DE10157401A1

DE10157401A1 - Verfahren zum Verringern der maschinellen Härteverarbeitungszeit für ein Konstantgeschwindigkeitsgelenk

Info

Publication number: DE10157401A1
Application number: DE10157401A
Authority: DE
Inventors: Scott Johnson; Ralf A Schellhaas; Richard L Seidel
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Neapco Europe GmbH
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2021-11-24
Also published as: US20020065138A1; GB0126862D0; DE10157401B4; US6557257B2; JP2002221234A; GB2369668B; GB2369668A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern der maschinellen Härteverarbeitungszeit und damit zum Vergrößern der Lebensdauer eines Werkzeugs zur maschinellen Härteverarbeitung von einem Konstantgeschwindigkeitsgelenk vom nichttauchenden Typ für Kleinwinkelanwendungen. Das Verfahren umfasst das Bilden einer Eintiefung mit einem größeren Radius in einem Abschnitt der Kugelbahn- und Käfigbahnflächen, der bei Kleinwinkelanwendungen keine Funktion hat, vor einer Härtewärmebehandlung. Der neuartige Prozess führt zu einer signifikanten Verringerung der maschinellen Härteverarbeitung um ungefähr 45% bezüglich der Kugel- und Käfigbahnflächen.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Antriebssysteme und insbesondere ein Verfahren zum Verringern der maschinel len Härteverarbeitungszeit von Konstantgeschwindigkeitsgelen ken.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein Schlüsselelement in der Transmission und im Antriebszug eines hinterradangetriebenen Fahrzeugs ist ein Kraftübertra gungsmechanismus, der als feststehende Achse bezeichnet wird. Die feststehende Achse kombiniert ein Getriebe und ein Diffe renzial in einer einzigen Einheit. In Hinterradantriebssyste men, die in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, ist der Antriebs zug in einem Motor/Getriebe/Vortriebswelle/feststehende Ach se/Antriebsachse-"Paket" untergebracht, das für die Hinterrä der Drehmomentkraft bereit stellt.

Der Hauptzweck der Antriebsachsen besteht darin, Motordrehmo ment von der Endantriebseinheit auf die Hinterräder zu über tragen. Als Teil des Antriebsachsenaufbaus sind die Konstant geschwindigkeitsgelenke ("CV-Gelenke") dazu ausgelegt, mit unterschiedlichen Winkeln zu arbeiten, um Auf- und Abwärtsbe wegungen der Hinterräder aufzunehmen. Einige CV-Gelenke er lauben außerdem Wellenlängenänderungen, hervorgerufen durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Hinterräder und durch eine Bewegung der feststehenden Achse auf Grund von Drehmomentre aktion.

Die Antriebsachse weist typischerweise CV-Gelenke sowohl an den "einwärtigen" wie an den "auswärtigen" Enden auf. Das einwärtige CV-Gelenk besteht üblicherweise aus einem Außen laufring und einer Stumpfwelle, einem Innenlaufring, einem Käfig, Kugellagern und einem Kugelrückhalter. Der Außenlauf ring wird als "Tauch"-Typ bezeichnet, weil er längliche Nuten aufweist, die es dem Lagerkäfig und den Lagern erlauben, hin ein und hinaus zu gleiten, wenn die Vorderräder sich auf- und abwärts bewegen. Die einwärtige CV-Gelenkstumpfwelle ist an das differenzialseitige Zahnrad verkeilt.

Das auswärtige CV-Gelenk besteht üblicherweise aus einem Au ßenlaufring, einem Käfig, einem Innenlaufring und Kugella gern. Die CV-Gelenkaußenlaufringstumpfwelle ist mit Keilnuten versehen, um eine mit Keilnuten versehene Nabe aufzunehmen, die durch eine verstemmte Mutter aufgepresst und gehalten ist. Typischerweise wird ein solches Gelenk als CV-Gelenk vom feststehenden Kugeltyp bezeichnet.

Diese CV-Kugelgelenke verwenden Wälzlager in gekrümmten Nu ten, um eine gleichmäßige Bewegung zu erzielen. Die Wälzele mente bzw. Kugeln, die den Antriebskontakt bereit stellen, bewegen sich lateral bzw. seitlich, wenn das Gelenk rotiert bzw. sich bewegt. Dies erlaubt es dem Antriebskontaktpunkt, zwischen den zwei Hälften der Verbindung in einer Ebene zu verbleiben, die den Winkel zwischen den zwei Wellen in zwei Teile unterteilt.

