DE10227816A1

DE10227816A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kreuzgelenks für ein Universalgelenk

Info

Publication number: DE10227816A1
Application number: DE10227816A
Authority: DE
Inventors: Glenn Fillion; Mark Schuster; Donald A Rhoda; Otto Zaslanskiy
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2003-05-08
Also published as: AU4889502A; US20030104870A1; BR0202343A; GB2378957A; US6797084B2; GB0214244D0; AU776914B2; GB2378957B

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines oberflächengehärteten Gelenkkreuzes angegeben, welche eine Induktionseinrichtung umfasst, welche eine offene Seite hat, wodurch ermöglicht wird, dass das Gelenkkreuz zur Durchführung des Induktionsverfahrens auf relativ einfache Weise eingeführt und nach der Durchführung wieder entnommen werden kann. Der leitende Rahmen der Induktionseinrichtung ist in Form eines kreuzähnlichen Musters ausgelegt, welcher den Außenumfang eines Gelenkkreuzes auf jeder Seite des Gelenkkreuzes umgibt. Da die Induktionsspule sich über beide Seiten des Gelenkkreuzes erstreckt, kann die Wärmebahndlung an spezifischen Stellen der äußeren Fläche des Gelenkkreuzes dadurch verstärkt werden, dass der Abstand der Induktionsspule von dem Gelenkkreuz geändert wird. Auch wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gelenkkreuzes angegeben, bei welchem die maximalen Belastungsverteilungen für das Kreuzgelenk ermittelt und basierend hierauf die gewünschte Tiefe und die gewünschte Stelle der Oberflächenhärtung ermittelt werden. Die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht über die jeweiligen Zapfen hinweg wird, basierend auf der Belastungsverteilung, in der Weise ermittelt, dass sie größer oder gleich einem Viertel des Außendurchmessers des Zapfens minus dem Innendurchmesser des Schmiermitteldurchganges ist, welcher durch den Zapfen geht. Eine Wärmebehandlung wird unter Einsatz der zuvor beschriebenen Vorrichtung ausgeführt, um die gewünschte ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung befasst sich im allgemeinen mit der Herstellung von Kreuzgelenken bzw. Gelenkkreuzen zum Einsatz bei Universalgelenken. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer verbesserten Auslegung eines oberflächengehärteten Gelenkkreuzes zum Einsatz bei einem Universalgelenk sowie mit einem Verfahren zur Herstellung desselben.
In den meisten heutzutage im Einsatz befindlichen Landfahrzeugen ist eine Antriebsstranganordnung vorgesehen, um Drehenergie von einer Ausgangswelle einer Brennkraftmaschine/Getriebeanordnung auf eine Eingangswelle einer Achsanordnung derart zu übertragen, dass die Räder des Fahrzeugs drehangetrieben werden. Um diese zu erreichen, umfasst in typischer Weise eine Fahrzeug- Antriebsstranganordnung ein hohles, zylindrisches Antriebswellenrohr, welches erste und zweite Enden hat. Ein erstes Universalgelenk ist zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine/Getriebeanordnung und dem ersten Ende des Antriebswellenrohrs als Verbindung vorgesehen, während ein zweites Universalgelenk als eine Verbindung zwischen dem zweiten Ende des Antriebswellenrohrs und der Eingangswelle der Achsanordnung vorgesehen ist. Die Universalgelenke stellen eine Drehantriebsverbindung an der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine/der Getriebeanordnung über das Antriebswellenrohr mit der Eingangswelle der Achsanordnung her, wobei zugleich in begrenztem Maße Winkelabweichungen zwischen den Drehachsen dieser drei Wellen ausgeglichen werden.
