DE10159776A1

DE10159776A1 - Herstellung eines Gelenkinnenteils

Info

Publication number: DE10159776A1
Application number: DE10159776A
Authority: DE
Inventors: Peter Fuhrmann; Herbert Frielingsdorf; Jean Spolmayeur; Volker Hainz
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: DE10159776C2; JP2003184906A; US20030130048A1; US6877350B2; JP4368571B2; US7172510B2; US20050176514A1

Abstract

Verfahren zur formgebenden Bearbeitung bei der Herstellung eines Gelenkinnenteils eines Kugelgleichlaufdrehgelenks in Form eines Nabenkörpers 11, der eine zentrale Durchgangsöffnung 14 mit Innenverzahnung 16 zur Aufnahme eines Wellenzapfens 12 und Kugelbahnen 15 zur Aufnahme von drehmomentübertragenden Kugeln am Außenumfang aufweist, wobei ein Rohling mit weitgehend fertiggeformten Kugelbahnen durch spanlose Umformung hergestellt wird, wobei an dem Rohling Außenoberflächen und eine glatte Durchgangsöffnung 14 fertiggedreht werden, und wobei in gleichzeitig ablaufenden Arbeitsschritten die Kugelbahnen 15 durch spanlose Umformung kalibriert werden und die Innenverzahnung 16 in der Durchgangsöffnung 14 nicht-spanend gepreßt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur formgebenden Bearbeitung bei der Herstellung eines Gelenkinnenteils eines Kugelgleichlaufgelenkes in Form eines Nabenkörpers, der eine zentrale Durchgangsöffnung mit einer Innenverzahnung zur Aufnahme eines Wellenzapfens und Bahnen zur Aufnahme von drehmomentübertragenden Kugeln am Außenumfang aufweist.

Eine Verbindungsanordnung zwischen einem Gelenkinnenteil und einer eingesteckten Antriebswelle dieser Art ist aus der DE 42 40 131 C2 bekannt. Die Innenverzahnung weist hierbei begrenzte axiale Länge innerhalb der Durchgangsöffnung auf, die sich in einem unverzahnten Abschnitt fortsetzt. Das Ende der Innenverzahnung dient als Axialanschlag für die Wellenverzahnung der eingesteckten Antriebswelle. Hierbei wird die Innenverzahnung in einem Sackloch am Gelenkinnenteil ausgebildet. Dies ist nur möglich, indem ein Verzahnungswerkzeug entsprechend der vollständigen Wellenverzahnung in das Sackloch eingeführt und das Gelenkaußenteil durch radiale Umformung auf das Verzahnungswerkzeug aufgedrückt wird. Dies bedingt eine relativ hohe Umformrate mit hohen Kräften und hohem Energieaufwand. Eine exakte Lage des Verzahnungsauslaufes, der als Anschlag für die Wellenverzahnung des eingesteckten Wellenzapfens dient, ist hierbei nur schwer einstellbar. Die Durchgangsöffnung wird erst abschließend fertiggestellt.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur formgebenden Bearbeitung bei der Herstellung eines Gelenkinnenteils der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine Herstellung mit verringertem Energieaufwand und größerer Genauigkeit ermöglicht. Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren, das gekennzeichnet ist durch die Verfahrensschritte, daß ein Rohling mit weitgehend fertiggeformten Kugelbahnen durch spanlose Umformung hergestellt wird, daß an dem Rohling Außenoberflächen und eine glatte Durchgangsöffnung fertiggedreht werden und daß in gleichzeitig ablaufenden Arbeitsschritten die Kugelbahnen durch spanlose Umformung kalibriert werden und die Innenverzahnung in der Durchgangsöffnung mittels eines Dorns nichtspanend gepreßt wird.

