DE10018890C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Fertigstellen von spanlos umgeformten Gelenkaussenteilen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Fertigstellen von spanlos umgeformten GelenkaussenteilenInfo
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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.
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.
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.
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.
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.
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 (32)
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.
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.
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.
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.
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.
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Owner name: GKN AUTOMOTIVE GMBH, 53797 LOHMAR, DE |
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