Jedes der Universalgelenke umfasst im allgemeinen eine erste Gabel, eine zweite Gabel und ein Kreuzgelenk bzw. ein Gelenkkreuz, welches zwischen denselben als Zwischenverbindung vorgesehen ist. Ein typisches Gelenkkreuz umfasst einen zentralen Körperabschnitt, welcher vier zylindrische Zapfen hat, welche von diesem nach außen vorstehen. Die Zapfen sind in einer einzigen Ebene ausgerichtet und verlaufen rechtwinklig relativ zueinander. Eine hohle, zylindrische Lagerschale ist an dem Ende jedes Zapfens angebracht. Nadellager oder ähnliche, reibungsmindernde Einrichtungen sind im allgemeinen zwischen den äußeren, zylindrischen Flächen der Zapfen und den inneren, zylindrischen Flächen der Lagerschalen vorgesehen, um die Drehbewegung der Lagerschalen relativ zu den Zapfen zu erleichtern. Die Lagerschalen, welche in einem ersten, gegenüberliegenden Paar von Zapfen des Gelenkkreuzes angebracht sind, sind mit der ersten Gabel verbunden, während die Lagerschalen, die an einem zweiten, gegenüberliegenden Paar von Zapfen angebracht sind, mit der zweiten Gabel verbunden sind.
Die Gelenkkreuze der Universalgelenke sind zwei Hauptkraftarten während des Betriebs der Antriebsstranganordnung ausgesetzt. Wenn ein Drehmoment über das Universalgelenk übertragen ist, wirken relativ große Biegekräfte im allgemeinen über die jeweiligen Zapfen hinweg ein. Derartige, relativ große Biegekräfte versuchen die Zapfen in Querrichtung, bezogen auf die zuvor beschriebene rechtwinklige Ausrichtung, zu biegen. Um diese relativ großen Biegekräfte auszugleichen, ist es erwünscht, dass der zentrale Körperabschnitt und die Zapfen des Gelenkkreuzes aus einem Material ausgebildet sind, welches ausreichend widerstandsfähig ist, die Biegebelastung aufzunehmen, welches aber auch so ausreichend weich ist, dass in gewissem Maß ein Biegen der Zapfen relativ zu dem zentralen Körperabschnitt zugelassen wird, um eine unerwünschte Sprödigkeit zu vermeiden. Da ferner die unterschiedlichen Wellen der Antriebsstranganordnung üblicherweise in Achsrichtung während der vorstehend beschriebenen Drehbewegung nicht vollständig ausgerichtet sind, werden die Lagerschalen ständig auf hin und her gehende Weise relativ zu den zugeordneten Zapfen verdreht. Aufgrund des Wälzeingriffs der Nadellager, welcher sich aus dieser ständigen Drehbewegung ergibt, wirken örtlich relativ kleine und ständige Kontaktkräfte auf die äußeren, zylindrischen Flächen der Zapfen ein. Um diese relativ kleinen Kontaktkräfte auszugleichen, ist es erwünscht, dass die äußeren Flächen der Zapfen aus einem relativ harten Material ausgebildet sind, welches einem unerwünschten Verschleiß einen ausreichenden Widerstand entgegensetzt.
Um diese sich widersprechenden Forderungen einhalten zu können, hat es sich als wünschenswert erwiesen, das Gelenkkreuz eines Universalgelenks aus einem Material auszubilden, welches ein relativ weiches Innenteil (um ein erwünschtes, begrenztes Biegen der Zapfen zuzulassen) und ein relativ hartes, äusseres Teil auf den Außenflächen der Zapfen hat (um den unerwünschten Verschleiß durch die Nadellager zu verhindern). Eine solche Konstruktion kann als ein oberflächengehärtetes Gelenkkreuz bezeichnet werden, wobei das Gelenkkreuz eine relativ dünne, äußere Schicht (welche als Außenschicht bezeichnet wird) hat, welche beträchtlich härter als die restlichen, innenliegenden Bereiche desselben ist (welche als Kernteil bezeichnet werden). Die oberflächengehärteten Gelenkkreuze haben daher eine gehärtete Außenschicht, die im allgemeinen der Kontur des zentralen Körperabschnitts und den Zapfen folgt, aber nicht sehr tief in den Kernteilbereich des Gelenkkreuzes eindringt.
