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Die
Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinheit mit mindestens
einem Bauteil zum Übertragen
von Drehmomenten über
jeweils zwei dem Bauteil angeformte, den Drehmomentfluß durch formschlüssigen Eingriff
mit anderen Elementen bewerkstelligenden Funktionsbereichen, wobei
wenigstens einer der beiden Funktionsbereiche als Profilierung,
wie Längsverzahnung,
ausgebildet ist.
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Solche
Drehmomentübertragungseinheiten sind
beispielsweise durch die
DE
102 20 715 A1 im Zusammenhang mit Seitenwellen bekannt
geworden und im Zusammenhang mit Längswellen z.B. durch die
DE 102 371 172 B3 .
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Bei
der
DE 102 20 715
A1 sind für
jedes der an beiden Enden der Seitenwelle vorgesehenen Kugelgleichlauffestgelenke
zwei solcher Bauteile vorhanden, an denen jeweils unterschiedliche,
dem jeweiligen Bauteil angeformte Funktionsbereiche vorgesehen sind,
die den Drehmomentenfluß durch formschlüssigen Eingriff
bewerkstelligen und von denen einer als Längsverzahnung ausgebildet ist.
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Es
handelt sich dabei bei dem einen Bauteil um das Gelenkaußenteil,
dessen einer, den Drehmomentenfluß durch formschlüssigen Eingriff
bewerkstelligender Funktionsbereich ein am Gelenkaußenteil
vorgesehener Anschlusszapfen mit angeformter Längsverzahnung ist und dessen
anderer, das Drehmoment übertragender
Funktionsbereich die Laufbahnen im Gelenkaußenteil für die Kugeln des Gelenks sind.
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Das
zweite Bauteil mit ebenfalls zwei Funktionsbereichen zum Übertragen
von Drehmoment ist dabei das Gelenkinnenteil mit im zentralen Innenbereich
angeformter Längsverzahnung
als der eine Funktionsbereich und mit angeformten Kugellaufbahnen
des Gelenkinnenteils als der andere Funktionsbereich.
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Bei
der Drehmomentübertragungseinheit
gemäß
DE 102 37 172 B3 ist
für jedes
der dort enthaltenen drei Gelenke ebenfalls jeweils ein Bauteil
mit 2 Funktionsbereichen zum Übertragen
von Drehmoment vorgesehen, nämlich
je ein Gelenkinnenteil mit angeformter Längs- bzw. Steckverzahnung als
der eine und angeformte Kugellaufbahnen als der andere Funktionsbereich.
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Bei
derartigen Bauteilen, also z.B. Gelenkteilen, wird die Innenverzahnung
in der Regel geräumt und
die Außenverzahnung
in der Regel durch Stoßen, Fräsen, Rollen
oder Walzen hergestellt und die Kugellaufbahnen durch spanbildende
Bearbeitung oder spanlos.
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Um
ausreichend Drehmoment übertragen
zu können,
sind zumindest die Kugellaufbahnen gehärtet. Diese Laufbahnen können induktiv
gehärtet
sein und der restliche Bereich, also auch die Längsverzahnung, kann auf der
Grundhärte
belassen werden. Dies ist zwar günstig
für die
Herstellung der Längsverzahnung,
lässt aber
nicht die hohen zu übertragenden
Drehmomentwerte und die gewünschte
Lebensdauer erreichen, die in vielen Fällen gefordert werden.
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Die
z.B. induktiv gehärteten
Kugellaufbahnen müssen
jedoch wegen des beim partiellen Härten stattfindenden Verzuges
nach dem Härten
hart bearbeitet werden, um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen,
es muss also hart gefräst
oder geschliffen werden.
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Eine
andere bekannte Möglichkeit
besteht darin, zunächst
die Verzahnung im weichen Zustand zu fertigen, das ganze Teil, also
mit angeformter Längsverzahnung,
Einsatz zu härten,
was aber einen Härteverzug
sowohl der Verzahnung als auch der Steckverzahnung ergibt, der nur
bei der Längsverzahnung
mit zusätzlichem
hohem Aufwand beseitigt werden kann, nämlich z.B. durch Harträumen in
der harten Schicht mit entsprechend geeigneten, jedoch teuren Spezialmaschinen
und Werkzeugen.
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Der
vorliegenden Erfindung lag zum einen die Aufgabe zugrunde, bei Drehmomentübertragungseinrichtungen
der eingangs genannten Art hohe Festigkeiten zu erhalten und damit
die Übertragung
von hohen Drehmomenten zu gewährleisten bei
hohen Genauigkeiten, also eine optimale Passung und einen optimalen
Rundlauf, sowie eine preiswerte und rationelle Herstellung zu ermöglichen und
die Lebensdauer von mit derartigen Bauteilen ausgerüsteten Aggregaten,
Maschinen und Einrichtungen zu erhöhen.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie
Kugelgleichlauffestgelenke als Gegenbahngelenke mit
- – einem
Gelenkaußenteil
mit Außenbahnen
- – einem
Gelenkinnenteil mit Innenbahnen
- – drehmomentübertragenden
Kugeln, die in Bahnpaaren aus
- Außenbahnen
und Innenbahnen aufgenommen sind,
- – einem
Kugelkäfig
mit Käfigfenstern,
in denen Kugeln gehalten und bei Gelenkbeugung geführt werden,
wobei
- – erste
Außenbahnen
mit ersten Innenbahnen erste Bahnpaare bilden, in denen erste Kugeln gehalten
sind,
- – zweite
Außenbahnen
mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaare bilden, in denen zweite
Kugeln gehalten sind,
- – die
ersten Bahnpaare und die zweiten Bahnpaare Kugelberührungslinien
bilden mit gegenläufigen
Krümmungen,
- – die
Außenbahnen
und die Innenbahnen durch äußere und
innere Bahngrunde begrenzt sind.
