DE102020201879B4 - Gleichlaufgelenkbauteil mit Innenpassverzahnung und Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Bauteils mit Innenpassverzahnung - Google Patents

Gleichlaufgelenkbauteil mit Innenpassverzahnung und Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Bauteils mit Innenpassverzahnung Download PDF

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Abstract

Gleichlaufgelenkbauteil mit einem Außenumfang (15; 29) und einer Öffnung (13; 26), welche eine Innenpassverzahnung (14; 27) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Gleichlaufgelenkbauteil im Bereich seines Außenumfangs (15; 29) einsatzgehärtet ist,an seinem Außenumfang (15; 29) ein martensitisches Gefüge aufweist, undan der Innenpassverzahnung (14; 27) hingegen ein bainitisches Gefüge aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleichlaufgelenkbauteil mit einem Außenumfang und einer Öffnung, welche eine Innenpassverzahnung aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Bauteils mit einem Außenumfang und einer Öffnung, welche eine Innenpassverzahnung aufweist.
  • Unter einer Innenpassverzahnung wird vorliegend eine Oberflächenstruktur verstanden, welche eine formschlüssige Kopplung eines Bauteils mit einer korrespondierenden Oberflächenstruktur an einem anderen Bauteil, beispielsweise einer Welle, ermöglicht. Als Beispiel hierfür können ohne Beschränkung hierauf Tripodesterne und Kugelnaben von Gleichlaufgelenken genannt werden, welche üblicherweise mit einer Innenpassverzahnung versehen werden, um das betreffende Bauteil an eine Welle oder dergleichen anzuschließen. Aufgrund der hohen Belastung solcher Bauteile sind an die Genauigkeit und Festigkeit der Innenpassverzahnung hohe Anforderungen zu stellen.
  • Herkömmlicherweise werden solche hochgenauen Innenpassverzahnungen häufig durch Räumverfahren hergestellt. Aus Kostengründen werden hochbelastete Bauteile zunächst im weichen, d. h. ungehärteten Zustand trocken geräumt und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen. Da das Räumen der Innenpassverzahnung im weichen Zustand erfolgt, lässt sich dieses noch verhältnismäßig kostengünstig durchführen. Aufgrund der nachgeschalteten Wärmebehandlung kann es jedoch je nach Geometrie des betreffenden Bauteils zu Härteverzügen kommen, welche die Genauigkeit der Innenpassverzahnung beeinträchtigen. Im ungünstigsten Fall führen die entstehenden Verzüge zu einer deutlichen Verringerung der Verzahnungstraganteile im Bereich der Innenpassverzahnung und somit zu starken Verlusten in der Belastbarkeit. Durch Randoxidation während der Wärmebehandlung kann es zu einer weiteren Schwächung der Innenpassverzahnung im Hinblick auf ihre statische und dynamische Belastbarkeit kommen.
  • Eine sehr kostenintensive Alternative hierzu stellt das sogenannte Harträumen oder Hubschleifen (vgl. DIN 8589-13) dar. Das betreffende Bauteil wird zunächst im weichen Zustand vorgeräumt und anschließend gehärtet. Das gehärtete Bauteil wird anschließend erneut ausgerichtet und mit sehr teuren Räumnadeln unter kontinuierlichem Öleinsatz hartgeräumt. Diese Vorgehensweise ist nicht nur unter dem Gesichtspunkt des Herstellungsaufwands unvorteilhaft, sondern insbesondere auch wegen der Notwendigkeit der Verwendung eines entsprechenden Räumöls, das nach seinem Gebrauch entsorgt werden muss.