Eine bekannte Methode zur Herstellung eines oberflächengehärteten Gelenkkreuzes ist das Einsatzhärtungsverfahren. Zur Einsatzhärtung wird ein Gelenkkreuz zuerst aus einer mittelmäßig härtbaren Stahllegierung, wie einer 8620- Stahllegierung ausgebildet. Das Gelenkkreuz bedarf einer Erwärmung auf eine relativ hohe Temperatur in Anwesenheit einer kohlenstoffangereicherten Atmosphäre für eine Zeitlang, und dann erfolgt eine Abkühlung. Die Erwärmung und das Abkühlen des Zahnrads bewirkt, dass das gesamte Gelenkkreuz (sowohl die Außenschicht als auch das Kernteil) gehärtet wird. Die Stärke der Kernteilhärtung hängt unter anderem von dem Ausgangsgehalt des Kohlenstoffs im Stahl, der Temperatur, auf die das Gelenkkreuz erwärmt wird, und von der Abkühlungsgeschwindigkeit ab. Bezüglich des vorgenannten Anwendungsfalls jedoch bewirkt die hohe Temperatur, dass Kohlenstoff von der Atmosphäre in die Oberfläche des Gelenkkreuzes diffundiert. Die Kohlenstoffdiffusion bewirkt, dass die Außenschicht des Gelenkkreuzes härter als das Kernteil des Zahnrads wird, wenn anschließend eine Abkühlung erfolgt. Die Tiefe des Kohlenstoffeinsatzes in das Gelenkkreuz (somit die Tiefe der gehärteten Außenschicht) ist direkt proportional zu der Größe der Temperatur, auf die das Gelenkkreuz aufgewärmt wird, und sie ist direkt proportional zu der Zeitdauer dieser Behandlung.
Obgleich das Einsatzhärten in effektiver Weise zur Herstellung von oberflächengehärteten Gelenkkreuzen über viele Jahre hinweg eingesetzt worden ist, hat es sich dennoch als ineffizient im Hinblick auf die moderne Herstellungspraxis erwiesen. Insbesondere ist das Einsatzhärten ein Verfahren, welches einen relativ großen Kapitaleinsatz zur Durchführung des Behandlungsverfahrens erforderlich macht, welches ein Erwärmen, Handhaben und Abkühlen der Teile erforderlich macht. Auch ist das Einsatzhärten ein relativ langsam ablaufendes Verfahren, welches zur Durchführung typischerweise fünf bis zehn Stunden braucht, um die Wärmebehandlung an dem jeweiligen Gelenkkreuz vorzunehmen. Ferner ist das Einsatzhärten ein Verfahren, welches am besten für die gleichzeitige Behandlung einer relativ großen Anzahl von identischen Teilen geeignet ist, was dazu führt, dass man eine unerwünschte, große Anzahl von behandelten Teilen zeitweise auf Lager nehmen muss, bis sie zum Einsatz kommen. Daher ist es erwünscht, ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines oberflächengehärteten Gelenkkreuzes zum Einsatz bei einem Universalgelenk zu haben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung befasst sich mit einer verbesserten Auslegung eines oberflächengehärteten Gelenkkreuzes zum Einsatz bei einem Universalgelenk und mit einem Verfahren zum Herstellen desselben. Insbesondere werden bei der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Optimierung der Tiefe und der Lage der oberflächengehärteten Schicht unter Einsatz einer Induktionseinrichtung bereitgestellt, welche derart ausgebildet ist, dass sich das Herstellungsverfahren vereinfachen lässt. Die Vorrichtung umfasst eine Induktionseinrichtung, welche speziell derart mit einer offenen Seite gestaltet ist, dass das Kreuzgelenk auf einfache Weise eingeführt und nach Abschluss des Induktionsverfahrens herausgenommen werden kann. Der leitende Rahmen der Induktionseinrichtung ist in Form eines kreuzähnlichen Musters ausgestaltet, welches den Außenumfang eines Gelenkkreuzes auf jeder Seite des Gelenkkreuzes umgibt. Da die Induktionsspule an beiden Seiten des Gelenkkreuzes vorgesehen ist, lässt sich die Wärmebehandlung an speziellen Stellen an der Außenfläche des Kreuzgelenks derart verbessern, dass sich der Abstand der Induktionsspule von dem Kreuzgelenk einstellen lässt. Dies ist insbesondere effektiv hinsichtlich der Optimierung der oberflächengehärteten Schicht an speziellen Stellen, welche sich gemäß einer Computermodellerstellung oder anderen Techniken bestimmen lassen. Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zum Herstellen des Gelenkkreuzes für ein Universalgelenk mit optimierter Lage und Tiefe der oberflächengehärteten Schicht an. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt die maximale Belastungsverteilung für das Gelenkkreuz ermittelt und bestimmt, und zwar unter Einsatz einer Computermodellerstellung oder anderen Techniken, basierend auf dem bestimmungsgemäßen Einsatz und Zweck des Gelenkkreuzes. Wenn die maximale Belastungsverteilung ermittelt und bestimmt worden ist, werden die gewünschte Tiefe und Lage der Oberflächenhärtung bestimmt und ermittelt. Insbesondere wird die Tiefe der Oberflächenhärtung über die jeweiligen Zapfen hinweg, basierend auf der Belastungsverteilung in der Form, ermittelt, dass sie größer oder gleich einem Viertel des Außendurchmessers des Zapfens minus dem Innendurchmesser des Schmiermitteldurchganges ist, welcher durch den Zapfen geht. In einem abschließenden Schritt wird die Wärmebehandlung unter Einsatz der zuvor beschriebenen Vorrichtung durchgeführt, um die gewünschte, oberflächengehärtete Außenschicht über den gesamten Zapfen hinweg unter Berücksichtigung des spezifischen Einsatzzweckes zu erstellen, bei dem das Universalgelenk zum Einsatz kommt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Fahrzeugantriebsstranganordnung, einschließlich eines Paars von Universalgelenken, welche zugeordnete Gelenkkreuze haben, die nach der Erfindung hergestellt worden sind;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht mit Teilschnittdarstellung von einer ersten, bevorzugten Ausführungsform eines Gelenkkreuzes bzw. Kreuzgelenkes zum Einsatz bei einem der Universalgelenke, die in Fig. 1 gezeigt sind;
Fig. 3 ist eine weitere, vergrößerte Schnittansicht zur Verdeutlichung eines Teils der ersten, bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich der Auslegung des Gelenkkreuzes nach Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Fig. 3 ähnliche, vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform einer Auslegung für ein Gelenkkreuz, welches bei einem der Universalgelenke eingesetzt werden kann, die in Fig. 1 gezeigt sind, und
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Induktionseinrichtung, welche zur Oberflächenhärtung der Gelenkkreuze nach den Fig. 3 und 4 gemäß einer Verfahrensweise nach der Erfindung eingesetzt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in Fig. 1 eine Fahrzeugantriebsstranganordnung gezeigt, welche insgesamt mit 10 bezeichnet ist und die auf an sich übliche Weise ausgelegt ist. Die Antriebsstranganordnung 10 umfasst ein Getriebe 12, welches eine Ausgangswelle (nicht gezeigt) hat, welche mit einer Eingangswelle (nicht gezeigt) einer Achsanordnung 14 über eine Antriebswellenanordnung 16 verbunden ist. Das Getriebe 12 wird durch eine Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) oder eine andere Drehenergiequelle auf übliche Weise drehangetrieben. Die Antriebswellenanordnung 16 umfasst ein zylindrisches Antriebswellenrohr 18, welches insgesamt mit 18 bezeichnet ist und einen Mittelabschnitt 20 und ein Paar von gegenüberliegenden Endabschnitten 22a und 22b hat. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist der Mittelabschnitt 20 des Antriebswellenrohrs 18 derart ausgebildet, dass er einen größeren Außendurchmesser als die jeweiligen Endabschnitte 22a und 22b hat. Somit werden die Übergangsbereiche 21a und 21b zwischen dem durchmessergrößeren Mittelabschnitt 20 des dargestellten Antriebswellenrohrs 18 und den jeweils durchmesserkleineren Endabschnitten 22a und 22b gebildet. Das Antriebswellenrohr 18kann jedoch auch mit einem konstanten Durchmesser die gesamte Längserstreckung hinweg oder auch auf andere Art und Weise ausgestaltet sein. Alternativ kann das einzige Antriebswellenrohr 18 durch eine zusammengesetzte Antriebswellenanordnung (nicht gezeigt) ersetzt werden, welche erste und zweite Antriebswellenabschnitte hat, die mittels einer Mittellageranordnung zwischen dem Getriebe 12 und der Achsanordnung 14 gelagert sind. Das Antriebswellenrohr 16 kann aus irgendeinem geeigneten Material, wie einer gewichtsmäßig leichten Aluminiumlegierung (6061-Legierung beispielsweise) ausgebildet sein.
