DE102007024308A1

DE102007024308A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufgelenks

Info

Publication number: DE102007024308A1
Application number: DE102007024308A
Authority: DE
Inventors: Georg Bergmann; Torsten Giessler; Lars Kunz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-11-27

Abstract

Zur Herstellung eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufgelenks werden ein Gelenkstück (2), das an seinem Innenumfang eine Vielzahl von Kugellaufbahnen (3) aufweist, und ein Gelenkboden (5), der einen Achszapfen (7) aufweist, durch Schweißen verbunden. Das Gelenkstück (2) und der Gelenkboden (5) werden nach dem Härten sowie einer gegebenenfalls erforderlichen Fertigbearbeitung der Kugellaufbahnen (3) mit an ihren Stirnseiten (13, 14) ausgebildeten Stoßflächen (10, 11) in Anlage gebracht und an diesen durch ein Impulsschweißverfahren im Wesentlichen ohne Beeinträchtigung der Gefügestruktur der Kugellaufbahnen (3) miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine einfache, schnelle und kostengünstige Herstellung. Weiterhin wird ein entsprechend herstellbares Gelenkaußenteil beschrieben, das ein radial innenseitig an die Schweißnaht (9) angrenzendes Labyrinth (12) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufgelenks mit einem Gelenkstück, das an seinem Innenumfang eine Vielzahl von Kugellaufbahnen aufweist, und einem Gelenkboden mit einem Achszapfen, bei dem das Gelenkstück und der den Achszapfen aufweisende Gelenkboden miteinander durch Schweißen verbunden werden.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks, umfassend ein Gelenkstück, das an seinem Innenumfang eine Vielzahl von Kugellaufbahnen aufweist, und einen Gelenkboden mit einem Achszapfen, wobei das Gelenkstück und der den Achszapfen aufweisende Gelenkboden miteinander verschweißt sind und eine umlaufende Schweißnaht zwischen Stoßflächen des Gelenkstücks und des Gelenkbodens gebildet ist.
Ein derartiges Gelenkaußenteil ist aus der DE 10 2004 062 844 A1 bekannt. Weiterhin wird dort offenbart, das Gelenkstück und den Gelenkboden durch Reibschweißen miteinander zu verbinden. Im Zusammenhang mit der Herstellung einer Zwischenwelle, die mit einem Gelenkinnenteil eines Gleichlaufgelenks verschweißt ist, wird ferner offenbart, nach dem Herstellen der Schweißverbindung eine Wärmebehandlung vorzunehmen, um die Zwischenwelle und das Gelenkinnenteil zu härten. Für die Herstellung eines Gelenkaußenteils ist eine solche Vorgehensweise technisch und zeitlich aufwändig.
Weiterhin ist aus der DE 40 23 019 A1 eine Einheit aus einer Radnabe und einem Gleichlaufgelenk bekannt, bei der ein Gelenkstück des Gleichlaufgelenks auf einen Wellenabschnitt der Radnabe aufgesteckt und an diesen angeschweißt ist. An der Radnabe ist ein Wälzlager zwischen dem Gelenkstück und dem Wellenabschnitt eingespannt und durch die Schweißverbindung zwischen dem Gelenkstück und dem Wellenabschnitt der Radnabe fixiert. Die Herstellung der Schweißverbindung erfolgt durch Laserenergie, wobei eine oder mehrere vollständige Umfangsschweißungen vorgesehen werden können. Laserschweißverfahren sind jedoch apparativ sehr aufwändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Gelenkaußenteils weiter zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufgelenks gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das sich auf die Herstellung eines Gelenkaußenteils bezieht, welches ein Gelenkstück mit einer Vielzahl von Kugellaufbahnen am Innenumfang und einen Gelenkboden mit einem Achszapfen aufweist, werden das Gelenkstück und der Gelenkboden miteinander durch Schweißen verbunden. Das Gelenkstück und der Gelenkboden werden nach dem Härten der Kugellaufbahnen sowie einer gegebenenfalls erforderlichen Fertigbearbeitung der Kugellaufbahnen mit an ihren Stirnseiten ausgebildeten Stoßflächen in Anlage gebracht und an diesen durch ein Impulsschweißverfahren im wesentlichen ohne Beeinträchtigung der Gefügestruktur der Kugellaufbahnen miteinander verbunden.