  • In DE 10 2009 037 383 A1 ist ein ähnliches Verfahren zur Herstellung eines Tripodesterns beschrieben. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Tripodestern-Rohling mit einer Nabe und abstehenden Zapfen umformtechnisch gefertigt. Anschließend wird in die Nabe des Rohlings eine zentrale Durchgangsöffnung eingebracht, beispielsweise gebohrt. In einem nächsten Schritt wird eine Innenpassverzahnung in der Durchgangsöffnung spanend vorgeschnitten. Diese Innenpassverzahnung wird später durch einen weiteren Umformschritt fertiggeformt. Sie wird nicht gehärtet. Das Ausformen der Innenpassverzahnung in der Durchgangsöffnung in einem zweiten Umformschnitt kann auch ohne Vorschneiden vorgenommen werden. Ein Härten des Tripodesterns findet lediglich lokal im Bereich balliger Umfangsflächen der Zapfen statt. Durch Induktionshärten oder Laserhärten erfolgt ein auf diesen Bereich begrenzter lokaler Wärmeeintrag. Dies ermöglicht geringe Wärmebehandlungskosten, da der Energieaufwand im Vergleich zum Einsatzhärten des gesamten Tripodesterns deutlich reduziert ist. Zudem kann so das Härten der balligen Umfangsflächen an den Zapfen in eine kontinuierliche Fließfertigung integriert werden. Gegebenenfalls schließt sich an das Härten noch eine Hartbearbeitung der balligen Umfangsflächen an, um etwaige Härteverzüge auszukorrigieren.
  • Weiterhin ist aus DE 11 2004 001 207 B4 ein Verfahren zur Herstellung eines Gleichlaufgelenks mit hochbelastbaren Gelenkinnenteil bekannt. Als Rohling kommt hier ein direkt härtbarer Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,4 bis 0,6 % Kohlenstoff zum Einsatz. Nach dem Bereitstellen des Rohlings mit einer entsprechenden Öffnung erfolgt zunächst eine Wärmebehandlung desselben, wobei der Bereich der Öffnung, an welchem später die Innenpassverzahnung ausgebildet wird, von der Wärmebehandlung ausgenommen ist. Im Unterschied zu der oben beschriebenen Vorgehensweise erfolgt das Fertigen der Innenpassverzahnung erst nach der Wärmebehandlung, wodurch etwaige Verzüge aus der Wärmebehandlung die Genauigkeit der Innenpassverzahnung nicht beeinträchtigen können. Da die Fertigung der Innenpassverzahnung im weichen, d.h. nicht gehärteten Werkstoff erfolgt, lässt sich ein aufwändiges Harträumen vermeiden. Jedoch bleibt die Belastbarkeit im Bereich der Innenpassverzahnung hierdurch eingeschränkt. Tripodesterne und Kugelnaben werden aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt als Kaltumformteile ausgeführt. In diesem Temperaturbereich findet keinen Verzunderung statt, die durch einen Folgeprozess wieder entfernt werden müsste.
  • Ferner zeigt die JP 2005-60 725 A einen Innenring eines Gleichlaufgelenks, das eine gehärtete Schicht durch Induktionshärten aufweist und für eine Antriebsachse einer Kraftübertragungsvorrichtung eines Automobils oder einer Industriemaschine verwendet wird und verbesserte Ermüdungseigenschaften aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Vergütungsstähle wie in DE 11 2004 001 207 B4 vorgeschlagen lassen sich aufgrund ihres Kohlenstoffgehalts schwer umformen, d.h. es werden verhältnismäßig hohe Umformkräfte benötigt. Hieraus resultiert ein hoher Werkzeugverschleiß des Umformwerkzeugs. Es besteht die Gefahr, dass das Werkzeug bei hohen Kräften platzt. Die Werkzeugkosten sind dementsprechend hoch.
    Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hochgenaue und hochbelastbare Innenpassverzahnung an einem gehärteten Bauteil herzustellen, welche sich ohne erhebliche Mehrkosten verwirklichen lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Gleichlaufgelenkbauteil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass es im Bereich seines Außenumfangs einsatzgehärtet ist, an seinem Außenumfang ein martensitisches Gefüge aufweist und an der Innenpassverzahnung ein bainitisches Gefüge aufweist.
  • Hierdurch kann das Risiko eines vorzeitigen Verschleißes oder Herausscherens der Verzahnung, wie es bei ungehärteten Verzahnungen unter hohen dynamischen und/oder statischen Belastungen besteht, deutlich verringert oder sogar gänzlich vermieden werden.
  • Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gleichlaufgelenkbauteil an seinem Außenumfang einen höheren Randkohlenstoffgehalt aufweist als an der Innenpassverzahnung. Durch ein entsprechendes Aufkohlen lassen sich die Härteverhältnisse und Festigkeitsverhältnisse zwischen dem Außenumfang und der Innenpassverzahnung gezielt an den jeweiligen Bedarf anpassen.
  • In einer Ausführungsvariante kann die Härte der Innenpassverzahnung so eingestellt werden, dass diese der Blindhärte des für den Rohling verwendeten Werkstoffs entspricht. Unter der Blindhärte eines Werkstoffs, insbesondere eines Einsatzstahls, wird vorliegend jene erreichbare Härte des Kernwerkstoffs verstanden, welche durch die Wärmebehandlung ohne Aufkohlen erreichbar ist.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Gleichlaufgelenkbauteil aus einem Werkstoff gefertigt ist, welcher einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,2 % aufweist. Beispielsweise können 16MnCr5, 18CrMo4, 17Cr3, 16MnCrS5, 18CrMoS4 oder 17CrS3 zum Einsatz kommen.
  • Im Hinblick auf einen guten Kompromiss zwischen der Bauteilbelastbarkeit und der Werkzeugstandzeit beim Räumen wird die Härte der Innenpassverzahnung so eingestellt, dass diese nach dem Härten des Rohlings 550 HV nicht übersteigt.
  • Das Gleichlaufgelenkbauteil ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Tripodestern und einem Gleichlaufgelenkinnenteil. Ferner können auch andere Bauteile, welche keine Gleichlaufgelenkbauteile sind, jedoch ein ähnliches Anforderungsprofil im Hinblick auf eine Innenpassverzahnung und einen gehärteten Außenumfang besitzen, entsprechend ausgeführt werden.
  • Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Bauteils mit einem Außenumfang und einer Öffnung, welche eine Innenpassverzahnung aufweist, gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Rohlings mit einer noch unverzahnten Öffnung, ein Härten des Rohlings durch Abschrecken und ein nachfolgendes Fertigen der Innenpassverzahnung an der Innenumfangsfläche der Öffnung durch Räumen. Es zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Rohling mit seiner noch unverzahnten Öffnung vor dem Härten im Bereich seines Außenumfangs aufgekohlt wird, wobei gleichzeitig eine Innenumfangsfläche der Öffnung gegen Aufkohlen geschützt wird.
  • Hieraus resultieren die oben bereits erläuterten Vorteile.
  • Vorzugsweise wird während des Härtens die zunächst unverzahnte Innenumfangsfläche der Öffnung auf eine Oberflächenhärte bis zu maximal 550 HV gehärtet.
  • Insbesondere kann die zunächst unverzahnte Innenumfangsfläche der Öffnung auf die Blindhärte des Werkstoffs des Rohlings gehärtet werden.
  • Das Härten erfolgt vorzugsweise derart, dass am Außenumfang ein martensitisches Gefüge, an der Innenpassverzahnung hingegen ein bainitisches Gefüge entsteht.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten, jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil in Form eines Tripodesterns,
    • 2 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil in Form einer Kugelnabe eines Gleichlaufgelenks, und in
    • 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In den 1 und 2 sind beispielhaft ein Tripodestern 10 eines Tripodegelenks, d.h. einer besonderen Bauform eines Gleichlaufgelenks, sowie eine Kugelnabe 20 in Form eines Gelenkinnenteils eines Gleichlaufgelenk dargestellt, um Bauteile zu veranschaulichen, bei welchen sich die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft einsetzen lässt. Es ist jedoch zu betonen, dass auch Bauteile mit anderen Funktionen, jedoch vergleichbaren Anforderungen entsprechend gefertigt werden können.
  • Diese Bauteile weisen einen einsatzgehärteten Außenumfang sowie eine Öffnung auf, welche mit einer hochgenauen Innenpassverzahnung versehen ist. Auch diese Innenpassverzahnung ist vorliegend in einem gewissen Rahmen, wie nachfolgend näher erläutert, gehärtet.