Typischerweise werden CV-Gelenke vom feststehenden Kugeltyp hergestellt durch Wärmebehandeln des nahezu fertig geformten Käfigs und der Kugelbahn auf eine gewünschte Oberflächenhärte und Härtetiefe. Die Oberflächen werden daraufhin über die ge samte Länge der Lageroberflächen maschinell härteverarbeitet, um eine Gelenkverbindung mit minimal 45 Grad bereit zu stel len.

Ein Problem bei der aktuell zur Verfügung stehenden Herstel lungstechnik betrifft die Zeitdauer, die erforderlich ist, die gesamte Oberfläche der Kugelbahn und/oder der Kugelbahn fläche bzw. des Kugelbahnbereichs maschinell härtezuverarbei ten. Dies hat auch eine ungünstige Auswirkung auf die Werk zeuglebensdauer. In einer Hinterradantriebsanwendung ist eine Gelenkverbindung mit 45 Grad erforderlich, weil das auswärti ge CV-Gelenk das Radlenken, wie in den Vorderrädern, nicht kompensieren muss. Das CV-Gelenk vom feststehenden Kugeltyp kann optimiert werden, um mit verringerten Winkeln zu arbei ten durch Minimieren der funktionellen Kugelbahn und der Ku gelbahnflächen. Lediglich ein Teil der Kugelbahn und der Ku gelbahnflächen muss deshalb bei einem Betrieb mit kleinem Winkel maschinell härteverarbeitet werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Ausmaß an maschineller Härteverarbeitungszeit für die Kugel bahn und/oder die Kugelbahnbereiche zu verringern und die Werkzeuglebensdauer zu verbessern durch Minimieren der funk tionellen Kugelbahn- und/oder Käfigbahnfläche, die nach der Wärmebehandlung maschinell härteverarbeitet werden muss.

Gelöst wird diese Aufgabe durch Bilden einer Eintiefung in den Kugelbahn- und/oder Käfigbahnflächen, die während eines Betriebs bei kleinem Winkel des CV-Gelenkaufbaus nicht funk tionell sind bzw. keine Funktion haben. Dies erfolgt vor ei nem Wärmebehandlungsaushärten der Komponente entweder während des Schmiedeprozesses oder während der maschinellen Bearbei tung der ungehärteten Komponente.

Dieser neuartige Prozess führt zu einer deutlichen Verringe rung der Härteverarbeitungsfläche der Kugel- und Käfigbahn oberflächen. Die Käfig- und Kugelbahnreliefflächen besitzen einen größeren ausgebildeten (vor der Wärmebehandlung) Radius als der endgültige Radius, wodurch für die Härtemaschinenbe arbeitungswerkzeuge Freiraum geschaffen wird. Diese Verringe rung der Härtemaschinenbearbeitungsfläche verbessert auch die Werkzeuglebensdauer durch Verringern des Ausmaßes an Härte verarbeitung, das durch das Werkzeug pro Einheit erbracht werden muss.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung er schließen sich aus der folgenden, detaillierten Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen unter Bezugnahme auf die an liegenden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hinterradan triebssystems;

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines CV-Gelenks vom feststehenden Kugeltyp;

