DE102007021676A1

DE102007021676A1 - Verfahren zur Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenken

Info

Publication number: DE102007021676A1
Application number: DE102007021676A
Authority: DE
Inventors: Georg Bergmann; Torsten Giessler; Marcus Karpstein
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-12-04

Abstract

Zur Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenken wird der Verlauf einer in ein Gelenkbauteil (3) eingebrachten Kugellaufbahn (1) vermessen. Anschließend wird die Kugellaufbahn (1) durch ein Druckelement (2) während einer Relativbewegung zwischen der Kugellaufbahn und dem Druckelement (2) entlang des Verlaufs der Kugellaufbahn (1) mit einer in Abhängigkeit der Vermessung vorgegebenen Druckkraft (F<SUB>1</SUB>, F<SUB>2</SUB>) beaufschlagt. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung der Kugellaufbahnen (1). Zudem können Härteverzüge ausgeglichen werden. Eine spanende Hartbearbeitung kann entfallen. Zudem ergeben sich günstige Bauteileigenschaften wie eine verbesserte Oberflächengüte, eine hohe Maßhaltigkeit, eine verfestigte Oberfläche sowie ein geringer Rollwiderstand und ein hoher Traganteil an den Kugellaufbahnen. Hieraus resultieren sowohl eine Verbesserung des Laufverhaltens des Gelenks sowie eine Lebensdauererhöhung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenken. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechend hergestelltes Gleichlaufgelenk.
Zur Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenken sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Verfahren bekannt.
Wie in der DE 10 2005 019 160 A1 ausgeführt, können Gelenknaben beispielsweise durch Warmschmieden aus Kohlenstoffstahl hergestellt werden. Nach dem Abkühlen werden die Funktionsflächen spanend bearbeitet. Insbesondere werden die Kugellaufbahnen durch Fräsen oder Räumen hergestellt. Anschließend wird das Bauteil gehärtet. In der Regel erfolgt danach zusätzlich eine spanende Hartbearbeitung der Kugellaufbahnen, da an diese sehr hohe Genauigkeitsanforderungen in Bezug auf die Geometrie gestellt werden, um gute Laufeigenschaften und eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten.
Weiterhin wird in der DE 10 2005 019 160 A1 beschrieben, Gelenkbauteilrohlinge aus kaltumformbarem Einsatzstahl zu fertigen. In einer Querfließpresse werden die Kugelbahngeometrie und der Außendurchmesser fertiggepresst und abschließend gehärtet.
Aus der DE 10 2005 019 160 A1 sowie der EP 0 921 329 A1 ist es ferner bekannt, die Kugellaufbahnen durch Drehen spanend herzustellen.
Weiterhin wird in der DE 101 42 805 C2 ein Verfahren zum Sintern von Gleichlaufgelenkbauteilen offenbart.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenken anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der Verlauf einer in ein Gelenkbauteil eingebrachten Kugellaufbahn vermessen und die Kugellaufbahn durch ein Druckelement während einer Relativbewegung zwischen der Kugellaufbahn und dem Druckelement entlang des Verlaufs der Kugellaufbahn mit einer in Abhängigkeit der Vermessung vorgegebenen Druckkraft beaufschlagt.
Diese Vorgehensweise ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung von Kugellaufbahnen aufweisenden Gleichlaufgelenkbauteilen.
Weiterhin gestattet das erfindungsgemäße Verfahren den Entfall einer Hartbearbeitung der Kugellaufbahnen.
Ferner ergeben sich durch das Verfahren günstige Bauteileigenschaften. Insbesondere werden eine verbesserte Oberflächengüte und eine hohe Maßhaltigkeit erzielt. Dies führt wiederum zu einem geringeren Rollwiderstand der Kugellaufbahnen im Betrieb.
