-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil eines Gleichlaufgelenks sowie ein Kalibrierwerkzeug zu dessen Herstellung.
-
Aus dem Stand der Technik sind Gleichlaufgelenke grundsätzlich bekannt. Gleichlaufgelenke werden insbesondere im Maschinenbau zur Verbindung zweier Antriebswellen eingesetzt. Eine besondere Form von Gleichlaufgelenken bilden die Gleichlaufverschiebegelenke mit zur Funktionsrichtung schräg verlaufenden Kugellaufbahnen; sogenannte Cross-Grooves. Bei sogenannten Verschiebegelenken ermöglicht es das Gleichlaufgelenk, die über diese verbundene Antriebswelle in ihrer Länge zu ändern. Hierzu weist das Gleichlaufgelenk ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil auf, welches an einem der zu verbindenden Wellenenden angeordnet ist und eine zu dem anderen Wellenende hin offene Tasche aufweist. In dieser Tasche wiederum ist ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil des Gleichlaufgelenks längsverschieblich angeordnet, welches wiederum mit dem anderen zu verbindenden Wellenende verbunden ist. Durch die längsverschieblich miteinander verbundenen Gleichlaufgelenkbauteile kann somit eine Änderung der Länge der Antriebswelle bereitgestellt werden. Um die Gleichlaufgelenkbauteile relativ zueinander zu führen, weisen diese Bauteile sich im Wesentlichen in Funktionsrichtung erstreckende Laufbahnen auf, in denen Kugeln geführt aufgenommen sind. Bei einer relativen längsverschieblichen Bewegung der Gleichlaufgelenkbauteile zueinander rollen folglich die Kugeln in diesen Laufbahnen ab, während gleichzeitig eine Drehmomentübertragung ermöglicht wird. Die Kugeln in dem Gleichlaufgelenk sind in der Regel in einem Kugelkäfig gehalten.
-
Die Kugellaufbahnen sind in der Regel derart ausgebildet, dass sie in Draufsicht im Querschnitt eine im Wesentlichen elliptische oder pagodische Form aufweisen, wobei die Kugeln dadurch je Höhe nur zwei Punkte der Kugellaufbahn – in Draufsicht rechts und links gesehen – berühren. Der durch den Kugelmittelpunkt mit den beiden Berührpunkten sich ergebende Kontaktwinkel ist dabei bevorzugt über die gesamte Funktionshöhe konstant. Die Kugeln rollen somit über ihre Funktionshöhe entlang zweier Linienberührungsbahnen in den Kugellaufbahnen ab. Während des Betriebes des Gleichlaufgelenks kommt es über die Höhe der Kugellaufbahn gesehen insbesondere in stark beanspruchten Bereichen der Linienberührung zu einer Deformation derselben, welche entlang der Kugellaufbahn sich in der Regel nicht gleichmäßig ergib. Durch die ungewünschte ungleichmäßige Deformation ergibt sich ein nicht gleichmäßig laufendes Bauteil, welches insbesondere im Hinblick auf Schmierung und Abnutzung desselben nachteilig beeinflusst wird, was wiederum die Lebensdauer des Bauteils einschränkt.
-
Zur Herstellung der so gebildeten Kugellaufbahnen und insbesondere der Kugellaufbahnen des Gleichlaufgelenkaußenbauteils wird letzteres zunächst umformtechnisch bereitgestellt, während in einem abschließenden Fertigungsschritt die Kugellaufbahnen mittels spanender Fertigungsverfahren endbearbeitet werden, um eben die vorbezeichnete elliptische bzw. pagodische Form zu erzielen. Insbesondere sind hier Fräsen und Schleifen und dergleichen zu nennen. Dabei ergeben sich die vorbezeichneten Linienberührungsbahnen. Insbesondere bei Gleichlaufgelenkaußenbauteilen mit sich kreuzenden Laufbahnen (Cross-Groove) war eine spanende Endbearbeitung der Kugellaufbahnen nach dem umformtechnischen Herstellungsprozess des Bauteils aus Entformungssicht bisher erforderlich.
-
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil – insbesondere dessen (Kugel-)Laufbahnen – sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit einem entsprechenden Kalibrierwerkzeug bereitzustellen, welche bevorzugt mittels Umformverfahren und ohne spanende Endbearbeitung bereitgestellt werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
-
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil mit einer Längsachse, aufweisend einen Bodenbereich, und einen sich axial erstreckenden Mantel, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum seitlich umgibt. Der Hohlraum weist an einem axialen Ende eine Öffnung aufweist, um ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil wenigstens teilweise – insbesondere dessen Kugellagerbereich – axial verschieblich aufzunehmen, und ist an dem der Öffnung gegenüberliegenden axialen Ende durch den Bodenbereich verschlossen. Der Mantel weist auf seiner den Hohlraum begrenzenden inneren Oberfläche wenigstens zwei sich zwischen der Öffnung und dem Bodenbereich erstreckende Kugellaufbahnen zur Führung von bevorzugt zwischen dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil und dem Gleichlaufgelenkinnenbauteil radial angeordneten Kugeln auf. Die Kugellaufbahnen weisen jeweils zwei sich längs der Kugellaufbahn erstreckende und zum Hohlraum weisenden, vorzugsweise vorstehende längliche Kugellaufflächen auf, welche sich in Längsrichtung gesehen – und somit über die gesamte (Funktions-)Höhe der Kugellaufbahn – im Querschnitt auf dem Umfang (also Außenumfang) desselben Kreises mit definiertem Radius erstrecken und somit dem Kreis folgend gekrümmt ausgebildet sind. Der Kreis wird entlang der Kugellaufbahn von dem Mantel nicht geschnitten. Die definierten Kugellaufflächen sind rein mittels Umformverfahren bereitgestellt. Der Kreis berührt also über die gesamte (Funktions-)Höhe der Kugellaufbahn einzig die Kugellaufflächen, wobei die übrigen Bereiche des Mantels bzw. der Kugellaufflächen grundsätzlich beliebig – zurückversetzt – ausgebildet sein können. Die Kugellaufflächen bilden die einzigen Auflageflächen einer Kugel eines mit dem erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenkaußenbauteil ausgestatteten Gleichlaufgelenks.
-
Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil bereitgestellt, welches eine definierte Kugellauffläche über seine gesamte Funktionshöhe aufweist. Folglich wird eine definierte Stützfläche für die Kugeln bereitgestellt, um einen gleichmäßigen Betrieb eines mit dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil bereitgestellten Gleichlaufgelenks zu ermöglichen. Dies wird dadurch erzielt, dass die Wirk- bzw. Auflagefläche (also die Kugellauffläche) der Kugeln in den Laufbahnen, im Vergleich zu den bisher spanend hergestellten Bauteilen, nicht mehr linienförmig sondern flächig und bevorzugt mit der Kontur der verwendeten Kugel korrespondierend ausgebildet ist. Die definierten Kugellaufflächen sind dabei (rein) umformtechnisch bereitgestellt.