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines CV-Gelenks vom feststehenden Kugeltyp unter Darstellung sowohl einer ty pischen Kugel- wie Käfigbahnfläche und die Verbesserung durch zusätzliches Vorsehen einer Eintiefung in der Kugelbahn und der Käfigbahn in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 zeigt ein logisches Flussdiagramm für die Herstellung des CV-Gelenks vom feststehenden Kugeltyp von Fig. 3.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 1 ist ein Hinterradantriebssystem 10 gezeigt, das ei ne feststehende Achse 12 aufweist, die an der Teilkarosserie 14 angebracht ist. Die feststehende Achse 12 ist außerdem mit Antriebsachsen 13 verbunden. Jede Antriebsachse 13 weist als ihre Hauptbestandteile ein erstes Paar von äußeren, CV- Gelenken 16 vom feststehenden Kugeltyp und ein zweites Paar von inneren CV-Gelenken 18 vom tauchenden Typ auf. Eine Zwi schenverbindungswelle 20 wird verwendet, um eines der äußeren CV-Gelenke 16 mit einem der inneren CV-Gelenke 18 zu verbin den. Die äußeren CV-Gelenke 16 sind mit einem Nabenaufbau 22 durch ein an sich bekanntes Verfahren verbunden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, handelt es sich bei den äußeren CV-Ge lenken 16 vom feststehenden Kugeltyp um Kugelgelenk-CV-Gelen ke vom feststehenden Rzeppa-Typ. Die äußeren CV-Gelenke 16 bestehen aus einem Außenlaufring 24, einem Käfig 26, einem Innenlaufring 28 und mehreren Kugellagern 30. Typischerweise sind in dem äußeren CV-Gelenk 16 sechs Kugellager 30 enthal ten. Eine Zwischenverbindungswelle 20 ist in den inneren Be reich 34 des äußeren CV-Gelenks 16 eingebunden. Typischerwei se erlauben diese äußeren CV-Gelenke eine Gelenkverbindung um eine Mittenlinie 43 im Betrieb um siebenundvierzig Grad. Für Betätigungen um einen geringen Winkel sind diese CV-Gelenke 16 optimiert, um ausschließlich eine Gelenkverbindung bzw. Gelenkbewegung über fünfundzwanzig Grad zu ermöglichen.

Für Kleinwinkelanwendungen wird die gesamte Käfigbahnoberflä che 36 und die gesamte Kugelbahnoberfläche 38 maschinell här teverarbeitet durch entweder Schleifen oder Härtefräsen (Här tedrehen) auf einen vorbestimmten Radius. Dieses zusätzliche maschinelle Härteverarbeiten ungenutzter Oberflächen führt zu einer Vergrößerung der Zykluszeit und verringert die Werk zeuglebensdauer, auf Teile bezogen, was zu erhöhten Kosten führt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch lediglich ein Teil der Käfigbahnoberflächen 36 und der Kugelbahnoberflächen 38 maschinell härteverarbeitet unter Bildung einer endbearbeite ten Kugelbahnfläche 48, einer endbearbeiteten Käfigbahnfläche 46, einer unbearbeiteten Kugelbahnrelieffläche 50 und einer unbearbeiteten Käfigbahnrelieffläche 52, wie in Fig. 3 ge zeigt. Die Länge der fertig bearbeiteten Käfigbahnfläche 46 und der fertig bearbeiteten Kugelbahnfläche 48 entspricht ge ringfügig mehr als dem zulässigen Gelenkverbindungs- bzw. Ge lenkbewegungsausmaß für das CV-Gelenk 16 im Kleinwinkelbe trieb. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Länge so gewählt, dass sie eine Gelenkbewegung relativ zur Mittenlinie 45 um ungefähr fünfundzwanzig Grad zulässt. Dies stellt eine etwa 45% kleinere Fläche auf der endbearbeiteten Kugelbahn fläche 48 dar und eine um 25% kleinere Fläche auf der endbe arbeiteten Käfigbahnfläche 46, die maschinell härteverarbei tet werden müssen, wie nachfolgend anhand von Fig. 4 erläu tert.

In Fig. 4 ist ein logisches Flussdiagramm zur Erzeugung bzw. Herstellung eines CV-Gelenks in Übereinstimmung mit der vor liegenden Erfindung gezeigt. Im Schritt 100 wird das CV-Ge lenk durch ein an sich bekanntes Verfahren geschmiedet. Die ser Schmiedeschritt erzeugt eine nicht fertigt bearbeitete Kugelbahnfläche und Käfigbahnflächen mit einem geformten bzw. ausgebildeten ersten Radius und eine fertig bearbeitete Ku gelbahnreliefoberfläche 50 und eine fertig bearbeitete Käfig bahnreliefoberfläche 52 mit einem gebildeten bzw. ausgebilde ten zweiten Radius. Der zweite Radius ist typischerweise grö ßer als der erste Radius.