Dadurch, daß die Wellenverzahnung an einer durchgehenden Durchgangsöffnung hergestellt wird, kommt es zu einer geringeren radialen Umformung. Die im wesentlichen zeitgleich vorgenommene Kalibrierung der Kugelbahnen durch radiale mechanische Umformung bzw. radiales mechanisches Halten hat zum Ergebnis, daß keiner der beiden Umformvorgänge sich nachteilig auf die Maßgenauigkeit der jeweils anderen Umformflächen auswirken kann, d. h. die Herstellung der Innenverzahnung führt nicht zu Verfälschungen der Bahndimensionen und die Kalibrierung der Kugelbahnen beeinträchtigt nicht die Fertigmaße der Innenverzahnung. Auf diese Weise kann ein mechanisches Nacharbeiten vermieden werden, bzw. eine wesentlich höhere Maßgenauigkeit an Innenverzahnung und Kugelbahnen eingehalten werden. Wesentlich ist hierfür, daß das Gelenkinnenteil in der Einspannung des Kalibrierwerkzeuges gehalten wird, bis die Herstellung der Innenverzahnung vollständig abgeschlossen ist.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß die Innenverzahnung in vorbestimmter begrenzter Länge bis zu einem Verzahnungsauslauf innerhalb der Durchgangsöffnung gestoßen wird, wobei sich die Durchgangsöffnung in einem unverzahnten Abschnitt fortsetzt. Das Verzahnungsende der Innenverzahnung kann hierbei als axialer Anschlag für den Wellenzapfen dienen, so daß nur ein in einer Gegenrichtung wirksames Sicherungselement, insbesondere ein Sicherungsring am durchgesteckten Wellenende, erforderlich wird.

Nach einer bevorzugten Verfahrensführung des vorgenannten ist vorgesehen, daß ein Werkstückhalter für den Nabenkörper beim Kalibrieren und Stoßen als Axialanschlag für das Werkzeug zum Profilstoßen dient. Hiermit wird der genannte Werkstückhalter zur Bezugs- bzw. Anschlagfläche für das Werkstück einerseits und das Werkzeug zur Herstellung der Innenverzahnung andererseits, so daß der Verzahnungsauslauf mit höchster Präzision bezüglich seiner Axiallage im Werkstück hergestellt werden kann.

Weitere bevorzugte Verfahrensführungen schließen ein, daß der Rohling mit den fertiggeformten Kugelbahnen durch Schmieden hergestellt wird, weiter, daß der Rohling anschließend an das Drehen der Außenoberflächen und der glatten Durchgangsöffnung vor dem Kalibrieren entgratet wird und schließlich die Kugelbahnen nach dem Kalibrieren nur noch induktiv gehärtet werden.