Weiterhin wird die Oberfläche der Kugellaufbahnen verfestigt und der Traganteil der Kugellaufbahnen verbessert. Hieraus resultieren sowohl eine Verbesserung des Laufverhaltens des Gelenks sowie eine Lebensdauererhöhung.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
So kann die Vorbereitung der Kugellaufbahnen vor der Behandlung mit dem Druckelement spanend, umformtechnisch oder in sonst bekannter Art und Weise erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird aus der Vermessung Abweichungen zu einem Sollverlauf der Kugellaufbahn ermittelt. Die Druckkraft wird dann in Abhängigkeit der ermittelten Abweichungen zielgerichtet derart eingestellt, um die Abweichungen zu vermindern. Hierdurch ist ein Ausgleich von Härteverzügen möglich.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Druckelement entlang der Kugellaufbahn abgewälzt, wodurch sich besonders hohe Oberflächengüten erzielen lassen.
Es ergibt sich so ein einfach und kostengünstig herstellbares Gleichlaufgelenk mit guten Laufeigenschaften und hoher Lebensdauer, das sich durch ein Gelenkbauteil mit rollierten Kugellaufbahnen auszeichnet.
Prinzipiell können sämtliche Kugellaufbahnen nacheinander mit einem Druckelement bearbeitet werden. Bevorzugt werden jedoch mehrere, beispielsweise zwei einander gegenüberliegende Kugellaufbahnen durch separate Druckelemente bearbeitet. Hierdurch wird die Fertigungszeit vermindert und ein Kraftausgleich in Querrichtung ermöglicht.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung werden die Abweichungen über das Druckelement abgetastet, wozu das Druckelement in ein Wegmesssystem integriert ist. Dies gestattet eine effiziente Arbeitsweise mit geringen Fehlern.
Zur Erzeugung einer Relativbewegung entlang der Kugellaufbahn wird bevorzugt das Gelenkbauteil längs einer Achse verfahren, während das Druckelement bezogen auf die Längsrichtung dieser Achse stationär bleibt.
Weiterhin kann das Gelenkbauteil während des Verfahrens längs der Achse um diese gedreht werden, um zur Mittelachse des Gelenkbauteils angewinkelte oder spiralförmige Kugellaufbahnen herzustellen.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckelement radial zu der Achse zustellbar, um eine Druckkraft zu erzeugen. Das Gelenkbauteil wird während einer solchen Bearbeitung über eine Spanneinrichtung abgestützt.
Um etwaige Maßabweichungen auszukorrigieren, können diese bezogen auf die jeweilige Stellung des Gelenkbauteils ermittelt und die Druckkraft dann entsprechend des Verlaufs der Abweichung moduliert werden. Über die Variation der Druckkraft lässt sich so eine besonders hohe Maßhaltigkeit der Kugellaufbahn erzielen.
Vorzugsweise erfolgt das Vermessen der Kugellaufbahn in einem ersten Hub des Gelenkbauteils relativ zu dem Druckelement. Die Druckbeaufschlagung der Kugellaufbahn mit dem Druckelement wird dann während eines unmittelbar anschließenden Rückhubs unter Berücksichtigung der gemessenen Größen vorgenommen. Dies gestattet eine besonders effiziente Fertigung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kugellaufbahnen 1 an Gleichlaufgelenken unter Verwendung von Druckelementen 2, mit denen vorgefertigte Kugellaufbahnen 1 geglättet und gegebenenfalls fertiggeformt werden.
Hierzu werden die Druckelemente 2 und das betreffende Gelenkbauteil 3 entlang der jeweiligen Kugellaufbahn 1 relativ zueinander bewegt. Vorzugsweise sind die Druckelemente 2 dabei als Wälzkörper ausgeführt, die während der Bearbeitung in den Kugellaufbahnen 1 abrollen.
Im Folgenden wird die Herstellung der Kugellaufbahnen 1 beispielhaft anhand eines solchen Rollierverfahrens erläutert.
Bevor die Kugellaufbahnen 1 einem solchen Rollieren unterzogen werden, wird zunächst ein Gelenkbauteil 3 wie beispielsweise die in 1 dargestellte Gelenknabe in an sich bekannter Weise gefertigt und mit Kugellaufbahnen 1 versehen. Die Kugellaufbahnen 1 können sowohl umformtechnisch als auch durch eine spanende Bearbeitung in das Gelenkbauteil 3 eingebracht werden. Insbesondere ist es möglich, die Kugellaufbahnen 1 zunächst vorzufräsen. Anschließend werden die so hergestellten Kugellaufbahnen 1 gehärtet.