Die Ausgangswelle des Getriebes 12 und die Eingangswelle der Achsanordnung 14 sind in typischer Weise nicht koaxial ausgerichtet. Um dies abzugleichen, ist ein Paar von Universalgelenken, welche insgesamt mit 24a und 24b bezeichnet sind, an den Endabschnitten 22a und 22b des Antriebswellenrohrs 18 vorgesehen, um jeweils das Antriebswellenrohr 18 der Ausgangswelle des Getriebes 12 mit der Eingangswelle der Achsanordnung 14 zu verbinden. Das erste Universalgelenk 24a umfasst eine erste Gabel, wie eine Rohrgabel 26a, welche fest mit dem vorderen Endabschnitt 22a des Antriebswellenrohrs 18 auf übliche Weise, durch Schweißen oder Kleben, verbunden ist. Das erste Universalgelenk 24a umfasst ferner eine zweite Gabel, wie eine halbrunde Endgabel 28a, welche mit der Ausgangswelle des Getriebes 12 verbunden ist. Auf ähnliche Art und Weise umfasst das zweite Universalgelenk 24b eine erste Gabel, wie ein Gabelrohr 26b, welches fest mit dem hinteren Endabschnitt 22b des Antriebswellenrohrs 18 auf an sich übliche Weise, wie durch Schweißen oder Kleben, verbunden ist. Das zweite Universalgelenk 24b umfasst ferner eine zweite Gabel, wie eine halbrunde Endgabel 28b, welche mit der Eingangswelle der Achsanordnung 14 verbunden ist.
Fig. 2 verdeutlicht eine erste, bevorzugte Ausführungsform eines Kreuzgelenks bzw. Gelenkkreuzes, welches insgesamt mit 30 bezeichnet ist und für die jeweiligen Universalgelenke 24a und 24b nach Fig. 1 bestimmt ist. Das dargestellte Gelenkkreuz 30 umfasst einen zentralen Körperabschnitt 31, welcher eine Mehrzahl von Zapfen 32 hat, die von diesem nach außen verlaufen. Bei der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind vier derartige Zapfen 32 integral mit dem Körperabschnitt 31 ausgebildet. Die Zapfen 32 sind rechtwinklig zueinander angeordnet und sind derart ausgerichtet, dass sie in einer einzigen Ebene liegen. Jeder der dargestellten Zapfen 32 ist im allgemeinen zylindrisch ausgebildet und hat eine axial zuäußerst liegende Endfläche 32a und eine zylindrische Lagerfläche 32b. Jedoch können die Zapfen 32 auch auf andere Weise ausgestaltet werden, und sie können auch andere Formen annehmen, und sie sind nicht auf eine integrale Auslegung mit dem zentralen Körperabschnitt 31 beschränkt.
Ein innerer Durchgang 33 ist in jedem der dargestellten Zapfen 32 vorgesehen. Jeder der inneren Durchgänge 33 verläuft in einem zentralen Hohlraum, welcher in dem zentralen Körperabschnitt 31 des Gelenkkreuzes 30 ausgebildet ist, über die äußere Endfläche 32b nach außen. Ein Schmierfitting 34 kann in einer Öffnung 34 (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche in dem zentralen Körperabschnitt 31 des Gelenkkreuzes 30 ausgebildet ist, um eine kommunizierende Fluidverbindung mit dem zentralen Hohlraum herzustellen. Der Schmieranschluss 34 kann eingesetzt werden, um Schmiermittel über den zentralen Hohlraum den Durchgängen 33 der Zapfen 32 zuzuführen, und zwar zu dem nachstehend noch näher erläuterten Zweck. Die Zapfen 32 können gegebenenfalls derart ausgebildet sein, dass sie keine derartigen, inneren Durchgänge 33 haben.