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Bei
Gegenbahngelenken, wie sie beispielsweise durch die
DE 102 20 715 beschrieben sind, werden
die Kugellaufbahnen bzw. -rillen in der Praxis spanbildend hergestellt.
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In
der
DE 102 09 933
A1 ist bereits vorgeschlagen worden, die Außenbahnen
bzw. -laufrillen spanlos einzuformen
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Die
spanbildende Herstellung gemäß der
DE 102 20 715 ist zunächst aufwändig, erfordert
teure Maschinen und lange Bearbeitungszeiten. Sie verursacht auch
erheblichen Abfall und Qualitätseinbußen hinsichtlich
der Festigkeit, weil die Materialflusslinien bei einem als Vorform
durch Schmieden hergestellten Gelenkinnen- oder -außenteil
durch die spanbildende Bearbeitung durchschnitten werden.
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Um
die Kugellaufbahnen bei solchen Gelenken wie der '933 spanlos herzustellen,
gibt der Stand der Technik z.B. die Möglichkeit her, Warm-Kalt- bzw. Halbwarm-Kalt-Prozesse
vorzusehen, wobei z.B. innerhalb eines Schmiedevorganges eine Vorform
hergestellt und in einem Kaltkalibrierprozess die erforderliche
Genauigkeit erzielt werden kann.
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Nachdem
es sich um ein Gegenbahngelenk handelt, müssen für einen solchen Prozess bereits für die Herstellung
der Vorform unterschiedliche Werkzeuge mit jeweils gegenläufigen Kugellaufbahnen
vorhanden sein. Die Teilgenauigkeit ist dabei auch durch die Führungsgenauigkeit
der Maschine limitiert.
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Die
nicht zu vermeidende Teilungsungenauigkeit in der Vorform kann auch
bei den nachfolgenden Bearbeitungsschritten nicht mehr beseitigt
werden.
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Für den Kalibrierungsprozess
sind ebenfalls für
jede der unterschiedlichen Kugellaufbahnen je ein Werkzeug erforderlich
mit den gleichen Ungenauigkeiten.
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Der
Erfindung lag die weitere Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden
und eine preiswerte und qualitativ hochwertige Herstellung von Innen-
und/oder Außengelenkteil
und damit von Gleichlauffestgelenken zu ermöglichen, indem Investitionskosten
für aufwändige und
teure Maschinen vermieden, Werkzeugverschleiß verringert und kurze Bearbeitungszeiten
gewährleistet
werden bei einer Optimierung der Qualität, insbesondere auch im Hinblick
auf die Erzielung hoher Drehmomentübertragungswerte. Weiterhin
soll die Teilungsgenauigkeit verbessert und eine abfallfreie Herstellung,
insbesondere der Kugellaufbahnen mit hoher Genauigkeit ermöglicht werden,
so dass Bearbeitungszeiten, insbesondere Maschinenlauf- und Handlingzeiten
verringert werden. Außerdem
sollen höhere
Tragfähigkeiten
erzielt und Abfall vermieden werden.
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Eine
Lösung
gemäß der Erfindung
für den ersten
Aufgabenteil wird dadurch erzielt, dass bei einer Drehmomentübertragungseinheit,
welche wenigstens ein Bauteil mit zwei Funktionsbereichen zur Übertragung
von Drehmoment besitzt und wobei einer der Funktionsbereiche als
Längsprofilierung,
insbesondere als Längsverzahnung
ausgebildet ist, das Bauteil als Ganzes gehärtet ist, die Längsverzahnung
jedoch eine geringere Härte
aufweist, als der andere Funktionsbereich, jedoch eine höhere Härte als
die Grundhärte
eines Gelenkaußen-
oder Innenteiles, also die Längsverzahnung
eine geringere Härte aufweist,
als die Kugellaufbahnen, jedoch eine über die Grundhärte hinausgehende
Härte zumindest über Teilbereiche
ihrer radialen Erstreckung.
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Als
Härtung
kann dabei insbesondere eine solche von Vorteil sein, bei der zumindest
eine bestimmte Härtungstiefe
entsteht, die Grundhärte
des Werkstückes
also zumindest annähernd über die Höhe der Verzahnung
erhöht
wird. Hier kann sich in besonders vorteilhafter Weise ein mit einem
Diffusionsprozess verbundenen Härteprozess,
wie z.B. das kostengünstige
Oberflächenhärten in
Form des Einsatzhärtens
mit anschließendem
Abschrecken und Anlassen eignen, welches eine hohe Randhärte und – zumindest
bei den hier in Rede stehenden Bauteilen – eine geringere Härte, die
Kernhärte,
also eine über
die Grundhärte
hinausgehende Härte,
in den innerhalb der Bereiche mit Randhärte liegenden Bereichen ergibt.