-
Vorzugsweise umfassen die Kugellaufbahnen jeweils ein Paar von Kugellaufbahnen, wobei die Kugellaufbahnen eines Paares in Umfangsrichtung gesehen bezüglich der Längsachse gegenläufig orientiert geneigt sind, wobei die Kugellaufbahnen eines Paares V-förmig ausgerichtet ist. Alle Kugellaufbahnen, vorzugsweise wenigstens jeweils gleich orientiert geneigte Kugellaufbahnen von mehreren Paare von Kugellaufbahnen, sind bevorzugt um denselben Winkelbetrag α bezüglich der Längsachse geneigt. Somit kann das erfindungsgemäße Gleichlaufgelenkaußenbauteil bevorzugt auch als Cross-Groove bereitgestellt werden.
-
Der Mantel kann wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei über den Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Kugellaufbahnen oder Paare von Kugellaufbahnen aufweisen. Durch die gleichmäßig verteilte Anordnung wird eine gleichmäßige – vorzugsweise radial kraftneutrale – Abstützung der Bauteile eines mit dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil bereitgestellten Gleichlaufgelenks erzielt.
-
Die Kugellaufbahnen können in axialer Richtung gesehen im Querschnitt spiegelsymmetrisch ausgebildet sein, vorzugsweise – ausgenommen der Kugellaufflächen – eine elliptische oder pagodenförmige Form aufweisen, in die die Kugellaufflächen bevorzugt vorstehen. Somit können umformtechnisch einfach herzustellenden Formen für die Kugellaufbahnen bereitgestellt werden.
-
Die Kugellauffläche kann in axialer Richtung gesehen im Querschnitt eine Breite von 1 bis 5 mm, vorzugsweise 3 mm aufweisen. Die Kugellauffläche kann in axialer Richtung gesehen im Querschnitt einen Winkel γ bezüglich des Kugel- bzw. Kreismittelpunktes von 3 bis 15°, vorzugsweise 5–10° einschließen. Der Kontaktwinkel β der Kugellaufflächen (hier gemessen von dem Mittelpunkt der Kugellauffläche in Umfangsrichtung) beträgt vorzugsweise 90 bis 140°, besonders bevorzugt 125°. Dies ermöglicht eine einerseits ausreichend große Auflagefläche für die Kugeln eines Gleichlaufgelenks, während andererseits die Umformung zur Bereitstellung dieser Kugellaufflächen eine vergleichsweise geringe Umformkraft und Werkzeugbelastung erfordert, was wiederum eine hohe Genauigkeit der Kugellauffläche zur Folge hat.
-
Vorzugsweise weist das Gleichlaufgelenkaußenbauteil, insbesondere dessen Mantel, auf seiner Außenfläche – also der dem Hohlraum abgewandten Seite – eine Ausrichtkontur auf, um das Gleichlaufgelenkaußenbauteil bezüglich seiner Längsachse eindeutig auszurichten; insbesondere umfangsseitig und/oder axial und/oder radial. Die Ausrichtkontur kann dabei eine von der Öffnung abgewandt offene (oder auch umgekehrt) V-Form aufweisen. Auch andere Formen sind denkbar, die eine wiederholgenau eindeutige Ausrichtung des Bauteils ermöglichen. Die Ausrichtkontur kann dabei gleichzeitig der Gewichtsersparnis dienen. Es ist jedoch auch denkbar, dass sie einzig der Ausrichtung des Bauteils bei Einlegen in ein entsprechendes (Kalibrier-)Werkzeug dient. Bevorzugt weist sie dazu im Außenbereich Kanten auf, welche beispielsweise beim umformtechnischen Herstellen des Bauteils – also beispielsweise beim Einklappvorgang – so mitkalibriert werden, dass Sie sich als zentriergenaue Aufnahme vorzugsweise sowohl radial als auch axial eignen.
-
Ferner kann das Gleichlaufgelenkaußenbauteil eine vorzugsweise integral ausgebildete Welle aufweisen, welche sich von einer der Öffnung abgewandten Seite des Bodenbereichs axial weg erstreckt. Somit kann ein bevorzugt integrales Bauteil zur Bereitstellung einer Gleichlaufgelenkwelle bereitgestellt werden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner ein Gleichlaufgelenk mit einem Gleichlaufgelenkaußenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil mit einem (axial) vorstehenden Kugellagerbereich, welcher in dem Hohlraum axial längsverschieblich aufgenommen ist, und eine der Anzahl an Kugellaufbahnen entsprechende Anzahl an Kugeln mit einem dem Kreis entsprechenden Durchmesser, wobei die Kugeln radial zwischen dem Mantel und dem Kugellagerbereich derart in den Kugellaufbahnen aufgenommen sind, um bei einer relativen axialen Längsverschiebung von Gleichlaufgelenkaußenbauteil und Gleichlaufgelenkinnenbauteil auf Seiten des Gleichlaufgelenkaußenbauteils ausschließlich mit den Kugellaufflächen in Kontakt zu stehen. Durch die Bereitstellung der definierten, flächigen Kugellaufflächen wird eine sichere und gleichmäßige Führung der Kugel in dem Gleichlaufgelenk ermöglicht. Die Kugeln sind dabei bevorzugt in einem Kugelkäfig gehalten.
-
Zur Bereitstellung eines wie oben bezeichneten Gleichlaufgelenkaußenbauteils betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Kalibrierwerkzeug zur Kalibrierung eines Gleichlaufgelenkaußenbauteils mit einer Längsachse, wobei das Gleichlaufgelenkaußenbauteil einen Bodenbereich, und einen sich axial erstreckenden Mantel, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum seitlich umgibt, aufweist. Der Hohlraum weist an einem axialen Ende eine Öffnung auf, um ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil bzw. dessen Kugellagerbereich axial verschieblich aufzunehmen, und ist an dem der Öffnung gegenüberliegenden axialen Ende durch den Bodenbereich verschlossen. Der Mantel weist auf seiner den Hohlraum begrenzenden inneren Oberfläche wenigstens zwei sich zwischen der Öffnung und dem Bodenbereich erstreckende Kugellaufbahnen zur Führung von bevorzugt zwischen dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil und dem Gleichlaufgelenkinnenbauteil radial angeordneten Kugeln auf. Die Kugellaufbahnen weisen jeweils zwei sich längs der Kugellaufbahn erstreckende und zum Hohlraum vorstehende längliche Vorsprünge auf. Das Kalibrierwerkzeug weist wenigstens zwei, vorzugsweise eine der Anzahl der zu kalibrierenden Kugellaufbahnen entsprechende Anzahl an Kalibrierstempeln auf, welche in Richtung der Längsachse gesehen radial vorstehen, so dass die Kalibrierstempel zum Kalibrieren in Kontakt mit den Vorsprüngen bringbar und längs über die Vorsprünge verfahrbar sind, um die Kugellaufbahnen durch Umformung der Vorsprünge derart zu kalibrieren, dass die Vorsprünge flächige Kugellaufflächen bilden, welche sich in Längsrichtung gesehen – und somit über die gesamte (Funktions-)Höhe der Kugellaufbahn – im Querschnitt auf dem Umfang (also Außenumfang) desselben Kreises mit definiertem Radius erstrecken und somit dem Kreis folgend gekrümmt ausgebildet sind, wobei der Kreis entlang der Kugellaufbahn von dem Mantel nicht geschnitten wird.
