DE10142805A1 - One-piece joint body - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, insbesondere eines Kugelbahnen aufweisenden Gelenkinnenteils eines Wellengelenks, wobei Pulver in einen Füllraum gefüllt wird, der Füllraum begrenzt wird von einer Matrize, wenigstens einem Formdorn und einem diesem gegenüber angeordneten Fülldorn, einem Mitteldorn, wenigstens einem Unter- und einem Oberstempel, wobei das Pulver in dem Füllraum durch Druck auf den Ober- und/oder Unterstempel zu einem Grünling gepreßt, ausgestoßen und gesintert wird.Method for producing a metallic component, in particular a joint inner part of a shaft joint having ball tracks, powder being filled into a filling space, the filling space being delimited by a die, at least one shaping mandrel and a filling mandrel arranged opposite it, a central mandrel, at least one lower and one Upper stamp, wherein the powder is pressed into the green space by pressing the upper and / or lower stamp into a green body, ejected and sintered.
Description
Die Erfindung betrifft ein metallisches Sinterteil, insbesondere eine Gelenkinnenteil eines Wellengelenks, mit in einem Winkel zur Preßrichtung angeordneten Kugelbahnen und/oder einer Krümmung der Kugelbahnen, nebst Verfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung. The invention relates to a metallic sintered part, in particular an inner joint part of a shaft joint, with in one Angle to the pressing direction arranged ball tracks and / or a curvature of the ball tracks, together with the method and device for its implementation.
Wellengelenke, die aus einem Gelenkinnenteil und einem Gelenkaußenteil bestehen sind bekannt. Sie dienen vor allem zur Drehmomentübertragung zwischen Wellen, die im Betrieb größeren Verlagerungen unterworfen sind. Auch die Aufnahme von axialen Verlagerungen sind dabei möglich. Universal joints consisting of an inner joint part and a Joint outer part are known. They are mainly used for Torque transmission between shafts in operation are subject to major relocations. Even the inclusion of axial displacements are possible.
Ein Beispiel für die Übertragung von Drehmoment über gegeneinander angewinkelte Wellen ist das Gleichlauf-Wellengelenk. Gleichlauf-Wellengelenke gehören zu der Gattung der Zapfengelenke, deren gängigste Bauweise das Kreuzgelenk ist. Beim Kreuzgelenk sind die Gelenkgabeln der beiden Wellen mit einem Zapfen verbunden. Einfache Kreuzgelenke lassen im wesentlichen kleine Winkeländerungen zu. Axiale und radiale Verschiebungen der Wellen sind nicht möglich. An example of the transmission of torque via angled shafts is the constant velocity universal joint. Constant velocity universal joints belong to the genus of Pin joints, the most common design of which is the universal joint. At the The universal joint is the joint fork of the two shafts with one Spigot connected. Simple universal joints leave in significant small angle changes. Axial and radial Shifts of the waves are not possible.
Diese Nachteile vermeidet das Gleichlaufgelenk. Im Gegensatz zu den Kreuzgelenken werden Mit Gleichlauf-Wellengelenken werden bei gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit gleichförmige Drehzahlen auf der Abtriebsseite erzeugt. Das gleiche gilt für die Drehmomente. The constant velocity joint avoids these disadvantages. In contrast become universal joints with constant velocity universal joints become uniform at a uniform angular velocity Speeds generated on the output side. The same goes for for the torques.
Die Gelenkwelle besteht aus zwei Gelenken und einer Zwischenwelle. Die Zwischenwelle ist zum Ausgleich von Längenänderungen meist als Teleskopwelle ausgeführt. Die Bedingung für eine gleichförmige Übertragung ist, daß die beiden Gelenkgabeln in einer Ebene liegen und, falls die Ablenkungswinkel an beiden Gelenkgabeln immer gleich groß sind, wenigstens in der im Betrieb am häufigsten vorkommenden Lage. Dies kann durch Z- oder W-Anordnung erreicht werden. Bei Kraftfahrzeugen ist meist die erstere üblich. Dabei treten Ungleichförmigkeiten nur in der Zwischenwelle auf. Um auf geringem Raum große Winkelbewegungen auszugleichen, zum Beispiel beim Vorderradantrieb von Kraftfahrzeugen, verwendet man Doppelgelenke. Diese entsprechen prinzipiell der Gelenkwelle, jedoch ist statt der Zwischenwelle nur ein kurzes Zwischenstück - Welle oder Muffe - vorhanden, das so geführt ist, daß die Auslenkwinkel beider Gelenke stets gleich sind. Die Längsverschiebbarkeit wird in An- oder Abtriebswelle vorgesehen. Daneben ermöglichen Gleichlaufgelenke eine gleichförmige, kraftschlüssige Übertragung des Drehmoments bzw. der Winkelgeschwindigkeit meist über Kugeln, welche in Kugelbahnen so geführt sind, daß sie stets in der Spiegelebene des Gelenks liegen. Bei größeren Gleichlaufgelenken ist eine Zentrierung notwendig. Die Gleichlaufgelenke ermöglichen bei großen Auslenkwinkeln gleichförmige Übertragung. Gleichlaufgelenke werden als Festgelenk oder Verschiebegelenk gebaut, wobei das Festgelenk die Antriebsachse in axialer Richtung fixiert und das Verschiebegelenk durch Längsverschiebung einen Ausgleich bei Achslängenänderungen ermöglicht. The PTO shaft consists of two joints and one Intermediate shaft. The intermediate shaft is to compensate for Length changes mostly carried out as a telescopic shaft. The condition for a uniform transmission is that the two articulated forks lie in one plane and, if the deflection angle is on two joint forks are always the same size, at least in the Operation most common location. This can be done by Z- or W arrangement can be achieved. In motor vehicles mostly the former common. This causes irregularities only in the intermediate shaft. To be large in a small space Compensate for angular movements, for example when Front wheel drive of motor vehicles, double joints are used. This correspond in principle to the cardan shaft, but instead of Intermediate shaft only a short intermediate piece - shaft or sleeve - Available, which is guided so that the deflection angle of both Joints are always the same. The longitudinal displaceability is in Input or output shaft provided. Enable next to it Constant velocity joints are a uniform, non-positive Transmission of the torque or the angular velocity mostly About balls, which are guided in ball tracks so that they always lie in the mirror plane of the joint. For larger ones Centering is necessary for constant velocity joints. The Constant velocity joints allow for large deflection angles uniform transmission. Constant velocity joints are called Fixed joint or sliding joint, the fixed joint being the Drive axis fixed in the axial direction and that Sliding joint compensates for by longitudinal displacement Axis length changes enabled.