Als Härteprozess
kann sich auch Nitrieren oder Borieren eignen.
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Es
hat sich gezeigt, dass nach zumindest annäherndem Entfernen der Bereiche
mit Randhärte, z.B.
durch einen Drehprozess, in dem axialen Bereich, in dem die Verzahnung
gebildet wird, dies hier mit denjenigen Maschinen und Werkzeugen
unter praktisch gleichen Bedingungen erfolgen kann, wie das Bearbeiten
von „weichem", ungehärtetem Material,
also z.B. auf herkömmlichen
Räum-Fräs-Stoß- oder ähnlichen
Maschinen.
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Die
zweiten Funktionsbereiche, hier also die Kugellaufbahnen, können, wie
bekannt, innerhalb der Zonen der Randhärte hart gefräst und/oder
geschliffen sein. Ein ganz besonderer, eigenständiger und selbständiger erfinderischer
Aspekt besteht jedoch in der Schaffung eines Bauteiles und in der
Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines solchen Bauteiles,
von dem wenigstens eines in einer Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen ist,
das zwei unterschiedliche, zum Übertragen
von Drehmoment über
jeweils dem Bauteil angeformte, den Drehmomentfluß durch
formschlüssigen
Eingriff bewerkstelligende Funktionsbereiche aufweist, von denen
einer als Längsverzahnung
ausgebildet ist und der andere Funktionsbereich z.B. die Laufbahnen
für die
Kugeln eines Gelenks sind, wobei das Bauteil, insbesondere jedoch
einer der Funktionsbereiche, spanlos hergestellt und anschließend gehärtet ist,
insbesondere oberflächengehärtet, wie
dies eingangs beschrieben ist und wobei das Bauteil sich weiterhin
dadurch auszeichnet, dass die angeformten Kugellaufbahnen nicht
einer spanabhebenden Bearbeitung ausgesetzt sind bzw. werden, die
Kugellaufflächen
sich also nach dem Härtevorgang
in einbaufähigem
Zustand befinden. Insbesondere für
solche Gelenke können
sodann auch erfinderische Maßnahmen
gemäß den Ansprüchen und/oder
in der Beschreibung erwähnte
Maßnahmen
zur Anwendung kommen.
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Zur
Herstellung eines derartigen Bauteiles kann es vorteilhaft sein,
das Bauteil als ganzes einer Oberflächenhärtung, insbesondere einem Einsatzhärteprozeß, mit anschließendem Abschreck-
und Anlassvorgang zu unterziehen. Danach wird in dem axialen Bereich,
auf dem die Längsverzahnung
aufzubringen ist, der härteste
Bereich, also die Randschicht und ggf. der Übergangsbereich teilweise entfernt,
z.B. spanend, also z.B. durch Drehen und anschließend in
dem durch den Härtevorgang
und dem anschließenden
Anlassen auf die sog. Kernhärte
gebrachten Bereich, die Längsverzahnung
gebildet.
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Diese
Längsverzahnung
kann nun, wie bereits erwähnt,
insbesondere durch eine spanbildende Bearbeitung, z. B. durch Räumen und
zwar durch „Weichräumen", also mit normalen
Werkzeugen und Maschinen erfolgen, weil diese das Räumen in
der Kernhärte
in gleicher Weise erlauben wie bei Teilen, die lediglich die Grundhärte aufweisen.
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Die
Erfindung gewährleistet
bei relativ geringen Kosten und ohne die notwendige Anschaffung von
Spezialmaschinen eine schnelle und rationelle Herstellung der Längsverzahnung
bei ausreichend hoher Härte
auch eine entsprechend hohe Festigkeit und durch die Möglichkeit
des Einsatzes des sogenannten Weichräumens die Herstellung von Längsverzahnungen
mit hoher Genauigkeit und Lebensdauer.
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Der
zweite Teil der Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung durch eine
solche Ausbildung des Gelenkaußenteils
und/oder des Gelenkinnenteils gelöst, dass dabei die Krümmungen
der Bahngrunde – in
ihrem axialen Verlauf gesehen – zumindest
teilweise abweichen von den Krümmungen
der Kugelberührungslinien,
wobei der Begriff „Linien" für bestimmte
Anwendungsfälle
auch flächige
Bereiche umfasst oder Kombinationen von Linien und Flächen in
den Bahnen bzw. Laufrillen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn
die Bahngrunde – in
Achsrichtung gesehen -teilweise und zumindest annähernd achsparallel
verlaufen.
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Mit
anderen Worten, gemäß der Erfindung brauchen
die Bahnen nicht mehr über
die gesamte axiale Strecke vollständig verformt zu werden, sondern
nur dort, wo dies zur Erzielung der Kugelberührungslinien erforderlich ist.
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Zweckmäßigerweise
ist das Gelenkinnen- und/oder das Gelenkaußenteil als Vorformling in
einem Formwerkzeug spanlos hergestellt und mit zumindest annähernd achsparallel
verlaufenden Nuten und Vorsprüngen
als vorgeformte Konturen zur Gestaltung der Kugelberührungslinien
versehen.