  • In sämtlichen Fällen weist ein erfindungsgemäßes Bauteil im Bereich seines Außenumfangs ein martensitisches Gefüge, an der Innenpassverzahnung hingegen ein bainitisches Gefüge auf.
  • Ohne Einschränkung hierauf kann die Innenpassverzahnung beispielsweise mit einem Evolventenzahnprofil, einem Keilprofil oder einem Kerbzahnprofil ausgeführt sein.
  • Der in 1 als Gleichlaufgelenkbauteil dargestellte Tripodestern 10 für ein Tripodegelenk weist eine ringförmige Nabe 11 und drei radial von dieser abstehende Zapfen 12 auf.
  • An der Nabe 11 ist eine Öffnung 13 vorgesehen, welche koaxial zu einer Gelenkdrehachse A des Tripodesterns 10 verläuft. Die Öffnung 13 ist als Durchgangsöffnung ausgeführt, die vorzugsweise über die ganze Axiallänge der Nabe 11 einen konstanten Öffnungsquerschnitt aufweist.
  • Die Öffnung 13 ist durchgängig mit einer Innenpassverzahnung 14 versehen.
  • Die Zähne der Innenpassverzahnung 14 sind spanend, vorzugsweise durch Räumen, hergestellt.
  • Da das Räumen der Innenpassverzahnung 14 nach dem Härten vorgenommen ist, zeichnet sich die Innenpassverzahnung 14 durch eine hohe Maßgenauigkeit aus. Dies ist sowohl für die Montierbarkeit einer Welle als auch für das Tragverhalten von Vorteil.
  • Die Zapfen 12 sind Teil des Außenumfangs 15 der Nabe 11. Sie sind in Umfangsrichtung um die Gelenkdrehachse A gleichbeabstandet und weisen jeweils eine ballige Umfangsfläche 12a auf. Ihre Längsachsen verlaufen im Wesentlichen radial zur Gelenkdrehachse A des Tripodesterns 10. Sie liegen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Ebene.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Zapfen 12 zumindest an ihren balligen Umfangsflächen 12a ein martensitisches Gefüge mit hoher Härte.
  • Die Innenpassverzahnung 14 weist hingegen ein gehärtetes bainitisches Gefüge auf, so dass deren Zähne einerseits noch durch Räumen, insbesondere trockenes Räumen hergestellt werden können, andererseits jedoch eine hohe Sicherheit gegen Abscheren und Verschleiß besitzen.
  • 2 zeigt beispielhaft ein Gleichlaufgelenk 22 mit einem ein Gelenkaußenteil 21 und einem Gelenkinnenteil in Form einer Kugelnabe 20. Sowohl das Gelenkaußenteil 21 als auch die Kugelnabe 20 sind an ihren zueinander weisenden kugelförmigen Umfangsflächen mit Kugellaufbahnen 23 und 24 versehen, die jeweils paarweise eine Kugel 25 aufnehmen. Dabei kann die Kugelnabe 20, welche eine Öffnung 26 mit einer Innenpassverzahnung 27 zur formschlüssigen Kopplung mit einer Welle aufweist, gegenüber dem Gelenkaußenteil 21 um ein Beugezentrum M des Gleichlaufgelenks 22 verschwenkt werden.
  • Das Gelenkaußenteil 21 nach dem Ausführungsbeispiel besitzt eine glockenartige, die Kugelnabe 20 umschließende Form, kann jedoch auch als Scheibe ausgeführt sein. Zwischen dem Gelenkaußenteil 21 und der Kugelnabe 20 kann ein Käfig 28 vorgesehen sein, welcher Fenster zur Aufnahme der Kugeln 25 ausbildet. Der Käfig 28 kann radial außen und innen kugelförmig ausgebildet sein. Er umgibt die Kugelnabe 20 und kann an dem Gelenkaußenteil 21 in der Art eines Kugelgelenks gelagert sein.
