DE102004062844B4

DE102004062844B4 - Verfahren zur Herstellung einer Zwischenwelle mit einer integralen Kugelnabe

Info

Publication number: DE102004062844B4
Application number: DE102004062844A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dipl.-Ing. Welschof
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: WO2006072287A1; DE102004062844A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Zwischenwelle bestehend aus einem Wellenstück und zumindest einem Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenks, wobei das Wellenstück und das Gelenkinnenteil miteinander verschweißt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß für das Wellenstück (13) eine Rohrwelle ausgewählt wird,
daß am Gelenkinnenteil (12) ein Ringbund (15) angeformt wird, an dem die Schweißverbindung ausgeführt wird und
daß eine Wärmebehandlung der Zwischenwelle nach dem Herstellen der Schweißverbindung erfolgt, wobei bei der Wärmebehandlung das Gelenkinnenteil (12, 42) in der Randschicht auf zumindest 57 HRC und das Wellenstück (13, 53) im Kern auf zumindest 48 HRC aufgehärtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zwischenwelle bestehend aus einem Wellenstück und zumindest einem Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenks, wobei das Wellenstück und das Gelenkinnenteil miteinander verschweißt werden, zur Verwendung der Zwischenwelle in einer Gelenkwelle.
Zwischenwellen der hiermit definierten Art, die ein Wellenstück und zumindest ein Gelenkinnenteil umfassen, werden in der Regel durch Einsteckverbindungen zusammengefügt, wobei im Gelenkinnenteil eine innenliegende Wellenverzahnung und am Ende des Wellenstücks eine außenliegende Wellenverzahnung vorgesehen sind, die formschlüssig ineinandergreifen. Es sind zusätzliche Sicherungsmittel, beispielsweise ein in paarig angeordnete Ringnuten eingesetzter Sicherungsring, zur gegenseitigen Axialsicherung erforderlich. Nachteilig ist hierbei die aufwendige Herstellung sowie die Vielteiligkeit der Verbindung. Darüber hinaus kann in der Verbindung bei Drehmomentbelastung Drehspiel entstehen.

Aus der DE 34 30 067 C1 ist es bekannt, das Gelenkinnenteil eines VL-Gleichlaufgelenkes mittels einer Schweißung mit einem hohlen Wellenrohr zu verbinden. Hiermit sind erhebliche Kostenvorteile zu erzielen. Darüber hinaus ist die so gestaltete Zwischenwelle sehr leicht.

Aus der DE 196 48 537 C1 ist es weiterhin bekannt, eine Gelenkwelle mit zwei VL-Gleichlaufgelenken herzustellen, bei der beide Gelenkinnenteile über Schweißverbindungen mit einer verbindenden Rohrwelle verbunden sind. Hiermit wird der Kosten- und Gewichtsvorteil der genannten Schweißverbindung in einer Zwischenwelle vollständig ausgeschöpft.

Aus der DE 197 04 871 C1 ist ein Verfahren zum Härten von Hohlwellen bekannt, die vor dem Härten bereits an ihren beiden Enden im Durchmesser verringert und mit einer Profilverzahnung versehen sind. Die Verbindung derartiger Hohlwellen mit den Gelenkinnenteilen von anschließenden Gleichlaufgelenken erfolgt somit nach dem Härten.

Aus der DE 39 36 368 A1 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Rohrwellen bekannt, die vor der Wärmebehandlung durch Hämmern mit reduzierter Wandstärke und verdickten Enden zur Aufnahme von Verzahnungen versehen werden. Auch hier erfolgt die Verbindung derartiger Rohrwellen mit den Gelenkinnenteilen von anschließenden Gleichlaufgelenken nach der Wärmebehandlung durch Steckverbindung.

