DE112005001328T5

DE112005001328T5 - Bauteil für genutete Verbindung

Info

Publication number: DE112005001328T5
Application number: DE112005001328T
Authority: DE
Inventors: Ola Larsson; Anders Sundgren
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2007-05-03
Also published as: SE525750C2; SE0401473D0; SE0401473L; WO2005121582A1

Abstract

Bauteil für eine genutete Verbindung, welches ein Wellenteil (22; 32) aufweist, das längslaufende Erhöhungen (24; 34) und Vertiefungen (26; 36) besitzt, die sich gegenseitig in Umfangsrichtung abwechseln, und das vorgesehen ist, um an einem ersten Ende in axialer Bewegung ein korrespondierendes Wellenteil (32) mit komplementären Erhöhungen (34; 24) und Vertiefungen (36; 26) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (22; 32) mit den Erhöhungen (24; 34) und den Vertiefungen (26; 36) durch Presshärten eines dünnwandigen Rohrteils (30) aus Borstahl hergestellt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine genutete Verbindung, welches ein Wellenteil aufweist, das längslaufende Erhöhungen und Vertiefungen besitzt, die sich gegenseitig in Umfangsrichtung abwechseln, und das vorgesehen ist, um an einem ersten Ende in axialer Bewegung ein Wellenteil mit komplementären Erhöhungen und Vertiefungen aufzunehmen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Bauteils.

Hintergrund

Derartige genutete Bauteile, die insbesondere in Lastkraftfahrzeugen schwerwiegenden Belastungen ausgesetzt sind, werden gewöhnlich durch Bearbeiten von geschmiedetem massivem hochfestem Stahl hergestellt. Die hohen Festigkeitsanforderungen machen diese Bauteile schwer, schwierig zu bearbeiten und teuer, was alles einer generellen Bemühung zuwider läuft, Kosten und vor allem Gewicht von Fahrzeugteilen mit dem Ziel, den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, gering zu halten.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demzufolge darin, Bauteile für genutete Verbindungen bereitzustellen, die mit einem geringeren Gewicht und geringeren Kosten als bisher hergestellt werden können, ohne zu schlechteren Festigkeitseigenschaften zu führen.

Dies wird durch die Merkmale erreicht, die in den angefügten Ansprüchen angegeben sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Bauteil mit den Erhöhungen und Vertiefungen durch Presshärten eines dünnwandigen Rohrteils aus Borstahl hergestellt.

Dünnwandige Bauteile mit einer sehr bruchfesten Leichtbaustruktur können auf diese Weise ohne jegliches Bearbeiten erzielt werden, wodurch es möglich wird, Gewicht und Herstellungskosten des Bauteils zu senken.

Das Presshärten beinhaltet ein Formen der Erhöhungen und Vertiefungen durch radiale Deformation des Rohrteils.

Ein zweites Ende des Bauteils ist mit einem Wellenbauteil durch Laserschweißen verbunden. Durch Laserschweißen ist es möglich, einen Härteverlust aufgrund einer leistungsstarken Erhitzung zu vermeiden.

Das Wellenbauteil kann eine Verbindungsgabel für eine Universalverbindung sein, die gleichfalls durch Warmumformen und Presshärten eines dünnwandigen Teils aus Borstahl hergestellt ist.

