DE10018890C2

DE10018890C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Fertigstellen von spanlos umgeformten Gelenkaussenteilen

Info

Publication number: DE10018890C2
Application number: DE10018890A
Authority: DE
Inventors: Peter Fuhrmann; Hans-Willi Kinzel
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2020-04-15
Also published as: US6398886B1; JP2002542435A; DE10018890A1; FR2792230A1; FR2792230B1; WO2000063568A3; WO2000063568A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigstellen von span los umgeformten Gelenkaußenteilen für Gleichlaufgelenke in Form von Tripodegelenken oder Kugelgelenken; die Gelenkaußenteile haben eine Längsachse und eine in Richtung der Längsachse ver laufende Innenausnehmung, die im wesentlichen hinterschnittfrei ist; in der Innenausnehmung sind Bahnen ausgebildet, zur form schlüssigen Aufnahme von Rollkörpern, die ihrerseits von einem Gelenkinnenteil in formschlüssiger Verbindung gehalten sind; die Bahnen weisen gehärtete Kontaktzonen zum abrollenden Kontakt der Rollkörper auf. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Fertigstellen von spanlos umgeformten Gelenkaußenteilen für Gleichlaufgelenke der vorstehend genannten Art.

Die Erfindung betrifft hiermit Tripodegelenke sowie Kugelgelenke in Form von UF-Gelenken (Undercutfree) bzw. DO-Gelenken (Doppel- Offset). Aus Kostengründen wird die spanlose Umformung dieser Gelenke heute so weit geführt, daß die Bahnen mit den entspre chenden Rollenkontaktzonen (bei Tripodegelenken) bzw. Kugel kontaktzonen (bei Kugelgelenken) ihr Fertigmaß haben und eine mechanische Nachbearbeitung nicht erforderlich wird. Notwendig ist allerdings das Härten zumindest der Kontaktzonen, auf denen die Rollenkörper ablaufen, das in der Regel als Induktionshärten erfolgt.

Aus der DE 42 00 848 C1 sind Verfahren zum Härten zumindest der Kontaktzonen von Gelenkaußenteilen der genannten Art bekannt, bei denen zusätzlich zu den Kontaktzonen Käfigführungsflächen gehärtet werden.

Aus der DE 31 32 363 C2 sind Verfahren zum partiellen Härten der Oberflächen von u. a. äußeren Gelenkkörpern von Gleichlaufgelen ken der genannten Art bekannt, bei dem nur die Kontaktstellen zwischen den Kugeln und den Kugelbahnen eingehärtet werden. Die Möglichkeit einer geringen Nachbearbeitung wird nicht ausge schlossen.

Infolge der axial unsymmetrischen Massen- und Wärmekapazitäts verhältnisse am jeweiligen Ende der Bahnen, d. h. aufgrund eines relativen Wärmestaus an den axialen Enden der zu härtenden Kon taktzonen entsteht hierbei ein Härteverzug der Kontaktzonen, der auch durch axial angepaßte Wärmeeinleitung und/oder Abkühlung beim Härten nicht perfekt auszugleichen ist. Die Kontaktzonen sind somit über der axialen Länge an ihren Enden radial ver krümmt, wobei das Innenmaß der Innenausnehmung zwischen sich symmetrisch gegenüberliegenden Kontaktzonen am axialen Ende des Gelenkaußenteils in der Regel verringert ist. Eine mechanische Nacharbeit durch Schleifen ist aus Kostengründen ausgeschlossen. Infolgedessen hat das Gelenk Toleranzfehler mit zu enger Passung am offenen Ende des Gelenkaußenteils und/oder zu weiten Passun gen im hinteren Innenbereich des Gelenkaußenteils.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fertigstellen von Gelenk außenteilen der genannten Art bereitzustellen, die die Maßhal tigkeit der gehärteten Kontaktzonen der Bahnen verbessern und damit die Toleranzfehler am Gelenk einengen.

Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren mit Verfahrens schritten in der Reihenfolge:
spanloses Umformen des Gelenkaußenteils,
Oberflächenhärten der Innenausnehmung zumindest über die Länge der Kontaktzonen zum Erzeugen einer gehärteten Randschicht zu mindest im Bereich der Kontaktzonen über einer ungehärteten Matrix und
Kalibrieren der Kontaktzonen auf Radialmaß und axiale Linearität durch Verlagern der oberflächengehärteten Randschicht im Bereich der Kontaktzonen innerhalb der ungehärteten Matrix.