Aus der JP 09 157 752 A ist es bekannt, eine Welle mit einem Ritzel durch Reibschweißen zu verbinden und anschließend einem induktiven Härteverfahren zu unterziehen. Wie bekannt, bleibt hierbei das Material unterhalb der gehärteten Randschicht im Kern weich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von Zwischenwellen der genannten Art bezüglich der Fertigung und der Eigenschaften weiter zu optimieren. Eine erste Lösung hierfür liegt in einem Verfahren, das sich dadurch auszeichnet, daß für das Wellenstück eine Rohrwelle ausgewählt wird, daß am Gelenkinnenteil ein Ringbund angeformt wird, an dem die Schweißverbindung ausgeführt wird, und daß eine Wärmebehandlung der Zwischenwelle nach dem Herstellen der Schweißverbindung erfolgt, wobei bei der Wärmebehandlung das Gelenkinnenteil in der Randschicht auf zumindest 57 HRC und das Wellenstück im Kern auf zumindest 48 HRC aufgehärtet wird. Eine zweite Lösung besteht darin, daß für das Wellenstück eine Vollwelle ausgewählt wird, daß am Gelenkinnenteil ein Zap fenansatz ausgebildet wird, an dem die Schweißverbindung ausgeführt wird, und daß eine Wärmebehandlung der Zwischenwelle nach dem Herstellen der Schweißverbindung erfolgt, wobei bei der Wärmebehandlung das Gelenkinnenteil in der Randschicht auf zumindest 57 HRC und das Wellenstück im Kern auf zumindest 48 HRC aufgehärtet wird. Eine Welle dieser Art bietet die Möglichkeit, daß die Zwischenwelle zunächst durch Verschweißen von Gelenkinnenteil und Zwischenwelle gefügt und dann insgesamt wärmebehandelt wird, insbesondere zunächst einsatzgehärtet wird. Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Wellenstück in der Randschicht auf die gleiche Härte wie das Gelenkinnenteil in der Randschicht aufgehärtet wird.

Um die gewünschten Ergebnisse sicherzustellen, wird vorgeschlagen, daß für das Gelenkinnenteil als Werkstoff ein Einsatzstahl und für das Wellenstück als Werkstoff ein Einsatzstahl oder ein Vergütungsstahl ausgewählt wird.

Wenn nach der ersten Alternative vorgesehen ist, daß für das Wellenstück eine Rohrwelle ausgewählt wird, soll die Zugfestigkeit im Kern des Wellenmaterials nach dem Aufhärten mindestens 1000 N/mm² betragen. Wenn nach der zweiten Alternative vorgesehen ist, daß für das Wellenstück eine Vollwelle ausgewählt wird, soll die Zugfestigkeit im Kern des Wellenmaterials nach dem Aufhärten mindestens 600 N/mm² betragen.

Als Einsatzstahl kann ein solcher mit einen Kohlenstoffgehalt von unter 0,2 % gewählt werden, insbesondere CrMnNi-Stahl. Wenn für das Wellenstück eine Vollwelle vorgesehen ist, kann für diese ein Einsatzstahl oder ein Vergütungsstahl gewählt werden.

Die vorstehenden Angaben sind Voraussetzung dafür, daß die Zwischenwelle einem Härteverfahren mit vorheriger Aufkohlung der Randschicht unterworfen wird. Hierbei soll nach der Wärmebehandlung im Kern des Materials ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,3 % und in der Randschicht ein Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,8 % vorliegen.

Je nachdem, ob das verwendete Wellenstück eine Rohrwelle oder eine Vollwelle ist, ist jeweils erfindungsgemäß entsprechend zur Herstellung der Schweißverbindung am Gelenkinnenteil ein Ringbund oder ein Zapfenansatz anzuformen.

Die Gelenkinnenteile und Wellenstücke können durch Laser-, Magnetarc- oder Reibschweißung miteinander verbunden werden.

Mit der vorliegenden Erfindung werden Zwischenwellen bereitgestellt, die besonders leicht sind und dabei gute Festigkeitseigenschaften haben. Das Verfahren der gemeinsamen Wärmebehandlung der Zwischenwellen nach dem Herstellen der Schweißverbindung ist besonders einfach und kostengünstig. In vorteilhafter Weise wird die Schweißnaht von der Wärmebehandlung miterfaßt, so daß Ungleichförmigkeiten der Werkstoffeigenschaften im Bereich der Schweißnaht beseitigt oder reduziert werden können.