Wellengelenke dieser Art sind mit einem Gelenkaußenteil und einem Gelenkinnenteil mit den Wellen verbunden. Das Gelenkinnenteil wird über Kugeln in dem Gelenkaußenteil geführt. Die Kugeln bewegen sich dabei in einem Kugelkäfig in Kugelbahnen, welche auf der Außenfläche des Gelenkinnenteils und auf der Innenfläche des Gelenkaußenteils ausgeformt sind. Die Geometrie der Wellengelenke erfordert, daß die Ausnehmungen für die Kugelbahnen spanend angeformt werden. Universal joints of this type are with an outer joint part and an inner joint part connected to the shafts. The Inner joint part is guided over balls in the outer joint part. The Balls move in a ball cage in ball tracks, which on the outer surface of the inner joint part and on the Inner surface of the outer joint part are formed. The Geometry of the universal joints requires that the recesses for the ball tracks are machined.
Diese Art der Fertigung erfordert in der Regel eine kostenaufwendige und hochpräzise, spanende Bearbeitung. Nachteilig dabei ist, daß das Gelenkinnenteil in einer Vielzahl von Arbeitsschritten und in verschiedenen Bearbeitungsmaschinen hergestellt werden muß. Bisher wurde das Gelenkinnenteil auf konventionellem Wege aus einem Schmiederohling geformt, da die Hinterschneidungen oder Ausformungen, beispielsweise die Kugelbahnen, nicht in jeglichem Preßverfahren herzustellen waren und damit auch nicht aus Metallpulver gepreßt und gesintert zur Endform gebracht werden konnten. Dies erforderte in der Regel zusätzliche Verfahrensschritte, um die Formgebung der Hinterschnitte zu erreichen. This type of manufacturing usually requires one costly and high-precision machining. adversely is that the inner joint part in a variety of Steps and in different processing machines must be manufactured. So far, the inner joint part was open conventional way from a forging blank, because the undercuts or shapes, for example the Ball tracks, not to be produced in any pressing process were and therefore not pressed from metal powder and sintered to the final shape. This required usually additional procedural steps to the To achieve the shape of the undercuts.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem in einfacher und präziser Weise ein metallisches Sinterteil oder Schmiedeteil, insbesondere ein Gelenkinnenteil eines Wellengelenks hergestellt werden kann. The object of the invention is a method and To provide device with which in simple and a metallic sintered or forged part, in particular an inner joint part of a shaft joint can be manufactured.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den in den Verfahrens-, Vorrichtung- und Sachansprüchen angegeben Merkmalen. The invention solves this problem with the Device and property claims specified features.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Sinterteils oder Schmiedeteils, insbesondere eines Kugelbahnen aufweisenden Gelenkinnenteils eines Wellengelenks, wobei Pulver in einen Füllraum gefüllt wird, der Füllraum begrenzt wird von einer Matrize, wenigstens einem Formdorn und einem diesem gegenüber angeordneten Fülldorn, einem Mitteldorn, wenigstens einem Unter- und einem Oberstempel, wobei das Pulver in dem Füllraum durch den Druck zwischen dem Ober- und Unterstempel zu einem Grünling gepreßt, ausgestoßen und gesintert wird. In den Füllraum wird metallisches Sinterpulver eingebracht. Der Formdorn wird bis zu dem Fülldorn eingefahren und durch ein verschieben der Werkzeuge relativ gegeneinander wird die Teilegeometrie fixiert und anschließend wird das Pulver durch Aufbringung eines Preßdrucks auf den Ober- und/oder Unterstempel zu einem Grünling verdichtet. Der fertig gepreßte Grünling wird nach dem Zurückfahren des Oberstempels und der Formdorne aus der Preßvorrichtung ausgestoßen und gesintert. Zur Erzielung einer höheren Dichte ist es zweckmäßig, wenn das Sinterteil nach dem Sintern warm oder kalt nachverformt wird. Zur Erzielung geringer Toleranzen und/oder einer partiellen Verdichtung ist ein Kalibriervorgang nach dem Sintern und/oder Schmieden möglich. Beispielsweise ist es vorteilhaft die Kugelbahnen des Gelenkinnenteils kalt zu rollieren oder alternativ nach dem Sinterschmieden zu rollieren. According to the invention, a method for Production of a metallic sintered part or forged part, in particular of a joint inner part having ball tracks of a shaft joint, powder being filled into a filling space the filling space is limited by a die, at least one mandrel and one arranged opposite this Cornucopia, a central mandrel, at least one lower and one Upper stamp, the powder in the filling space by the pressure between the upper and lower stamp to form a green compact pressed, ejected and sintered. In the filling room metallic sinter powder introduced. The mandrel is up retracted to the mandrel and by moving the The part geometry becomes tools relative to each other fixed and then the powder is applied a pressure on the upper and / or lower stamp to one Green compacted. The green compact is pressed after the retraction of the upper punch and the mandrels from the Pressing device ejected and sintered. To achieve a higher density, it is useful if the sintered part is reformed hot or cold after sintering. to Achieve low tolerances and / or partial Compression is a calibration process after sintering and / or Forging possible. For example, it is advantageous Roll the ball tracks of the inner joint part cold or alternatively to roll after sinter forging.