Dadurch, daß jeweils zwischen zwei randschichtgehärteten kali brierten Kontaktzonen ein nicht-kalibrierter Oberflächenstreifen belassen wird, ist es möglich, die gehärteten Kontaktzonen mit der Matrix oder innerhalb der Matrix in ausreichendem Maße zu verformen, ohne daß es zu Brüchen der gehärteten Kontaktzonen kommt. Hierbei ist es besonders günstig, wenn beim Kalibrieren der Kontaktzonen die ungehärtete Matrix hinter der oberflächen gehärteten Randschicht in weiten Bereichen von der Außenober fläche des Bauteils ausgehend zum Fließen gebracht wird, wobei auch Bewegungen in der Matrix in Umfangsrichtung zugelassen werden sollen. Dieses Fließen in der Matrix, das durch Erzeugen von nach innen gerichtetem Druck auf die Außenoberfläche des Bauteils erzeugt wird, gilt sowohl für den Fall, daß das Innen maß der Innenausnehmung zwischen sich gegenüberliegenden Kon taktzonen reduziert werden muß, als auch für den Fall, daß die ses Innenmaß vergrößert werden muß. Die gehärtete Randschicht kann mit einer Dicke von bis zu 1,2 mm hergestellt werden. Die notwendigerweise innerhalb der gehärteten kalibrierten Rand schichtstreifen entstehenden Spannungen können durch anschlie ßende Wärmebehandlung wieder abgebaut werden, ohne daß ein we sentlicher Härteverlust eintritt. Wenn das Radialmaß der Innen ausnehmung zwischen sich gegenüberliegenden gehärteten Kontakt zonen insbesondere am axialen Ende des Gelenkaußenteils nach dem Härten zu gering war, kann es durch Eindrücken von Randschicht streifen in die Matrix vergrößert werden. Wenn dagegen das Radi almaß der Innenausnehmung zwischen sich gegenüberliegenden gehärteten Kontaktzonen nach dem Härten zu groß ist, kann es durch Nachdrücken des Matrixmaterials hinter Randschichtstreifen reduziert werden. Beide Maßnahmen erfolgen durch axiales Ein drücken eines Kalibrierdornes in das Gelenkaußenteil in einem ersten Schritt und durch radiales Aufdrücken von äußeren Kali brierbacken auf das Gelenkaußenteil bei eingeführtem Kalibrier dorn in einem zweiten Schritt. Beide Maßnahmen können gemeinsam miteinander in einem Kalibriervorgang in unterschiedlichen Be reichen der Kontaktzonen wirksam werden.

Nach einer ersten erfindungsgemäßen Variante ist ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten vorgesehen:
spanloses Umformen des Gelenkaußenteils,
Oberflächenhärten der Innenausnehmung über die Länge der Kon taktzonen unter
Erzeugen einer gehärteten Randschicht im Bereich der Kontaktzo nen über einer ungehärteten Matrix und
Belassen von ungehärteten Oberflächenstreifen jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktzonen,
Kalibrieren der Kontaktzonen auf Radialmaß und axiale Linearität durch Verlagern der oberflächengehärteten Randschicht im Bereich der Kontaktzonen innerhalb der ungehärteten Matrix.

Hierbei wird jeweils zwischen zwei randschichtgehärteten Kon taktzonen ein Oberflächenstreifen belassen, in dem die ungehär tete Matrix die Innenoberfläche der Innenausnehmung bildet. Dies ermöglicht hohe Umformraten, wobei das Innenmaß der Innenausneh mung zwischen zwei sich symmetrisch gegenüberliegenden Kontakt zonen um bis zu 0,3 mm verändert werden kann.

In der Anwendung bei Tripodegelenkaußenteilen, die drei innere längsverlaufende Rollenbahnen haben, die jeweils Paare von zu einander symmetrisch angeordneten Rollenkontaktzonen haben, ist vorgesehen, daß jeweils zwischen den Rollenkontaktzonen einer Rollenbahn ein ungehärteter Streifen der Matrix belassen wird, und in weiterhin bevorzugter Weise, daß jeweils zwischen ein ander benachbarten Rollenkontaktzonen zweier benachbarter Rol lenbahnen ein ungehärteter Streifen der Matrix belassen wird. In Anwendung des Verfahrens auf Kugelgelenkaußenteile, die zumin dest drei längsverlaufende Kugelrillen haben, die jeweils Paare von zueinander symmetrisch angeordneten Kugelkontaktzonen bil den, ist vorgesehen, daß jeweils zwischen benachbarten Kugel kontaktzonen zweier benachbarter Kugelrillen ein ungehärteter Streifen der Matrix belassen wird. Hierbei kann jeweils entweder die Randschicht einer gesamten Kugelrille insgesamt gehärtet werden oder vorgesehen werden, daß jeweils zwischen den beiden Kugelkontaktzonen einer Kugelrille ebenfalls ein ungehärteter Streifen der Matrix belassen wird. In beiden Fällen können die zwei Kugelkontaktzonen einer Kugelrille relativ zueinander ver formt werden.

Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Variante ist ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten vorgesehen:
spanloses Umformen des Gelenkaußenteils,
Oberflächenhärten der Innenausnehmung über die Länge der Kon taktzonen unter Erzeugen einer in der Innenausnehmung umlaufend gehärteten Randschicht über einer ungehärteten Matrix,
Kalibrieren der Kontaktzonen auf Radialmaß und axiale Linearität durch Verlagern der oberflächengehärteten Randschicht im Bereich der Kontaktzonen innerhalb der ungehärteten Matrix.