Eine Lagerschale, welche insgesamt mit 35 bezeichnet ist, ist um den Endabschnitt der jeweiligen Zapfen 32 angeordnet. Jede Lagerschale 35 umfasst einen äußeren Endabschnitt 35a, welcher einen hohlen, zylindrischen Randabschnitt 35b ab, welcher sich von diesem Endabschnitt weg erstreckt. Wenn die Lagerschale auf dem Endabschnitt 32 angeordnet ist, ist eine innere Fläche des äußeren Endabschnitts 35a der Lagerschale 35 in der Nähe der äußeren Endfläche 32a der Zapfen 32 angeordnet, während der hohle, zylindrische Randabschnitt 35b der Lagerschale 35 um die zylindrische Lagerfläche 32b des Zapfens 32 angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Nadellagern 36 oder anderen Lagereinrichtungen ist zwischen der Innenfläche des hohlen, zylindrischen Randabschnitts 35b der Lagerschale 35 und der zylindrischen Lagerfläche 35b des Zapfens 32 angeordnet. Auch eine übliche Licht- und Staubschutzanordnung kann vorgesehen sein, welche insgesamt mit 37 bezeichnet ist, und die gegebenenfalls um das offene Ende der jeweiligen Lagerschale 35 angeordnet ist. Schließlich kann eine Druckscheibe, welche insgesamt mit 38 bezeichnet ist, gegebenenfalls zwischen der äußeren Endfläche 32a von wenigstens einem (vorzugsweise von allen) Zapfen 32 und den zugeordneten Innenflächen der Endabschnitte 35a der Lagerschalen 35 angeordnet sein.
Wie zuvor angegeben ist, kann der Schmiermittelanschluss 34 eingesetzt werden, um Schmiermittel über den zentralen Hohlraum in die Durchgänge 33 der Zapfen 32 einzuleiten. Wenn eine derartige Schmiermittelzufuhr erfolgt, fließt das Schmiermittel radial durch die jeweiligen Durchgänge 33 nach außen, dann in Drehrichtung zwischen den äußeren Endflächen 32a der Zapfen 32 und den Innenflächen der zugeordneten Endabschnitte 35a der Lagerschalen 35 und schließlich radial nach innen in den Bereich der Nadellager 36. Auf diese Weise lässt sich Schmiermittel den Nadellagern 36 zuführen, um die Drehbewegung der Lagerschalen 35 relativ zu den zugeordneten Zapfen 32 zu erleichtern. Obgleich bei der dargestellten Ausführungsform der Schmiermittelanschluss 34 in kommunizierender Verbindung mit dem zentralen Hohlraum des zentralen Körperabschnitts 31 des Gelenkkreuzes 30 steht, kann der Schmiermittelanschluss 34 auch an irgendeiner anderen, geeigneten Stelle am Gelenkkreuz 30 vorgesehen sein.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer ersten, bevorzugten Ausführungsform eines Aufbaus für das Gelenkkreuz 30 nach Fig. 2. Wie dort gezeigt ist, ist das Gelenkkreuz 30 einer Oberflächenhärtungsbehandlung unterzogen worden, und zwar auf eine solche Weise, dass es einen relativ weichen, inneren Abschnitt oder Kernteil 39a und einen relativ harten, äußeren Abschnitt oder eine harte Außenschicht 39b auf den äußeren Flächen der jeweiligen Zapfen 32 hat.
Nachstehend wird die Verfahrensweise näher beschrieben, mittels der dieser Aufbau des Gelenkkreuzes 30 erreicht werden kann. Zuerst wird die maximale Belastungsverteilung des jeweiligen Anwendungsgebiets des Gelenkkreuzes 30 bestimmt, beispielsweise unter Einsatz der an sich bekannten Computermodellmethoden oder anderen üblichen, analytischen Methoden. Diese Belastungen können beispielsweise als die Summe aus den Kontaktdrücken, die auf das Kreuzgelenk 30 beim Einsatz wirken, und den maximalen Hauptbelastungen bestimmt werden, die von dem Drehmoment resultieren, welches auf die Zapfen 32 einwirkt.
Basierend auf dieser ermittelten Belastungsverteilung lässt sich die Tiefe der relativ harten Außenschicht 39b über den jeweiligen Zapfen 32 hinweg ermitteln. Vorzugsweise folgt die relativ harte Außenschicht 391 proportional der maximalen Leistungsverteilung über das Gelenkkreuz 30 hinweg. Obgleich jede beliebige, gewünschte Tiefe erreichbar ist, hat es sich als wünschenswert für die Tiefe der relativ harten Außenschicht 39b erwiesen, dass sie größer oder kleiner gleich einem Viertel des Außendurchmessers des Zapfens 32, verringert um den Innendurchmesser des Schmiermitteldurchgangs 33 ist, welcher durch den Zapfen 32 geht.