Die vorstehende Erfindung umfaßt alle vollständigen Gelenkwellen, die eine Zwischenwelle der vorstehend genannten und beschriebenen Art sowie zumindest ein vollständiges Gleichlaufdrehgelenk umfassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Zwischenwelle in Verbauung in einem VL-Gleichlaufschiebegelenk in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
2 zeigt eine erfindungsgemäße Zwischenwelle in einer zweiten Ausführungsform in Verbauung mit zwei VL-Gleichlaufschiebegelenken im Längsschnitt.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Zwischenwelle 11 bestehend aus einem Gelenkinnenteil 12 und einer Hohlwelle 13 in Verbauung in einem VL-Gleichlaufgelenk 21 gezeigt. Das Gelenkinnenteil 12 weist einen radialen Boden 14 sowie einen ringförmigen Ansatz 15 auf, an dem das Ende der Hohlwelle 13 angeschweißt ist. Die Hohlwelle 13 besteht aus einem Rohrabschnitt und einem daran angeschweißten mehrfach abgestuften Hohlzapfen 16, der am Ende außen eine Wellenverzahnung 17 zur drehfesten Verbindung mit einem weiteren Gelenkinnenteil aufweist. Das VL-Verschiebegelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil 22 mit Rahmen 28, einen Boden 24 sowie einen daran anschließenden Wellenzapfen 25, der außen eine Wellenverzahnung 26 zur Verbindung, beispielsweise mit einer Radnabe, trägt. In der Darstellung der oberen Bildhälfte sind Gelenkaußenteil 22 und Boden 24 über eine Reibschweißnaht 27 miteinander verschweißt, während in der Darstellung der unteren Bildhälfte Außenteil 22 im engeren Sinne und Boden 24 einstückig sind. Das Gelenk wird vervollständigt durch umfangsverteilte drehmomentübertragende Kugeln 23, die in die Bahnen 18 des Gelenkinnenteils und die Bahnen 28 des Gelenkaußenteils eingreifen, sowie durch einen Kugelkäfig 29, der die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene hält. Die Bahnen 18 und 28 verlaufen jeweils parallel zu den Achsen der jeweiligen Gelenkbauteile 12, 22.
Das Gelenk wird gegenüber der Zwischenwelle 11 durch einen Faltenbalg 31 abgedichtet, dessen kleinerer erster Bund 32 mittels eines Spannbandes 33 auf dem Wellenrohr 13 festgelegt ist, während der zweite größere Bund 34 mittels eines Spannbandes 35 auf dem Gelenkaußenteil 22 festgelegt ist.
In 2 sind entsprechende Einzelheiten wie in 1 mit um 30 erhöhten Bezugsziffern belegt. In 2 ist eine erfindungsgemäße Zwischenwelle 41 bestehend aus zwei Gelenkinnenteilen 42, 42' und einer Vollwelle 43 in Verbauung mit zwei VL-Gleichlaufgelenken 51, 51' gezeigt. Die Gelenkinnenteile 42, 42' weisen jeweils einen radialen Boden 44, 44' sowie einen Zapfenansatz 45, 45' auf, an denen die Enden der Vollwelle 43 angeschweißt sind. Die VL-Verschiebegelenke umfassen jeweils ein Gelenkaußenteil 52, 52' mit Bahnen 58, 58', einen Boden 54, 54' sowie einen daran anschließenden Wellenzapfen 55, 55', der jeweils außen eine Wellenverzahnung 56, 56' zur Verbindung mit einer Radnabe bzw. einer Getriebehülse, trägt. In der Darstellung jeweils einer Bildhälfte sind Gelenkaußenteil 52, 52' und Boden 54, 54' über eine Reibschweißnaht 57, 57' miteinander verschweißt, während in der Darstellung der anderen Bildhälfte Außenteil 52, 52' im engeren Sinne und Boden 54, 54' einstückig sind. Die Gelenke werden vervollständigt durch umfangsverteilte drehmomentübertragende Kugeln 53, 53', die in die Bahnen 48, 48' des Gelenkinnenteils und die Bahnen 58, 58' des Gelenkaußenteils eingreifen, sowie durch jeweils einen Kugelkäfig 59, 59', der die Kugeln jeweils in einer gemeinsamen Ebene hält. Die Bahnen 48, 48' und 58, 58' verlaufen jeweils parallel zu den Achsen der jeweiligen Gelenkbauteile 42, 42', 52, 52'.