Hierbei wird in vereinfachter Weise die Innenoberfläche der Innenausnehmung rundum randschichtgehärtet. Dadurch entstehen beim Kalibrieren der Kontaktzonen in den jeweils dazwischenlie genden gehärteten Randschichtbereichen Spannungen, die nicht zu unkontrollierter Rißbildung führen dürfen. Die Umformraten sind hierdurch etwas limitiert, wobei das Innenmaß der Innenausneh mung zwischen zwei sich symmetrisch gegenüberliegenden Kontakt zonen um bis zu 0,2 mm verändert werden kann. Spannungen können nach dem Kalibrieren durch Wärmebehandlung abgebaut werden.

In der Anwendung bei Tripodegelenkaußenteilen, die drei innere längsverlaufende Rollenbahnen haben, die jeweils Paare von zu einander symmetrisch angeordneten Rollenkontaktzonen haben, ist vorgesehen, daß jeweils zwischen den kalibrierten Rollenkontakt zonen einer Rollenbahn ein nicht-kalibrierter Streifen belassen wird, und in weiterhin bevorzugter Weise, daß jeweils zwischen einander benachbarten kalibrierten Rollenkontaktzonen zweier benachbarter Rollenbahnen ein nicht-kalibrierter Streifen belas sen wird. Dies wird jeweils erreicht, indem auf eine Einwirkung auf die Bauteilwand von innen und außen an diesen Stellen ver zichtet wird. In Anwendung des Verfahrens auf Rugelgelenkaußen teile, die zumindest drei längsverlaufende Kugelrillen haben, die jeweils Paare von zueinander symmetrisch angeordneten Kugel kontaktzonen bilden, ist vorgesehen, daß jeweils zwischen den beiden Kugelkontaktzonen einer Kugelrille ein weitgehend nicht- kalibrierter Streifen belassen wird. Ergänzend hierzu kann vor gesehen werden, daß jeweils zwischen benachbarten kalibrierten Kugelkontaktzonen zweier benachbarter Kugelrillen ein weitgehend nicht-kalibrierter Streifen belassen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß an diesen Stellen auf eine Einwirkung auf die Bauteilwand von innen und außen gemeinsam an diesen Stellen verzichtet wird. In jedem Fall können die zwei Kugelkontaktzonen einer Kugelrille relativ zueinander verformt werden.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß das Kalibrieren mit druckmittelbetriebenen Werkzeugen erfolgt und der Kalibrier vorgang durch Druckregelung und Druckbegrenzung des Druckmittels gesteuert wird. Streuungen hinsichtlich der Ausgangsmaße des Werkstücks, insbesondere auch am Außenumfang des Gelenkaußen teils, sind hierdurch ohne Belang.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens zeichnet sich aus durch
einen starren Kalibrierdorn - insbesondere mit einem geraden nicht-runden Zylinderkörper -, der axial in das Gelenkaußenteil einführbar ist und
eine zumindest der Zahl der Bahnen entsprechende Zahl von Kali brierbacken - insbesondere mit geraden nicht-runden Zylinderman telflächen -, die radial zustellbar sind und deren radiale Tei lungsebenen symmetrisch zwischen zwei - zu kalibrierenden - gehärteten Kontaktzonen liegt.

Der Kalibrierdorn und die Kalibrierbacken haben damit im Bereich ihrer Wirkflächen parallele Mantellinien, die entsprechende parallele Mantellinien der Kontaktflächen im Zusammenwirken miteinander erzeugen sollen. Der Kalibrierdorn kann an seinem zuerst in das Gelenkaußenteil einzuführenden Ende mit großen Einführradien versehen sein.

Es ist vorzugsweise vorzusehen, daß bei Tripodegelenken eine der Zahl der gehärteten Kontaktzonen entsprechende Zahl von sechs Kalibrierbacken vorhanden ist. Bei Kugelgelenken kann die der Zahl der Kugelrillen entsprechende Anzahl von Kalibrierbacken ausreichend sein. Wie bereits zuvor angedeutet wird zunächst der Kalibrierdorn in ein axial gehaltenes Gelenkaußenteil einge führt, wobei dies mit Spiel erfolgen kann oder wobei Teile der gehärteten Kontaktzonen bereits beim Einführen radial verdrängt und unter plastischer Verformung der Matrix gerichtet werden können. In dem anschließenden Verfahrensschritt werden die Kali brierbacken radial zugestellt und dabei das Gelenkaußenteil derart verformt, daß eine plastische Umformung der Matrix hinter den gehärteten Bahnen in einem Maße erfolgt, daß die gehärteten Kontaktzonen etwa mit gleichem Vordruck am Kalibrierdorn anlie gen.

Um ein plastisches Verformen der Matrix in ausreichendem Maße zuzulassen, weist der Kalibrierdorn jeweils Stützzonen für die gehärteten Rollenkontaktzonen bzw. Kugelkontaktzonen auf und bildet dazwischenliegende Freischnitte, die bis zum Abschluß des Kalibriervorganges kontaktfrei zur Innenoberfläche des Gelenk außenteils bleiben. Zu gleichem Zweck ist vorgesehen, daß die Kalibrierbacken in Längsrichtung verlaufende Druckrippen und dazwischenliegende Freischnitte haben, in die beim plastischen Umformen Material einfließen kann, wobei es jedoch hier zu einem Kontakt der Außenseite des Gelenkaußenteils mit diesen Frei schnittbereichen kommen darf. Verdrängtes Material kann in jedem Fall im Bereich der Trennebenen zwischen zwei Kalibrierbacken eintreten, wobei zwei Kalibrierbacken selbst am Ende eines Kali briervorganges noch Umfangsabstand zwischen den Trennebenen aufweisen.