Beim Härten auftretende Verzüge werden herkömmlicherweise durch eine spanende Hartbearbeitung ausgeglichen. Erfindungsgemäß kann jedoch durch Einsatz des oben skizzierten Rollierverfahrens auf eine solche Hartbearbeitung verzichtet werden.
Hierzu wird das Gelenkbauteil 3 an einer nicht näher dargestellten Spanneinrichtung 7 festgelegt, welche es gestattet, das Gelenkbauteil 3 entlang seiner späteren Drehachse A axial zu verfahren und gegebenenfalls um diese zu drehen.
Um die Spanneinrichtung sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Druckelemente 2 einander gegenüberliegend angeordnet, welche mittels geeigneter Translationvorrichtungen 4 in Radialrichtung der Drehachse A zustellbar sind, um Druckkräfte zu erzeugen. Die Druckelemente 2 sind als Wälzkörper ausgestaltet, welche vorzugsweise dem benötigten Querschnittsprofil der Kugellaufbahnen angepasst sind, so dass sich sowohl Kugellaufbahnen 1 mit kreisbogenförmigem Querschnitt als auch mit elliptischem Querschnitt herstellen lassen.
In die Translationvorrichtungen 4 sind Wegmesssysteme 5 integriert, welche es gestatten, die Kugellaufbahnen 1 durch Abtasten über die Druckelemente 2 zu vermessen und entsprechende Weggrößensignale s₁ und s₂ zu erhalten. Ein weiteres Wegmesssystem 6 ist an der Spannvorrichtung 7 angeordnet, so dass die Position s₃ des Gelenkbauteils 3 entlang der Achse A gemessen werden kann.
Nach einem Einspannen eines Gelenkbauteils 3 in der Spannvorrichtung 7 werden die beiden in 1 dargestellten Druckelemente 2 in Anlage gegen jeweils eine Kugellaufbahn 1 gefahren. Anschließend wird die Spannvorrichtung 7 mit dem Gelenkbauteil 3 durch Kraftbeaufschlagung F₃ entlang der Achse A bewegt, so dass die Druckelemente 2 entlang der Kugellaufbahnen 1 abwälzen.
Während dieses Vorgangs Werden die Abmessungen der Kugellaufbahnen 1 entlang des Verlaufs derselben mittels der in die Translationvorrichtungen 4 integrierten Wegmesssysteme 5 gemessen und der Verlauf in Abhängigkeit der Position des Gelenkbauteils 3 entlang der Achse A in einer Steuervorrichtung 8 aufgezeichnet. Aus diesem Verlauf werden durch Vergleich mit einem Sollverlauf der jeweiligen Kugellaufbahn 1 etwaige Abweichungen ermittelt und die benötigten Kraftgrößen bzw. Zustellparameter für die Druckelemente 2 bestimmt.
Nach Beendigung des Hubs zur Vermessung der Kugellaufbahn 1 wird die Bewegungsrichtung des Gelenkbauteils 3 umgekehrt. Gleichzeitig wird hierbei gesteuert durch die Steuervorrichtung 8 die jeweilige Kugellaufbahn 1 durch eine definierte Druckkraftbeaufschlagung F₁ bzw. F₂ mittels der Druckelemente 2 geglättet und die mittlere Rauhtiefe verringert. Hierbei können ferner etwaig ermittelte Abweichungen vom Sollverlauf vermindert und die Oberfläche verfestigt werden.
Insbesondere ist es möglich, durch eine Modulierung der Druckkraft F₁ bzw. F₂ entlang des Verlauf einer Kugellaufbahn 1 lokale Abweichungen derselben vom Sollverlauf bezogen auf die jeweilige Position des Gelenkbauteils 3 entlang der Achse A auszugleichen.