Dies ermöglicht im Vergleich zu den vorstehend genannten Verfahren nach dem Stand der Technik eine erheblich kürzere Fertigungszeit sowie einen geringeren Aufwand an Fertigungsmitteln. Hieraus resultiert eine schnelle und kostengünstige Herstellung.
Zudem bleibt die thermische Beanspruchung insbesondere des Gelenkstücks und der Kugellaufbahnen desselben minimal. Infolgedessen ist es möglich, in Bezug auf die Kugellaufbahnen bereits fertig bearbeitete Gelenkstücke an einen Gelenkboden anzuschweißen. Die Schweißnaht kann dabei sehr nahe an den Kugellaufbahnen positioniert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Stoßflächen durch Kondensatorentladungsschweißen miteinander verbunden. Der eigentliche Schweißvorgang beträgt in diesem Fall lediglich wenige Millisekunden. Das gesamte Bauteil wird hierbei kaum wärmer als etwa 60 bis 70°C. Zudem bleibt die Wärmeeinflusszone insgesamt sehr klein.
Durch das Schweißen kann es allerdings im Bereich der Schweißnaht zu einer starken Aufhärtung kommen. Dem kann zum Beispiel durch ein Vorwärmen der zu fügenden Komponenten vorgebeugt werden. Vorzugsweise wird das Gelenkaußenteil zumindest im Bereich seiner Schweißstelle vor dem Schweißen auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 80°C gebracht.
Weiterhin können zur Verminderung der Abschreckwirkung unmittelbar nach dem Verschweißen ein oder mehrere Nachimpulse zum Wärmeeintrag in das Gelenkaußenteil eingebracht werden, so dass die Schweißnaht etwas langsamer abkühlt und mehr Zeit für Gefügeumgitterungsprozesse zur Verfügung steht, wodurch letztlich die Härte verringert und die Duktilität erhöht wird.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden während des Schweißens das Gelenkstück und der Gelenkboden an ihren Stoßseiten mit einer voreingestellten Axialkraft gegeneinander gepresst. Durch eine Abstimmung der Schweißenergie und der axialen Schweißkraft lassen sich die Schweißergebnisse sehr gut reproduzieren und überwachen.
Weiterhin ist es möglich, an dem Gelenkstück zunächst ein Gelenkinnenteil sowie Kugeln zu montieren und das Gelenkstück erst danach an den Gelenkboden anzuschweißen. Da die Kugellaufbahnen bereits vor dem Schweißen fertigbearbeitet werden können und durch das Schweißen nicht beeinträchtigt werden, und da ferner die Wärmeeinflusszone bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr klein bleibt, ist es möglich, zunächst Innenkomponenten des Gelenks oder Baugruppen desselben an dem Gelenkstück zu montieren und diese Einheit dann mit dem Gelenkboden zu verschweißen.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks gemäß Anspruch 7 gelöst. Das erfindungsgemäße Gelenkaußenteil umfasst ein Gelenkstück, das an seinem Innenumfang eine Vielzahl von Kugellaufbahnen aufweist, und einen Gelenkboden mit einem Achszapfen, wobei das Gelenkstück und der den Achszapfen aufweisende Gelenkboden miteinander verschweißt sind und eine umlaufende Schweißnaht zwischen Stoßflächen des Gelenkstück und des Gelenkboden gebildet ist. Dabei ist zwischen dem Gelenkstück und dem Gelenkboden ein radial innenseitig an die Schweißnaht angrenzendes Labyrinth vorgesehen.
Diese Stoßgeometrie eignet sich besonders für das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren. Zudem wird ein Verziehen des Bauteils vermieden und die Gefahr einer Gefügebeeinträchtigung der Kugellaufbahnen verringert. Auch können Schweißperlen nicht zu den Kugellaufbahnen vordringen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gelenkaußenteils weist das Labyrinth auf Seiten des Gelenkstück und/oder des Gelenkbodens eine ringnutförmige Auskehlung sowie einen radial anschließenden Spalt mit geringerer Axialweite auf. Durch die Auskehlung wird eine Verjüngung der Bauteilstruktur der betreffenden Komponente erzielt, welche es ermöglicht, die Ableitung der während des Schweißvorgang entstehende Wärme in eine bestimmte Richtung zu unterbinden und in eine andere zu kanalisieren. So können beispielsweise an dem Gelenkaußenteil die Kugellaufbahnen durch eine solche Auskehlung gegenüber der Schweißnaht isoliert werden. Dadurch können das Gelenkstück und der Gelenkboden sehr nahe zu den Kugellaufbahnen miteinander gefügt werden. Das Gelenkstück lässt sich so als im Wesentlichen zylindrische Scheibe herstellen, dessen Axiallänge derjenigen der Kugellaufbahnen entspricht.