Die Kalibrierbacken sind in bevorzugter Weise in einem Stützring aufgenommen, in dem sie radial verschiebbar sind, wobei die radiale Verschiebung durch miteinander zusammenwirkende Festkei le und Gleitkeile erzielt werden kann. Hierbei werden die Kali brierbacken und ein eingesetztes Gelenkaußenteil auf einen Stützteller eines Gegenstempels aufgesetzt, der mit einem Ober stempel verbundene Kalibrierdorn wird eingeführt und eine Stem pelfläche am Kalibrierdorn wird auf die Gleitkeile abgesenkt. Der unter Druck stehende Gegenstempel kann hierbei zusammen mit den Kalibrierbacken und dem Gelenkaußenteil nachgeben, so daß eine Gleitbewegung nur zwischen den Gleitkeilen und den Festkei len erfolgt, während sich die Gleitkeile gegenüber den Kali brierbacken und dem Gelenkaußenteil ausschließlich radial rela tiv bewegen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen Stempel und Gegenstempel wird der Kalibriervorgang beendet.

In weiter bevorzugter Ausführung sind auf der Oberseite des Stützrings in Führungen verschiebbare Niederhalter angeordnet. Nach dem Kalibriervorgang werden die Niederhalter über die Stirnfläche des Gelenkaußenteils gefahren und der Kalibrierdorn wird zurückgezogen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen

Fig. 1 ein Oberwerkzeug mit dem Kalibrierstempel im Vertikal schnitt;

Fig. 2 ein Unterwerkzeug mit den Kalibrierbacken im Vertikal schnitt;

Fig. 3 das Unterwerkzeug in Draufsicht;

Fig. 4 ein Tripodegelenkaußenteil mit durch ungehärtete Ma trixbereiche getrennten gehärteten Kontaktbereichen im Querschnitt;

Fig. 5 ein Kugelgelenkaußenteil mit durch ungehärtete Matrix bereiche getrennten gehärteten Kontaktbereichen im Querschnitt;

Fig. 6 ein Tripodegelenkaußenteil mit innerhalb einer um laufend gehärteten Randschicht liegenden Kontaktberei chen im Querschnitt;

Fig. 7 ein Kugelgelenkaußenteil mit innerhalb einer umlaufend gehärteten Randschicht liegenden Kontaktbereichen im Querschnitt;

Fig. 8 eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Tripodegelenk außenteilen mit eingespanntem Werkstück beim Kalibrie ren im Querschnitt;

Fig. 9 eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Kugelgelenkaußen teilen mit eingespanntem Werkstück beim Kalibrieren im Querschnitt.

Die Fig. 1 bis 3 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. In einem Oberstempel 3, der über einen Zapfen 20 an einem Maschi nenstempel zu befestigen ist, ist ein Kalibrierdorn 9 mittels einer Schraube 17 befestigt. Der Oberstempel 3 trägt eine Druck platte 4, die sich über eine Platte 10 am Oberstempel 3 abstützt und an der sich der Kalibrierdorn 9 seinerseits über eine Scheibe 11 abstützt. Der Kalibrierdorn 9 hat am freien Ende große Einführradien 24. In einem Stützring 7 ist eine Anzahl von Radialnuten 21 ausgebildet, die nach unten durch eine Grund platte 14 abgeschlossen sind. Die Grundplatte 14 weist eine mittige Öffnung 22 auf. Ein Gegenstempel 13 liegt innerhalb des Stützrings 7, der mit einem Hülsenansatz 23 nach unten durch die Öffnung 22 ragt. In den Radialnuten 21 im Stützring 7 liegen Hinterlegstücke 6 und Festkeile 2, die auf der Grundplatte 14 aufliegen und mit dem Stützring verschraubt sind. Innerhalb der Festkeile 2 sind Gleitkeile 1 eingesetzt, die beim Absenken des Oberstempels 3 auf den Stützring 7 von der Druckplatte 4 ver schoben werden können. Die Gleitkeile 1 wirken auf Kalibrierbac ken 8 radial ein, die auf dem Gegenstempel 13 aufliegen, der nachgiebig abgestützt ist. Der Kalibrierdorn 9 entspricht im wesentlichen der Innenform des kalibrierten Gelenkaußenteils, das zwischen die Kalibrierbacken 8 eingesetzt wird. Die Kali brierbacken 8 ergänzen sich insgesamt zur äußeren Form des Ge lenkaußenteils. Ein Gelenkaußenteil wird mit der Öffnungsseite nach oben in den Stützring 7 zwischen die Kalibrierbacken 8 eingesetzt, wobei ein anschließender Gelenkzapfen in den Hülsen ansatz 23 am Gegenstempel 13 eingesteckt werden kann. Der Ober stempel 3 wird abgesenkt, so daß der Kalibrierdorn 9 in das Gelenkaußenteil eindringt, bis die Stirnseite der Druckplatte 4 auf die Oberseiten der Gleitkeile 1 aufsetzt. Bei Weiterbewegung des Oberstempels 3 gleiten die Gleitkeile 1 zusammen mit den Kalibrierbacken 8 und dem Gegenstempel 13 nach unten. Hierbei werden die Gleitkeile 1 entlang der zusammenwirkenden Schrägen von Gleitkeilen und Festkeilen 2 nach radial innen gedrückt, so daß die Kalibrierbacken 8 das Gelenkaußenteil von außen auf den Kalibrierdorn 9 drücken. In den Figuren ist die innere End stellung der Kalibrierbacken 8 dargestellt. Hierbei haben die Gleitkeile 1 noch geringes radiales Spiel gegenüber dem Außen umfang des Gegenstempels 13. Auf dem Stützring 7 sind Führungen 5 aufgeschraubt, in denen radial verstellbare Niederhalter 12 geführt sind. Nach dem Kalibrieren werden diese Niederhalter 12 radial nach innen gefahren und legen sich auf die Stirnseite des Gelenkaußenteils. Danach wird der Kalibrierdorn 9 vom Oberstem pel 3 wieder entfernt, wobei das Gelenkaußenteil von den Nie derhaltern 12 zwischen den Kalibrierbacken 8 zurückgehalten wird.