Sintermetallurgisch hergestellte Bauteile weisen den Vorteil auf, daß der gesamte Körper des Gelenkinnenteils ein hochfestes Gefüge bildet, das hervorragende Materialeigenschaften und Oberflächengüte aufweist. Components produced by sinter metallurgy have the advantage on that the entire body of the inner joint part high-strength structure that has excellent material properties and has surface quality.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß für den Füllvorgang der Fülldorn in eine Füllposition in die Matrize einfährt, der Mitteldorn in eine Füllposition in die Matrize einfährt und der Unterstempel in einer Füllposition gehalten wird, beim Preßvorgang fährt der dem Fülldorn zugeordnete Formdorn in die Matrize ein, wobei der Formdorn den Fülldorn in der Matrize nach unten schiebt und dabei durch die Geometrie des Formdorns die Kugelbahnen im Pulver geformt werden, und gleichzeitig der Oberstempel in die Matrize bis zu einer Oberstempelpreßposition einfährt und das Pulver zum Grünling verdichtet wobei Kugelbahnen durch die Geometrie der Matrize geformt werden, und der Unterstempel bis zu einer Unterstempelendposition einfährt und auch das Pulver verdichtet, beim Ausstoßvorgang der Oberstempel und Formdorn aus der Matrize ausfahren und der Mitteldorn aus dem Grünling zurückgezogen wird. Die Außenkontur des Gelenkinnenteils, der Kugelnabe, wird teilweise durch die Matrize selbst und teilweise durch in der Matrize in Preßrichtung bewegliche Formdorne geformt. In Abhängigkeit von der Geometrie des Gelenkinnenteils sind wenigstens zwei obere Formdorne und zwei untere Fülldorne, vorzugsweise drei Dorne, die in Preßrichtung verschiebbar in der Matrize gelagert sind, vorgesehen. In an advantageous embodiment of the invention, that for the filling process the mandrel in a filling position in the die retracts, the central mandrel into a filling position the die retracts and the lower stamp in one Filling position is held, the pressing mandrel moves during the pressing process assigned mandrel into the die, the mandrel pushes the mandrel down in the die while doing so due to the geometry of the mandrel, the ball tracks in the powder be shaped, and at the same time the upper stamp in the Retracts die up to an upper die pressing position and that Powder compacted to form a green compact with ball tracks through the Geometry of the die and the lower die are formed retracts to a bottom postmark and that too Powder compacted during the ejection process of the upper punches and Extend the mandrel out of the die and the central mandrel out of the Green compact is withdrawn. The outer contour of the The inner part of the joint, the ball hub, is partially covered by the die itself and partly by moving in the die in the pressing direction Shaped mandrels. Depending on the geometry of the Inner joint part are at least two upper mandrels and two lower mandrels, preferably three mandrels that are in Press direction are slidably mounted in the die provided.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die dem Formdorn zugewandte Seite des Fülldorns in der Füllposition bündig mit der Oberseite der Matrize und der Oberseite des Mitteldorns abschließt, in der Preßposition der Formdorn an der Oberseite des Fülldorns anliegt und diesen zurückschiebt, während gleichzeitig Preßdruck auf den Oberstempel aufgebracht wird, der in die Matrize einfährt und anschließend der Oberstempel und der Formdorn aus der Matrize ausfahren und der fertig gepreßte Grünling aus der Matrize durch den Unterstempel ausgestoßen wird. In a particularly advantageous embodiment of the invention provided that the side facing the mandrel of the Mandrel in the filling position flush with the top of the Completes the matrix and the top of the middle spine in the Pressing position of the mandrel rests on the top of the mandrel and pushes it back while at the same time pressing pressure the upper punch is applied, which enters the die and then the upper punch and the mandrel from the Extend the die and the pressed green body out of the Die is ejected through the lower punch.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Pulver durch Druck und Wärme zu einem Grünling gepreßt wird. In an expedient embodiment of the invention, that the powder becomes a green body by pressure and heat is pressed.
In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß während des Pressens die Matrize und wenigstens ein Stempel beheizt wird. In a particularly expedient embodiment of the invention provided that the die and at least one stamp is heated.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Form der Kugelbahnen durch die Formdorne geformt wird. In an expedient embodiment of the invention, that the shape of the ball tracks is shaped by the mandrels becomes.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Form der Kugelbahnen durch die Formdorne und die Matrize geformt wird. In a further expedient embodiment of the invention provided that the shape of the ball tracks through the mandrels and the die is molded.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberfläche der Kugelbahnen nach dem Sintern verdichtet wird. Die Verdichtung der Oberfläche zur Erzielung einer höheren Festigkeit kann beispielsweise durch Rollieren erfolgen, wobei es vorteilhaft ist, wenn nur Teilbereiche der Kugelbahnoberfläche verdichtet werden. Zweckmäßig ist es, wenn zumindest die Lauffläche der Kugeln der Kugelbahnoberfläche verdichtet wird. In an advantageous embodiment of the invention, that the surface of the ball tracks after sintering is compressed. The compaction of the surface to achieve a Higher strength can be achieved, for example, by rolling take place, it being advantageous if only partial areas of the Ball track surface to be compressed. It is useful if at least the running surface of the balls of the ball track surface is compressed.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberfläche der Kugelbahnen nach dem Sintern mittels wenigstens einer Kugel verdichtet wird, die Druck senkrecht zur Kugelbahnfläche ausübt. In a particularly advantageous embodiment of the invention provided that the surface of the ball tracks after the Sintering is compacted by means of at least one ball Exerts pressure perpendicular to the ball track surface.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugel wenigstens einmal wenigstens einen Teilbereich der Kugelbahn verdichtet. Zweckmäßig ist es, wenn die Kugel, die vorzugsweise aus Hartmetall besteht, wenigstens einmal, vorzugsweise mehrfach über die zu verdichtende Fläche rollt, so daß die Oberfläche schrittweise verdichtet und verformt wird. In a further advantageous embodiment of the invention provided that the ball at least once at least once Part of the ball track compressed. It is useful if the ball, which is preferably made of hard metal, at least once, preferably several times over the one to be compressed Surface rolls so that the surface gradually densifies and is deformed.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das fertig gesinterte Teil anschließend geschmiedet wird, wobei das Sinterteil mit Kugelbahnen in die Matrize auf einen Mitteldorn eingelegt wird, ein Schmiedwerkzeug zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird. In an advantageous embodiment of the invention, that the finished sintered part is then forged, the sintered part with ball tracks in the die on a Middle mandrel is inserted, a forging tool for shaping the outer contour presses the sintered part, and then this is expelled.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das fertig gesinterte Teil nach dem Sintern oder Schmieden kalibriert wird, wobei das Sinterteil mit Kugelbahnen in die Matrize auf einen Mitteldorn eingelegt wird, ein Kalibrierwerkzeug zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird. In a further advantageous embodiment of the invention provided that the finished sintered part after sintering or forging is calibrated, the sintered part with Ball tracks are inserted into the die on a central mandrel, a calibration tool for shaping the outer contour Sintered part presses, and this is then ejected.
