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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wälzkörperkäfigen, die beispielsweise in Gleichlaufgelenken eingesetzt werden, um dessen Wälzkörper bei einer Beugung des Gelenks in einer Halbwinkelebene zu halten.
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Wälzkörperkäfige, die zu einer zur Längsmittelachse senkrechten Mittelebene symmetrisch sind, werden bevorzugt durch Ringwalzen gefertigt. Hierbei wird aus einem hülsenförmigen Rohling durch Umformung ein konturierter Ring erstellt, der der Endform eines Wälzkörperkäfigs bereits sehr nahe kommt. Bei manchen Gelenkbauformen wie beispielsweise bei VL-Gelenken kann unmittelbar in die Fertigteilkontur gewalzt werden, so dass eine spanende Nachbearbeitung nicht erforderlich ist. Anschließend werden in separaten Bearbeitungsschritten die Käfigfenster gefertigt und das gesamte Bauteil gehärtet sowie gegebenenfalls hartbearbeitet.
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Ein Beispiel für die Herstellung eines durch Ringwalzen bzw. Rollen hergestellten Käfigs wird in
WO 01/20185 A1 offenbart.
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Ferner wird in
WO 99/30053 A1 eine umformtechnische Herstellung eines Käfigs beschrieben, bei dem ein Endabschnitt eines Rohres zunächst entsprechend verformt und mit Käfigfenstern versehen wird, bevor der Käfig von dem Rohr abgestochen wird.
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Bei Käfigen, die einen bezüglich ihrer Mittelebene stark asymmetrischen Profilquerschnitt aufweisen, wie dies z. B. bei UF/RF-Gelenken mit Käfigoffset und Doppeloffset-Gelenken in der Fall ist, ist eine Herstellung durch Ringwalzen nicht möglich, da aufgrund der unterschiedlichen Wanddicken des Käfigs während der Umformung axiale Kräfte auftreten, die prozesstechnisch nicht oder nur mit großem Aufwand zu beherrschen sind.
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Üblicherweise werden solche Käfige daher durch spanende Bearbeitung aus nichtendkonturnahen Rohlingen hergestellt. Dabei wird jedoch ein verhältnismäßig großer Anteil des Ausgangsmaterials zerspant, womit ein hoher Materialeinsatz sowie ein hoher Bearbeitungsaufwand verbunden sind.
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Weiterhin ist aus
US 2001/0002369 A1 bekannt, zur Herstellung asymmetrischer Käfige ein der Länge eines Käfigs entsprechendes Rohrstück zunächst in eine der Endform angenäherte Form zu pressen und diesen Rohling dann spanend nachzubearbeiten. Nach dem anschließenden Einbringen von Käfigfenstern wird der Käfig gehärtet und abschließend einer Hartbearbeitung durch Schleifen unterzogen.
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Ferner ist aus
WO 98/32556 A1 und
WO2005/016575 A1 bekannt, mehrere innen- und außenprofilierte Ringe, insbesondere Wälzlagerringe, an einem Rohrstück durch Axialprofilwalzen auszuformen und dann nacheinander von dem Rohrstück abzustechen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich asymmetrische Wälzkörperkäfige für Gleichlaufgelenke mit einem geringen Materialeinsatz sowie mit einem geringen Bearbeitungsaufwand kostengünstig herstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die Kopplung einer geraden Anzahl, vorzugsweise von zwei Wälzkörperkäfigen zu einer symmetrischen Einheit ermöglicht deren gleichzeitige Fertigung durch Ringwalzen. Insbesondere lassen sich so asymmetrische Wälzkörperkäfige herstellen, die allein durch Ringwalzen nicht mehr herstellbar wären.
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Aus der zerspanungsfreien Herstellung einer zumindest endformnahen Kontur resultiert ein geringer Materialeinsatz. Im Vergleich zu spanenden Fertigungsverfahren ergibt sich überdies eine geringere Prozessdauer.
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Überdies lassen sich so auch symmetrische Wälzkörperkäfige sehr effizient herstellen.
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Derartige Käfige lassen sich in Gleichlaufgelenke unterschiedlicher Bauart einsetzen.
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Um den Bearbeitungsaufwand möglichst gering zu halten, wird als Rohling für jeweils zwei, vier, sechs oder eine gerade Anzahl von Wälzkörperkäfigen ein Rohrabschnitt verwendet, dessen axiale Länge genau der unter Berücksichtigung der Umformung für die gewünschte Anzahl von Wälzkörperkäfigen benötigten Länge entspricht.
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Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
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So eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren vor allem zur Herstellung von Wälzkörperkäfigen, deren innen- und außenseitige Kontur gewölbt oder annäherungsweise gewölbt ist, wobei die Wölbungen zueinander versetzte Krümmungsmittelpunkte aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die jeweils in sich asymmetrischen oder symmetrischen Wälzkörperkäfige nach dem Ringwalzen an Stirnenden miteinander verbunden. Da die Stirnenden der Wälzkörperkäfige in Gleichlaufgelenken in der Regel keine Funktionsflächen darstellen, können in diesem Bereich größere Toleranzen zugelassen werden, wodurch das Trennen der zunächst verbundenen Wälzkörperkäfige ohne großen Aufwand erfolgen kann.