In Fig. 4 ist ein Tripodegelenkaußenteil 30 im Querschnitt gezeigt, in dessen Innenausnehmung 60 drei Bahnen 31, 32, 33 mit jeweils zwei Rollenkontaktzonen 34, 35, 36, 37, 38, 39 markiert sind.

Die Rollenkontaktzonen 34, 35, 36, 37, 38, 39 werden durch ge härtete Randschichtbereiche von geringer Dicke innerhalb einer Matrix 61 aus ungehärtetem Material gebildet. Sowohl zwischen Rollenkontaktzonen benachbarter Bahnen 31, 32, 33, als auch zwischen Paaren von Rollenkontaktzonen 34/35, 36/37, 38/39 in nerhalb jeweils einer Bahn bildet das Material der Matrix unge härtete Längsstreifen 62, 63, 64, 65, 66, 67 der Oberfläche der Innenausnehmung. Das ungehärtete Material der Matrix erstreckt sich bis zur Außenoberfläche 68.

Jeweils zwei einander in einer der Bahnen 31, 32, 33 sich symme trisch gegenüberliegende Rollenkontaktzonen 34/35, 36/37, 38/39 treten in Kontakt mit einer der Tripoderollen des Gelenkinnen teils eines Tripodegelenks. Diese Paare von Rollenkontaktzonen bilden ein Innenmaß a, das über die gesamte axiale Länge der Bahnen konstant sein soll; hierzu dient der erfindungsgemäße Kalibriervorgang.

In Fig. 5 ist ein Kugelgelenkaußenteil 40 mit einer Innenaus nehmung 70 mit sechs Kugelrillen 41-46 dargestellt. In den Kugelrillen sind jeweils zwei Kontaktzonen 47-58 markiert, die mit den Kugeln in Kontakt treten, die in gleicher Weise in den Kugelrillen des Gelenkaußenteils und in Kugelrillen eines Ge lenkinnenteils gehalten werden. Die Kugelkontaktzonen werden durch gehärtete Randschichtbereiche von geringer Dicke innerhalb einer Matrix 71 aus ungehärtetem Material gebildet. Jeweils zwischen den Kugelkontaktzonen benachbarter Kugelrillen bildet das Material der Matrix ungehärtete Längsstreifen 72, 73, 74, 75, 76. Das ungehärtete Material der Matrix 71 erstreckt sich bis zur Außenoberfläche 78. In der linken Hälfte der Figur sind jeweils die Kontaktzonen 47, 54-58 unabhängig voneinander in den einzelnen Kugelrillen als schmale Randschichtbereiche gehär tet. In den Kugelbahnen 41, 44-46 sind hier die Kontaktzonen trennende ungehärtete Längsstreifen 81, 84-86 zu erkennen. In der rechten Hälfte der Figur bildet jeweils die gesamte Kugel rille eine Härtezone, in der der gehärtete Randschichtbereich jeweils zwei Kontaktzonen 48-53 umfaßt.

In Fig. 6 ist ein Gelenkaußenteil 30' eines Tripodegelenks dargestellt, das in seiner Form im wesentlichen dem in Fig. 4 gezeigten entspricht. Entsprechende Einzelheiten sind mit glei chen Ziffern mit hinzugefügtem Index (') bezeichnet. Die Innen ausnehmung 60' weist hier jedoch eine umlaufende gehärtete Rand schicht 69' auf, innerhalb der die Tripodekontaktzonen 34'-39' liegen. Es sind in der Innenausnehmung 60' somit keine ungehär teten Streifen vorhanden. Auch hier erstreckt sich das Material der Matrix 61' bis zu Außenoberfläche 68'.