Ein ergänzendes Verfahren zur formgebenden Bearbeitung eines Wellenzapfens zum Einstecken in das vorgenannte Gelenkinnenteil ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, daß mit Abstand zum Wellenende ein erster konischer Absatz geformt wird, der als Anschlagfläche gegenüber dem Verzahnungsauslauf der Innenverzahnung am Gelenkinnenteil dient, und ein zweiter mit größerem Abstand zum Wellenende liegender größerer konischer Absatz geformt wird, der das Verzahnungsende der Wellenverzahnung bildet, wobei die Wellenverzahnung vom zweiten Absatz beginnend bis zum Verzahnungsauslauf durch Ziehen durch eine Matrize fertiggestellt wird. Hiermit wird die Funktion des Anschlages des Wellenzapfens gegenüber dem Verzahnungsauslauf der Innenverzahnung des Nabenkörpers von einer besonders hergestellten Konusfläche übernommen, die in exaktem axialen Abstand zu den Sicherungsmitteln, d. h. insbesondere einer zur Aufnahme eines Sicherungsringes vorgesehenen Nut, gefertigt werden kann. Diese Konusfläche liegt mit axialem Abstand zu einer zweiten Konusfläche, die das Verzahnungsende der Wellenverzahnung bilden soll, die durch Ziehen hergestellt wird. Aufwerfungen, Gratbildungen oder dergleichen an dieser Konusfläche, die beim Beginn des Ziehens der Wellenverzahnung zwangsläufig entstehen, können sich somit nicht negativ auf die relative Lagegenauigkeit der Anschlagfläche zum Wellenende und damit des Wellenzapfens zum Gelenkinnenteil auswirken. Die Wellenverzahnung wird in einer Länge hergestellt, die in fertig montiertem Zustand über die Durchgangsöffnung des Gelenkinnenteils hinausreicht, so daß die exakte Verzahnungslänge der Wellenverzahnung, die beim Ziehen schwer eingestellt werden kann, ebenfalls ohne wesentliche Bedeutung ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt eine Grundplatte, auf der ein Gelenkinnenteil auflegbar ist und auf der sich ein zumindest dreigeteiltes radial zustellbares Kalibrierwerkzeug axial abstützt, einen koaxial zum Kalibrierwerkzeug angeordneten axial zustellbaren Dorn, der etwa den Durchmesser der Durchgangsöffnung und nahe seinem unteren Ende einen Formstern geringer Länge zum Herstellen der Innenverzahnung aufweist. Hiermit ist das Pressen der Innenverzahnung ohne Rückwirkung auf die Kugelbahnform möglich. Um die exakte Lage des Verzahnungsauslaufs einstellen zu können, wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Dorn bis auf Anschlag mit der Grundplatte abgesenkt werden kann und daß der Formstern in vorgegebenem Abstand vom unteren Ende des Dorns angeordnet ist. Um die Genauigkeit der Verzahnung zu erhöhen ist vorgeschlagen, daß der Formstern in beide axiale Richtungen weisende Formkeile aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Anordnung aus Gelenkinnenteil und Wellenzapfen sowie Darstellungen zum erfindungsgemäßen Verfahren einschließlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Zeichnungen gezeigt und werden nachstehend beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine montierte Anordnung aus Gelenkinnenteil und Wellenzapfen gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 in demontiertem Zustand;
Fig. 3 zeigt ein Gelenkinnenteil nach Fig. 2 als Einzelheit;
Fig. 4 zeigt einen Wellenzapfen nach Fig. 2 als Einzelheit;
Fig. 5 zeigt vier Phasen der Herstellung des erfindungsgemäßen Gelenkinnenteils;
Fig. 6 zeigt ein Gelenkinnenteil mit Kalibrierwerkzeug und Ziehwerkzeug in Draufsicht;
Fig. 7 zeigt ein Gelenkinnenteil mit Kalibrierwerkzeug und Ziehwerkzeug im Axialschnitt;
Fig. 8 zeigt den abschließenden Schritt der Herstellung des Gelenkinnenteils mit Kalibrierwerkzeug und Ziehwerkzeug im Axialschnitt.
In Fig. 1 ist eine Anordnung aus einem Gelenkinnenteil 11, einem Wellenzapfen 12 und einem Sicherungsring 13 gezeigt, an denen die nachfolgenden Einzelmerkmale erkennbar sind. Das Gelenkinnenteil 11 hat eine Durchgangsöffnung 14 und Kugelrillen 15 zur Aufnahme drehmomentübertragender Kugeln. Die Durchgangsöffnung umfaßt einen Abschnitt mit einer Innenverzahnung 16, einen Auslauf 17 der Wellenverzahnung sowie eine im Durchmesser reduzierte glatte Bohrung 18. In den Nabenkörper 11 ist die Welle 12 mit einer die Innenverzahnung ergänzenden Wellenverzahnung 19 eingesteckt, deren Verzahnungsauslauf 20 mit Abstand zum Gelenkinnenteil liegt. Ein Anschlagkonus 22 vor dem Verzahnungsanfang 21 stützt sich axial am Verzahnungsauslauf 17 der Innenverzahnung 16 des Gelenkinnenteils 11 gegen ein weiteres Einschieben des Wellenzapfens 12, das im Hinblick auf die Verzahnungslänge möglich wäre, ab. An den Anschlagkonus schließt sich ein reduzierter zylindrischer Abschnitt 24 an, der in die glatte Bohrung 18 des Gelenkinnenteils eingreift. Weiter zum Wellenende hin befindet sich in diesem Abschnitt 24 eine Ringnut 23, in der der Sicherungsring 13 einsitzt, der sich gegen die Stirnfläche des Gelenkinnenteils 11 anlegt und damit ein Herausziehen des Wellenzapfens 12 aus dem Gelenkinnenteil 11 verhindert. Die Ringnut 23 ist so tief, daß der am Umfang geschlitzte Sicherungsring 13 radial zusammengedrückt vollkommen in der Ringnut verschwindet, so daß bei vormontiertem Sicherungsring der Wellenzapfen 12 in das Gelenkinnenteil 11 eingeschoben werden kann.