-
Mittels dieses Kalibrierwerkzeuges wird es ermöglicht, ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil mit rein durch Umformverfahren hergestellte Kugellaufflächen bereitzustellen. Auf diese Weise können zusätzliche spanende Fertigungsverfahren eingespart werden. Da die Umformung der Kugellaufbahn lediglich auf die Kugellauffläche beschränkt ist, kann bei geringer Umformkraft und Werkzeugbelastung eine hohe Genauigkeit der Kugellaufflächen erzielt werden. Folglich ist auch nur eine geringe Abstreifkraft notwendig, um die Kalibrierstempel zu entformen.
-
Die Kalibrierstempel weisen bevorzugt jeweils eine vorstehende Kalibrierspitze auf, welche zum Kalibrieren in Kontakt mit den Vorsprüngen bringbar und längs über die Vorsprünge verfahrbar ist, um die Vorsprünge umzuformen, wobei die Kalibrierspitzen ferner vorzugsweise wenigstens in den umzuformenden Vorsprüngen entsprechenden Bereichen eine dem Kreis entsprechende Teilkreiskontur aufweisen. Durch entsprechend ausgebildete Kalibrierstempel kann durch die exponierten Bereiche derselben auf einfache Weise eine definierte Umformung der Werkstoffvorhaltung (also der Vorsprünge) erfolgen.
-
Die Kalibrierstempel können entlang einer Führungsrichtung längsverschieblich in dem Kalibrierwerkzeug aufgenommen sein, um die Kalibrierstempel zwischen einer zurückgefahrenen Ruheposition und einer aus dem Kalibrierwerkzeug herausgefahrenen Kalibrierposition zu bewegen. Auf diese Weise kann eine einfache Entformung des mittels des Kalibrierwerkzeuges hergestellten Bauteils ermöglicht werden. Zudem kann das Kalibrierwerkzeug zur Herstellung bzw. Kalibrierung von Bauteilen mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden.
-
Die Kalibrierstempel können entlang ihrer Führungsrichtung zum Kalibrierwerkzeug hin in die Ruheposition vorgespannt sein, vorzugsweise mittels Federn. Dies erleichtert bzw. automatisiert das Entformen am Ende eines Kalibriervorganges.
-
Die Kalibrierstempel können schräg zur Längsachse zur Eintauchrichtung des Kalibrierwerkzeugs in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils hin bzw. in Kalibrierrichtung geneigt geführt sein. Somit kann die zur Umformung erforderliche Kraft bevorzugt in Längsrichtung der Kalibrierstempel aufgenommen werden, um eine Deformation der Vorsprünge auch senkrecht zur Kalibrierrichtung (also zur Längsachse) einfach zu ermöglichen.
-
Das Kalibrierwerkzeug kann ferner eine Winkelplatte aufweisen, mittels der eine vorzugsweise axiale Betätigungskraft auf das Kalibrierwerkzeug zum Ausfahren der Kalibrierstempel in die Kalibrierposition in eine Richtung längs der Führungsrichtung der Kalibrierstempel übertragbar ist, wobei die Betätigungskraft bevorzugt der Betätigungskraft zum Kalibrieren entspricht. Durch die vorbezeichnete Umlenkung der Kraft kann auf einfache Weise eine Axial eingebrachte Kraft gleichmäßig auf alle Kalibrierstempel übertragen werden. Insbesondere wenn die Betätigungskraft derjenigen zum Kalibrieren entspricht – also der Kraft zum Einführen der Kalibrierstempel in das Bauteil und Entlangfahren der Kalibrierstempel an den umzuformenden Vorsprüngen – ist nur ein Betätigungselement für die Bewegung des Kalibrierwerkzeugs einerseits und der Kalibrierstempel anderseits vonnöten. Dies sorgt für eine kompakte Ausgestaltung des Werkzeugs und sorgt für einen vereinfachten Kalibriervorgang.
-
Das Kalibrierwerkzeug kann ein Unterwerkzeug zur bevorzugt gefederten Aufnahme des zu kalibrierenden Gleichlaufgelenkaußenbauteils sowie ein Oberwerkzeug zur Aufnahme und vorzugsweise auch Führung der Kalibrierstempel aufweisen, wobei mittels des Oberwerkzeugs die Kalibrierstempel vorzugsweise axial in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils eintauchbar sind, um die Kugellaufbahnen durch Umformung der Vorsprünge zu kalibrieren. Diese mehrteilige Ausgestaltung des Kalibrierwerkzeugs sorgt für eine sichere Aufnahme des Bauteils und Ausrichtung/Zentrierung desselben bezüglich der Kalibrierstempel.
-
Das Kalibrierwerkzeug, insbesondere das Oberwerkzeug, kann einen die Kalibrierstempel aufweisenden Innenstempel sowie einen das Kalibrierwerkzeug zum Gleichlaufgelenkaußenbauteil, vorzugsweise zusammen mit dem Unterwerkzeug, radial zentrierenden Außenstempel aufweisen, welche relativ zueinander axial verschieblich angeordnet sind. Diese mehrteilige Ausgestaltung insbesondere des Oberwerkzeugs ermöglicht es, das Bauteil zusammen mit dem Unterwerkzeug zunächst sicher ausgerichtet und zentriert festzulegen, um anschließend die Kalibrierstempel mit hoher Genauigkeit zur Umformung in Wirkkontakt mit den Vorsprüngen zu bringen.
-
Das Oberwerkzeug, insbesondere der Außenstempel und das Unterwerkzeug, weist/weisen bevorzugt miteinander korrespondierende Ausrichtelemente auf, um das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander auszurichten. Hierunter ist insbesondere die radiale Zentrierung sowie radiale und axiale Fixierung von Ober- und Unterwerkzeug relativ zueinander zu verstehen. Die korrespondierenden Ausrichtelemente weisen vorzugsweise korrespondierende Formschlusselemente auf. Die korrespondierenden Ausrichtelemente sind ferner bevorzugt paarweise bezüglich der Längsachse radial einander gegenüberliegend vorgesehen. Mittels der Ausrichtelemente kann durch einfaches Zusammenführen der Kalibrierwerkzeugelemente automatisch eine definierte Ausrichtung des umzuformenden Bauteils zum Kalibrierwerkzeug erfolgen, um letztlich eine besonders hohe Umformgenauigkeit zu erzielen.