Ist lediglich ein Druckelement 2 vorhanden, muss dieser Vorgang für jede Kugellaufbahn 1 an einem Gelenkbauteil 3 separat durchgeführt werden. Vorzugsweise werden daher mehrere Druckelemente 2 um ein Gelenkbauteil 3 angeordnet, wodurch die Fertigungszeit vermindert wird. Die Anordnung der Druckelemente 2 erfolgt dabei so, dass sich die Druckkräfte im Wesentlichen gegeneinander aufheben. Wie in 1 dargestellt, werden zwei Druckelemente 2 bevorzugt einander gegenüberliegend angeordnet, während für eine Anzahl von drei Druckelementen 2 eine Anordnung in einem Winkelabstand von 120° zu bevorzugen ist.
Sind alle Kugellaufbahnen 1 bearbeitet worden, kann das Gelenkbauteil 3 aus der Spanneinrichtung genommen und in ein Gleichlaufgelenk eingebaut werden. Eine weitere Bearbeitung der Kugellaufbahnen 1 nach dem Rollieren ist hierzu nicht erforderlich. Insbesondere kann eine abschließende spanende Hartbearbeitung der Kugellaufbahnen 1 unterbleiben.
Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Gelenknabe 3, die über eine zentrale Öffnung 9 aufgespannt wird. Es ist jedoch auch möglich, das erläuterte Fertigungsprinzip auf Gelenkaußenteile zu übertragen, bei denen die Kugellaufbahnen am Innenumfang ausgebildet sind.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Kugellaufbahn
2: Druckelement
3: Gelenkbauteil
4: Translationsvorrichtung
5: Wegmesssystem
6: Wegmesssystem
7: Spannvorrichtung
8: Steuereinrichtung
9: Zentralöffnung
s: Weggröße
F: Kraftgröße

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005019160 A1 [0003, 0004, 0005]
- EP 0921329 A1 [0005]
- DE 10142805 C2 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenken, bei dem der Verlauf einer in ein Gelenkbauteil (3) eingebrachten Kugellaufbahn (1) vermessen wird und die Kugellaufbahn (1) durch ein Druckelement (2) während einer Relativbewegung zwischen der Kugellaufbahn und dem Druckelement (2) entlang des Verlaufs der Kugellaufbahn (1) mit einer in Abhängigkeit der Vermessung vorgegebenen Druckkraft (F₁, F₂) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vermessung Abweichungen zu einem Sollverlauf der Kugellaufbahn (1) ermittelt werden, und die Druckkraft in Abhängigkeit der ermittelten Abweichungen derart eingestellt wird, um die Abweichungen zu vermindern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (2) entlang der Kugellaufbahn (1) abgewälzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei einander gegenüberliegende Kugellaufbahnen (1) durch separate Druckelemente (2) bearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen über das Druckelement (2) abgetastet werden, wobei das Druckelement (2) in ein Wegmesssystem (5) integriert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Relativbewegung entlang der Kugellaufbahn (1) das Gelenkbauteil (3) längs einer Achse (A) verfahren wird, das Druckelement (2) bezogen auf die Längsrichtung dieser Achse (A) hingegen stationär bleibt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkbauteil (3) während des Verfahrens längs der Achse (A) um diese gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (2) radial zu der Achse (A) zustellbar ist, um eine Druckkraft zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkbauteil (3) an einer Spanneinrichtung (7) gehalten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen der Kugellaufbahn bezogen auf die jeweilige Stellung des Gelenkbauteils (3) ermittelt und die Druckkraft entsprechend des Verlaufs der Abweichung moduliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermessen der Kugellaufbahn (1) in einem ersten Hub des Gelenkbauteils (3) relativ zu dem Druckelement (2) erfolgt und die Druckbeaufschlagung der Kugellaufbahn (1) mit dem Druckelement (2) während eines unmittelbar anschließenden Rückhubs erfolgt.
Gleichlaufgelenk, gekennzeichnet durch ein Gelenkbauteil (3) mit rollierten Kugellaufbahnen (3).
Gleichlaufgelenk, gekennzeichnet durch ein Gelenkbauteil (3) mit nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Kugellaufbahnen (3).