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Hierzu kann im Übergangsbereich zwischen den Wälzkörperkäfigen während des Ringwalzens eine Materialverjüngung ausgeformt werden, wodurch eine Sollbruchstelle bzw. eine ohne weiteres erkennbare Markierung entsteht.
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Die Wälzkörperkäfige können zum Beispiel an der Materialverjüngung auseinander gebrochen werden.
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Unabhängig von der Ausbildung einer Materialverjüngung ist auch eine spanende Trennung der Wälzkörperkäfige möglich.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wälzkörperkäfige nach dem Ringwalzen unbeachtlich der Ausbildung von Käfigfenstern von der Endform eine Formabweichung von maximal einem Millimeter auf. Die so hergestellten, endformnahen Wälzkörperkäfige können anschließend weiterbearbeitet werden. Durch das Ringwalzen kann jedoch eine der Endform bereits so stark angenäherte Form erzielt werden, dass eine gegebenenfalls erforderliche spanende Nachbearbeitung vor einem anschließenden Härten sehr gering ausfällt bzw. nicht nötig ist.
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Vorzugsweise erfolgt die Einbringung von Käfigfenstern, beispielsweise durch Stanzen oder Fräsen, nach der Trennung der Wälzkörperkäfige. Zudem können die Käfige noch gehärtet und gegebenenfalls hartbearbeitet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine Schnittansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wälzkörperkäfigs im Zustand vor seiner Fertigbearbeitung,
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2 eine Schnittansicht von zwei noch verbundenen Wälzkörperkäfigen nach erfolgtem Ringwalzen und vor einer Trennung derselben,
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3 eine Schnittansicht von zwei weiteren, noch verbundenen Wälzkörperkäfigen nach erfolgtem Ringwalzen und vor einer Trennung derselben, und in
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4 eine Schnittansicht eines Gleichlaufgelenk mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wälzkörperkäfig.
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4 zeigt als Beispiel für ein Gleichlaufgelenk ein Gleichlauffestgelenk 1 mit einem durch Ringwalzen hergestellten Wälzkörperkäfig 2 . Dieser Käfig 2 ist in 1 näher dargestellt und weist eine bezüglich seiner senkrecht zur Längsachse A verlaufenden Mittelebene E eine asymmetrische Querschnittsform auf. Entsprechende Wälzkörperkäfige 2 können auch in andere als in 4 dargestellte Gleichlaufgelenke eingebaut werden.
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Das Gleichlauffestgelenk 1 umfasst einen Gelenkaußenteil 3, das an seinem Innenumfang eine kugelförmige Käfigführungsfläche 4 ausbildet und mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zur Bauteilachse B verlaufenden Kugellaufbahnen 5 versehen ist. In dem Gelenkaußenteil 3 ist ein Gelenkinnenteil 6 angeordnet, das an seinem Außenumfang eine kugelförmige Käfigführungsfläche 7 sowie eine Vielzahl von wesentlichen parallel zur Bauteilachse C verlaufenden Kugellaufbahnen 8 aufweist.
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Der Käfig 2 ist zwischen dem Gelenkaußenteil 3 und dem Gelenkinnenteil 6 angeordnet und an den entsprechenden Käfigführungsflächen 4 und 7 geführt. Wie 1 zeigt, weist der Käfig 2 hierzu an seinem Außenumfang einen radial nach außen gewölbten Abschnitt 9 sowie an seinem Innenumfang einen radial nach außen gewölbten Abschnitt 10 auf. Die Krümmungszentren ZA und ZI der beiden Wölbungen sind zueinander axial versetzt. In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann überdies ein radialer Versatz der Krümmungszentren ZA und ZI zur Längsmittelachse A und/oder untereinander vorgesehen werden. Die Krümmungszentren ZA und ZI liegen jeweils außerhalb der Mittelebene E des Käfigs 2, vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten derselben.
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Der Käfig 2 weist ferner in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Fenster 11 auf, die jeweils einen Wälzkörper in Form einer Kugel 12 aufnehmen. Jede Kugel 12 greift sowohl in eine Kugellaufbahn 5 des Gelenkaußenteils 3 sowie in eine Kugellaufbahn 8 des Gelenkinnenteils 6 ein, um im Betrieb des Gelenks eine Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkaußenteil 3 und dem Gelenkinnenteil 6 zu ermöglichen. Über den Käfig 2 werden die Kugeln 12 bei einer Beugung des Gelenks, das heißt bei einer Abwinkelung der Längsmittelachsen B und C des Gelenkaußenteils 3 und des Gelenkinnenteils 6 in einer Ebene gehalten, welche durch des Beugezentrum des Gelenks verläuft und die Winkelhalbierende der genannten Längsmittelachsen B und C einschließt.