Die Auskehlung kann beispielsweise unmittelbar an die Schweißnaht angrenzend angeordnet werden. Sie lässt sich so im Zusammenhang mit der Vorbereitung der Stoßfläche sehr einfach fertigen. Zwischen der Auskehlung und der Schweißnaht kann jedoch auch ein Absatz vorgesehen werden.
Es hat sich herausgestellt, dass durch die Anordnung eines Labyrinths zwischen den Stirnflächen des Gelenkstücks und des Gelenkbodens besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Vorzugsweise wird die Schweißnaht in Radialrichtung mit einer Breite von 1 bis 2 mm ausgeführt.
Mit der vorstehend erläuterten Geometrie in Verbindung mit einem Impulsschweißverfahren kann sichergestellt werden, dass die Gefügestruktur der gehärteten Kugellaufbahnen durch die Schweißnaht unbeeinträchtigt ist.
Dies kommt vorzugsweise dadurch zum Ausdruck, dass die Kugellaufbahnen entlang ihres Verlaufs eine gleich bleibende Oberflächenhärte aufweisen.
Weiter ist zu beobachten, dass im Idealfall die Schweißaufhärtung um die Schweißnaht bis zu den Kugellaufbahnen abgeklungen ist.
Vorzugsweise sind das Gelenkstück und der Gelenkboden aus Vergütungsstahl wie beispielsweise CF53 oder C45 gefertigt. In diesem Fall ist die Härte des Gelenkstücks und des Gelenkbodens in einem Abstand von 1,5 mm von der Schweißnaht auf unter 250 HV abgeklungen.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Achszapfen einen Anschlussabschnitt für eine in Umfangsrichtung formschlüssige Kraftübertragung auf. Dies gestattet eine lösbare Ankopplung an eine Welle oder eine Radnabe innerhalb eines Antriebsstrangs, so dass das Gelenk im Schadensfall einfach ausgetauscht werden kann. Der Achszapfen kann dabei als Hohlwelle oder als Vollwelle, gegebenenfalls integral mit dem Gelenkboden, ausgeführt sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine räumliche Ansicht eines Gelenkaußenteils für ein Gleichlaufgelenk nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Längsschnittansicht des Gelenkaußenteils nach 1 vor dem Verschweißen des Gelenkstücks mit dem Gelenkboden,
3 eine Detailansicht der Stirnseiten des Gelenkstücks und des Gelenkbodens mit an diesen ausgebildeten Stoßflächen,
4 eine Detailansicht der Schweißnaht im Schnitt,
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Härteverlaufs in Abhängigkeit des Abstands von der Schweißnaht, und in
6 eine räumliche Ansicht eines Gelenkaußenteils für ein Gleichlaufgelenk nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit modifizierten Stoßflächen.
Das in den 1 bis 5 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Gelenkaußenteil 1 für ein Gleichlaufgelenk. Gleichlaufgelenke werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Drehmomente zwischen zueinander angewinkelten und/oder versetzten Drehachsen zu übertragen. Je nach Einsatzzweck können Gleichlaufgelenke als Festgelenke oder als Verschiebegelenke mit Axialausgleich ausgeführt werden. Zudem wird zwischen Kugelgelenken und Tripodegelenke unterschieden. Das nachfolgend näher erläuterte Gelenkaußenteil 1, das im Zusammenhang mit einem Kugelgelenk beschrieben wird, lässt sich prinzipiell für alle genannten Gelenktypen verwenden.
Das Gelenkaußenteil 1 umfasst ein Gelenkstück 2, das an seinem Innenumfang eine Vielzahl von Kugellaufbahnen 3 aufweist. Unter dem Begriff „Kugellaufbahnen" werden im Hinblick auf die Verwendung des Gelenkaußenteils 1 in einem Tripodegelenk vorliegend auch Laufbahnen solcher Gelenke verstanden, obgleich dort die drehmomentübertragenden Wälzkörper zwar gekrümmte Wälzflächen aufweisen, jedoch im strengen Sinn keine Kugeln darstellen. Das Gelenkstück 2 ist, wie in 2 gezeigt, im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und kann einen im Wesentlichen zylindrischen Außenumfang aufweisen. Dabei erstrecken sich die Kugellaufbahnen 3 jeweils über die gesamte Axiallänge des Gelenkstücks 2. Da das Gelenkstück 2 zudem in Axialrichtung an beiden Seiten offen ist, lassen sich die Kugellaufbahnen 3 sehr gut herstellen.