-
Vorzugsweise weist das Kalibrierwerkzeug, insbesondere das Unterwerkzeug, eine Ausrichtkontur auf, welche mit einer Ausrichtkontur des Gleichlaufgelenkaußenbauteils derart zusammen wirken kann, um das Gleichlaufgelenkaußenbauteil bezüglich seiner Längsachse zum Kalibrierwerkzeug eindeutig auszurichten, vorzugsweise umfangsseitig und/oder radial und/oder axial. Die Ausrichtkontur kann dabei eine von dem Oberwerkzeug abgewandt offene (oder auch umgekehrt) V-Form aufweisen. Auch andere Formen sind denkbar, die eine wiederholgenau eindeutige Ausrichtung des Bauteils zum Kalibrierwerkzeug ermöglichen.
-
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ferner ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil, hergestellt nach einem entsprechenden Verfahren. Dieses Verfahren zur Herstellung eines Gleichlaufgelenkaußenbauteils weist dabei die folgenden Schritte auf:
- • Bereitstellen eines Gleichlaufgelenkaußenbauteils mit einer Längsachse, aufweisend:
– einen Bodenbereich, und
– einen sich axial erstreckenden Mantel, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum seitlich umgibt,
– wobei der Hohlraum
– an einem axialen Ende eine Öffnung aufweist, um bevorzugt über radial innen angeordnete Kugeln ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil wenigstens teilweise axial verschieblich aufzunehmen, und
– an dem der Öffnung gegenüberliegenden axialen Ende durch den Bodenbereich verschlossen ist, welcher sich folglich von einer Seite des Bodenbereichs axial weg erstreckt,
– wobei der Mantel auf seiner den Hohlraum begrenzenden inneren Oberfläche wenigstens zwei sich zwischen der Öffnung und dem Bodenbereich erstreckende Kugellaufbahnen zur Führung von zwischen dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil und dem Gleichlaufgelenkinnenbauteil radial angeordneten Kugeln aufweist,
– wobei die Kugellaufbahnen jeweils zwei sich längs der Kugellaufbahn erstreckende und zum Hohlraum vorstehende längliche Vorsprünge aufweisen,
- • Kalibrieren der Vorsprünge durch Umformung mit einem Kalibrierwerkzeug derart, dass die Vorsprünge flächige Kugellaufflächen bilden, welche sich in Längsrichtung gesehen – und somit über die gesamte (Funktions-)Höhe der Kugellaufbahn – im Querschnitt auf dem Umfang (also Außenumfang) desselben Kreises mit definiertem Radius erstrecken und folglich dem Kreis folgend gekrümmt ausgebildet sind, wobei der Kreis entlang der Kugellaufbahn von dem Mantel nicht geschnitten wird.
-
Durch das Bereitstellen eines umzuformenden Gleichlaufgelenkaußenbauteils mit einer (kleinen) Werkstoffvorhaltung in Form der beschriebenen Erhebungen bzw. Vorsprüngen im Bereich der Kontaktwinkel von in den Kugellaufbahnen zu führenden Kugeln bzw. des Kreises, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise rein durch „Mikroumformung“ dieser Vorsprünge eine definierte Kugellauffläche eines Gleichlaufgelenkaußenbauteils hergestellt werden. Somit kann auf zusätzliche spanende Fertigungsverfahren, wie sie bisher üblich waren, verzichtet werden. Die Vorsprünge werden beispielsweise einfach durch Aufdornen und Plattdrücken umgeformt, wodurch die tragende Form auf definierte Flächen – also die Kugellaufflächen – reduziert wird. Diese tragenden Flächen unterliegen zudem, Im Vergleich zu den bisher herstellungstechnisch bedingten Linienberührungsbahnen, keiner bzw. keiner nennenswerten Umformung während des Betriebes des Bauteils und ermöglichen somit eine gleichmäßige Lauffläche während seiner Betriebsdauer. Durch die Werkstoffvorhaltung in Form der Vorsprünge, die nur eine geringe Deformation erfordert, sind aufgrund dieser „Mikroumformung“ die eigentliche Umformkraft und die Werkzeugbelastung sowie Werkzeugdeformation sehr gering. Dies wird zudem dadurch verstärkt, dass die Umformung im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Werkzeugs stattfindet. Hierdurch wiederum können hohe Genauigkeiten der Geometrie erzielt werden. Diese Geometrie kann beispielsweise durch weitere Formelemente wie Schmiernuten, die wiederum die Notlaufeigenschaften verbessern, erweitert werden.
-
Das Gleichlaufgelenkaußenbauteil wird vorzugsweise ausschließlich mittels Umformverfahren bereitgestellt. Hier sind insbesondere Warm- und Halbwarmumformvorgänge denkbar.
-
Die Kugellaufbahnen können jeweils ein Paar von Kugellaufbahnen umfassen, wobei die Kugellaufbahnen eines Paares in Umfangsrichtung gesehen vorzugsweise bezüglich der Längsachse gegenläufig orientiert geneigt sind. Das Kalibrieren kann zweimal, vorzugsweise mit demselben Kalibrierwerkzeug, durchgeführt werden, wobei bei dem ersten Kalibrierschritt die gleich orientierten ersten Kugellaufbahnen und in einem zweiten Kalibrierschritt die gegenläufig zu den ersten Kugellaufbahnen gleich orientierten zweiten Kugellaufbahnen kalibriert werden. Das Verfahren lässt sich somit in einfacher Weise auch bei Bauteilen mit Cross-Groove anwenden, ohne dass beispielsweise Kalibriersegmente (bspw. Kalibrierstempel) miteinander kollidieren.
-
Wird das Kalibrieren mittels eines erfindungsgemäßen Kalibrierwerkzeugs durchgeführt, so weist das Kalibrierwerkzeug vorzugsweise wenigstens zwei, ferner vorzugsweise eine der Anzahl der zu kalibrierenden Kugellaufbahnen, insbesondere wenigstens der gleich orientiert geneigten Kugellaufbahnen, entsprechende Anzahl an Kalibrierstempeln auf, wobei die Kalibrierstempel in Kontakt mit den Vorsprüngen gebracht und längs über die Vorsprünge verfahren werden, um die Kugellaufbahnen durch Umformung der Vorsprünge zu kalibrieren. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Kraftverteilung auf alle Stempel und somit eine gleichmäßige Umformung zur Erzielung definierter Kugellaufflächen. Zudem kann das Kalibrierwerkzeug so radial entlastet werden.
-
Die Kalibrierstempel können mit ihren vorstehenden Kalibrierspitzen, insbesondere im Bereich der Teilkreiskonturen, in Kontakt mit den Vorsprüngen gebracht und längs über die Vorsprünge verfahren werden, um die Vorsprünge umzuformen. Somit kann gezielt eine definierte Mikroumformung der Vorsprünge durchgeführt werden, um sehr genaue Kugellaufflächen zu bilden.
-
Vorzugsweise taucht das Kalibrierwerkzeug die Kalibrierstempel axial in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils ein, um die Kugellaufbahnen durch Umformung der Vorsprünge zu kalibrieren. Eine axiale Führung ermöglicht eine genaue Führung und gleichmäßige Abstützung der Kalibrierstempel an den umzuformenden Vorsprüngen, um ebenso eine gleichmäßige Umformung zu ermöglichen.