Als nächstes wird im Schritt 110 das CV-Gelenk 16 maschinell roh bearbeitet, um zusätzliche Merkmale an seinem Außenprofil mit einem an sich bekannten Verfahren zu erzeugen. Beispiels weise können an dem Außenprofil durch maschinelles Rohbear beiten Keilnuten (nicht gezeigt) eingeführt bzw. eingebaut werden. Im Schritt 120 wird das CV-Gelenk daraufhin härtungs wärmebehandelt, und zwar auf eine gewünschte Härte. Abhängig vom Typ eines in dem CV-Gelenk 16 verwendeten Stahls umfasst entweder ein Induktionshärtungsprozess oder ein Karburisie rungshärtungsprozess den Wärmehärteverhandlungsprozess schritt.

Schließlich werden im Schritt 130 die unbe arbeitete Kugel bahnfläche und die unbearbeiteten Käfigbahnflächen maschinell härteverarbeitet auf eine endbearbeitete Fläche. Dies wird bewirkt entweder durch Schleifen oder Hartfräsen bzw. Härte fräsen (Hartdrehen bzw. Härtedrehen) der Oberflächen 46, 48. Da die Oberflächen 50, 52 auf einen zweiten Radius eingetieft sind, werden diese Flächen bzw. Oberflächen 50, 52 nicht ma schinell härteverarbeitet. Diese Flächen 50, 52 stellen unge fähr eine 45%-ige Reduktion der gesamten Oberfläche der Kä figbahn und der Kugelbahn dar, die maschinell härteverarbei tet wird. Diese 45%-ige Verringerung der maschinellen Härte verarbeitung führt zu einer Verringerung der maschinellen Härteverarbeitungszeit auf einer Teilebasis und verbessert die Lebensdauer des Werkzeugs zur maschinellen Härteverarbei tung. Dies führt zu zusätzlichen Einsparungen auf einer Tei lebasis.

Die vorliegende Erfindung verbessert deutlich die Zykluszeit zur Erzeugung bzw. Herstellung eines CV-Gelenks 16 für Klein winkelanwendungen durch Verkleinern der Größe der Kugelbahn fläche and der Käfigbahnoberfläche, die maschinell härtever arbeitet werden müssen. Da außerdem pro CV-Gelenk 16 eine ge ringere maschinelle Härteverarbeitungszeit erforderlich ist, ist die Lebensdauer des maschinellen Härteverarbeitungswerk zeugs proportional vergrößert. Dies führt zu deutlichen Kos teneinsparungen auf Teilebasis.

Während die Erfindung im Hinblick auf eine bevorzugte Ausfüh rungsform erläutert wurde, wird bemerkt, dass sie selbstver ständlich nicht hierauf beschränkt ist, sondern Modifikatio nen zugänglich ist, die sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik im Lichte der Vorstehend angeführten Lehren ohne weiteres erschließt.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung der maschinellen Härteverar beitungszeit für ein CV-Gelenk vom feststehenden Kugel typ mit einer Kugelbahn und einer Käfigbahn zur Verwen dung bei Kleinwinkelanwendungen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Verringern der Oberfläche der Kugelbahn, die maschinell härteverarbeitet werden soll, um einen ersten Prozent satz durch Einführen bzw. Vorsehen einer nicht endbear beiteten Kugelbahnrelieffläche innerhalb der Kugelbahn; und
Verringern der Oberfläche der Käfigbahn, die maschinell härteverarbeitet werden soll, um einen zweiten Prozent satz durch Einführer bzw. Vorsehen einer nicht endbear beiteten Käfigbahnrelieffläche innerhalb der Käfigbahn.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verringerung der Oberfläche der Kugelbahn das Verringern der Oberfläche der Kugelbahn vorsieht, die maschinell härteverarbeitet wird, um ungefähr 45% durch Einführen bzw. Vorsehen ei ner unbearbeiteten Kugelbahnrelieffläche in der Kugel bahn, und wobei das Verringern der Oberfläche der Käfig bahn das Verringern der Oberfläche der Käfigbahn um fasst, die maschinell härteverarbeitet wird, um ungefähr 25% durch Einführen bzw. Vorsehen einer unbearbeiteten Käfigbahnrelieffläche in der Käfigbahn.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Verrin gern der Oberfläche der Kugelbahn, die maschinell härte verarbeitet werden soll, die Schritte umfasst:
Bilden einer Kugelbahneintiefungsfläche und eines Kugel bahnbereichs in der Kugelbahn, wobei die Kugelbahnein tiefungsfläche einen ersten Radius aufweist, und wobei der fertig bearbeitete Kugelbahnbereich einen zweiten Radius aufweist, wobei der erste Radius ein größer ge bildete Radius als der zweite Radius ist;
Härten der Kugelbahn durch Wärmebehandeln; und
maschinelles Härteverarbeiten des Kugelbahnbereichs zur Bildung eines fertig bearbeiteten Kugelbahnbereichs.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Verrin gern der Oberfläche der Käfigbahn, die maschinell härte verarbeitet werden soll, die Schritte umfasst:
Bilden einer Käfigbahneintiefungsfläche und eines Käfig bahnbereichs in der Käfigbahn, wobei die Käfigbahnein tiefungsfläche einen ersten Radius aufweist, und wobei der fertig bearbeitete Käfigbahnbereich einen zweiten Radius aufweist, wobei der erste Radius ein größer ge bildeter Radius als der zweite Radius ist;
Härten der Käfigbahn durch Wärmebehandeln; und
maschinelles Härteverarbeiten des Käfigbahnbereichs zur Bildung eines fertig bearbeiteten Käfigbahnbereichs.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Schritt zur Wärmehärtungsbehandlung den Schritt aufweist, Wärmehär teverhandlung einzuführen.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Schritt zum maschinellen Härteverarbeiten Schleifschritte aufweist.