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Der
Vorformling kann z. B. durch Schmieden hergestellt werden, wie einem
Kalt- und/oder Warmschmiedeverfahren oder aber auch durch andere Formgebungsverfahren,
wie z.B. Sintern.
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Die
Kugelberührungslinien
des Gelenkinnen- als auch des Gelenkaußenteils können durch spanloses Verformen
der Vorsprünge
bzw. Nuten in einem Formwerkzeug gebildet werden. Dieses Verformen kann
in einem Kalibrierwerkzeug erfolgen, in welchem die Kugellaufbahnen
bzw. – berührungslinien geometrisch
fertiggeformt werden können,
so dass sie nicht spangebend bearbeitet zu werden brauchen.
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Bei
der Herstellung der Kugelberührungs bzw.
-lauflinien, entlang denen sich die Kugeln bei der Beugung des Gelenkes
bewegen, werden zweckmäßigerweise
bestimmte axiale Bereiche der bei der Herstellung des Vorformlings
gebildeten Nuten oder Nutengrunde bzw. Einkerbungen nicht durch das
Kalibrierwerkzeug verformt, so dass deren zumindest annähernd axial
verlaufende Struktur teilweise über
den axialen Verlauf der fertigen Außen- bzw. Innenbahnen des Gelenkaußen- bzw.
des Gelenkinnenteiles erhalten bleiben. Dies bringt unter anderem
den Vorteil einer geringeren Verformungsarbeit mit sich.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung
von Kugelgleichlauffestgelenken, welches sich dadurch auszeichnet,
dass die Bahnen des Gelenkaußen-
und/oder Gelenkinnenteils in einer Vorform umformtechnisch, d.h.
durch Kalt- und/oder Warmumformung hergestellt werden, indem zunächst zumindest
annähernd
achsparallele Einkerbungen hergestellt werden, anschließend die Kugellaufbahnen
gegenläufig,
vorzugsweise ebenfalls durch Umformtechnik, z.B. in einem Preß- bzw. Kalibriervorgang,
geometrisch zumindest annähernd fertiggestellt
werden, ohne dass es einer spangebenden Bearbeitung bedarf.
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Dabei
kann sowohl die Vorform als auch der gegenläufige Verlauf der Kugelberührungslinien
in jeweils einem Arbeitsgang hergestellt werden und zwar durch Kalt-
und/oder Warmverformung, wobei es vorteilhaft sein kann, wenn der
abschließende
Arbeitsvorgang ein Kalibriervorgang ist, sodass zumindest dann die
Kugellaufbahnen des Gelenkteiles (auch nach einem Härteverfahren,
z.B. einem Einsatzhärten)
nicht mehr spanabhebend bearbeitet zu werden brauchen.
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Durch
die Herstellung zunächst
einer Vorform mit zumindest annähernd
in Achsrichtung parallel verlaufenden Einkerbungen und anschließendem Verformen
derselben zu Kugellaufbahnen mit den Berührungs- bzw. Lauflinien für die Kugeln
wird zunächst
eine abfallfreie Herstellung gewährleistet
und somit eine preiswerte und rationelle Herstellung und weiterhin
eine hohe Teilungsgenauigkeit erzielt und zwar durch die Werkzeuge
selbst. Die Maschine selbst benötigt
keine präzise
Führung,
da die zumindest annähernd
achsparallel verlaufenden Vorsprünge
bzw. Nuten des Vorformlings durch ein einziges Werkzeug vorgegeben
worden sind und beim Fertigformen der Kugellauflinien die formgebenden
Finger des Werkzeuges sich praktisch selbst einfädeln.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wie bereits erwähnt, wenn die Vorform in einem
einzigen Werkzeug hergestellt wird, da dann die Teilungsgenauigkeit
des Teils selbst gleich gut ausfällt
wie die Teilungsgenauigkeit des Werkzeugs und diese kann, da das
Werkzeug nicht geteilt ist, sehr hoch sein.
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Weiterhin
sind für
eine solche Operation keine der bei geteilten Werkzeugen ansonsten
notwendigen, für
jede Werkzeughälfte
eigenen Führungen erforderlich.
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Auch
bei der Kalibrieroperation, die aus der Vorform die Verschränkung, und
damit die Kugellaufbahnen bzw. -linien bildet, kann die Führung der Werkzeuge
zueinander durch die bereits existierende, genau geteilte Vorform
erfolgen und es ist daher keine Maschine mit besonderer Führungsgenauigkeit erforderlich.
Außerdem
braucht die Vorform selbst nicht gezielt in das Kalibrierwerkzeug eingelegt
zu werden, weil ja alle z. B. 8 Bahnen zunächst gleich sind aus diesen
gleichen werden, im Kalibrierwerkzeug, unterschiedliche hergestellt.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, die durch die
DE 102 09 933 C2 (deren
und der Inhalt der
DE 102
09 933 A1 hiermit in die vorliegende Anmeldung integriert
seien) geschützten
Käfigzentrierungsflächen im
Gelenkaußenteil
gemäß der vorliegenden Erfindung
auszubilden bzw. herzustellen.