Weiterhin umfasst das Gelenkaußenteil 1 einen zunächst separaten Gelenkboden 5, der an das Gelenkstück 2 angeschweißt ist und eine Axialöffnung 4 des Gelenkstücks 2 verschließt. Der Gelenkboden 5 ist an seiner zu dem Gelenkstück 2 weisenden Seite mit Ausnehmungen 6 versehen, welche einen Aufnahmeraum für die hier nicht näher dargestellten Innenkomponenten des Gelenks, insbesondere ein Gelenkinnenteil, einen Käfig sowie Kugeln, bei einer Beugung desselben bereitstellen.
An dem Gelenkboden 5 ist an der dem Gelenkstück 2 gegenüberliegenden Seite ein Achszapfen 7 vorgesehen. Dieser Achszapfen 7 kann entweder integral mit dem Gelenkboden 5 ausgeformt oder eigens an diesem befestigt sein. Über den Achszapfen 7 lässt sich das' Gelenkaußenteil 1 an eine Komponente eines Antriebsstrangs anschließen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Anschluss lösbar ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise an einem axialen Endabschnitt des Achszapfens 7 ein Anschlussabschnitt 8 für eine in Umfangsrichtung formschlüssige Kraftübertragung, insbesondere eine Verzahnungsstruktur, vorgesehen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit integraler Bauweise ist der Achszapfen 7 beispielhaft als Vollwelle ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, insbesondere bei Verwendung eines an dem Gelenkboden 2 eigens befestigten Achszapfens, den Achszapfen als Hohlwelle auszuführen.
Die Schweißverbindung zwischen dem Gelenkstück 2 und dem Gelenkboden 5 ist in 4 näher dargestellt. Zur Abdichtung des Gelenkaußenteils 1 ist eine umlaufende Schweißnaht 9 zwischen stirnseitigen Stoßflächen 10 und 11 des Gelenkstücks 2 und des Gelenkbodens 5 vorgesehen. Radial innenseitig der Schweißnaht 9 ist zwischen dem Gelenkstück 2 und dem Gelenkboden 5 ein Labyrinth 12 vorgesehen, so dass sich das Gelenkstück 2 und der Gelenkboden 5 an entsprechenden Abschnitten ihrer Stirnseiten 13 bzw. 14 nicht berühren, sondern mit einem geringen Spaltmaß von maximal 2 bis 3 mm voneinander beabstandet sind.
Die Schweißnaht 9 ist vorzugsweise unmittelbar angrenzend an den Außenumfang des Gelenkstücks 2 angeordnet. Der Gelenkboden 5 ist dementsprechend weit radial nach außen geführt. Die Breite der Schweißnaht 9 beträgt in Radialrichtung etwa 1 bis 2,5 mm.
Prinzipiell kann das Labyrinth 12 durch einen ringförmigen Spaltraum zwischen dem Gelenkstück 2 und dem Gelenkboden 5 gebildet werden. Vorzugsweise weist das Labyrinth 12 jedoch zusätzlich auf Seiten des Gelenkstücks 2 und/oder des Gelenkbodens 5 eine ringnutförmige Auskehlung 15 auf. Diese grenzt bei dem ersten Ausführungsbeispiel radial innenseitig unmittelbar an die Schweißnaht 9 an, so dass sich dort gegenüber dem radial nach innen fortgesetzten Spalt 16 eine größere Axialweite ergibt.
Durch die Auskehlung 15, die bei der Schweißvorbereitung der Stoßfläche 10 des Gelenkstücks 2 durch einen Rücksprung 17 angelegt wird, lässt sich die Gefahr des Eindringens von Schweißperlen zu den Innenkomponenten eines Gelenks verringern. Zudem kann so die Wärmeinflusszone um die Schweißnaht 9 beeinflusst werden, um eine Wärmeableitung in eine gewünschte Richtung zu kanalisieren. An dem Gelenkstück 2 können dadurch die der Schweißnaht 9 am nächsten liegenden Bereiche der bereits gehärteten Kugellaufbahnen 3 gegen eine deren Härtung gefährdende Erwärmung geschützt werden.