Eine weitere Lösung der Aufgabe wird angegeben durch eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Sinterteilen, insbesondere eines Gelenkinnenteils eines Wellengelenks, mit Kugelbahnen, mit einer Preßvorrichtung, mit wenigstens einem Formdorn und wenigstens einem dem Formdorn gegenüber zugeordneten Fülldorn, einem Unter- und einem Oberstempel und einem Mitteldorn, die den Füllraum bilden und radial von einer Matrize umschlossen sind. Eine derartige Preßvorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Arbeitsablauf aus. Der Preßvorgang ist kostengünstig und vor allem zeitsparend im Vergleich zur der bekannten spanenden Herstellung. Es wird hierdurch möglich, in kurzer Zeit eine große Stückzahl an Gelenkinnenteilen herzustellen. Die Matrize, die die Füll- und Formdorne umschließt fängt den radial auf die Formdorne wirkenden Preßdruck ab. Another solution to the problem is given by a Device for the production of metallic sintered parts, in particular an inner joint part of a shaft joint, with Ball tracks, with a pressing device, with at least one Mandrel and at least one opposite the mandrel assigned mandrel, a lower and an upper stamp and a Central mandrel that form the filling space and radial of one Are enclosed. Such a press device is characterized by a simple workflow. The Pressing process is inexpensive and, above all, time-saving Comparison to the well-known machining production. It will this enables a large number of pieces to be produced in a short time To produce inner joint parts. The die, the filling and Shaping mandrels encloses the radial on the mandrels acting pressure from.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß je drei Formdorne und drei diesen gegenüber zugeordnete Fülldorne vorgesehen sind, die in Ausnehmungen in der Matrize geführt werden. Die in den Ausnehmungen der Matrize angeordneten Füll- und Formdorne und die Matrize selbst bilden die Außenkontur des Gelenkinnenteils, daß aufgrund seiner geometrischen Gestaltung mit üblichen Preßvorrichtungen nicht herstellbar ist. In an advantageous embodiment of the invention, that three mandrels and three associated with them Mandrels are provided in recesses in the die be performed. The in the recesses of the die arranged filling and forming mandrels and the die itself form the Outer contour of the inner joint part that due to its geometric design with conventional pressing devices not can be produced.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein metallischen Sinterteil, insbesondere Gelenkinnenteil eines Wellengelenks, mit auf dem Außenumfang angeordneten Kugelbahnen, wobei das Sinterteil einstückig ausgebildet ist. Aus Gründen der Festigkeit und der Lebensdauer des Gelenkinnenteils ist es vorteilhaft dieses einstückig auszubilden und nicht aus beispielsweise zwei preßtechnisch einfach herzustellenden Bauteilen zu fügen. The task is still solved by a metallic Sintered part, in particular inner joint part of a shaft joint, with ball tracks arranged on the outer circumference, the Sintered part is formed in one piece. Because of It is strength and durability of the inner joint part advantageous to form this in one piece and not from for example, two that are easy to manufacture in terms of press technology Components.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in einem Winkel zur Preßachse angeordnete sind und/oder gekrümmt zur Preßachse sind. Das Gelenkinnenteil ist mit Hinterschneidungen, Ausnehmungen und Profilen ausgestaltet, vorzugsweise mit zur Gelenkkörperachse, d. h. auch zur Preßrichtung, axial auf der Außenfläche ausgerichteten, radial gekrümmten Kugelbahnen, wobei die Kugelbahnen mit einem Bahngrund und Bahnseiten ausgestaltet sind und das Gelenkinnenteil eine Geometrie aufweist, die es ermöglicht, das Gelenkinnenteil axial zu pressen und aus der Preßvorrichtung bzw. Schmiedevorrichtung zu entnehmen. In an expedient embodiment of the invention, that the ball tracks are arranged at an angle to the press axis are and / or are curved to the press axis. The Inner joint part is with undercuts, recesses and profiles designed, preferably with the joint body axis, d. H. also to the pressing direction, axially on the outer surface aligned, radially curved ball tracks, the ball tracks with a web base and web sides are designed and that Inner joint part has a geometry that enables the Press the inner joint part axially and out of the pressing device or forging device.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen rund ausgebildet sind. In a further expedient embodiment of the invention provided that the ball tracks are round.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen annähernd elliptisch ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Kugeln nur an zwei Punkten auf der Kugelbahn aufliegen und sich beim Abrollen nur eine Berührungslinie auf der Kugelbahn ergibt. Dieser Bereich wird wie vorstehend dargelegt vorteilhafterweise verdichtet und ggf. wärme- und/oder oberflächenbehandelt. In an advantageous embodiment of the invention, that the ball tracks are approximately elliptical. This configuration is particularly advantageous because the balls only lie on the ball track at two points and Rolling only one contact line on the ball track results. This area is set out as above advantageously compressed and possibly heat and / or surface-treated.