Die Gelenke werden gegenüber der Zwischenwelle 41 durch Faltenbälge 61, 61' abgedichtet, deren kleinerer erster Bund 62, 62' jeweils mittels eines Spannbandes 63, 63' auf dem Wellenstück festgelegt ist, während jeweils der zweite größere Bund 64, 64' mittels eines Spannbandes 65, 65' auf dem Gelenkaußenteil 52, 52' festgelegt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zwischenwelle bestehend aus einem Wellenstück und zumindest einem Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenks, wobei das Wellenstück und das Gelenkinnenteil miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Wellenstück (13) eine Rohrwelle ausgewählt wird, daß am Gelenkinnenteil (12) ein Ringbund (15) angeformt wird, an dem die Schweißverbindung ausgeführt wird und daß eine Wärmebehandlung der Zwischenwelle nach dem Herstellen der Schweißverbindung erfolgt, wobei bei der Wärmebehandlung das Gelenkinnenteil (12, 42) in der Randschicht auf zumindest 57 HRC und das Wellenstück (13, 53) im Kern auf zumindest 48 HRC aufgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenstück (13, 53) in der Randschicht auf die gleiche Härte wie das Gelenkinnenteil (12, 42) in der Randschicht aufgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Gelenkinnenteil (12, 42) als Werkstoff ein Einsatzstahl und für das Wellenstück (13, 43) als Werkstoff ein Einsatzstahl oder ein Vergütungsstahl ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfestigkeit im Kern des Wellenmaterials nach dem Aufhärten mindestens 1000 N/mm² beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatzstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,2 % gewählt wird, insbesondere ein CrMnNi-Stahl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Wellenstück (13) Einsatzstahl ausgewählt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Zwischenwelle bestehend aus einem Wellenstück und zumindest einem Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenks, wobei das Wellenstück und das Gelenkinnenteil miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Wellenstück eine Vollwelle (53) ausgewählt wird, daß am Gelenkinnenteil (42) ein Zapfenansatz (45) ausgebildet wird, an dem die Schweißverbindung ausgeführt wird und daß eine Wärmebehandlung der Zwischenwelle nach dem Herstellen der Schweißverbindung erfolgt, wobei bei der Wärmebehandlung das Gelenkinnenteil (12, 42) in der Randschicht auf zumindest 57 HRC und das Wellenstück (13, 53) im Kern auf zumindest 48 HRC aufgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenstück (13, 53) in der Randschicht auf die gleiche Härte wie das Gelenkinnenteil (12, 42) in der Randschicht aufgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für das Gelenkinnenteil (12, 42) als Werkstoff ein Einsatzstahl und für das Wellenstück (13, 43) als Werkstoff ein Einsatzstahl oder ein Vergütungsstahl ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfestigkeit im Kern des Wellenmaterials nach dem Aufhärten mindestens 600 N/mm² beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatzstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,2 % gewählt wird, insbesondere ein CrMnNi-Stahl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß für das Wellenstück (43) ein Einsatzstahl oder Vergütungsstahl ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle einem Härteverfahren mit vorheriger Aufkohlung der Randschicht unterworfen wird.
Verfahren zur Herstellung einer Gelenkwelle bestehend aus einer Zwischenwelle und zumindest einem Gleichlaufdrehgelenk, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herstellen einer Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13 das zumindest eine Gelenkinnenteil durch Ergänzungsteile zu zumindest einem vollständigen Gleichlaufdrehgelenk ergänzt wird.