In Fig. 7 ist ein Gelenkaußenteil 40' eines Kugelgelenks dar gestellt, das in seiner Form im wesentlichen dem in Fig. 5 gezeigten entspricht. Entsprechende Einzelheiten sind mit glei chen Ziffern mit hinzugefügtem Index (') bezeichnet. Die Innen ausnehmung 70' weist jedoch hier eine umlaufende gehärtete Rand schicht 79' auf. Es sind in der Innenausnehmung 70' somit keine ungehärteten Streifen vorhanden. Das Material der Matrix 71' erstreckt sich bis zur Außenoberfläche 78'. Mit b ist das Innen maß zwischen zwei sich symmetrisch gegenüberliegenden Kontaktzo nen bezeichnet, daß über die gesamte axiale Länge der Bahnen konstant sein soll; hierzu dient der erfindungsgemäße Kalibrier vorgang.

In Fig. 8 sind im Querschnitt sechs Kalibrierbacken 8' und ein einheitlicher Kalibrierdorn 9' für ein Tripodegelenkaußenteil 30" gezeigt. Ein solches Tripodegelenkaußenteil 30" ist wäh rend des Kalibriervorganges dargestellt. Es kann sich hierbei um ein Außenteil entsprechend Fig. 4 mit ausschließlich gehärteten Kontaktbereichen oder um ein Außenteil entsprechend Fig. 6 mit umlaufend gehärteter Randschicht handeln. Der Kalibrierdorn 9' tritt mit den Rollenkontaktzonen 34"-39" während dieses Vorganges in Kontakt, während er mit der Oberfläche der Innen ausnehmung im Kopfbereich der einzelnen Bahnen erste Freiräume 91, 92, 93 und jeweils zwischen zwei Bahnen gegenüber der Innen oberfläche der Innenausnehmung zweite Freiräume 94, 95, 96 bil det. Hierbei entspricht der Querschnitt des Kalibrierdorns der Kontur eines Tripodegelenkinnenteils mit montierten Tripode rollen. Die Teilungsebenen A-F zwischen den Kalibrierbacken 9' liegen in Zuordnung zu den genannten Freiräumen 91-96, also jeweils mittig zwischen zwei zu kalibrierenden Rollenkontaktzo nen 34"-39" und bilden weitere Freiräume 101-106. Gleich, ob die Bahnen beim Kalibrieren aufgeweitet oder reduziert wer den, kann in die genannten Freiräume 91-96, 101-106 Matrix material nach innen und außen einfließen, so daß insgesamt das Material hinter den gehärteten Randschichtbereichen zum Fließen kommt.

In Fig. 9 sind im Querschnitt sechs Kalibrierbacken 8" und ein einheitlicher Kalibrierdorn 9" für ein Kugelgelenkaußenteil 40" mit sechs Kugelbahnen gezeigt. Ein solches Kugelgelenk außenteil 40" ist während des Kalibriervorganges dargestellt. Es kann sich hierbei um ein Außenteil entsprechend Fig. 5 mit ausschließlich gehärteten Kontaktbereichen oder um ein Außenteil entsprechend Fig. 7 mit umlaufend gehärteter Randschicht han deln. Der Kalibrierdorn 9" tritt mit den Kugelkontaktzonen 47" -58" während dieses Vorganges in Kontakt, während er mit der Oberfläche der Innenausnehmung jeweils zwischen zwei Kugelrillen gegenüber der Innenoberfläche der Innenausnehmung Freiräume 111, 112, 113, 114, 115, 116 bildet. Hierbei entspricht der Quer schnitt des Kalibrierdorns etwa der Kontur eines Gelenkinnen teils mit montiertem Kugelkäfig und darin eingesetzten Kugeln. Die Teilungsebenen A-F zwischen den Kalibrierbacken 9" liegen in Zuordnung zu den Kugelrillen 41"-46" jeweils zwischen zwei Freiräumen 111-116, also jeweils mittig zwischen zwei zu kalibrierenden Kugelkontaktzonen 47"-58" und bilden weitere Freiräume 121-126. Gleich, ob die Bahnen beim Kalibrieren aufgeweitet oder reduziert werden, kann in die genannten Frei räume 111-116, 121-126 Matrixmaterial nach innen oder nach außen einfließen, so daß insgesamt das Material hinter den ge härteten Randschichtbereichen zum Fließen kommt.