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen mehreckig ausgebildet sind. Auch diese Ausgestaltung der Kugelbahn bietet wie die annähernd elliptische Kugelbahn den Vorteil, daß die Kugeln nur eine geringe Auflagefläche auf der Kugelbahn haben und somit der Rollwiderstand sinkt und insbesondere die Hertzsche Pressung optimiert werden kann. In an expedient embodiment of the invention, that the ball tracks are polygonal. This too Design of the ball track offers something like that elliptical ball track the advantage that the balls only a small Have contact surface on the ball track and thus the Rolling resistance drops and especially Hertzian pressure can be optimized.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche eine höhere Dichte aufweisen. In an advantageous embodiment of the invention, that the ball tracks in some areas, especially in the area the ball tread have a higher density.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche wärmebehandelt, sind. Ein derartiges Bauteil weist den Vorteil auf, daß die Kugelbahnen eine hohe Festigkeit erhalten. Das Bauteil kann zumindest im Bereich der Kugelbahnen beispielsweise wärmebehandelt werden durch Induktivhärten und Einsatzhärten. In a further advantageous embodiment of the invention provided that the ball tracks in partial areas, are heat-treated, in particular in the area of the ball tread. On Such a component has the advantage that the ball tracks maintain high strength. The component can at least in Area of the ball tracks, for example, are heat treated through induction hardening and case hardening.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kugelbahnen in Teilbereichen, insbesondere im Bereich der Kugellauffläche oberflächenbehandelt sind. Beispielsweise kann die Oberfläche durch Kugelstrahlen, Plasmanitrieren, Nitrocarburieren, Phosphatieren und Rollieren im kalten und warmen Zustand behandelt werden, um die Eigenschaften der Kugellauffläche gezielt zu optimieren. In a particularly advantageous embodiment of the invention provided that the ball tracks in partial areas, are surface-treated, in particular in the area of the ball tread. For example, the surface can be Plasma nitriding, nitrocarburizing, phosphating and rolling in cold and warm condition to be treated Optimizing the properties of the ball tread.
In den Zeichnungen wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform eines Gleichlauf-Wellengelenks dargestellt. Es zeigen: In the drawings, the invention is based on a Embodiment of a constant velocity universal joint shown. It demonstrate:
Fig. 1 Ein Gleichlauf-Wellengelenk, Fig. 1 A constant velocity universal joint,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Preßwerkzeugs für eine Kugelnabe, Fig. 2 is a perspective view of a pressing tool for a ball hub,
Fig. 3 das Preßwerkzeug geschnitten mit eingefahrenen Dornen, Fig. 3 shows the molding die cut with retracted thorns
Fig. 4 das Preßwerkzeug in der Füllstellung, Fig. 4, the pressing tool in the filling position,
Fig. 5 das Preßwerkzeug in der Preßstellung, Fig. 5, the pressing tool in the pressing position,
Fig. 6 das Preßwerkzeug in der Ausstoßstellung, Fig. 6, the pressing tool in the ejection position,
Fig. 7 eine Kugelnabe in Draufsicht Fig. 7 is a ball hub in plan view
Fig. 8 eine Kugelnabe gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 7 Fig. 8 is a ball hub according to section AA in Fig. 7
Fig. 9 eine Kugelbahn mit Kugel im Querschnitt Fig. 9 is a ball track with ball in cross section
In Fig. 1 ist ein Gleichlauf-Wellengelenk 1 dargestellt. Es weist ein Gelenkaußenteil 2 und ein Gelenkinnenteil 3 auf. Das Gelenkaußenteil 2 ist mit einer Welle 4 verbunden, und das Gelenkinnenteil 3 ist mit einer Welle 5 verbunden. Die Welle 4 und die Welle 5 bilden ein Antriebs-Abtriebssystem. Das Gelenkinnenteil 3 ist in dem Gelenkaußenteil. 2 aufgenommen. Dabei sind Kugeln 6 in Kugelbahnen 7 zwischen dem Gelenkaußenteil 2 und dem Gelenkinnenteil 3 so angeordnet, daß die Kugeln 6 beim Beugen der Wellen 4, 5 gegeneinander in den Kugelbahnen 7 geführt sind. Die Kugeln laufen dabei zwangsläufig in der Spiegelebene. In der dargestellten Form ist der Beugewinkel 0° und die Kugel liegt in einer Ebene senkrecht zu der Geraden, die von den Achsen der Wellen 4 und 5 gebildet werden. Die Anordnung weist einen Deckelring 8 auf, der die Kugel in den Kugelbahnen hält. Beim Drehen der Antriebswelle wird die Abtriebswelle auch bei entsprechende Beugung innerhalb der möglichen Grenzen mit gleichmäßiger Drehzahl und gleichmäßigem Drehmoment übertragen. Das Wellengelenk 1 ist mit einer flexiblen Dichtung 18 nach außen abgedichtet. In Fig. 1, a constant velocity universal joint 1 is shown. It has an outer joint part 2 and an inner joint part 3 . The outer joint part 2 is connected to a shaft 4 , and the inner joint part 3 is connected to a shaft 5 . The shaft 4 and the shaft 5 form a drive-output system. The inner joint part 3 is in the outer joint part. 2 added. Balls 6 are arranged in ball tracks 7 between the outer joint part 2 and the inner joint part 3 such that the balls 6 are guided against each other in the ball tracks 7 when the shafts 4 , 5 are bent. The balls inevitably run in the mirror plane. In the form shown, the bending angle is 0 ° and the ball lies in a plane perpendicular to the straight line formed by the axes of the shafts 4 and 5 . The arrangement has a cover ring 8 which holds the ball in the ball tracks. When the drive shaft is rotated, the output shaft is transmitted at a constant speed and torque even with appropriate deflection within the possible limits. The shaft joint 1 is sealed to the outside with a flexible seal 18 .