7. CV-Gelenk vom feststehenden Kugeltyp für Kleinwinkelan wendungen, aufweisend:
eine Kugelbahn mit einer nicht fertig bearbeiteten Ku gelbahneintiefungsfläche und einem fertig bearbeiteten Kugelbahnbereich, wobei die Oberfläche der nicht fertig bearbeiteten Kugelbahneintiefungsfläche ungefähr einen ersten Prozentsatz einer gesamten Oberfläche der Kugel bahn umfasst;
eine Käfigbahn mit einer nicht fertig bearbeiteten Kä figbahneintiefungsfläche und einem fertig bearbeiteten Käfigbahnbereich, wobei die Oberfläche der nicht fertig bearbeiteten Käfigbahneintiefungsfläche ungefähr einen zweiten Prozentsatz einer gesamten Oberfläche der Käfig bahn umfasst.

8. CV-Gelenk vom feststehenden Kugeltyp nach Anspruch 7, wobei der erste Prozentsatz ungefähr 45% beträgt und wo bei der zweite Prozentsatz ungefähr 25% beträgt.

9. CV-Gelenk vom feststehenden Kugeltyp nach Anspruch 7, wobei eine zulässige Gelenkbewegung des CV-Gelenks vom feststehenden Kugeltyp ungefähr 25 Grad oder weniger be trägt.

10. CV-Gelenk vom feststehenden Kugeltyp nach Anspruch 7, wobei die nicht fertig bearbeitete Kugelbahneintie fungsfläche ausgebildet wird durch Bilden eines ersten Abschnitts der Kugelbahn mit einem ersten Radius;
wobei der fertig bearbeitete Kugelbahnbereich ausgebil det wird durch Bilden des Restes der Kugelbahn mit einem zweiten Radius, gefolgt von einer Härtungswärmebehand lung und wiederum gefolgt von einer maschinellen Bear beitung auf einen bevorzugten Endbearbeitungsgrad;
wobei die nicht fertig bearbeitete Käfigbahneintie fungsfläche ausgebildet wird durch Bilden eines dritten Abschnitts der Käfigbahn mit einem dritten Radius; und
wobei der fertig bearbeitete Käfigbereich ausgebildet wird durch Bilden des Restes der Käfigbahn mit einem vierten Radius, gefolgt von einer Härtungswärmebehand lung und wiederum gefolgt von einer maschinellen Bear beitung auf einen bevorzugten Endbearbeitungsgrad.

11. CV-Gelenk vom feststehenden Kugeltyp nach Anspruch 10, wobei der erste Radius ein größerer Radius als der zwei te Radius ist, und wobei der dritte Radius ein größerer Radius als der vierte Radius ist.