-
Die Kalibrierstempel sind vorzugsweise längsverschieblich in dem Kalibrierwerkzeug aufgenommen und werden zum Kalibrieren bevorzugt von einer zurückgefahrenen Ruheposition in eine aus dem Kalibrierwerkzeug herausgefahrenen Kalibrierposition bewegt, wobei die Kalibrierstempel ferner vorzugsweise entlang ihrer Führungsrichtung zum Kalibrierwerkzeug hin in die Ruheposition vorgespannt sind, um nach dem Kalibrieren wieder in die Ruheposition geführt zu werden. Dies erleichtert eine Entformung des Bauteils nach dem Kalibriervorgang. Zudem können Bauteile mit unterschiedlich großem Innendurchmesser kalibriert werden.
-
Die Kalibrierstempel sind bevorzugt schräg zur Eintauchrichtung des Kalibrierwerkzeugs in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils hin bzw. in Kalibrierrichtung geneigt geführt. Mit anderen Worten sind die Kalibrierstempel schräg zur Längsachse in Richtung des Bodenbereichs hin geneigt geführt. Somit kann eine Kraft zum Kalibrieren bevorzugt entlang der Längsachse der Kalibrierstempel auf das Bauteil übertragen werden, was die Kalibrierstempel mechanisch entlastet.
-
Vorzugsweise kann eine Betätigungskraft zum Ausfahren der Kalibrierstempel in die Kalibrierposition auf eine Winkelplatte des Kalibrierwerkzeugs bevorzugt axial eingebracht werden, über die die Betätigungskraft in eine Richtung längs der Führungsrichtung der Kalibrierstempel auf diese übertragen wird. Somit kann eine axiale eingebrachte Kraft – welche bevorzugt zusätzlich der axialen Führung des Kalibrierstempels zum Kalibrieren dient – auf einfache Weise zum Ausfahren der/aller Kalibrierstempel verwendet werden.
-
Vorzugsweise weist das Kalibrierwerkzeug ein Unterwerkzeug auf, in das das zu kalibrierenden Gleichlaufgelenkaußenbauteil bevorzugt gefedert aufgenommen wird, sowie ein Oberwerkzeug, in dem die Kalibrierstempel geführt aufgenommen sind, wobei mittels des Oberwerkzeugs die Kalibrierstempel vorzugsweise axial in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils eingetaucht werden, um die Kugellaufbahnen durch Umformung der Vorsprünge zu kalibrieren. Diese mehrteilige Ausgestaltung ermöglicht ein einfaches und sicheres definiert positioniertes Einsetzen des Bauteils in das Kalibrierwerkzeug zur genauen Kalibrierung desselben.
-
Das Kalibrierwerkzeug, insbesondere das Oberwerkzeug, weist bevorzugt einen die Kalibrierstempel aufweisenden Innenstempel sowie einen Außenstempel auf, wobei der Innenstempel und der Außenstempel relativ zueinander axial verschieblich angeordnet sind, wobei mittels des Außenstempels das Kalibrierwerkzeug zum Gleichlaufgelenkaußenbauteil, vorzugsweise zusammen mit dem Unterwerkzeug, radial zentriert wird und bevorzugt anschließend der Innenstempel mit den Kalibrierstempeln vorzugsweise axial in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils eingetaucht wird, um die Kugellaufbahnen durch Umformung der Vorsprünge zu kalibrieren. Das Gleichlaufgelenkaußenbauteil kann somit sicher in dem Kalibrierwerkzeug aufgenommen werden, bevor die somit besonders genaue Umformung der Vorsprünge beginnt.
-
Das Oberwerkzeug, insbesondere der Außenstempel, und das Unterwerkzeug können mittels miteinander korrespondierender Ausrichtelemente relativ zueinander ausgerichtet werden, vorzugsweise radial zentriert sowie radial und axial fixiert werden, wobei vorzugsweise nach dem Ausrichten der Innenstempel mit den Kalibrierstempel vorzugsweise axial in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils eingetaucht wird, um die Kugellaufbahnen durch Umformung der Vorsprünge zu kalibrieren. Somit kann eine insgesamt sehr genaue Positionierung der Kalibrierwerkzeugelemente untereinander und in Verbindung zu dem umzuformenden Bauteil erzielt werden.
-
Vorzugsweise werden die Kalibrierstempel vor dem Kalibrieren, insbesondere vor dem Eintauchen des Kalibrierwerkzeugs, vorzugsweise des Innenstempels, in den Hohlraum des Gleichlaufgelenkaußenbauteils, in die Kalibrierposition expandiert, und nach dem Kalibrieren, insbesondere vor oder während des Herausfahrens des Kalibrierwerkzeugs aus dem Hohlraum, kollabieren sie vorzugsweise durch die Federn wieder in die Ruheposition. Dies ermöglicht eine bevorzugt automatisierte Entformung.
-
Eine Ausrichtkontur des Gleichlaufgelenkaußenbauteils kann derart mit einer Ausrichtkontur des Kalibrierwerkzeugs, insbesondere des Unterwerkzeugs, zusammenwirken, dass das Gleichlaufgelenkaußenbauteil bezüglich seiner Längsachse zum Kalibrierwerkzeug eindeutig ausgerichtet wird, vorzugsweise umfangsseitig und/oder radial und/oder axial ausgerichtet wird. Somit kann jedes Gleichlaufgelenkaußenbauteil in gleicher Weise in das Kalibrierwerkzeug eingesetzt werden, was die Wiederholgenauigkeit des Verfahrens erhöht. Auch kann eine gleichmäßige und genaue Umformung in mehreren Umformstufen mit hoher Genauigkeit erzielt werden.
-
Im Folgenden werden weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung im Rahmen von Ausführungsbeispielen der Figuren der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 die grundsätzliche Bereitstellung bzw. Herstellung eines Gleichlaufgelenkaußenbauteils bis zur zu kalibrierenden Vorform,
-
2 einen Ausschnitt einer Kugellaufbahn eines erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenkaußenbauteils in axialer Draufsicht gesehen im Querschnitt mit zu kalibrierenden Vorsprüngen vor einem Kalibriervorgang und Kugellaufflächen nach einem Kalibriervorgang,
-
3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenkaußenbauteils mit definierter Außenkontur;
-
4 eine schematische Seitenansicht eines Ausschnitts eines Kalibrierwerkzeuges gemäß der Erfindung,
-
5 eine Draufsicht auf ein Unterwerkzeug des Kalibrierwerkzeuges gemäß der Erfindung nach 4 sowie eine erste Seitenschnittansicht entlang der Linie VI-VI derselben Figur sowie eine zweite Seitenschnittansicht der ersten Seitenschnittansicht entlang der Linie VIa-VIa , und
-
6 eine schematische Detail-Seitenansicht eines Kalibrierstempels eines Kalibrierwerkzeuges gemäß der Erfindung nach 4.