Die Kugelbahnen 7 können parallel oder in einem Winkel zur Preßachse (Kugelnabenachse 20) angeordnete sein. Weiterhin ist es möglich, daß die Kugelbahnen 7 gekrümmt zur Preßachse (Kugelnabenachse 20) sind. Es sind somit radial gekrümmte Kugelbahnen 7 möglich, wobei die Kugelbahnen 7 mit einem Bahngrund 12 und Bahnseiten 13 ausgestaltet sind. The ball tracks 7 can be arranged parallel or at an angle to the press axis (ball hub axis 20 ). It is also possible that the ball tracks 7 are curved to the press axis (ball hub axis 20 ). Radially curved ball tracks 7 are thus possible, the ball tracks 7 being designed with a track base 12 and track sides 13 .
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Preßvorrichtung 21 für eine Kugelnabe 3 (Gelenkinnenteil), wobei die Preßvorrichtung 21 drei Formdorne 22.1, 22.2, 22.3 und diesen gegenüber zugeordnete Fülldorne 23.1, 23.2, 23.3 aufweist. Ferner ist ein Unterstempel 24, ein Oberstempel 25 sowie ein Mitteldorn 26 vorgesehen. Die Stempel 24, 25 und Dorne 22, 23, 26 werden radial von einer Matrize 27 umschlossen. Die Matrize 27, die die Füll- und Formdorne 23, 22 umschließt fängt den radial auf die Formdorne 22 wirkenden Preßdruck ab. Fig. 2 is a perspective view showing a pressing device 21 for a ball hub 3 (the inner joint part), the pressing device 21 three mandrels 22.1, 22.2, 22.3 and having these opposite filling mandrels associated 23.1, 23.2, 23.3. A lower punch 24 , an upper punch 25 and a central mandrel 26 are also provided. The punches 24 , 25 and mandrels 22 , 23 , 26 are radially enclosed by a die 27 . The die 27 , which surrounds the filling and shaping mandrels 23 , 22 intercepts the radial pressure acting radially on the shaping mandrels 22 .
Die Formdorne 22 und die diesen gegenüber zugeordnete Fülldorne 23 werden in Ausnehmungen 28.1, 28.2 in der Matrize 27 geführt. Die in den Ausnehmungen 28.1, 28.2 der Matrize 27 angeordneten Füll- und Formdorne 23, 22 und die Matrize 27 selbst bilden die Außenkontur des Gelenkinnenteils 3, das aufgrund seiner geometrischen Gestaltung mit üblichen Preßvorrichtungen nicht herstellbar ist. The shaping mandrels 22 and the filling mandrels 23 assigned to them are guided in recesses 28.1 , 28.2 in the die 27 . The filling and shaping mandrels 23 , 22 arranged in the recesses 28.1 , 28.2 of the die 27 and the die 27 itself form the outer contour of the inner joint part 3 , which due to its geometric design cannot be produced with conventional pressing devices.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Preßvorrichtung 21 wobei die Formdorne 22 in die Matrize 27 eingefahren sind. Beim Preßvorgang fahren die Formdorne 22 in die Matrize 27 ein, wobei die Formdorne 22 die Fülldorne 23 in der Matrize 27 nach unten schieben, wobei mittels der Geometrie des Formdorns 22 die Kugelbahnen 7 der Kugelnabe 3 im Pulver geformt werden. FIG. 3 shows a perspective view of the pressing device 21 , the shaping mandrels 22 being inserted into the die 27 . During the pressing process, the mandrels 22 move into the die 27 , the mandrels 22 pushing the mandrels 23 down in the die 27 , the ball tracks 7 of the ball hub 3 being formed in powder by means of the geometry of the mandrel 22 .
Fig. 4 zeigt das Preßwerkzeug 21 in der Füllstellung. Es ist vorgesehen, daß für den Füllvorgang der Fülldorn 23 in eine Füllposition in die Matrize 27 einfährt, der Mitteldorn 26 in eine Füllposition in die Matrize einfährt und der Unterstempel 24 in einer Füllposition gehalten wird. In der Füllposition wird metallisches Sinterpulver 29 in den Füllraum 28 gefüllt, wobei der Füllraum 28 begrenzt wird von der Matrize 27, den drei Formdornen 22.1, 22.2, 22.3 und den diesen gegenüber angeordneten Fülldornen 23.1, 23.2, 23.3, dem Mitteldorn 26, sowie dem Unter- und einem Oberstempel 24, 25. In der Füllposition ist die dem Formdorn 22 zugewandte Seite des Fülldorns 23 auf gleicher Höhe wie die Oberseite 30 der Matrize 27 und die Oberseite 31 des Mitteldorns 26. Fig. 4 shows the pressing tool 21 in the filling position. It is provided that for the filling process the filling mandrel 23 moves into a filling position in the die 27 , the central mandrel 26 moves into a filling position in the die and the lower punch 24 is held in a filling position. In the filling position, metallic sintered powder 29 is filled into the filling space 28 , the filling space 28 being delimited by the die 27 , the three shaping mandrels 22.1 , 22.2 , 22.3 and the filling mandrels 23.1 , 23.2 , 23.3 arranged opposite them, the central mandrel 26 and the Lower and upper stamps 24 , 25 . In the filling position, the side of the filling mandrel 23 facing the shaping mandrel 22 is at the same height as the upper side 30 of the die 27 and the upper side 31 of the central mandrel 26 .