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Durch den Versatz der Krümmungszentren ZA und ZI am Käfig 2 ergibt sich in Bezug auf dessen Mittelebene E eine stark asymmetrische Form, so dass dieser durch Ringwalzen oder Rollen nicht mehr hergestellt werden kann. Um gleichwohl eine aufwändige spanende Herstellung zu vermeiden, werden solche Käfige 2 paarweise hergestellt, wie dies in den 2 und 3 angedeutet ist.
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Dazu wird zunächst ein hülsenförmiger Rohling 20 hergestellt, dessen axiale Länge unter Berücksichtigung der nachfolgenden Umformung der Länge von zwei Wälzkörperkäfigen 2 entspricht. Dies kann beispielsweise durch Ablängen geeigneter Rohrabschnitte erfolgen.
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Der Rohling 20 wird anschließend durch Ringwalzen konturiert. Dies ist in 2 durch die radialen Umformkräfte FR schematisch angedeutet. Das Ringwalzen erfolgt derart, dass sich über den gesamten Rohling 20 in Bezug auf eine zur Längsmittelachse A senkrechte Mittelebene E' eine symmetrische Querschnittsform ergibt. Diese Querschnittsform entspricht der spiegelbildlichen Anordnung von zwei Wälzkörperkäfigen 2.
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Aufgrund der insgesamt symmetrischen Gestalt des Rohlings 20 heben sich die bei der Umformung auftretenden Axialkräfte gegeneinander auf, so dass sich asymmetrische Wälzkörperkäfige 2 nunmehr durch Ringwalzen herstellen lassen. Selbstverständlich können in gleicher Art und Weise auch in Bezug auf ihre jeweilige Mittelebene E symmetrische Wälzkörperkäfige 2 paarweise aus einem gemeinsamen Rohling 20 hergestellt werden.
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Ferner ist es möglich mehr als zwei, nämlich vier, sechs oder eine sonstige gerade Anzahl von Wälzkörperkäfigen 2 gleichzeitig aus einem gemeinsamen Rohling 20 durch Ringwalzen zu formen, wobei zur Vermeidung des Auftretens von Axialkräften stets eine gleiche Anzahl von gespiegelten und ungespiegelten Konturen vorgesehen wird.
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Nach erfolgter Konturierung werden die Wälzkörperkäfige 2 voneinander getrennt. Dies kann beispielsweise spanend mittels einer Dreh- oder Fräsbearbeitung erfolgen.
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Ferner ist es möglich, den verbindenden Querschnitt 21 zwischen den benachbarten Käfigen 2 soweit zu verjüngen, dass die Käfige 2 mittels Brechen voneinander getrennt werden können.
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Da die Stirnenden 13 der Wälzkörperkäfige 2 in der Regel keine Funktionsflächen sind, das heißt an der Führung oder Abstützung des Käfigs 2 nicht beteiligt sind, ist es vorteilhaft, wenn die Wälzkörperkäfige 2 nach dem Ringwalzen lediglich an ihren Stirnenden 13 miteinander verbunden sind.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wälzkörperkäfige 2 mit ihren schlanken Stirnseiten 13 verbunden. Wie 3 zeigt, ist jedoch auch eine Verbindung über die breiteren Stirnenden 15 möglich, wodurch sich dann ein dickerer Übergangsbereich 16 ergibt.
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Nach der Trennung weisen die Wälzkörperkäfige 2 die in 1 dargestellte Form auf und können anschließend fertigbearbeitet, das heißt mit Fenstern 11 versehen, gehärtet und gegebenenfalls hartbearbeitet werden.
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Da die Wälzkörperkäfige 2 nach dem Ringwalzen von der Endform unbeachtlich der Ausbildung von Käfigfenstern 11 eine sehr geringe Formabweichung von der Endform aufweisen, – die Abweichungen liegen hierbei in der Größenordnung von maximal einem Millimeter –, bleibt der Anteil spanender Bearbeitung vor dem Härten minimal oder kann sogar vollständig entfallen. Dies ermöglicht eine erhebliche Verringerung des Fertigungsaufwands sowie des Material- und Zeitaufwands im Vergleich zu spanend hergestellten Wälzkörperkäfigen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleichlaufgelenk
- 2
- Wälzkörperkäfig
- 3
- Gelenkaußenteil
- 4
- Käfigführungsfläche
- 5
- Kugellaufbahn
- 6
- Gelenkinnenteil
- 7
- Käfigführungsfläche
- 8
- Kugellaufbahn
- 9
- gewölbter Abschnitt am Außenumfang des Käfigs
- 10
- gewölbter Abschnitt am Innenumfang des Käfigs
- 11
- Fenster
- 12
- Kugel
- 13
- schmales Stirnende
- 14
- breites Stirnende
- 20
- umgeformter Rohling
- 21
- verbindender Querschnitt
- 22
- verbindender Querschnitt
- A
- Längsmittelachse des Käfigs
- B
- Längsmittelachse des Gelenkaußenteils
- C
- Längsmittelachse des Gelenkinnenteils
- E
- Mittelebene eines Käfigs
- E'
- Mittelebene des Rohlings
- ZA
- Krümmungszentrum der außenseitigen Käfigwölbung
- ZI
- Krümmungszentrum der innenseitigen Käfigwölbung