Da das Gelenkstück 2 und der Gelenkboden 5 beim Schweißen axial zusammengedrückt werden, somit beide Komponenten durch das Aufschmelzen der Stoßflächen 10 und 11 etwas ineinander einsinken, kann an einer der Stoßflächen, beispielsweise der zurückgesetzten Stoßfläche 10 an der Stirnseite 13 des Gelenkstücks 2 ein dachkantförmiger Vorsprung 18 vorgesehen werden. Dieser bildet mit der gegenüberliegenden Stoßfläche 11 an der Stirnseite 14 des Gelenkbodens 5 zunächst eine schmale, ringförmige Anlagefläche, so dass der Vorsprung 18 bei einem Widerstandsschweißverfahren zuverlässig aufgeschmolzen wird.
Durch den Einsatz eines Impulsschweißverfahrens lässt sich der Wärmeeintrag in das Gelenkstück 2 und den Gelenkboden 5 sehr gering halten. Dies ist deswegen von Bedeutung, weil gemäß der Erfindung das Gelenkstück 2 und der Gelenkboden 5 miteinander verschweißt werden, nachdem die Kugellaufbahnen 3 gehärtet und gegebenenfalls fertigbearbeitet worden sind. Eine zu starke Erwärmung der Kugellaufbahnen 3 würde das Härtungsgefüge beeinträchtigen und zu einem Abfall der ursprünglich eingestellten Härtewerte der Kugellaufbahnen 3 führen. Angesichts der im Betrieb auftretenden Beanspruchungen der Kugellaufbahnen 3 wäre die Lebensdauer eines solchen Gelenks stark eingeschränkt.
Erfindungsgemäße Gelenkaußenteile 2 zeichnen sich daher dadurch aus, dass diese trotz der relativen Nähe der Schweißnaht 9 zu den Kugellaufbahnen 3 an den Kugellaufbahnen 3 eine durch die Schweißnaht 9 unbeeinträchtigte Gefügestruktur aufweisen. Dies lässt sich beispielsweise dadurch feststellen, dass die Kugellaufbahnen 3 entlang ihres Verlaufs eine gleich bleibende Oberflächenhärte besitzen.
Eine im Bereich der Schweißnaht 9 unvermeidliche Schweißaufhärtung ist bis zu den Kugellaufbahnen 3 abgeklungen. 5 zeigt den Verlauf der Oberflächenhärte an einem aus CF53 gefertigten Gelenkstück 2 und einem aus C45 gefertigten Gelenkboden 5 in Abhängigkeit des Abstands von der Schweißnaht 9. Durch das Schweißen werden in unmittelbarer Nähe der Schweißnaht 9 Härtewerte von bis zu 700 HV (Vickershärte) erreicht, die jedoch in einem Abstand von 1,5 mm von der Schweißnaht 9 auf unter 250 HV abgeklungen sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 6 dargestellt. Dieses stellt eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels dar, wobei einander entsprechende Elemente in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel primär durch die Gestaltung der Schweißstelle bzw. des Labyrinths 12 zwischen dem Gelenkstück 2 und dem Gelenkboden 5. Letzterer ist hier, wie oben bereits angedeutet, mit einem als Hohlwelle ausgeführten Achszapfen 7 versehen. Als Anschlussabschnitt 8 für eine in Umfangsrichtung formschlüssige Kraftübertragung dient eine Innenverzahnungsstruktur.
Das Labyrinth 12 des Gelenkaußenteils 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst einen ringförmigen Spaltraum 16, der zwischen Stirnseiten 13 und 14 des Gelenkstücks 2 und des Gelenkbodens 5 gebildet ist. Weiterhin weist das Labyrinth 12 auf Seiten des Gelenkstücks 2 eine ringnutförmige Auskehlung 15 auf, die sich um ein Vielfaches des Spaltmaßes des Spaltraums 16, welches auch hier maximal 2 bis 3 mm beträgt, axial in die Stirnwand 13 des Gelenkstücks 2 hineinerstreckt. Hierdurch wird eine besonders gute thermische Abschirmung der nächstliegenden Abschnitte der Kugellaufbahnen 3 gegenüber der Schweißnaht 9 erzielt. Alternativ oder ergänzend kann eine entsprechende, gegebenenfalls nicht so tiefe Auskehlung auf Seiten des Gelenkbodens 5 vorgesehen werden. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen der außenliegenden Schweißnaht 9 und der ringnutförmige Auskehlung 15 zusätzlich ein Absatz 19 vorgesehen. Das Eindringen von Schweißperlen in den Innenraum des Gelenks ist hier praktisch ausgeschlossen.