Die in den Ausnehmungen 28 der Matrize 27 angeordneten Füll- und Formdorne 23, 22 und die Matrize 27 selbst bilden die Außenkontur des Gelenkinnenteils 3, daß aufgrund seiner geometrischen Gestaltung mit üblichen Preßvorrichtungen nicht herstellbar ist. The filling and shaping mandrels 23 , 22 arranged in the recesses 28 of the die 27 and the die 27 itself form the outer contour of the inner joint part 3 that, due to its geometrical design, cannot be produced with conventional pressing devices.
Fig. 5 zeigt das Preßwerkzeug 21 in der Preßstellung. Die Formdorne 22 werden bis zu den Fülldornen 23 eingefahren, wobei die Formdorne 22 die Fülldorne 23 in der Matrize 27 nach unten schieben und dabei durch die Geometrie der Formdorne 22 die Kugelbahnen 7 der Kugelnabe 3 im Pulver geformt werden. Gleichzeitig wird der Oberstempel 25 in die Matrize 27 bis zu einer Oberstempelpreßposition eingefahren, so daß das Pulver zum Grünling verdichtet wird, wobei die Kugelbahnen 7 auch durch die Geometrie der Matrize 27 geformt werden. Der Unterstempel 24 fährt bis zu einer Unterstempelendposition ein, wodurch auch das Pulver verdichtet wird. Die Matrize 27, die die Füll- und Formdorne 23, 22 umschließt fängt den radial auf die Formdorne 22 wirkenden Preßdruck ab. Durch ein Verschieben der Werkzeuge während des Preßvorgangs relativ gegeneinander wird die Teilegeometrie der Kugelnabe 3 fixiert. Fig. 5 shows the pressing tool 21 in the pressing position. The mandrels 22 are retracted as far as the mandrels 23 , the mandrels 22 pushing the mandrels 23 down in the die 27 and the ball tracks 7 of the ball hub 3 being formed in powder by the geometry of the mandrels 22 . At the same time, the upper punch 25 is moved into the die 27 up to an upper punch pressing position, so that the powder is compacted into the green compact, the ball tracks 7 also being shaped by the geometry of the die 27 . The lower punch 24 moves up to a lower punch end position, whereby the powder is also compacted. The die 27 , which surrounds the filling and shaping mandrels 23 , 22 intercepts the radial pressure acting radially on the shaping mandrels 22 . By moving the tools relative to one another during the pressing process, the part geometry of the ball hub 3 is fixed.
Vorteilhaft ist es wenn das Sinterpulver unter Einsatz von Wärme zu einem Grünling gepreßt wird. Beispielsweise kann während des Pressens die Matrize 27 und wenigstens ein Stempel 24, 25 beheizt werden. It is advantageous if the sintered powder is pressed into a green compact using heat. For example, the die 27 and at least one punch 24 , 25 can be heated during the pressing.
Fig. 6 zeigt das Preßwerkzeug 21 in Ausstoßstellung. Beim Ausstoßvorgang werden der Oberstempel 25 und die Formdorne 22 aus der Matrize 27 ausgefahren. Der Mitteldorn 26 wird aus dem Grünling 3 zurückgezogen. Der fertig gepreßte Grünling 3wird aus der Matrize durch den Unterstempel 24 ausgestoßen. Anschließend wird der Grünling 3 gesintert. Fig. 6 shows the pressing tool 21 in the ejection position. During the ejection process, the upper punch 25 and the shaping mandrels 22 are moved out of the die 27 . The central mandrel 26 is withdrawn from the green compact 3 . The fully pressed green compact 3 is ejected from the die through the lower punch 24 . The green compact 3 is then sintered.
Vorteilhaft ist es, wenn der fertig gepreßte Grünling 3 zur Erzielung einer höheren Dichte nach dem Sintern warm oder kalt nachverformt wird. Zur Erzielung geringer Toleranzen und/oder einer partiellen Verdichtung ist ein Kalibriervorgang nach dem Sintern und/oder Schmieden möglich. Beispielsweise ist es vorteilhaft die Kugelbahnen 7 des Gelenkinnenteils 3 kalt zu rollieren oder alternativ nach dem Sinterschmieden zu rollieren. Vorteilhaft ist es, wenn nur Teilbereiche der Kugelbahnoberfläche verdichtet werden, wobei zumindest die Lauffläche 16 der Kugeln 32 der Kugelbahnoberfläche verdichtet werden sollte. It is advantageous if the finished pressed green compact 3 is post-shaped hot or cold to achieve a higher density after sintering. A calibration process after sintering and / or forging is possible to achieve small tolerances and / or partial compression. For example, it is advantageous to roll the ball tracks 7 of the inner joint part 3 cold or alternatively to roll them after sinter forging. It is advantageous if only partial areas of the ball track surface are compacted, wherein at least the running surface 16 of the balls 32 of the ball track surface should be compacted.
Die Verdichtung der Kugelbahnoberfläche kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Oberfläche der Kugelbahnen 7 nach dem Sintern mittels einer Kugel verdichtet wird, die Druck senkrecht zur Kugelbahnfläche ausübt, wobei die Kugel wenigstens einmal wenigstens einen Teilbereich der Kugelbahn 7 verdichtet. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Kugel, die vorzugsweise aus Hartmetall besteht mehrfach über die zu verdichtende Fläche rollt, so daß die Oberfläche schrittweise verdichtet und verformt wird. The ball track surface can be compacted, for example, by compressing the surface of the ball tracks 7 after sintering by means of a ball which exerts pressure perpendicular to the ball track surface, the ball compressing at least one portion of the ball track 7 at least once. However, it is advantageous if the ball, which is preferably made of hard metal, rolls several times over the surface to be compressed, so that the surface is gradually compressed and deformed.