-
1 zeigt eine Reihe von Verfahrensschritten zur Herstellung bzw. Bereitstellung eines im Weiteren noch zu kalibrierenden Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 mit einer Längsachse L gemäß der vorliegenden Erfindung. Zu dessen Herstellung werden mehrere Halbwarm- bzw. Warumformschritte durchgeführt.
-
Danach wird zunächst ein Stangenrohling R1 bereitgestellt (1a), welcher sodann in einem Fließpressvorgang über seine Längsachse L gesehen grob in Bereiche unterschiedlichen Querschnitts umgeformt wird, um einen ersten Zwischenrohling R2 zu bilden (1b). Dieser wiederum wird bevorzugt einem Vorpressvorgang unterzogen, um zunächst den Rohling R3 (1c) und dann den Rohling R4 mit im Wesentlichen seiner Grundkontur zu erhalten (1d). In einem weiteren Schritt wird der Rohling R4 weiterbearbeitet (eingeklappt), um das zu kalibrierende Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 zu erhalten (1e). Das so bereitgestellte Bauteil 1 wird abschließend kalibriert. Dabei werden insbesondere Kugellaufbahnen 31, 32 und gegebenenfalls die Außengeometrie des Bauteils 1 kalibriert, wie im Weiteren noch näher beschrieben ist. In einem möglichen Zwischenschritt ist es denkbar, das zu kalibrierende Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 mittels Feinstrahlen und Ölen zu bearbeiten.
-
Das zu kalibrierende Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 mit Längsachse L wird zur Herstellung eines Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem ersten Verfahrensschritt bereitgestellt. Dieses Bauteil 1 weist einen Bodenbereich 2 und einen sich axial erstreckenden Mantel 3 auf, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum 4 seitlich umgibt. Der Hohlraum 4 weist an einem axialen Ende 41 eine Öffnung 40 auf, um insbesondere über radial innen angeordnete Kugeln ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil wenigstens teilweise axial verschieblich aufzunehmen. An dem der Öffnung 40 gegenüberliegenden axialen Ende 42 ist der Hohlraum 4 durch den Bodenbereich 2 verschlossen. Der Mantel 3 erstreckt sich somit von einer Seite 21 des Bodenbereichs 2 axial weg.
-
Der Mantel 3 weist auf seiner den Hohlraum 4 begrenzenden inneren Oberfläche 30 wenigstens zwei sich zwischen der Öffnung 40 und dem Bodenbereich 2 erstreckende Kugellaufbahnen 31, 32 insbesondere zur Führung von zwischen dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil und einem in dieses eingesetzten Gleichlaufgelenkinnenbauteil radial angeordneten Kugeln.
-
Die Kugellaufbahnen 31, 32 weisen jeweils zwei sich längs der Kugellaufbahn 31, 32 erstreckende und zum Hohlraum 4 vorstehende längliche Vorsprünge 33 auf, wie sie im Querschnitt in axialer Richtung gesehen in der 2 dargestellt sind.
-
Nach dem Bereitstellen eines/r solchen Vorform bzw. zu kalibrierenden Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 findet nunmehr in einem zweiten Umformschritt ein Kalibrieren der so bereitgestellten Vorsprünge 33 durch Umformung mittels eines Kalibrierwerkzeugs derart statt, dass die Vorsprünge 33 flächige Kugellaufflächen 34 bilden, welche sich in Längsrichtung L gesehen im Querschnitt auf dem Umfang desselben Kreises K mit definiertem Radius r erstrecken und somit dem Kreis K folgend gekrümmt ausgebildet sind, wie dies in 2 und 3 dargestellt ist. Die Kugellaufflächen 34 sind dabei derart gebildet, dass der Kreis K entlang der Kugellaufbahn 31, 32 von dem Mantel 3 nicht geschnitten wird; also in Draufsicht in Längsachse L gesehen die Kugellauffläche 34 immer entsprechend dem Radius r des Kreises K folgend gekrümmt ausgebildet ist bzw. sich entlang seines Umfanges erstreckt. Somit sind entsprechend definierte Kugellaufflächen 34 über die gesamte (Funktions-)Höhe der jeweiligen Kugellaufbahnen 31, 32 bereitgestellt, welche als sichere und definierte flächige Auflage für Kugeln eines Gleichlaufgelenks dienen.
-
Im Ergebnis weist das fertig kalibrierte Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 entsprechende Kugellaufbahnen 31, 32 auf, welche jeweils zwei sich längs der Kugellaufbahn 31, 32 erstreckende und zum Hohlraum 3 weisende (vorzugsweise vorstehende) längliche Kugellaufflächen 34 aufweisen, welche sich in Längsrichtung gesehen im Querschnitt auf dem Umfang desselben Kreises K mit definiertem Radius r erstrecken und folglich dem Kreis folgend gekrümmt ausgebildet sind, wobei der Kreis K, wie zuvor bereits ausgeführt und in 2 gezeigt, entlang der Kugellaufbahn 31, 32 von dem Mantel 3 nicht geschnitten wird.
-
Wie in 2 und 3 gezeigt, können die Kugellaufbahnen 31, 32 jeweils ein Paar P von Kugellaufbahnen 31, 32 umfassen, wobei die Kugellaufbahnen 31, 32 eines Paares P in Umfangsrichtung gesehen bezüglich der Längsachse L gegenläufig orientiert geneigt sind. Dies ist insbesondere in 1e zu erkennen. Die Kugellaufbahnen 31, 32 eines Paares P sind dabei bevorzugt V-förmig ausgerichtet und bilden somit ein sogenanntes Cross-Groove Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1. Alle Kugellaufbahnen 31, 32 und insbesondere wenigstens jeweils gleich orientiert geneigte Kugellaufbahnen 31 bzw. 32 sind bevorzugt um denselben Winkelbetrag α bezüglich der Längsachse L geneigt, wie ebenfalls 1e zu entnehmen ist.
-
Der Mantel 3 weist dabei wenigstens zwei, bevorzugterweise wenigstens drei über den Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Kugellaufbahnen 31, 32 bzw. Paare P von Kugellaufbahnen 31, 32 auf. Auf diese Weise wird eine über den Umfang gesehen gleichmäßige Abstützung der zusammenwirkenden Gleichlaufgelenkbauteile ermöglicht.
-
Die Kugellaufbahnen 31, 32 sind bevorzugt jeweils in axialer Richtung gesehen im Querschnitt – also in Längsachse auf die Kugellaufbahn 31, 32 gesehen – spiegelsymmetrisch ausgebildet, wie dies beispielsweise in 2 zu erkennen ist. Vorzugsweise weisen die Kugellaufbahnen 31, 32 im Querschnitt – ausgenommen die Kugellaufflächen 34 – eine elliptische oder pagodenförmige Form auf, in die die Kugellaufflächen 34 bevorzugt vorstehen. Es sind jedoch grundsätzlich alle anderen Formen denkbar. Insbesondere kann der Mantel 3 und vorzugsweise die Kugellaufbahnen 31, 32 in beliebiger Weise geformt sein, solange ausschließlich die beiden Kugellaufflächen auf dem vorbezeichneten Radius r liegen und diesem entsprechend folgen, während keine anderen Bereiche des Mantels 3 in diesen Kreis K hineinragen. Somit ergeben sich bezüglich dieses Kreises K ausgenommen die Kugellaufflächen 34 bevorzugt Freiräume F1, F2 zwischen den Kugellaufflächen 34 in Umfangsrichtung des Kreises K gesehen bzw. der Kontur der Kugellaufbahnen 31, 32 im Querschnitt folgend, welche beliebig ausgebildet sein können. Somit wird insgesamt eine Geometrie der Kugellaufbahnen 31, 32 ermöglicht, die unabhängig von durch spanenden Fertigungsverfahren beschränkte geometrische Ausgestaltung ausgebildet werden kann, was insgesamt die Möglichkeiten des Herstellungsverfahrens erweitert und selbiges somit erleichtert.