Die Verbindungsgabel kann durch gegenseitiges Verbinden zweier dünnwandiger Gabelteile, die ineinander passen, hergestellt werden, beispielsweise durch adhäsives Verbinden. Es ist auf diese Weise möglich, dünnwandige Teile, die einfach zu formen sind und miteinander verbunden werden können, zu verwenden, um eine große Festigkeit entsprechend der eines gleichwirkenden dickwandigen Gabelteils bereitzustellen.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgend detaillierte Beschreibung und die Ansprüche angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Teil einer Universalwelle, bestehend aus erfindungsgemäßen Bauteilen;
2 zeigt in Explosionsdarstellung erfindungsgemäße Bauteile;
3 zeigt im Schnitt und mit abgetrennten Teilen eine erfindungsgemäße genutete Verbindung; und
4 und 5 zeigen schematisch in unterschiedlichen Arbeitspositionen eine Anordnung zum Formen eines erfindungsgemäßen genuteten Bauteils.
Detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform
1 und 2 zeigen eine Rohrgelenkwelle, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet wird und erfindungsgemäße Bauteile aufweist. Die Rohrgelenkwelle 10 weist in bekannter Weise ein Drehmomentrohr 12 auf, dessen eines Ende eine genutete Verbindung 20 zu einer Universalverbindungsgabel 40 besitzt. Nur das Drehmomentrohr 12 selbst ist konventionell ausgeführt, wohingegen die Hauptbauteile der genuteten Verbindung 20 und die Verbindungsgabel 40 erfindungsgemäß konfiguriert sind.
Wie insbesondere in 3 zu sehen, weist die genutete Verbindung 20 ein inneres genutetes Bauteil 22 und ein äußeres genutetes Bauteil 32 auf. In konventioneller Weise besitzt das innere genutete Bauteil 22 außenliegende Erhöhungen 24 und außenliegende Vertiefungen 26, wohingegen das äußere genutete Bauteil 32 korrespondierende innenliegende Vertiefungen 34 und innenliegende Erhöhungen 26 besitzt, sodass das innere genutete Bauteil 22 durch eine teleskopartige Bewegung in dem äußeren genuteten Bauteil 32 aufgenommen werden kann und ein Drehmoment gleichzeitig zwischen den Bauteilen 22, 32 übertragen werden kann.
Erfindungsgemäß ist jedes der genuteten Bauteile 22 und 32 durch Presshärten eines dünnwandigen Rohrteils aus ungehärtetem Borstahl gefertigt. Es versteht sich von selbst, dass ein härtbarer Stahl mit einer geringen Zugabe von Bor pressgehärtet werden kann, um zu einem ultrahochfesten Stahl mit einer Dehngrenze (Streckgrenze) von annähernd 1100 MPa zu werden. Presshärten bedeutet hier Warmumformen eines erhitzten Bauteils, das durch schnelle Abkühlung gehärtet wird.
Jedes der genuteten Bauteile 22, 32 kann durch eine Form-Anordnung 60, schematisch dargestellt in 4 und 5, geformt werden. Ein festgelegtes inneres Formelement 62 besitzt eine äußere Kontur, die mit der innern Kontur des genuteten Bauteils 22, 32 zusammenpasst, das hergestellt werden soll. Radial bewegbare äußere Formelemente 68 sind gleichmäßig um das innere Formelement 62 herum verteilt und können durch Linearaktuatoren 72 hin und her verfahren werden.
Ein genutetes Bauteil, wie das Bauteil 22, wird aus einem dünnwandigen Rohrteil oder einem Hohlkörper 30 geformt, der beispielsweise auf 940 °C hocherhitzt wurde. Der erhitzte Hohlkörper 30 wird über das innere Formelement 62 gezogen, wie in 4 gezeigt. Daraufhin werden alle Aktuatoren 72 aktiviert, sodass jedes von den bewegbaren Formelementen 68 den Bereich des Hohlkörpers 30, der ihm gegenüber liegt, radial in eine entsprechende Ausnehmung 64 in dem festgelegten Formelement 62 hineindrückt. Die Form der bewegbaren Formelemente 68 kann derart sein, dass sie in angebrachter Stellung exakt den gesamten Umfang (nicht dargestellt) des Hohlkörpers 30 abdecken, d. h. dass sie nicht nur mit den Ausnehmungen 64 im Eingriff sind, sondern ebenfalls mit dem Bereich des Hohlkörpers 30, der auf den Vorsprüngen 66 zwischen den Ausnehmungen 64 verbleibt. Auf beiden Seiten eines jeden der bewegbaren Formelemente 68, die in die Ausnehmungen 64 eindringen, ist es indes möglich, wie in 4 und 5 angegeben, stattdessen separate Formelemente 70 dort zu haben, die elastisch mit den Bereichen des Hohlkörpers 30 in Eingriff stehen, der auf den Erhebungen 66 verbleibt.