Vorteilhaft ist es, wenn das fertig gesinterte Teil 3 anschließend geschmiedet wird, wobei das Sinterteil 3 mit Kugelbahnen 7 in die Matrize 27 auf einen Mitteldorn 26 eingelegt wird, ein Schmiedwerkzeug zur Formgebung der Außenkontur das Sinterteil 3 preßt, und dieses anschließend ausgestoßen wird. It is advantageous if the finished sintered part 3 is subsequently forged, the sintered part 3 with ball tracks 7 being inserted into the die 27 on a central mandrel 26 , a forging tool for shaping the outer contour pressing the sintered part 3 , and this being subsequently ejected.
Nach dem Sintern oder Schmieden ist es auch vorteilhaft, wenn das Sinterteil 3 kalibriert wird. Für das Schmieden und Kalibrieren können Werkzeuge verwendet werden, die annähernd die gleiche Bauart wie das vorstehend beschrieben Preßwerkzeug 21 aufweisen. After sintering or forging, it is also advantageous if the sintered part 3 is calibrated. Tools can be used for the forging and calibration, which have approximately the same design as the pressing tool 21 described above.
Es ist insbesondere auch möglich einen regulinischen Rohling zu einer Kugelnabe 3 mit dem vorstehend genannten Schmiedewerkzeug zu schmieden. In particular, it is also possible to forge a regular blank into a ball hub 3 using the above-mentioned forging tool.
Fig. 7 zeigt eine Kugelnabe 3 in einer Draufsicht. Die Kugelnabe 3 ist einstückig ausgebildet, wodurch die Festigkeit und der Lebensdauer der Kugelnabe 3 hoch ist. Die Kugelbahnen 7 sind in einem Winkel zur Preßachse (Kugelnabenachse 20) angeordnet. Die Kugelnabe 3 weist jeweils paarweise einander zugeordnete Kugelbahnen 7 auf. Die Kugelbahnen 7 sind in die Bildebene hinein axial ausgerichtet und weisen eine radiale Krümmung 14 auf. Bei jeder der paarweise einander zugeordneten Kugelbahnen 7 ist die Krümmung 14 entgegensetzt, d. h. die Kugelbahnen 7 laufen in einer axialen Richtung aufeinander zu. Die Kugelnabenachse 20 verläuft senkrecht zur Bildebene durch den Mittelpunkt der Kugelnabe 3. Fig. 7 shows a ball hub 3 in a plan view. The ball hub 3 is formed in one piece, whereby the strength and the service life of the ball hub 3 is high. The ball tracks 7 are arranged at an angle to the press axis (ball hub axis 20 ). The ball hub 3 each has paired ball tracks 7 . The ball tracks 7 are aligned axially into the image plane and have a radial curvature 14 . In each of the ball tracks 7 assigned to one another in pairs, the curvature 14 is opposed, ie the ball tracks 7 run towards one another in an axial direction. The ball hub axis 20 runs perpendicular to the image plane through the center of the ball hub 3 .
Fig. 8 zeigt eine Kugelnabe 3 gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 7. FIG. 8 shows a ball hub 3 according to the section AA in FIG. 7.
Fig. 9 zeigt eine Kugelbahn 7 mit einer Kugel 32 im Schnitt. Die Kugel 32 weist eine runde Geometrie auf. Die Kugelbahn 7 weist eine Geometrie auf, die annähernd elliptisch ist. Die Kugel 32 läuft auf der Lauffläche 16, 16' und hat dabei in jedem Augenblick zwei Berührungspunkte 17, 17' auf der Kugelbahn 7. Jeder Berührungspunkt 17, 17' liegt auf einer anderen Bahnseite 13, 13' Die Berührungspunkte 17, 17' sind im Winkel 2δ vom Kugelmittelpunkt aus voneinander getrennt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Kugeln 32 nur an zwei Punkten auf der Kugelbahn 7 aufliegen und sich beim Abrollen nur eine Berührungslinie auf der Kugelbahn 7 ergibt. Dadurch, daß die Kugeln 32 nur eine geringe Auflagefläche auf der Kugelbahn 7 haben, sinkt der Rollwiderstand. Die Krümmung der Kugel 32 und die Kugelbahn 7 sind so optimiert, daß die Hertzsche Pressung minimiert wird. Dieser Bereich wird vorteilhafterweise verdichtet und ggf. wärme- und/oder oberflächenbehandelt. Mögliche Verfahren wären beispielsweise Induktivhärten, Einsatzhärten, Kugelstrahlen, Plasmanitrieren, Nitrocarburieren, Phosphatieren und Rollieren im kalten und warmen Zustand. Fig. 9 shows a ball track 7 with a ball 32 in section. The ball 32 has a round geometry. The ball track 7 has a geometry that is approximately elliptical. The ball 32 runs on the running surface 16 , 16 'and has two contact points 17 , 17 ' on the ball track 7 at every moment. Each point of contact 17 , 17 'lies on another side of the path 13 , 13 '. The points of contact 17 , 17 'are separated from one another at an angle 2 δ from the center of the sphere. This configuration is particularly advantageous since the balls 32 rest only on the ball track 7 at two points and, when rolling, there is only one contact line on the ball track 7 . The fact that the balls 32 have only a small contact surface on the ball track 7 reduces the rolling resistance. The curvature of the ball 32 and the ball track 7 are optimized so that the Hertzian pressure is minimized. This area is advantageously compacted and, if necessary, heat and / or surface treated. Possible processes would include induction hardening, case hardening, shot peening, plasma nitriding, nitrocarburizing, phosphating and rolling in cold and warm condition.
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