigzentrierungsbereiche F16b und F16d sind den kugelförmigen Anlageflächen 26b des Kugelkäfigs 15 angeglichen.
In gleicher Weise, jedoch mit gegenläufiger Verschränkung, werden die Käfigzentrierungsflächen F16d und die Einführungsflächen F16c beidseits der Rillen F19a hergestellt bzw. ausgebildet.
18 zeigt einen weiteren Erfindungsgedanken anhand von Gleichlauffestgelenken, wie sie beispielhaft in der DE 102 37 172 B3 gezeigt sind.
Das Gleichlauffestgelenk 101 besteht in bekannter Weise aus einem Gelenkinnenteil 102 mit Kugellaufbahnen 103, so wie einem Gelenkaußenteil 104 mit an diesen angeformten Kugellaufbahnen 105. Zwischen den Kugellaufbahnen 103 und 105 von Gelenkinnen- und -außenteil 102 und 104 sind Kugeln 106 vorgesehen, die das Drehmoment zwischen Innen- und Außenteil übertragen. Ein Käfig 107 dient zur Führung der Kugeln.
Das Gelenkinnenteil hat also einerseits Funktionsbereiche zur Drehmomentübertragung in Form der Längsverzahnung 108 und andererseits in Form der Kugellaufbahnen 103.
Das Gelenkinnenteil ist zweckmäßigerweise ein Schmiedeteil mit einer zentralen, für die Bildung der Verzahnung vorgesehenen Ausnehmung 108a. Die Kugellaufbahnen 103 können z.B. durch spanende Bearbeitung oder spanlos hergestellt sein.
Das Gelenkinnenteil wird zunächst als Ganzes einer Oberflächenhärtung unterzogen, wie insbesondere einem Einsatzhärteprozess mit Abschrecken und anschließendem Anlassen. Vor der Bildung der Verzahnung 108 wird der Bereich größter Härte der Ausnehmung 108a entfernt z.B. durch spanbildende Bearbeitung, wie durch Drehen.
Danach kann ebenfalls durch spanbildende Bearbeitung die Innenverzahnung 108 hergestellt werden, z.B. durch Räumen in einem sehr einfachen und preiswerten und eine hohe Genauigkeit gewährleistenden Arbeitsschritt.
Die Kugellaufbahnen 103 können - vor oder nach dem Herstellen der Verzahnung - geschliffen werden.
In gleicher Weise können auch Gelenkaußenteile mit auf einem Zapfen vorgesehener Außenverzahnung gemäß der Erfindung hergestellt werden, wobei die Außenverzahnung in ebenso preiswerter und eine hohe Festigkeit und hohe Drehmomentübertragungswerte gewährleistenden Weise durch spanbildende oder umformende Bearbeitung hergestellt werden kann, z.B. durch Stoßen, Fräsen, Rollen, Walzen oder dergleichen in einem Bereich, der zuvor gehärtet und bei dem vor der Bildung der Verzahnung die härtesten Bereiche entfernt wurden. Ebenso kann bei einem Gelenkinnenteil ein Zapfen die Außenverzahnung aufweisen oder ein Gelenkaußenteil eine Innenverzahnung.
Die Erfindung ist nicht auf die Drehmomentübertragungseinrichtungen beschränkt, die hier speziell erwähnt wurden, sondem erstreckt sich auch auf andere Drehmomentübertragungseinrichtungen, bei denen ein Bauteil zwei Funktionsbereiche zum Übertragen von Drehmoment durch formschlüssigen Eingriff mit anderen Elementen aufweist.

Claims

Kugelgleichlauffestgelenk (8) als Gegenbahngelenk mit - einem Gelenkaußenteil (16, F16) mit Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a), - einem Gelenkinnenteil (10, F10) mit Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a), - drehmomentübertragenden Kugeln (14, 14a), die in Bahnpaaren aus Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a) und Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a) aufgenommen sind, und - einem Kugelkäfig (15) mit Käfigfenstern (27), in denen die Kugeln (14, 14a) gehalten sind, wobei - erste Außenbahnen (19, F19) mit ersten Innenbahnen (18, F18) erste Bahnpaare bilden, in denen erste Kugeln (14) gehalten sind, - zweite Außenbahnen (19a, F19a) mit zweiten Innenbahnen (18a, F18a) zweite Bahnpaare bilden, in denen zweite Kugeln (14a) gehalten sind, - die ersten Bahnpaare und die zweiten Bahnpaare Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') bilden mit gegenläufigen Krümmungen, und - die Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a) und die Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a) durch äußere (F19') und innere Bahngrunde (F18', F18a') begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkinnenteil (10, F10) und/oder das Gelenkaußenteil (16, F16) als Vorformling (R10, R16) hergestellt ist mit achsparallel verlaufenden Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und Vorsprüngen (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') als vorgeformte Bahnen, wobei die Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) des Vorformlings (R10, R16) achsparallel verlaufende Nutengrunde (R18', R18a', R19', R19a', R31') und Seitenflanken (R18'', R18a'', R19'', R19a'') aufweisen, dass die Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') durch Verformen der Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und der Vorsprünge (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') derartig eingeformt sind, so dass die Struktur der Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und der Vorsprünge (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') des Vorformlings (R10, R16) teilweise erhalten ist und so dass die Krümmungen der Bahngrunde (F18', F18a', F19') teilweise in ihrem axialen Verlauf abweichen von den Krümmungen der Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b').
Kugelgleichlauffestgelenk (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkinnenteil (10, F10) und/oder das Gelenkaußenteil (16, F16) als Vorformling (R10, R16) in einem Formwerkzeug spanlos hergestellt ist.
Kugelgleichlauffestgelenk (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkinnenteil (10, F10) und/oder das Gelenkaußenteil (16, F16) als Vorformling (R10, R16) geschmiedet ist.
Kugelgleichlauffestgelenk (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') durch spanloses Verformen in einem Formwerkzeug eingeformt sind.
Kugelgleichlauffestgelenk (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') durch einen Kalibriervorgang gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils (16, F16) mit Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a) oder eines Gelenkinnenteils (10, F10) mit Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a), wobei die Außenbahnen (19, 19a, F19, F19a) bzw. Innenbahnen (18, 18a, F18, F18a) Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') aufweisen und durch Bahngrunde (F19', F18', F18a') begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorformling (R10, R16) mit achsparallel verlaufenden Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und Vorsprüngen (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') als vorgeformte Bahnen hergestellt wird, wobei die Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) des Vorformlings (R10, R16) achsparallel verlaufende Nutengrunde (R18', R18a', R19', R19a', R31') und Seitenflanken (R18'', R18a'', R1'', R19a'') aufweisen, und dass die Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') durch Verformen der Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und der Vorsprünge (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') derartig eingeformt werden, so dass die Struktur der Nuten (R18, R18a, R19, R19a, R31) und der Vorsprünge (R20, R20a, R28, R28a, R28', R28a') des Vorformlings (R10, R16) teilweise erhalten ist und so dass die Krümmungen der Bahngrunde (F18', F18a', F19') teilweise in ihrem axialen Verlauf abweichen von den Krümmungen der Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b').
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (R10, R16) in einem Formwerkzeug spanlos hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (R10, R16) geschmiedet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') durch spanloses Verformen in einem Formwerkzeug eingeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelberührungslinien (F18b, F18b', F19b, F19b') durch einen Kalibriervorgang gebildet werden.