In Fig. 2 sind die genannten Teile Gelenkinnenteil 11, Wellenzapfen 12 und Sicherungsring 13 in der eben genannten Konfiguration vor der Montage gezeigt. Beim Einschieben des Wellenzapfens 11 in das Gelenkinnenteil 12 drückt sich der Sicherungsring 13 an der Innenfase 25 der Durchgangsöffnung 14 zur Montage selbsttätig zusammen und federt nach dem Durchstecken des Wellenzapfens 12 bis einschließlich der Ringnut 23 durch das Gelenkinnenteil 11 wieder aus dieser aus.
In Fig. 3 ist das Gelenkinnenteil in der Darstellung der Fig. 2 mit den vorgenannten Einzelheiten gezeigt. Auf die vorstehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen.
In Fig. 4 ist der Wellenzapfen 12 mit den in Fig. 2 gezeigten Einzelheiten dargestellt, wobei die Einzelheit X vergrößert ist. An dieser wird deutlich, daß der Anlagekonus 22, der das axiale Einschieben begrenzt, vom Verzahnungsanfang 21 axial abgesetzt ist, so daß Aufwerfungen oder Grate am Verzahnungsanfang, die beim Ziehen der Außenverzahnung 19 entstehen, die Lagegenauigkeit des Anlagekonus 21 im Verhältnis zum Wellenende nicht beeinträchtigen können.
In Fig. 5 ist das Gelenkinnenteil 11 in verschiedenen Herstellphasen gezeigt. In der Darstellung a) ist ein geschmiedetes Gelenkinnenteil gezeigt, bei dem die Bahnen 15 bereits weitgehend fertiggeformt sind und von den beiden Stirnseiten 26, 27 aus Ansenkungen 31, 32 eingeformt sind. Zwischen beiden ist eine Zwischenwand 33 stehengeblieben.
In der Darstellung b) ist die nächste Herstellphase gezeigt, in der die vorher genannte Zwischenwand 33 mit einem Dorn oder dergleichen durchgeschlagen und die Durchgangsöffnung 14 offen ist.
In der Darstellung c) ist die Durchgangsöffnung 14 gerade ausgedreht. Weiter sind die Außenoberflächen des Schmiedeteils fertiggedreht, nämlich die Stirnflächen 26, 27 und die Umfangsfläche 28.
In der Darstellung d) ist die letzte Phase der Herstellung vor dem Härten der Kugelbahnen 15 und der Verzahnung gezeigt, bei dem die Kugelbahnen 15 kalibriert sind und die Innenverzahnung 16 mit genau bemessenem Abstand des Verzahnungsauslaufs 17 bis zur Stirnfläche 27 durch spanlose Umformung erzeugt sind.
In den Fig. 6 und 7 sind die Werkzeuge für das Kalibrieren der Kugelbahnen und das Herstellen der Innenverzahlung an einem Gelenkinnenteil 11 gezeigt. Auf einer Grundplatte 40 liegt ein Haltering 41 sowie ein Werkstückhalter 49 auf. In den Haltering 41 ist ein sechsgeteiltes Kalibrierwerkzeug 42 eingesetzt, das über Sätze von Keilstücken 52, 53 radial zustellbar ist. Jeweils hinter den Sätzen von Keilstücken liegen austauschbare Justierstücke 54. Auf die inneren Keilstücke 52 wirkt ein axial verstellbarer Druckstempel 55 ein. In koaxialer Anordnung zum genannten Druckstempel ist weiterhin ein zentraler Dorn 44 in einer axial verstellbaren Halterung 45 gezeigt, der durch das Gelenkinnenteil 11 bis auf den abstützenden Werkstückhalter 49 niedergebracht werden kann. In exakt bestimmter Höhe ist an dem Dorn 44 ein Formstern 46 angeordnet. Dieser hat vordere Formschrägen, die Ausformung net. Dieser hat vordere Formschrägen, die Ausformung der Innenverzahnung am Gelenkinnenteil bewirken und hintere Formschrägen, die das Zurückziehen des Dornes 44 erleichtern. Unter dem Werkzeughalter 49 ist in einer Führung 50 ein axial verstellbarer Ausstoßer 51 erkennbar, der den Werkstückhalter 49 auch zum Bestücken anheben kann.
In Fig. 8 ist im Axialschnitt durch ein Gelenkinnenteil 11 und einen Werkzeugsatz der Schritt des Kalibrierens der Kugelbahnen 15 und des Pressens der Innenverzahnung 16 veranschaulicht. Das Gelenkinnenteil 11 ist in das sechsgeteilte Kalibrierwerkzeug 42 eingelegt. An den Teilen des Kalibrierwerkzeuges 42 sind die Formbacken 43 erkennbar. Beim Betätigen des Werkzeugsatzes durch den Druckstempel 55 kommt es zu einer radialen Zustellung der Formbacken 43 nach innen, so daß die Kugelbahnen 15 kalibriert werden. Das Gelenkinnenteil 11 liegt auf dem Werkzeughalter 49 auf. Weiterhin ist der zentrale Dorn 44 in seiner Halterung 45 gezeigt, der durch die Innenöffnung 14 bis auf den abstützenden Werkzeughalter 49 niedergebracht worden ist. In exakt bestimmter Höhe ist an dem Dorn 44 der Formstern 46 angeordnet, der mit vorderen Formschrägen 47 die Ausformung der Innenverzahnung 16 bewirkt und die exakte Lage des Verzahnungsauslaufes 17 im Verhältnis zur Stirnfläche 27 bestimmt und mit hinteren Formschrägen 48 das Zurückziehen des Dornes 44 erleichtert und die Innenverzahnung 16 dabei glättet. Nach dem Zurückziehen des Dornes 44 und dem Entlasten des Druckstempels 55 kann der Ausstoßer 51 mittels des Werkstückhalters 49 das Gelenkinnenteil axial aus den Formbacken herausdrücken. Bezugszeichenliste 11 Gelenkinnenteil
12 Wellenzapfen
13 Sicherungsring
14 Durchgangsöffnung
15 Kugelbahnen
16 Innenverzahnung
17 Verzahnungsauslauf (16)
18 Durchgangsloch (glatt)
19 Wellenverzahnung
20 Verzahnungsauslauf (19)
21 Verzahnungsanfang (19)
22 Anlagekonus
23 Ringnut
24 Zapfenende (glatt)
25 Innenfase
26 Stirnfläche
27 Stirnfläche
28 Außenfläche
31 Ansenkung
32 Ansenkung
33 Zwischenwand
40 Grundplatte
41 Haltering
42 Kalibrierwerkzeug
43 Formbacke
44 Dorn
45 Halter
46 Schneidstern
47 Anlauf schräge
48 Glättungsschräge
49 Werkstückhalter
50 Führung
51 Ausstoßer
52 Keilstück
53 Keilstück
54 Justierstück
55 Druckstück