  • Erfindungsgemäß weist die Kugelnabe 20 an ihrem Außenumfang 29, d.h. insbesondere im Bereich ihrer Kugellaufbahnen 23 ein martensitisches Gefüge auf. Im Bereich der gehärteten Innenpassverzahnung 27 ist die Gefügestruktur an der Oberfläche der Kugelnabe 20 hingegen bainitisch.
  • Die in den 1 und 2 dargestellten Gleichlaufgelenkbauteile sind lediglich Beispiele für Bauteile, welche einerseits eine hochgenaue und hochbelastbare Innenpassverzahnung aufweisen müssen, andererseits an ihrem Außenumfang eine hohe Oberflächenhärte besitzen müssen.
  • Generell kann ein solches Bauteil an seinem Außenumfang einen höheren Randkohlenstoffgehalt aufweisen als an der Innenpassverzahnung. Dies lässt sich durch ein entsprechendes Aufkohlen vor dem eigentlichen Härten erzielen, indem der Bereich der Innenpassverzahnung gegen Aufkohlen geschützt wird.
  • Je nach Durchführung des Härtens können die Oberflächenhärten am Außenumfang und an der Innenpassverzahnung gezielt aufeinander abgestimmt werden.
  • So kann beispielsweise das Härten dahingehend abgestimmt werden, dass die Härte der Innenpassverzahnung der Blindhärte des verwendeten Werkstoffs entspricht.
  • Im Hinblick auf einen guten Kompromiss zwischen der Bauteilbelastbarkeit und der Werkzeugstandzeit beim Fertigen der Innenpassverzahnung kann die Härte der Innenpassverzahnung kleiner oder gleich 550 HV eingestellt werden.
  • Das Gleichlaufgelenkbauteil ist vorzugsweise aus einem Werkstoff gefertigt, welcher einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,2 % aufweist. Insbesondere werden hierzu bevorzugt sogenannte Einsatzstähle verwendet.
  • Besonders geeignete Werkstoffe sind beispielsweise 16MnCr5, 18CrMo4 und 17Cr3 sowie 16MnCrS5, 18CrMoS4 und 17CrS3.
    Durch die Verwendung von Einsatzstählen für den Tripodestern 10 und die Kugelnabe 20 können diese sehr wirtschaftlich als Kaltumformteile ausgeführt werden. Da die Umformung bei Temperaturen erfolgt, bei welchen keine Verzunderung auftritt, werden nachfolgende Prozessen zur Entfernung der Verzunderung eingespart.
  • Zudem lassen sich Einsatzstähle aufgrund ihres niedrigeren Kohlenstoffgehalts leichter, d.h. mit geringeren Kräften und geringerem Werkzeuginnendruck umformen, als z.B. Vergütungsstähle. Bei identischem Umformprozess steigen die Umformkräfte und der Werkzeuginnendruck bei Vergütungsstählen deutlich an. Durch die Verwendung von Einsatzstählen kann mit geringeren Kräften gearbeitet werden, wodurch der Fertigungsaufwand und der Werkzeugverschleiß verringert werden.
  • Bei identischer Formgebung müsste bei Verwendung eines Vergütungsstahls die Umformtemperatur gesteigert werden, was zu einem verzunderten und deutlich ungenaueren Bauteil führen würde. Zudem müsste ein solches Bauteil zusätzlich entzundert werden.
  • Abschließend soll nunmehr mit Blick auf 3 ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Bauteils mit einem Außenumfang und einer Öffnung, welche eine Innenpassverzahnung aufweist, näher erläutert werden.
  • In einem ersten Schritt S1 wird hierzu ein Rohling bereitgestellt, welcher im Wesentlichen der in Form des beabsichtigten Bauteils entspricht. Insbesondere kann dieser Rohling bereits mit einer Öffnung versehen sein (vergleiche Schritt S2), welche allerdings zunächst noch keine Innenpassverzahnung aufweist.
  • Dieser Rohling kann beispielsweise durch Schmieden oder auch auf andere Art und Weise, beispielsweise durch eine spannende Bearbeitung, aus einem Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt, vorzugsweise einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,2 % Kohlenstoff hergestellt werden.