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Diese
Käfigzentrierungsflächen im
Außengelenk
können
derart gestaltet sein, dass zwischen jeweils benachbarten ersten
und zweiten Käfigzentrierungsflächen in
Achsrichtung sich erstreckende Rillen bzw. Nuten vorgesehen sind,
wobei die Krümmungen
der Grunde dieser Rillen bzw. Nuten in ihrem axialen Verlauf zumindest
teilweise abweichen von den Krümmungen
der Käfigzentrierungsflächen. Dabei
können
auch diese Bahngrunde – in
Achsrichtung gesehen – zumindest
teilweise wenigstens annähernd
achsparallel verlaufen.
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Ebenso
wie die Nuten und Vorsprünge
für die Kugelberührungslinien
oder Laufbahnen können auch
die Käfigzentrierungsflächen in
einem Vorformling in einem Formwerkzeug spanlos hergestellt sein als
benachbarte radiale Vorsprünge
mit dazwischen vorgesehenen mit zumindest achsparallel verlaufender
Nut, wobei die beiden Vorsprünge
jeweils zwischen zwei benachbarten Laufbahnen vorgesehen sind.
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Dieser
Vorformling kann z. B. ebenfalls durch Schmieden hergestellt sein.
Die Käfigzentrierungsflächen sind
zweckmäßigerweise
durch spanloses Verformen, wie Kalibrieren, der jeweils einer Nut
benachbarten Vorsprünge
fertig eingeformt, wobei jeweils die eine der einander benachbarten
Käfigzentrierungsflächen von
dem einen, z.B. dem antriebsseitigen Ende ausgehend in Richtung
auf das abtriebsseitige Ende verlaufen, sich dabei der Achse des
Außengelenkes
annähern
und wobei die zweiten Käfigzentrierungsflächen von
dem abtriebsseitigen Ende ausgehend in Richtung auf das antriebsseitige
Ende verlaufen und sich dabei der Innennabenachse annähern.
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In
gleicher Weise wie dies im Zusammenhang mit den Laufbahnen beschrieben
ist, können auch
hier die Strukturen der Nuten bzw. der Vorsprünge der Vorform zumindest teilweise
erhalten bleiben. Anhand der 1–18 sei
die Erfindung näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 eine
Drehmomentübertragungseinheit gemäß einem
Erfindungsmerkmal.
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2 eine
Antriebsanordnung für
ein Kraftfahrzeug mit zwei Teilwellen und einem etwa mittig angeordneten
Antriebsgelenk,
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3 einen
Querschnitt durch das Antriebsgelenk entsprechend einem Schnitt
gemäß der Linie A-A
der 4,
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4 einen
Schnitt gemäß der Linie
E-E der 3,
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5 einen
Schnitt gemäß der Linie
C-C der 3,
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6 einen
Schnitt gemäß der Linie
D-D der 3,
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7 einen
Schnitt gemäß der Linie
B-B der 3,
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8 eine
Ansicht aus der Richtung des Pfeiles X der 4,
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9 eine
Ansicht aus der Richtung des Pfeiles Y der 4,
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10–13 ein
Gelenkinnenteil als Roh- und Fertigteil,
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14–18 ein
Gelenkaußenteil
als Roh- und Fertigteil.
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Das
Gleichlauffestgelenk 101 gemäß 1 besteht
in bekannter Weise aus einem Gelenkinnenteil 102 mit Kugellaufbahnen 103,
so wie einem Gelenkaußenteil 104 mit
an diesem angeformten Kugellaufbahnen 105. Zwischen den
Kugellaufbahnen 103 und 105 von Gelenkinnen- und
-außenteil 102 und 104 sind
Kugeln 106 vorgesehen, die das Drehmoment zwischen Innen-
und Außenteil übertragen.
Ein Käfig 107 dient
zur Führung
der Kugeln.
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Das
Gelenkinnenteil hat also einerseits Funktionsbereiche zur Drehmomentübertragung
in Form der Längsverzahnung 108 und
andererseits in Form der Kugellaufbahnen 103.
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Das
Gelenkinnenteil ist zweckmäßigerweise ein
Schmiedeteil mit einer zentralen, für die Bildung der Verzahnung
vorgesehenen Ausnehmung 108a. Die Kugellaufbahnen 103 können z.B.
durch spanende Bearbeitung oder spanlos hergestellt sein.
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Das
Gelenkinnenteil wird zunächst
als Ganzes einer Oberflächenhärtung unterzogen,
wie insbesondere einem Einsatzhärteprozess
mit Abschrecken und anschließendem
Anlassen. Vor der Bildung der Verzahnung 108 wird der Bereich
größter Härte der
Ausnehmung 108a entfernt z.B. durch spanbildende Bearbeitung,
wie durch Drehen.
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Danach
kann ebenfalls durch spanbildende Bearbeitung die Innenverzahnung 108 hergestellt werden,
z.B. durch Räumen
in einem sehr einfachen und preiswerten und eine hohe Genauigkeit
gewährleistenden
Arbeitsschritt.
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Die
Kugellaufbahnen 103 können – vor oder nach
dem Herstellen der Verzahnung – geschliffen werden.