Die jeweiligen voneinander wegweisenden äußeren Enden 28 und 38 der miteinander verbundenen genuteten Bauteile 22 und 32 sind vorgesehen, um jeweils mit der Universalverbindungsgabel 40 und dem Drehmomentrohr 12 verbunden zu sein, wie in 1 gezeigt. Die Enden 28 und 38 weisen daher eine kreisförmige zylindrische Form auf. Dies wird in einer nicht gezeigten Weise durch eine korrespondierende Form der inneren Formelemente 62 und der äußeren Formelement 68 erreicht, sodass die Erhöhungen 24, 34 und die Vertiefungen 26, 36 in abgerundeter Weise mit einem Abstand von den Enden 28, 38 enden. Erfindungsgemäß sind das Drehmomentrohr 12 und die Verbindungsgabel 40 mit den genuteten Bauteilen durch Laserstrahlschweißen verbunden. Eine Verwendung von Laserstrahlschweißen beinhaltet kein Risiko, dass gehärtete Teile in einem solchen Maße erhitzt werden, dass das Stahlmaterial an Härte verliert.
Während oder zum Ende des Formprozesses hin wird das fertiggestellte genutete Bauteil 22 auf konventionelle Weise, beispielsweise durch Wasser, schnell abgekühlt. Zu diesem Zweck können die festgelegten und bewegbaren Formelemente 62, 68, 70 mit nicht gezeigten inneren Leitungskanälen versehen sein, in denen das Wasser zirkulieren kann.
Die Universalverbindungsgabel 40 ist gleichermaßen durch Warmumformen und Presshärten eines dünnwandigen ungehärteten Borstahls hergesellt. Wie in 2 zu sehen, besteht die Verbindungsgabel 40 aus zwei Teilen, nämlich einem äußeren Gabelteil 42 und einem inneren Gabelteil 46. Wie die genuteten Bauteile 22, 32 kann das äußere Gabelteil 42 aus einem nicht dargestellten Hohlkörper geformt sein, während das innere Gabelteil 46, das einen Boden 50 besitzt, durch Tiefziehen eines nicht dargestellten flachen Blechkörpers geformt sein kann. Obwohl die Gabelteile 42 und 46 in den 1 und 2 mit einer kreisförmigen zylindrischen Form dargestellt sind, ist es vorzuziehen, dass sie tatsächlich einen eher topförmigen äußeren Umfang besitzen, der sich von dem Gebiet 28 der Verbindung mit dem genuteten Bauteil 22 ausweitet. Jedes der Gabelteile 42, 46 besitzt darüber hinaus in konventioneller Weise ein Paar querliegender Zapfenaufnahmen 44, 44 und 48, 48 jeweils für eine nicht dargestellte Querkopplung. Ein Paar Lagerbuchsen 52, 52 erstreckt sich durch die Zapfenaufnahmen als schwenkbare Abstützung für die Zapfenenden der nicht dargestellten Querkopplung. Jede Lagerbuchse 52 kann an die Verbindungsgabel 42 durch Laserschweißen angeschweißt sein. Die äußere Kontur des Gabelteils 46 besitzt eine genaue Passung an die innere Kontur des äußeren Gabelteils 42. Die Gabelteile 42, 46 können durch adhäsives Verbinden miteinander verbunden sein.
Zusammenfassung
Bauteil für genutete Verbindung
Bauteil für eine genutete Verbindung, welches ein Wellenteil (22; 32) aufweist, das längslaufende Erhöhungen (24; 34) und Vertiefungen (36; 26) besitzt, die sich gegenseitig in Umfangsrichtung abwechseln, und das vorgesehen ist, um an einem ersten Ende in axialer Bewegung ein korrespondierendes Wellenteil (32; 22) mit komplementären Erhöhungen (34; 24) und Vertiefungen (36; 26) aufzunehmen. Um ein Bauteil bereitzustellen, das mit einem geringeren Gewicht und geringeren Kosten als bisher hergestellt werden kann, ohne zu schlechteren Festigkeitskennwerten zu führen, wird unter anderem vorgeschlagen, dass das Bauteil (22; 32) mit den Erhöhungen (24; 34) und Vertiefungen (26; 36) durch Presshärten eines dünnwandigen Rohrteils aus Borstahl hergestellt wird.