Zur Herstellung der vorstehend erläuterten Gelenkaußenteile 1 werden zunächst das Gelenkstück 2 und der Gelenkboden 5 fertigbearbeitet, bevor diese miteinander verschweißt werden. Insbesondere werden an dem Gelenkstück 2 vor einem verschweißen zunächst die Kugellaufbahnen 3 ausgebildet, gehärtet und, sofern nötig, fertigbearbeitet.
Zum Schweißen kommt ein Impulsschweißverfahren zum Einsatz. Zwar ist es prinzipiell möglich, die Stoßflächen 10 und 11 durch Laserschweißen miteinander zu verbinden. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch das Kondensatorentladungsschweißen herausgestellt. Bei diesem Schweißverfahren wird ein Hochstromimpuls, der über eine transformierte Kondensatorentladung erzeugt wird, in das Gelenkstück 2 und den Gelenkboden 5 eingebracht, die über ihre Stoßflächen 10 und 11 mit einer voreingestellten Axialkraft gegeneinander gepresst werden. Die reine Schweißzeit beträgt hier lediglich circa 10 ms. Bedingt durch diese extrem kurze Schweißzeit bleibt die eingebrachte Energie auf eine sehr kleine Wärmeeinflusszone um die Stoßflächen 10 und 11 beschränkt. Derart geschweißte Gelenkaußenteile 1 kommen praktisch kalt aus einer Schweißvorrichtung und bleiben formbeständig. Hierdurch lassen sich sehr kurze Prozesszeiten realisieren, die gegenüber anderen Schweißverfahren einen erheblichen Zeitgewinn bedeuten. Während eines Werkstückwechsels wird die Kondensatorbatterie der Schweißvorrichtung für den nächsten Hochstromimpuls aufgeladen.
Zum Schweißen werden das Gelenkstück 2 und der Gelenkboden 5 jeweils an eine Elektrode angeschlossen, zueinander ausgerichtet und mit ihren Stoßflächen 10 und 11 gegeneinander gedrückt. Bei Aufbringen des Hochstromimpulses verschweißen diese dann miteinander.
Durch die Wärmeableitung der sehr lokal eingebrachten Schweißenergie kommt es zu einer relativ hohen Abkühlgeschwindigkeit an dem Gelenkstück 2 und dem Gelenkboden 5 und damit zu einer verhältnismäßig starken Aufhärtung. Durch einen gezielten Wärmeeintrag kann die Abkühlgeschwindigkeit und damit die Aufhärtung vermindert werden. Dazu ist es beispielsweise möglich, unmittelbar nach dem Verschweißen ein oder mehrere Nachimpulse in das Gelenkaußenteil 1 einzubringen, wodurch sich dieses erwärmt.
Alternativ oder ergänzend ist es ferner möglich, die miteinander zu fügenden Komponenten bereits vor dem Schweißen zu erwärmen. So können diese beispielsweise zumindest im Bereich der Stoßflächen 10 und 11 vor dem Schweißen auf eine Temperatur im Bereich von etwa 50 bis 80°C gebracht werden.
Die vorstehend erläuterte Vorgehensweise gestattet es, an dem Gelenkstück 2 bereits weitere Gelenkkomponenten, wie beispielsweise ein Gelenkinnenteil oder einen Käfig zu montieren, bevor das Gelenkstück 2 mit dem Gelenkboden 5 verschweißt wird.