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In
gleicher Weise können
auch Gelenkaußenteile
mit auf einem Zapfen vorgesehener Außenverzahnung gemäß der Erfindung
hergestellt werden, wobei die Außenverzahnung in ebenso preiswerter
und eine hohe Festigkeit und hohe Drehmomentübertragungswerte gewährleistenden
Weise durch spanbildende oder umformende Bearbeitung hergestellt
werden kann, z.B. durch Stollen, Fräsen, Rollen, Walzen oder dergleichen
in einem Bereich, der zuvor gehärtet
und bei dem vor der Bildung der Verzahnung die härtesten Bereiche entfernt wurden. Ebenso
kann bei einem Gelenkinnenteil ein Zapfen die Außenverzahnung aufweisen oder
ein Gelenkaußenteil
eine Innenverzahnung.
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Die
beschriebenen Erfindungsmerkmale sind nicht auf die Drehmomentübertragungseinrichtungen
beschränkt,
die hier speziell erwähnt
wurden, sondern erstreckt sich auch auf andere Drehmomentübertragungseinrichtungen,
bei denen ein Bauteil zwei Funktionsbereiche zum Übertragen
von Drehmomenten durch formschlüssigen
Eingriff mit anderen Elementen aufweist.
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Die
in
2 dargestellte Antriebswelle
1 ist hier
als Längsantriebswelle
eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und umfasst zwei Teilwellen
2 und
3,
die an ihren freien Enden Anschlußstücke
4,
5 tragen. Diese
Anschlußstücke sind
hier als Gummigelenkscheiben ausgebildet, wenngleich an deren Stelle auch
Antriebsgelenke an den genannten Teilwellen
2 und
3 befestigt
sein können,
wie dies in der
DE
102 37 172 B3 oder
DE 100 32 853 C2 beschrieben ist.
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Die
beiden Teilwellen 2 und 3 sind etwa in der Mitte
der Antriebsanordnung 1 über ein Antriebsgelenk 8 miteinander
verbunden, welches in den 3 bis 9 in
verschiedenen Schnittdarstellungen abgebildet ist. Darüber hinaus
zeigt 2, dass die linke Teilwelle 2 über ein
Zwischenlager 6 und einem daran angeordneten Halter 7 an
dem Unterboden eines Kraftfahrzeuges befestigbar ist.
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Wie
insbesondere aus den Schnitten gemäß den 3 bis 7 und 10 ersichtlich
ist, die das Antriebsgelenk 8 nicht mit den Teilwellen 2 und 3 verbunden
zeigen, besteht das Antriebsgelenk zunächst aus einer im wesentlichen
hohlzylindrischen Außennabe 16,
in der eine Innennabe 10 koaxial angeordnet ist. Während die
erste Teilwelle 2 mit ihrer Außensteckverzahnung in eine
Innensteckverzahnung 11 der Innennabe 10 einsteckbar
ist, erfolgt die Verbindung der Außennabe mit der zweiten Teilwelle 3 im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch eine Schweißverbindung,
wozu an einem Mitnehmergehäuse 9 ein
Schweißflansch 12 ausgebildet
ist. In dem Mitnehmergehäuse
ist die Außennabe 16 aufgenommen,
und zwar in einem Aufnahmebereich 17 formschlüssig eingeschlossen.
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Auf
der Innenseite der Außennabe 16 sind erste äußere Kugellaufrillen 19 für eine erste
Reihe von Kugeln 14 und für eine zweite Reihe von Kugeln 14a weitere äußere Kugellaufrillen 19a vorgesehen. Dazwischen
befinden sich jeweils Stege 20.
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Auf
der Außenseite
der Innennabe 10 sind erste innere Kugellaufrillen 18 für die erste
Reihe von Kugeln 14 und weitere innere Kugellaufrillen 18a für die zweite
Reihe von Kugeln 14a vorgesehen. Zwischen diesen Kugellaufbahnen
befinden sich jeweils Stege 28.
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Mit 18', 19' und 18a' und 19a' ist jeweils
der Bahngrund der Kugellaufrillen bezeichnet.
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Die
Innennabe 10 weist eine Innennabenachse I auf und eine
Außenfläche 24.
Wie insbesondere aus den 4, 8, 9 ersichtlich
ist, sind die ersten Innenlaufrillen 18 und die zweiten
Innenlaufrillen 18a hier um die Innenachse I abwechselnd verteilt
angeordnet, wobei hier die ersten Innenlaufrillen 18 vom
antriebsseitigen Ende 2a ausgehend in Richtung auf das
abtriebsseitige Ende 3a verlaufen, und die Innenlaufrillen
und ihr Bahngrund 18' sich
dabei von der Innennabenachse I entfernen; wie insbesondere aus
den 5 und 8, 9 ersichtlich ist,
verlaufen hier die zweiten Innenlaufrillen 18a vom abtriebsseitigen
Ende 3a aus in Richtung auf das antriebsseitige Ende 2a,
wobei sich hier diese zweiten Innenlaufrillen und ihr Bahngrund 18a' dabei von der Innennabenachse
I entfernen. Die ersten und zweiten Innenlaufrillen mit ihren gegenüberliegenden
ersten und zweiten Außenlaufrillen
können
aber auch in anderer Folge als einander abwechselnd angeordnet sein
und andere Verläufe
haben als hier beschrieben und gezeigt, z. B. einen sich von den
entsprechenden Achsen entfernenden und sich anschließend wieder annährenden
Verlauf.