Wenn beispielsweise nach Fig. 3 der Außendurchmesser des Zapfens 32 mit D1 und der Innendurchmesser des Schmiermitteldurchgangs 33 mit D2 bezeichnet ist, so lässt sich die Tiefe der relativ harten Außenschicht 39b auf die folgende Weise bestimmen:

Außenschichttiefe ≥ (D₁ - D₂)/4.
Die Länge des Schmiermitteldurchgangs 33 kann in Relation der axialen Länge der Nadellager 36 definiert werden. Beispielsweise kann die Länge H des Schmiermitteldurchganges 33 in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 1,3 der axialen Länge der Nadellager 36 liegen. In jedem Fall kann der Durchmesser des Schmiermitteldurchgangs 33 (oder die jeweiligen Durchmesser), wenn mehrere Schmiermitteldurchgänge 33 mit unterschiedlichen Durchmessern und Abstufungen vorgesehen sind, derart gewählt werden, dass man die gewünschte Tiefe und Geometrie für die relativ harte Außenschicht 39b erhält. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, dass sich die Gestalt und der Durchmesser des Schmiermitteldurchgangs 33 nach Maßgabe der Ermittlungen wählen läßt, um eine gewünschte Oberflächenhärtungstiefe über den Zapfen 32 hinweg für den spezifischen Anwendungszweck des Gelenkkreuzes 30 zu erhalten.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform einer Auslegung eines Gelenkkreuzes, welches dort insgesamt mit 40 bezeichnet ist und nach der Erfindung ausgelegt ist. Dieses modifizierte Gelenkkreuz 40 umfasst einen zentralen Körperabschnitt 41, welcher eine Mehrzahl von Zapfen 42 hat, die von diesem nach außen weg verlaufen. Ein innerer Durchgang 43 ist in jedem Zapfen 42 ausgebildet und verläuft von einem zentralen Hohlraum, welcher in dem zentralen Körperabschnitt 41 des Gelenkkreuzes 40 ausgebildet ist, über die äußere Endfläche nach außen. Der dargestellte Schmiermitteldurchgang 43 hat einen konischen Verlauf, ausgehend von einem relativ kleinen Durchmesser in der Nähe des zentralen Hohlraums zu einem relativ großen Durchmesser an der äußeren Endfläche. Das Gelenkkreuz 40 wurde einem Oberflächenhärtungswärmebehandlungsverfahren ausgesetzt, um einen relativ weichen, inneren Abschnitt oder einen relativ weichen Kernteil 44a und einen relativ harten, äußeren Abschnitt oder eine relativ harte, äußere Schicht 44b auf den äußeren Flächen der jeweiligen Zapfen 42 zu bekommen.
Bei diesem Anwendungsfall ist der Außendurchmesser des Zapfens 42 mit D1 und der relativ große Innendurchmesser des Schmiermitteldurchganges 43 in der Nähe der äußeren Endfläche mit D2 bezeichnet. Dieselbe wie zuvor angegebene Gleichung kann eingesetzt werden, um den relativ großen Innendurchmesser in dem Schmiermitteldurchgang 43 in der Nähe der äußeren Endfläche zu bestimmen und zu ermitteln.