Entsprechend hergestellte Gelenkaußenteile 1 der vorstehend erläuterten Bauart zeichnen sich durch eine besonders geringe thermische Belastung aus. insbesondere werden bereits gehärteten Kugellaufbahnen 3 nicht durch das Zusammenfügen des Gelenkstücks 2 mit dem Gelenkboden 5 beeinträchtigt. Eine entsprechend gebildete Schnittstelle bietet erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Vorbereitung der Komponenten eines Gelenkaußenteils 1. Durch das vorstehend erläuterte Fügeverfahren wird die Fertigung weiter vereinfacht. Zudem ergibt sich im Vergleich zu herkömmlicherweise bei der Herstellung von Gelenkaußenteilen 1 eingesetzten Fügeverfahren ein erheblicher Zeitgewinn verbunden mit einer Verminderung des apparativen Aufwands in Bezug auf die Fertigungsmittel.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Gelenkaußenteil
2: Gelenkstück
3: Kugellaufbahn
4: Axialöffnung
5: Gelenkboden
6: Ausnehmung
7: Achszapfen
8: Anschlussabschnitt
9: Schweißnaht
10: Stoßfläche am Gelenkstück
11: Stoßfläche an Gelenkboden
12: Labyrinth
13: Stirnfläche am Gelenkstück
14: Stirnfläche am Gelenkboden
15: Auskehlung
16: Spalt
17: Rücksprung
18: dachkantförmiger Vorsprung
19: Absatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004062844 A1 [0003]
- DE 4023019 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufgelenks mit einem Gelenkstück (2), das an seinem Innenumfang eine Vielzahl von Kugellaufbahnen (3) aufweist, und einem Gelenkboden (5) mit einem Achszapfen (7), bei dem das Gelenkstück (2) und der den Achszapfen (7) aufweisende Gelenkboden (5) miteinander durch Schweißen verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen (3) gehärtet werden und das Gelenkstück (2) und der Gelenkboden (5) nach dem Härten der Kugellaufbahnen (3) sowie einer gegebenenfalls erforderlichen Fertigbearbeitung der Kugellaufbahnen (3) mit an ihren Stirnseiten (13, 14) ausgebildeten Stoßflächen (10, 11) in Anlage gebracht und an diesen durch ein Impulsschweißverfahren im wesentlichen ohne Beeinträchtigung der Gefügestruktur der Kugellaufbahnen (3) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßflächen (10, 11) durch Kondensatorentladungsschweißen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkaußenteil (1) zumindest im Bereich seiner Stoßflächen (10, 11) vor dem Schweißen auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 80°C gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Verschweißen ein oder mehrere Nachimpulse zum Wärmeeintrag in das Gelenkaußenteil (1) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißens das Gelenkstück (2) und der Gelenkboden (5) an ihren Stoßflächen (10, 11) mit einer voreingestellten Axialkraft gegeneinander gepresst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gelenkstück (2) Gelenkinnenbauteile montiert werden und das Gelenkstück (2) anschließend an den Gelenkboden (5) angeschweißt wird.
Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks, umfassend: ein Gelenkstück (2), das an seinem Innenumfang eine Vielzahl von Kugellaufbahnen (3) aufweist, und einen Gelenkboden (5) mit einem Achszapfen (7), wobei das Gelenkstück (2) und der Gelenkboden (5) miteinander verschweißt sind und eine umlaufende Schweißnaht (9) zwischen Stoßflächen (10, 11) des Gelenkstücks (2) und des Gelenkbodens (5) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gelenkstück (2) und dem Gelenkboden (5) ein radial innenseitig an die Schweißnaht (9) angrenzendes Labyrinth (12) vorgesehen ist.
Gelenkaußenteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Labyrinth (12) auf Seiten des Gelenkstücks (2) und/oder des Gelenkbodens (5) eine ringnutförmige Auskehlung (15) sowie einen radial daran anschließenden Spalt (16) mit geringerer Axialweite aufweist.
Gelenkaußenteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskehlung (15) unmittelbar an die Schweißnaht (9) angrenzt.
Gelenkaußenteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auskehlung (15) und der Schweißnaht (9) ein Absatz (19) vorgesehen ist.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (9) in Radialrichtung eine Breite von 1 bis 2 mm aufweist.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen (3) entlang ihres Verlaufs eine gleich bleibende Oberflächenhärte aufweisen.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügestruktur der gehärteten Kugellaufbahnen (3) durch die Schweißnaht (9) unbeeinträchtigt ist.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schweißaufhärtung um die Schweißnaht (9) bis zu den Kugellaufbahnen (3) abgeklungen ist.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Gelenkstücks (2) und des Gelenkbodens (5) in einem Abstand von 1,5 mm von der Schweißnaht (9) auf unter 250 HV abgeklungen ist.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Achszapfen (7) einen Anschlussabschnitt (8) für eine in Umfangsrichtung formschlüssige Kraftübertragung aufweist.