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Die
Außennabe 16 besitzt
eine Außennabenachse
II und eine Innenkontur, in der erste äußere Kugellaufrillen bzw. -bahnen 19 für die erste
Reihe von Kugeln 14 und zweite Kugellaufrillen bzw. -bahnen 19a für die zweite
Reihe von Kugeln 14a um die Außennabenachse II abwechselnd
verteilt angeordnet sind und jeweils die ersten Innenlaufrillen 18 den ersten
Außenlaufrillen 19 und
jeweils die zweiten Innenlaufrillen 18a den zweiten Außenlaufrillen 19a gegenüber liegen
und mit diesen jeweils ein Paar bilden, wobei die ersten Außenlaufrillen 19 von
dem antriebsseitigen Ende 2a ausgehend in Richtung auf das
abtriebsseitige Ende 3a verlaufen, und die Außenlaufrillen 19 und
ihr Bahngrund 19' sich
dabei der Außennabenachse
II annähern,
und wobei weiterhin die zweiten Außenlaufrillen 19a von
dem abtriebsseitigen Ende 3a ausgehend in Richtung auf
das antriebsseitige Ende 2a verlaufen, und die zweiten
Außenlaufrillen 19a mit
ihrem Bahngrund 19a' sich
dabei der Außennabenachse
II annähern
(4 und 5).
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In
einem ringförmigen
Käfig 15 mit
einer wenigstens abschnittsweise kugeligen Außenfläche 26 (siehe insbesondere 3, 6 und 7),
der zwischen der Innennabe 10 und der Außennabe 16 angeordnet
ist, sind entsprechend der Anzahl der Kugeln 14, 14a bzw.
Laufrillen-Paare 18, 18a, 19, 19a radiale
Fenster 27 vorgesehen, in denen die Kugeln 14, 14a geführt sind
(s. a. 4, 5). Der Käfig 15 ist in der
Außennabe 16 über seine
Außenfläche 26, genauer über die
beiden Zentrierbereiche 26a, zentriert.
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In
der Innenfläche
der Außennabe 16 sind, wie
bereits erwähnt,
zwischen den Kugeln Stege 20 vorgesehen. Diese Stege weisen,
wie insbesondere im Zusammenhang mit den 4, 6, 8 und 9 zu
erkennen ist, von dem einen, dem antriebsseitigen Ende 2a her
und in Umfangsrichtung gesehen, zunächst beidseits der Kugellaufrillen 19 für die Kugeln 14 vorgesehene
Einführungskonturen 16a zur
axialen Einführung
des Käfigs 15 in
der Außennabe 16 auf.
Die Einführungskonturen 16a gehen
auf der Antriebsseite 2a von einem Durchmesser aus, der
zumindest annähernd
dem Außendurchmesser des
Käfigs 15 entspricht.
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In
axialer Richtung gesehen, ausgehend vom antriebsseitigen Ende 2a des
Gelenkes, gehen diese Einführungskonturen
nach wenigstens annähernd
der halben axialen Länge
in die Käfigzentrierflächen 16b am
Gelenkaußenteil
für den
Käfig über und
sind in Richtung auf die Käfigzentrierachse
III geneigt (siehe 4, 6, 8 und 9).
Die Käfigzentrierflächen 16b sind
dabei den kugelförmig ausgebildeten
Anlageflächen
des Kugelkäfigs
entsprechend ballig angeglichen.
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In
axialer Richtung gesehen, ausgehend von dem abtriebsseitigen Ende 3a des
Gelenkes, gehen diese Einführungskonturen 16c nach
zumindest annähernd
der halben axialen Länge
des Käfigs
in die zweiten Käfigzentrierflächen 16b an
der Außennabe für den Käfig über. Von
dort verlaufen sie in Richtung auf die Käfigzentrierachse III geneigt.
Die zweiten Käfigzentrierflächen 16b sind
dabei, ebenso wie die ersten, den kugelförmig ausgebildeten Anlageflächen 26b des
Kugelkäfigs
entsprechend ballig angeglichen.
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Die 10–13 zeigen,
wie bereits erwähnt,
ein Gelenkinnenteil als Roh- und
Fertigteil R10 und F10 und die 14–18 das
Gelenkaußenteil
als Roh- und Fertigteil
R16 und F16.
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Der
Rohling R10 gemäß 10 ist
ein Schmiedeteil mit gleichmäßig über den
Umfang verteilten und zumindest annähernd gleichmäßig ausgebildeten
vier Paaren von Vorsprüngen
bzw. Stegen R20, R20a, zwischen denen Nuten bzw. Einkerbungen R18,
R18a mit zumindest annähernd
achsparallel verlaufenden Nutengrunden R18' und R18a' vorgesehen sind.
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Der
Rohling R10 kann aber auch, wie bereits erwähnt, z. B. mittels einem Warm-Kalt-
bzw. Halbwarm-Kaltprozess, aber auch als Sinterteil hergestellt
sein.