  • Dieser Rohling wird mit seiner noch unverzahnten Öffnung vor einem Härten im Bereich seines Außenumfangs aufgekohlt. Dieses Aufkohlen kann über die gesamte Fläche des Außenumfangs oder aber lediglich über Teilabschnitte desselben erstrecken. Wesentlich hierbei ist, dass die Innenumfangsfläche der Öffnung, also jener Bereich, der später mit der Innenpassverzahnung versehen werden soll, von einer Aufkohlung weitestgehend verschont bleibt. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Chargierung der Rohlinge erzielt werden. Insbesondere können Maßnahmen ergriffen werden, welche das Vordringen eines Aufkohlungsmittels bis zur Innenumfangsfläche der Öffnung unterbinden.
  • Anschließend erfolgt das Härten im Sinne einer Wärmebehandlung mit anschließendem Abschrecken (vgl. Schritt S4). Hierbei entsteht am Außenumfang des Bauteils ein martensitisches Gefüge, am Innenumfang der Öffnung hingegen ein bainitisches Gefüge.
  • Die beim Härten erreichte Oberflächenhärte in der Öffnung kann dabei der Blindhärte des eingesetzten Werkstoffs entsprechen und sollte 550 HV nicht übersteigen.
  • Anschließend wird das Bauteil mit einem konventionellen, kostengünstigen Räumprozess geräumt (vergleiche Schritt S5), um die Innenpassverzahnung in den Innenumfang der Öffnung einzubringen. Mit diesem in der Fertigungskette ersten Räumprozess kann gleichzeitig ein Fertigräumen der Innenpassverzahnung bewerkstelligt werden. Insbesondere kann die Innenpassverzahnung trocken geräumt werden.
  • Da bei dieser Vorgehensweise etwaige Härteverzüge bereits vor dem Räumen entstanden sind, ist die erhaltene Innenpassverzahnung verzugsfrei und extrem genau.
  • Etwaige Randoxidation, welche bei der Wärmebehandlung gegebenenfalls entstanden sind, werden auf diese Art und Weise bei der Herstellung der Innenpassverzahnung ebenfalls vollständig beseitigt.
  • Je nach Bedarf kann die notwendige Festigkeit der Innenpassverzahnung durch den gewählten Werkstoff für den Rohling und/oder durch den Härteprozess eingestellt werden.
  • Auf diese Weise kann die Sicherheit gegen vorzeitigen Verschleiß oder Herausscheren der Innenpassverzahnung unter hohen Belastungen deutlich erhöht werden.
  • Ferner kann durch Wahl des Werkstoffs für den Rohling ein guter Kompromiss zwischen der Bauteilbelastbarkeit und der Werkzeugstandzeit für das Räumwerkzeug getroffen werden.
  • Die vorstehend erläuterte Erfindung ermöglicht im Vergleich zu Harträumen deutlich verringerte Werkzeugkosten und geringere Taktzeiten.
  • Da die Innenpassverzahnung in einem Prozessschritt hergestellt wird, entfällt ein zusätzliches Ausrichten von Bauteil und Werkzeug zur einer Vorverzahnung, wie es beim Harträumen praktisch unvermeidlich ist.
  • Das Räumen kann insbesondere in einer Trockenbearbeitung durchgeführt werden, wodurch der Bedarf für Räumöle und deren Entsorgung entfällt.
  • Zudem lässt sich über die Werkstoffauswahl und den Härteprozess die Verzahnungsfestigkeit günstig einstellen.
  • Im Ergebnis wird eine hochgenaue und hochbelastbare Innenpassverzahnung erhalten.
  • Die Fertigungsabfolge vermeidet zudem Härterisse und Randoxidation im Bereich der Innenpassverzahnung.