Bezugszeichenliste

1

Gleitkeil

2

Festkeil

3

Oberstempel

4

Druckplatte

5

Führung

6

Hinterlegstück

7

Stützring

8

Kalibrierbacke

9

Kalibrierdorn

10

Platte

11

Scheibe

12

Niederhalter

13

Gegenstempel

14

Grundplatte

15

Schraube

16

Schraube

17

Schraube

18

Schraube

19

Schraube

20

Zapfen

21

Radialnut

22

Radialnut

23

Hülsenansatz

24

Einführradius

30

Tripodegelenkaußenteil

31-33

Bahn

34-39

Rollenkontaktzone

40

Kugelgelenkaußenteil

41-46

Kugelrille

47-58

Kugelkontaktzone

60

Innenausnehmung

61

Matrix

62-67

Längsstreifen

68

Außenoberfläche

69

Randschicht

70

Innenausnehmung

71

Matrix

72-77

Längsstreifen

78

Außenoberfläche

79

Randschicht

81

Längsstreifen

84-86

Längsstreifen

91-96

Freiraum

101-106

Freiraum

111-116

Freiraum

121-126

Freiraum

Claims

1. Verfahren zum Fertigstellen von spanlos umgeformten Gelenk außenteilen für Gleichlaufgelenke; die Gelenkaußenteile haben eine Längsachse und eine in Richtung der Längsachse verlaufende Innenausnehmung, die im wesentlichen in Rich tung der Längsachse hinterschnittfrei ist; in der Innen ausnehmung sind Bahnen ausgebildet; die Bahnen weisen Kon taktzonen zum abrollenden Kontakt von Rollkörpern auf,
mit Verfahrensschritten in der Reihenfolge:
spanloses Umformen des Gelenkaußenteils,
Oberflächenhärten der Innenausnehmung zumindest über die Länge der Kontaktzonen zum Erzeugen einer gehärteten Rand schicht zumindest im Bereich der Kontaktzonen über einer ungehärteten Matrix,
Kalibrieren der Kontaktzonen auf Radialmaß und axiale Linearität durch Verlagern der oberflächengehärteten Rand schicht im Bereich der Kontaktzonen innerhalb der ungehär teten Matrix.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kalibrieren der Kontaktzonen die ungehärtete Ma trix hinter der oberflächengehärteten Randschicht zum Fließen gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
mit den Verfahrensschritten:
Oberflächenhärten der Innenausnehmung über die Länge der Kontaktzonen unter
Erzeugen einer gehärteten Randschicht im Bereich der Kon taktzonen über einer ungehärteten Matrix und
Belassen von ungehärteten Oberflächenstreifen zwischen benachbarten Kontaktzonen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialmaß der Innenausnehmung zwischen sich gegen überliegenden Kontaktzonen durch Eindrücken der gehärteten Randschicht nach außen in die ungehärtete Matrix vergrößert wird, unter gleichzeitigem Fließen der ungehärteten Matrix hinter der gehärteten Randschicht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialmaß der Innenausnehmung zwischen sich gegen überliegenden Kontaktzonen durch Nachdrücken der ungehärte ten Matrix hinter der gehärteten Randschicht nach innen reduziert wird, unter Abstützen der Kontaktzonen von innen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 für Tripodege lenkaußenteile, die in der Innenausnehmung drei längsver laufende Rollenbahnen haben, die jeweils Paare von zuein ander symmetrisch angeordneten Rollenbahnflanken mit Kon taktzonen für Rollen haben, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den zwei gehärteten Kontaktzonen für Rollen einer Rollenbahn ein ungehärteter Streifen belassen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einander benachbarten gehärteten Kon taktzonen für Rollen zweier benachbarter Rollenbahnen ein ungehärteter Streifen belassen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 für Kugelgelenk außenteile, die in der Innenausnehmung zumindest drei längsverlaufende Kugelrillen haben, die jeweils Paare von zueinander symmetrisch angeordneten Kugelbahnflanken mit Kontaktzonen für Kugeln haben, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen benachbarten gehärteten Kontaktzonen für Kugeln zweier benachbarter Kugelrillen ein ungehärteter Streifen belassen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den beiden gehärteten Kontaktzonen für Kugeln einer Kugelrille ein ungehärteter Streifen belassen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrieren mit druckmittelbetriebenen Werkzeugen erfolgt und der Kalibriervorgang durch Druckregelung und Druckbegrenzung des Druckmittels gesteuert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1,
mit den Verfahrensschritten:
Oberflächenhärten der Innenausnehmung über die Länge der Kontaktzonen unter Erzeugen einer in der Innenausnehmung umlaufend gehärteten Randschicht über einer ungehärteten Matrix.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialmaß der Innenausnehmung zwischen sich gegen überliegenden Kontaktzonen durch Eindrücken der gehärteten Randschicht nach außen in die ungehärtete Matrix vergrößert wird, unter gleichzeitigem Fließen der ungehärteten Matrix hinter der gehärteten Randschicht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialmaß der Innenausnehmung zwischen sich gegen überliegenden Kontaktzonen durch Nachdrücken der ungehärte ten Matrix hinter der gehärteten Randschicht nach innen reduziert wird, unter Abstützen der Kontaktzonen von innen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 für Tripodege lenkaußenteile, die in der Innenausnehmung drei längsver laufende Rollenbahnen haben, die jeweils Paare von zuein ander symmetrisch angeordneten Rollenbahnflanken mit Kon taktzonen für Rollen haben, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den zwei Kontaktzonen für Rollen einer Rollenbahn ein nicht-kalibrierter Streifen belassen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einander benachbarten Kontaktzonen für Rollen zweier benachbarter Rollenbahnen ein nicht-kali brierter Streifen belassen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 für Kugelge lenkaußenteile, die in der Innenausnehmung zumindest drei längsverlaufende Kugelrillen haben, die jeweils Paare von zueinander symmetrisch angeordneten Kugelbahnflanken mit Kontaktzonen für Kugeln haben, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen benachbarten Kontaktzonen für Kugeln zweier benachbarter Kugelrillen ein nicht-kalibrierter Streifen belassen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den beiden Kontaktzonen für Kugeln einer Kugelrille ein nicht-kalibrierter Streifen belassen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrieren mit druckmittelbetriebenen Werkzeugen erfolgt und der Kalibriervorgang durch Druckregelung und Druckbegrenzung des Druckmittels gesteuert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine gehärtete Randschicht von maximal 1,2 mm Dicke erzeugt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen zweier sich symmetrisch gegenüberlie genden Kontaktzonen maximal um das Maß 0,3 mm voneinander entfernt oder aneinander angenähert werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen zweier sich symmetrisch gegenüberlie genden Kontaktzonen maximal um das Maß 0,2 mm voneinander entfernt oder aneinander angenähert werden.