-
Die Kugellaufflächen 34 weisen bevorzugt in axialer Richtung gesehenen im Querschnitt – also in einer Ansicht wie in 2 dargestellt – eine Breite B von 1 bis 5 mm und besonders bevorzugt von ca. 3 mm auf. Die Kugellauffläche 34 kann in derselben Ansicht (vgl. 2) einen Winkel γ bezüglich des Kugel- bzw. Kreismittelpunktes X von 3 bis 15°, vorzugsweise 5–10° einschließen. Der Kontaktwinkel β der Kugellaufflächen 34 (hier gemessen von dem Mittelpunkt M der Kugellauffläche 34 in Umfangsrichtung) beträgt vorzugsweise 90 bis 140°, besonders bevorzugt 125°. Auf diese Weise wird eine ausreichend breite Lauffläche 34 zur sicheren Aufnahme einer entsprechenden Kugel eines Gleichlaufgelenks bereitgestellt, welche weiterhin in einfacher Weise mittels reiner Umformverfahren, wie sie noch weiter beschrieben werden, bereitgestellt werden können.
-
Wie ebenso in 1e oder 3 dargestellt, weist das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bevorzugt eine Welle bzw. einen Achsvorsprung 5 auf, welche(r) sich von einer der Öffnung 40 abgewandten Seite 22 des Bodenbereichs 2 axial weg erstreckt und dem Anschluss weiterer Bauteile zur Übertragung eines Drehmomentes dient.
-
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 mit Innenkontur (insbesondere Kugellaufbahnen 31, 32). Um das Bauteil 1 für das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren eindeutig auszurichten, weist insbesondere sein Mantel 3 auf seiner Außenfläche 35 – also der dem Hohlraum 4 abgewandten Seite – eine Ausrichtkontur 36 auf, um das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bezüglich seiner Längsachse L eindeutig auszurichten. Insbesondere dient die Ausrichtkontur 36 dabei einer umfangsseitigen und/oder axialen und/oder radialen Ausrichtung. Wie dargestellt weist die Ausrichtkontur 36 bevorzugt eine von der Öffnung 40 abgewandt offene (oder auch umgekehrt) V-Form auf. Auch andere Formen sind denkbar, die eine wiederholgenau eindeutige Ausrichtung des Bauteils ermöglichen. Die Ausrichtkontur 36 weist vorzugsweise im Außenbereich des Bauteils 1 Kanten 360, 361 auf, welche beispielsweise beim umformtechnischen Herstellen des Bauteils 1 so mitkalibriert werden, dass Sie sich als zentriergenaue Aufnahme sowohl radial als auch axial eignen. Eine von den Kanten 360, 361 umgebende Fläche 362 kann dabei derart kalibriert werden/sein, um als genaue radiale Zentrierung des Bauteils 1 zu dienen. Die Position der Ausrichtkontur 36 auf dem Außenumfang des Bauteils 1 sorgt für eine eindeutige umfangsseitige Positionierung des Bauteils 1 bezüglich seiner Längsachse L.
-
Mittels eines derart hergestellten Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 lässt sich insgesamt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufgelenk aufbauen. Dieses weist neben dem erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 des Weiteren ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil mit einem axial vorstehenden Kugellagerbereich auf, welcher in dem Hohlraum 4 axial längsverschieblich aufgenommen ist. Zudem weist das erfindungsgemäße Gleichlaufgelenk ferner eine der Anzahl an Kugellaufbahnen 31, 32 entsprechende Anzahl an Kugeln auf. Diese Kugeln weisen einen dem Kreis K entsprechenden Durchmesser bzw. Radius r auf. Somit liegen die Kugeln in dem vorbezeichneten Kontaktwinkel β exakt auf den beiden Kugellaufflächen 34 einer Kugellaufbahn 31, 32 auf, die genau dem Radius r der Kugel K folgen. Somit wird ein harmonisches und reibungsarmes Abrollen der Kugeln ermöglicht. Die Kugeln sind dabei radial zwischen dem Mantel 3 und dem Kugellagerbereich des Gleichlaufgelenkinnenbauteils derart in den Kugellaufbahnen 31, 32 aufgenommen, um bei einer relativen axialen Längsverschiebung von Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 und Gleichlaufgelenkinnenbauteil auf Seiten des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 ausschließlich mit den Kugellaufflächen 34 in Kontakt zu stehen. Das Gleichlaufgelenkinnenbauteil weist dabei bevorzugt den Kugellaufbahnen 31, 32 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 entsprechende Kugellaufbahnen auf, so dass die Kugeln entsprechend in einem Paar gegenüberstehender und bevorzugt gleichartig ausgebildeter Kugellaufbahnen 31, 32 beweglich aufgenommen sind. Um die Kugeln sicher zu tragen, kann das Gleichlaufgelenk ferner einen Kugelkäfig aufweisen, in dem die Kugeln zwischen dem Gleichlaufgelenkinnenbauteil und dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 radial angeordnet getragen werden.
-
Folglich ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bereitzustellen, welches bevorzugt ausschließlich mittels Umformverfahren bereitgestellt wird. Eine Nachbearbeitung mittels spanender Fertigungsverfahren ist durch den erfindungsgemäßen Kalibrierschritt nicht mehr erforderlich.
-
Das Kalibrieren kann bevorzugt mittels eines erfindungsgemäßen Kalibrierwerkzeuges 100, wie es beispielhaft schematisch in 4 dargestellt ist, durchgeführt werden.