  • Die Erfindung wurde vorstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiel näher erläutert. Diese dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Tripodestern (Gleichlaufgelenkbauteil)
    11
    Nabe
    12
    Zapfen
    12a
    ballige Umfangsfläche
    13
    Öffnung
    14
    Innenpassverzahnung
    15
    Außenumfang
    20
    Kugelnabe (Gleichlaufgelenkbauteil)
    21
    Gelenkaußenteil
    22
    Gleichlaufgelenk
    23
    Kugellaufbahn
    24
    Kugellaufbahn
    25
    Kugel
    26
    Öffnung
    27
    Innenpassverzahnung
    28
    Käfig
    29
    Außenumfang
    A
    Gelenkdrehachse
    M
    Beugezentrum

Claims (10)

  1. Gleichlaufgelenkbauteil mit einem Außenumfang (15; 29) und einer Öffnung (13; 26), welche eine Innenpassverzahnung (14; 27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenkbauteil im Bereich seines Außenumfangs (15; 29) einsatzgehärtet ist, an seinem Außenumfang (15; 29) ein martensitisches Gefüge aufweist, und an der Innenpassverzahnung (14; 27) hingegen ein bainitisches Gefüge aufweist.
  2. Gleichlaufgelenkbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenkbauteil an seinem Außenumfang (15; 29) einen höheren Randkohlenstoffgehalt aufweist als an der Innenpassverzahnung (14; 27).
  3. Gleichlaufgelenkbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Innenpassverzahnung (14; 27) der Blindhärte des verwendeten Werkstoffs entspricht.
  4. Gleichlaufgelenkbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenkbauteil aus einem Werkstoff gefertigt ist, welcher einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,2 % aufweist.
  5. Gleichlaufgelenkbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Innenpassverzahnung (14; 27) kleiner oder gleich 550 HV ist.
  6. Gleichlaufgelenkbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenkbauteil ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Tripodestern (10) und einem Gleichlaufgelenkinnenteil (20).
  7. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Bauteils mit einem Außenumfang (15; 29) und einer Öffnung, welche eine Innenpassverzahnung (14; 27) aufweist, umfassend: Bereitstellen eines Rohlings mit einer noch unverzahnten Öffnung, Härten des Rohlings durch Abschrecken, und Fertigen der Innenpassverzahnung (14; 27) an der Innenumfangsfläche der Öffnung durch Räumen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling mit seiner noch unverzahnten Öffnung vor dem Härten im Bereich seines Außenumfangs (15; 29) aufgekohlt wird, wobei gleichzeitig eine Innenumfangsfläche der Öffnung gegen Aufkohlen geschützt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die zunächst unverzahnte Innenumfangsfläche der Öffnung auf eine Oberflächenhärte bis zu maximal 550 HV gehärtet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zunächst unverzahnte Innenumfangsfläche der Öffnung auf die Blindhärte des Werkstoffs des Rohlings gehärtet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten derart erfolgt, dass am Außenumfang (15; 29) ein martensitisches Gefüge, an der Innenpassverzahnung (14; 27) hingegen ein bainitisches Gefüge entsteht.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060725A (ja) 2003-08-08 2005-03-10 Jfe Steel Kk 疲労特性に優れた等速ジョイント内輪およびその製造方法
DE102009037383A1 (de) 2009-08-13 2011-02-17 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung eines Tripodesterns
DE112004001207B4 (de) 2004-10-01 2013-07-25 Gkn Driveline International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Gelenks mit hochbelastbarem Innenteil

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060725A (ja) 2003-08-08 2005-03-10 Jfe Steel Kk 疲労特性に優れた等速ジョイント内輪およびその製造方法
DE112004001207B4 (de) 2004-10-01 2013-07-25 Gkn Driveline International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Gelenks mit hochbelastbarem Innenteil
DE102009037383A1 (de) 2009-08-13 2011-02-17 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung eines Tripodesterns

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Norm DIN 8589-13 2003-09-00. Fertigungsverfahren Spanen - Teil 13: Hubschleifen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe. Auch veröffentlicht unter URL: http://perinorm/Perinorm-Volltexte/2016-11_Grunbestand/CD21DE_02/9500676/9500676.pdf?.

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