Claims

Bauteil für eine genutete Verbindung, welches ein Wellenteil (22; 32) aufweist, das längslaufende Erhöhungen (24; 34) und Vertiefungen (26; 36) besitzt, die sich gegenseitig in Umfangsrichtung abwechseln, und das vorgesehen ist, um an einem ersten Ende in axialer Bewegung ein korrespondierendes Wellenteil (32) mit komplementären Erhöhungen (34; 24) und Vertiefungen (36; 26) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (22; 32) mit den Erhöhungen (24; 34) und den Vertiefungen (26; 36) durch Presshärten eines dünnwandigen Rohrteils (30) aus Borstahl hergestellt ist.
Bauteil nach Anspruch 1, bei dem das Presshärten ein Formen der Erhöhungen (34; 24) und der Vertiefungen (26; 36) durch radiale Deformation des Rohrteils (30) beinhaltet.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, welches an einem zweiten Ende (28; 38) mit einem Wellenbauteil (12; 40) durch Laserstrahlschweißen verbunden ist.
Bauteil nach Anspruch 3, bei dem das Wellenbauteil eine Verbindungsgabel (40) für eine Universalverbindung ist.
Bauteil nach Anspruch 4, bei dem ein Gabelteil der Verbindungsgabel (40) gleichfalls durch Presshärten eines dünnwandigen Teils aus Borstahl hergestellt ist.
Bauteil nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Verbindungsgabel (40) durch miteinander Verbinden zweier dünnwandiger Gabelteile (42; 46) hergestellt ist, die ineinander passen.
Bauteil nach Anspruch 6, bei dem die Gabelteile (42; 46) durch adhäsives Verbinden verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für eine genutete Verbindung, wobei das Bauteil ein Wellenteil aufweist, das sich gegenseitig abwechselnde längslaufende Erhöhungen und Vertiefungen aufweist, und das vorgesehen ist, um an einem ersten Ende in axialer Bewegung ein zusammenwirkendes Wellenteil mit komplementären Erhöhungen und Vertiefungen aufzunehmen, gekennzeichnet durch Bereitstellen eines Rohrteils aus Borstahl; Erhitzen des Rohrteils auf Warmumformungs-Temperatur; Formen des Bauteil mit Erhöhungen und Vertiefungen durch radiale Deformation des Rohrteils; und Härten des Bauteils durch dessen schnelle Abkühlung.
Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils für eine genutete Verbindung, wobei das Bauteil ein Wellenteil aufweist, das sich gegenseitig abwechselnde längslaufende Erhöhungen und Vertiefungen aufweist und das vorgesehen ist, um an einem ersten Ende in axialer Bewegung ein zusammenwirkendes Wellenteil mit komplementären Erhöhungen und Vertiefungen aufzunehmen, gekennzeichnet durch ein festgelegtes inneres Formelement (62), das Erhebungen (66) und Ausnehmungen (64) zeigt, die sich gegenseitig in Umfangsrichtung abwechseln, und das ausgelegt ist, um an seiner Außenseite ein erhitztes Rohrteil (30) aufzunehmen, welches geformt werden soll, um zu dem Bauteil (22; 32) zu werden; und eine Mehrzahl von radial bewegbaren äußeren Formelementen, die ausgelegt sind, um das Äußere des Rohrteils (30) in die Ausnehmungen (64) zu pressen.