22. Vorrichtung zum Fertigstellen von spanlos umgeformten Ge lenkaußenteilen für Gleichlaufgelenke; die Gelenkaußenteile haben eine Längsachse und eine in Richtung der Längsachse verlaufende Innenausnehmung, die im wesentlichen in Rich tung der Längsachse hinterschnittfrei ist; in der Innen ausnehmung sind Bahnen ausgebildet; die Bahnen weisen ge härtete Kontaktzonen zum abrollenden Kontakt von Rollkör pern auf, gekennzeichnet durch
einen starren Kalibrierdorn (9), der axial in das Gelenk außenteil einführbar ist, und
eine zumindest der Zahl der Bahnen entsprechende Anzahl von Kalibrierbacken (8), die radial zum Kalibrierdorn zustell bar sind und deren radiale Teilungsebenen symmetrisch zwischen zwei gehärteten Kontaktzonen liegen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine der Zahl der gehärteten Kontaktzonen oder der Hälfte dieser Zahl entsprechende Anzahl von Kalibrierbacken (8).

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 und 23 zum Kali brieren von Tripodegelenkaußenteilen, die in der Innen ausnehmung drei längsverlaufende Rollenbahnen haben, die jeweils Paare von zueinander symmetrisch angeordneten Rol lenbahnflanken mit Kontaktzonen für Rollen haben, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierdorn (9') im Querschnitt einem Tripode stern mit darauf befestigten Rollen nachgebildet ist und im Kopfbereich der Tripodezapfenkontur erste Freiräume (91, 92, 93) gegenüber dem Gelenkaußenteil (30") und zwischen den Tripoderollenkonturen zweite Freiräume (94, 95, 96) gegenüber dem Gelenkaußenteil (30") bildet und daß sechs Kalibrierbacken (8') vorgesehen sind, deren radiale Tei lungsebenen (A-F) jeweils symmetrisch zu den einzelnen Freiräumen (91-96) angeordnet sind und weitere Freiräume (101-106) bilden.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 und 23 zum Kali brieren von Kugelgelenkaußenteilen, die in der Innenausneh mung zumindest drei längsverlaufende Kugelrillen haben, die jeweils Paare von zueinander symmetrisch angeordneten Ku gelbahnflanken mit Kontaktzonen für Kugeln haben, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierdorn (9") im Querschnitt einem Gelenk innenteil mit Käfig und darin eingesetzten Kugeln nach gebildet ist und im Bereich der Käfigkontur zwischen den Kugeln Freiräume (111-116) gegenüber dem Gelenkaußenteil (40") bildet und daß eine der Anzahl der Kugelrillen ent sprechende Anzahl von Kalibrierbacken (8") vorgesehen ist, deren radiale Teilungsebenen (A"-F") jeweils symme trisch zwischen den beiden Kontaktzonen der einzelnen Ku gelrillen und damit symmetrisch zwischen benachbarten Frei räumen (111-116) angeordnet sind und weitere Freiräume (121-126) bilden.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierdorn (9) jeweils Stützzonen für die gehär teten Kontaktzonen und dazwischenliegende Freischnitte, die bis zum Abschluß des Kalibrierens kontaktfrei gegenüber der Oberfläche der Innenausnehmung des Gelenkaußenteils blei ben, aufweist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierbacken (8) jeweils hinter den gehärteten Kontaktzonen liegende Druckleisten zum frühzeitigen Kontakt mit dem Gelenkaußenteil und dazu benachbarte oder dazwi schenliegende Freischnitte, die allenfalls erst später Kontakt zur Außenoberfläche des Gelenkaußenteils aufnehmen, aufweisen.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierbacken (8) in einem Stützring (7) gehalten und radial gegenüber diesem verschiebbar sind.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierbacken (8) von axial gegenüber dem Stütz ring (7) verschiebbaren Gleitkeilen (1) verschoben werden, die sich an axial und radial im Stützring (7) festgesetzen Festkeilen (2) abstützen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkeile (1) zusammen mit dem Gelenkaußenteil von einer mit dem Kalibrierdorn (9) verbundenen Druckplatte (4) verschiebbar sind.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierbacken (8) und das Gelenkaußenteil von einem axial nachgiebigem Gegenstempel (13) getragen werden.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stützring (7) Niederhalter (12) vorgesehen sind, die in der tiefsten Endlage des Kalibrierdorns (9) radial auf die Stirnseite des Gelenkaußenteils greifend zustellbar sind.