Claims

1. Verfahren zur formgebenden Bearbeitung bei der Herstellung eines Gelenkinnenteils eines Kugelgleichlaufdrehgelenks in Form eines Nabenkörpers (11), der eine zentrale Durchgangsöffnung (14) mit Innenverzahnung (16) zur Aufnahme eines Wellenzapfens (12) und Kugelbahnen (15) zur Aufnahme von drehmomentübertragenden Kugeln am Außenumfang aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rohling mit weitgehend fertiggeformten Kugelbahnen durch spanlose Umformung hergestellt wird,
daß an dem Rohling Außenoberflächen (26, 27, 28) und eine glatte Durchgangsöffnung (14) fertiggedreht werden,
und daß in gleichzeitig ablaufenden Arbeitsschritten die Kugelbahnen (15) durch spanlose Umformung kalibriert werden und die Innenverzahnung (16) in der Durchgangsöffnung (14) nichtspanend gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (16) in vorbestimmter begrenzter Länge bis zu einem Verzahnungsauslauf (17) innerhalb der Durchgangsöffnung (14) gestoßen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstückhalter (49) für den Nabenkörper (11) beim Kalibrieren und Stoßen als Axialanschlag für das Werkzeug (44) zum Profilstoßen dient.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling mit den weitgehend fertiggeformten Kugelbahnen (15) geschmiedet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling nach dem Drehen entgratet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (15) nach dem Kalibrieren ausschließlich noch induktiv gehärtet werden.

7. Verfahren zur formgebenden Bearbeitung eines Wellenzapfens (12) zum Einstecken in ein Gelenkinnenteil (11), das nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand zum Wellenende ein erster konischer Absatz geformt wird, der als Anschlagfläche (22) gegenüber dem Verzahnungsauslauf (17) der Innenverzahnung (16) am Gelenkinnenteil dient, und ein zweiter mit axialem Abstand zum ersten liegender größerer konischer Absatz geformt wird, der das Verzahnungsende (21) der Wellenverzahnung bildet, wobei die Wellenverzahnung (19) vom zweiten Absatz beginnend bis zum Verzahnungsauslauf (20) durch nichtspanendes Ziehen fertiggestellt wird.

8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit
einem Werkstückhalter (49), auf der ein Gelenkinnenteil (11) auflegbar ist und auf der sich ein zumindest dreigeteiltes radial zustellbares Kalibrierwerkzeug (42) axial abstützt,
einem koaxial zum Kalibrierwerkzeug angeordneten axial zustellbaren Dorn (44), der etwa den Durchmesser der Durchgangsöffnung (14) und nahe seinem unteren Ende einen Formstern (46) geringer Länge zum Herstellen der Innenverzahnung (16) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (44) bis auf Anschlag mit dem Werkstückhalter (49) abgesenkt werden kann und daß der Formstern (46) in vorgegebenem Abstand vom unteren Ende des Dorns (44) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstern (46) in beide axiale Richtungen weisende Formkeile (47, 48) aufweist.