Fig. 5 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer Induktionseinrichtung, welche insgesamt mit 50 bezeichnet ist und die zur Oberflächenhärtung der Gelenkkreuze 30 und 40 jeweils eingesetzt werden kann, welche in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind und die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Obgleich jede geeignete und bekannte Induktionseinrichtung eingesetzt werden kann, hat sich gezeigt, dass die dargestellte Induktionseinrichtung 50 zu den gewünschten Ergebnissen führen kann. Die Induktionseinrichtung 50 wird von einem einzigen, elektrischen Leiter gebildet, welcher eine Gestalt mit zwei Schleifen 51 und 52 hat. Jede der Schleifen 51 und 52 folgt im allgemeinen der äußeren Gestalt des Gelenkkreuzes 30 oder 40. Die Schleifen 51 und 52 sind beabstandet, um zu ermöglichen, dass eines der Gelenkkreuze 30 oder 40 dazwischen angeordnet und präzise relativ hierzu positioniert werden kann. Die Enden der Induktionseinrichtung 50 können mit einer elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) verbunden sein. Wenn elektrischer Strom durch die Induktionseinrichtung 50 geht, werden entsprechende, elektrische Ströme induziert, welche in den metallischen Gelenkkreuzen 30 oder 40 strömen. Aufgrund des elektrischen Widerstands der metallischen Gelenkkreuze 30 oder 40 bezüglich dieses elektrischen Stromflusses werden diese induzierten, elektrischen Ströme in Wärmeenergie umgewandelt. Als Folge hiervon werden die Abschnitte der Gelenkkreuze 30 oder 40 in der Nähe der Induktionseinrichtung 50 schnell auf eine erhöhte Temperatur erwärmt.
Das Gelenkkreuz 30 oder 40 ist vorzugsweise aus einem Stahl mit mittelmäßigem Kohlenstoffgehalt hergestellt, wie einer 1055-Stahllegierung, welche eine mittlere Menge Mangan (von etwa 0,6% bis etwa 0,8% beispielsweise) enthält. Als Folge hiervon hat das Gelenkkreuz 30 oder 40 ein relativ hohes Maß an Härtbarkeit (D_i-Faktor von 1,4 beispielsweise).
Obgleich die Erfindung voranstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen detailliert erläutert worden ist, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort beschriebenen und gezeigten Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Gelenkkreuzes (Kreuzgelenk) zum Einsatz in einem Universalgelenk, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Vorsehen eines Gelenkkreuzes, welches einen Körper umfasst, und eine Mehrzahl von nach außen verlaufenden Zapfen hat;

b) Bestimmen einer maximalen Belastungsverteilung für den speziellen Einsatzzweck des Gelenkkreuzes;

c) Ermitteln einer Tiefe einer relativ harten Außenschicht über die jeweiligen Zapfen hinweg, basierend auf der ermittelnden Belastungsverteilung, und

d) Durchführen eines Wärmebehandlungsverfahrens an dem Gelenkkreuz, um die gewünschte Tiefe für die relativ harte Außenschicht auf den jeweiligen Zapfen bereitzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt

a) mittels Computermodellerstellung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) dadurch durchgeführt wird, dass die Summe aus den Kontaktdrücken, die an dem Gelenkkreuz beim Einsatz anliegen, und den Maximalhauptbelastungen ermittelt wird, welche aus der Einwirkung des Drehmoments auf die Zapfen resultieren.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) dadurch durchgeführt wird, dass die Tiefe der relativ harten Außenschicht derart bestimmt wird, dass sie proportional zu der Maximalbelastungsverteilung des gesamten Gelenkkreuzes folgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) mittels einer Induktionseinrichtung durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) dadurch durchgeführt wird, dass eine Induktionseinrichtung vorgesehen wird, welche von einem einzigen, elektrischen Leiter gebildet wird, welcher eine Gestalt mit zwei Schleifen besitzt, die voneinander beabstandet sind und das Gelenkkreuz zwischen den beiden Schleifen angeordnet wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) dadurch durchgeführt wird, dass eine Induktionseinrichtung vorgesehen wird, welche aus einem einzigen, elektrischen Leiter ausgebildet ist, welcher die Gestalt von zwei Schleifen hat, die im allgemeinen der äußeren Gestalt des Gelenkkreuzes folgen und das Gelenkkreuz zwischen den beiden Schleifen angeordnet wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) dadurch ausgeführt wird, dass ein Durchgang durch den jeweiligen Zapfen ausgebildet wird, wobei die Durchgänge vorbestimmte Abmessungen bezüglich der Gesamtabmessungen der Zapfen haben.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) dadurch ausgeführt wird, dass die Tiefe der relativ harten Außenschicht größer als oder gleich einem Viertel des Außendurchmessers der Zapfen minus des Innendurchmessers der Schmiermitteldurchgänge ermittelt wird, welche durch die Zapfen gehen.