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Aus
den Vorsprüngen
bzw. Stegen R20, 20a werden die aus den 11, 12 und 13 ersichtlichen
Laufrillen F18, F18a durch Kalibrieren in einem Werkzeug, das aus
zwei Werkzeughälften
mit gegenläufig
verlaufenden Stempeln besteht, zu den gegenläufigen Laufrillen F18, F18a
verformt und zwar mittels eines Kaltverformungsverfahrens, insbesondere
durch Kalibrieren.
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Dabei
bleiben die Nutengrunde R18' und R18a' gemäß 10 auch
nach dem Kalibrieren zumindest teilweise erhalten und ebenso Teilbereiche F18'', F18a'' gemäß 11–13 aus
den zuvor im Vorformling R10 enthaltenen Seitenflanken R18'' und R18a''.
Verformt wurden dabei lediglich die schraffierten Abschnitte F18''' und
F18a''' wie dies insbesondere aus 11 ersichtlich
ist. Dabei sind die Flächen F18''' und
F18a''', derart geformt, dass Kugellauf- bzw.
Kugelberührungslinien
F18b und F18b' entstehen,
entlang denen sich die Kugeln bei der Beugung des Gelenkes bewegen.
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Es
ist weiterhin insbesondere im Zusammenhang aus 13 ersichtlich,
dass die Kugellaufbahnen F18b und F18b' und die verbliebenen Bereiche der Nutengrunde
F18' und F18a' unterschiedliche Krümmungen
aufweisen.
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In
den 14–18 sind
Roh- und Fertigteil des Außengelenkes
R19 bzw. F19 dargestellt, wobei die 17 und 18 gemäß den Linien
A-A und B-B der 16 zeigen.
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Der
Rohling R16 gemäß 14 ist
hier als Schmiedeteil hergestellt mit radial nach innen reichenden
ersten und zweiten Vorsprüngen
bzw. Stegen R28, R28a sowie R28',
R28a'. Die Vorsprünge R28
und R28a, die zumindest annähernd
achsparallel verlaufen, sind zumindest annähernd spiegelbildlich ausgestaltet,
ebenso die Vorsprünge 28' und 28a'.
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Die
Vorsprünge
R28 und R28a schließen zwischen
sich jeweils eine zumindest annähernd achsparallel
eingebrachte erste Nut bzw. Einkerbung R19 ein, ebenso wie die Vorsprünge R28' und R28a' zwischen sich je
eine zweite Nut bzw. Einkerbung R19a einschließen.
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Die
Vorsprünge
R28a und R28' sowie
R28a' und R28 schließen zwischen
sich jeweils eine dritte Nut R31 ein.
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Die
Nuten R19 und R19a haben jeweils Nutengrunde R19' und R19a' und die Nuten R31 haben jeweils Nutengrunde
R31'.
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Die
Nuten R19 und R19a besitzen weiterhin Seitenflanken R19'' und R19a''.
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Durch
einen Kalibriervorgang wird das Gelenkaußenteil als Fertigteil F16
hergestellt. Dabei werden aus den Seitenflanken R19'' und R19a'' der 14 die
ersten und zweiten Kugellaufrillen F19 und F19a der 15–18 verformt.
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Die
Nutengrunde R19',
R19a' der 14 sind
als Bahngrunde F19' zumindest
annähernd über die
axiale Erstreckung derselben erhalten geblieben. Von den Seitenflanken
R19'' und R19a'' sind lediglich die in 17 und 18 schraffierten
Abschnitte F19'' und F19a'' verformt und dabei die Kugelberührungslinien
oder Kugellaufbereiche F19b und F19b' gebildet worden.
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Es
ist auch hier ersichtlich, dass sich die Krümmung der Nutengrunde F19' von derjenigen der Berührungslinien
F19b und F19b' unterscheiden.
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In
gleicher Weise wie die ersten Laufrillen F19 werden auch die zweiten
Rillen F19a hergestellt, jedoch gegenläufig, d.h. verschränkt zu den
Rillen F19.
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Aus
den ersten Vorsprüngen
R28 und R28a werden beidseits der Rille F19 jeweils zumindest annähernd in
Achsrichtung verlaufende Einführkonturen
F16a zweckmäßigerweise
durch ein- und denselben Kalibriervorgang, bei dem auch die Konturen F19,
F19a, F19''', F19a'',
F16b, F16b' erzeugt
werden, hergestellt.
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Im
weiteren axialen Verlauf der Einführungskonturen F16b sind beidseits
jeder Rille F19 die Käfigzentrierbereiche
F16b vorgesehen, wobei zwischen den Konturen F16b und F16a ein treppenartiger
Vorsprung bzw. Übergangsbereich
vorhanden ist.
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Die
Käfigzentrierungsbereiche
F16b und F16d sind den kugelförmigen
Anlageflächen 26b des Kugelkäfigs 15 angeglichen.
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In
gleicher Weise, jedoch mit gegenläufiger Verschränkung, werden
die Käfigzentrierungsflächen F16d
und die Einführungsflächen F16c
beidseits der Rillen F19a hergestellt bzw. ausgebildet.