-
Das Kalibrierwerkzeug 100 kann hierzu wenigstens zwei, vorzugsweise eine der Anzahl der zu kalibrierenden Kugellaufbahnen 31, 32, insbesondere wenigstens der gleich orientiert geneigten Kugellaufbahnen 31 bzw. 32, entsprechende Anzahl an Kalibrierstempeln 101 aufweisen. Diese Kalibrierstempel 101 stehen in Richtung der Längsachse L gesehen radial – also seitlich – vor, um durch dieses Vorstehen in die entsprechenden Kugellaufbahnen zum Kalibrieren derselben eintauchen zu können. Somit können die Kalibrierstempel 101 zum Kalibrieren in Kontakt mit den Vorsprüngen 33 bringbar angeordnet sein und längs über die Vorsprünge 33 verfahrbar angeordnet sein. Mithin können folglich die Kalibrierstempel 101 in Kontakt mit den Vorsprüngen 33 gebracht und längs über die Vorsprünge 33 verfahren werden, um die Kugellaufbahnen 31, 32 durch Umformung der Vorsprünge 33 zu kalibrieren, so dass die Vorsprünge 33 flächige Kugellaufflächen 34 bilden, welche sich in Längsrichtung gesehen im Querschnitt und über die gesamte (Funktions-)Höhe der entsprechenden Kugellaufbahn 31, 32 auf dem Umfang des vorbezeichneten Kreises K mit definierten Radius r erstrecken und dem Kreis K somit folgend gekrümmt ausgebildet sind, wobei der Kreis K wie zuvor bereits beschrieben, entlang der Kugellaufbahn 31, 32 von dem Mantel 3 nicht geschnitten wird.
-
Wie ferner 6 zu entnehmen ist, weisen die Kalibrierstempel 101 jeweils eine vorstehende Kalibrierspitze 102 auf, welche zum Kalibrieren in Kontakt mit den Vorsprüngen 33 bringbar und längs über die Vorsprünge 33 verfahrbar ist, um die Vorsprünge 33 umzuformen. Die Kalibrierspitzen 102 weisen vorzugsweise wenigstens in den umzuformenden Vorsprüngen entsprechenden Bereichen 103 eine dem Kreis K entsprechende Teilkreiskontur auf. Folglich können zur Umformung der Vorsprünge 33 und somit zur Kalibrierung der Kugellaufbahnen 31, 32 zum Bilden der Kugellaufflächen 34 die Kalibrierstempel 101 mit ihren vorstehenden Kalibrierspitzen 102 insbesondere im Bereich der Teilkreiskonturen 103, in Kontakt mit den Vorsprüngen 33 gebracht und längs über die Vorsprünge 33 verfahren werden, um eine besonders genaue Kugellauffläche 34 rein durch Umformverfahren zu bilden.
-
Um die Kugellaufbahnen 31, 32 zur Umformung der Vorsprünge 33 zu kalibrieren, taucht das Kalibriewerkzeug 100 die Kalibrierstempel 101 bevorzugt axial – also in Richtung der Längsachse L – in den Hohlraum 4 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 ein.
-
Die Kalibrierstempel 101 sind bevorzugt entlang einer Führungsrichtung P1 längsverschieblich in dem Kalibrierwerkzeug 100 aufgenommen, um die Kalibrierstempel 101 zwischen einer zurückgefahrenen Ruheposition und einer aus dem Kalibrierwerkzeug 100 herausgefahrenen Kalibrierposition zu bewegen. Zum Kalibrieren werden die Kalibrierstempel 101 folglich von der zurückgefahrenen Ruheposition in die aus dem Kalibrierwerkzeug 100 herausgefahrenen Kalibrierposition bewegt, in der sie eben wenigstens radial vorstehen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform sind dabei die Kalibrierstempel 101 entlang ihrer Führungsrichtung P1 zum Kalibrierwerkzeug 100 hin in die Ruheposition vorgespannt P2, um nach dem Kalibrieren wieder in die Ruheposition geführt zu werden. Diese Vorspannung P2 wird bevorzugt mittels Federn 104 bereitgestellt, welche sich einerseits an dem Kalibrierwerkzeug 100 und andererseits bevorzugt an einer kopfseitigen Schulter 105 des Kalibrierstempels 100 abstützt. Zur Führung des Kalibrierstempels 100 weist das Kalibrierwerkzeug bevorzugt eine entsprechende Bohrung 106 auf, innerhalb derer der Kalibrierstempel 101 längsverschieblich aufgenommen ist.
-
Die Kalibriestempel 101 sind bevorzugt schräg zur Eintauchrichtung E des Kalibrierwerkzeugs 100 in den Hohlraum 4 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 hin bzw. in Kalibrierrichtung E geneigt geführt. Mit anderen Worten stehen die Kalibrierstempel 101 schräg zum Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 aus dem Kalibrierwerkzeug 100 vor. Somit sind die Kalibrierstempel 101 zur Längsachse L in Richtung des Bodenbereichs 2 geneigt geführt, sodass die Krafteinleitung der Kalibrierstempel 101 bevorzugt im Wesentlichen entlang seiner Längsachse erfolgt.
-
Wie insbesondere 6 zu entnehmen ist, weist das Kalibrierwerkzeug 100 ferner eine Winkelplatte 107 auf, mittels der eine vorzugsweise axiale Betätigungskraft P3 auf das Kalibrierwerkzeug 100 zum Ausfahren der Kalibrierstempel 101 in die Kalibrierposition in eine Richtung längs der Führungsrichtung P1 der Kalibrierstempel 101 übertragbar ist. Die Betätigungskraft P3 entspricht dabei bevorzugt der Betätigungskraft zum Kalibrieren; also der Betätigungskraft zum Eintauchen des Kalibrierwerkzeugs 100 in den Hohlraum 4.
-
Das Kalibrierwerkzeug 100 kann mehrteilig aufgebaut sein. So kann es ein Unterwerkzeug 110 zur bevorzugt gefederten Aufnahme des zu kalibrierenden Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 aufweisen. Dazu weist das Unterwerkzeug 110, wie in 5 gezeigt, eine Öffnung 111 auf, in die das Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 bodenseitig eingesetzt werden kann. Das Unterwerkzeug 110 ist dabei bevorzugt gegen ein Oberwerkzeug 120 gefedert gelagert.
-
Ferner kann das Kalibrierwerkzeug 100 das vorbezeichnete Oberwerkzeug 120 zur Aufnahme und auch Führung der Kalibrierstempel 101 aufweisen. Mittels des Oberwerkzeugs 120 sind die Kalibrierstempel 101 vorzugsweise axial in den Hohlraum 4 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 eintauchbar, um die Kugellaufbahnen 31, 32 durch Umformen der Vorsprünge 33 zu kalibrieren. Mit anderen Worten sind das Oberwerkzeug 120 und das Unterwerkzeug 110 relativ zueinander in axialer Richtung gesehen – also in Längsachse L gesehen – zueinander beweglich angeordnet. Während das Unterwerkzeug 110 das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 aufnimmt, führt das Oberwerkzeug 120 die Kalibrierstempel 101 in dessen Hohlraum 4 ein, um die Kugellaufbahnen 31, 32 entsprechend zu kalibrieren.
-
Das Kalibrierwerkzeug 100 und insbesondere das Oberwerkzeug 120 weist bevorzugt einen die Kalibrierstempel 101 aufweisenden Innenstempel 121 sowie einen das Kalibrierwerkzeug zum Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1, vorzugsweise zusammen mit dem Unterwerkzeug 110, radial zentrierenden und das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 vorzugsweise einschließenden Außenstempel 122. Innenstempel 121 und Außenstempel 122 sind bevorzugt relativ zueinander axial verschieblich angeordnet, um wahlweise das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 für den Kalibriervorgang zu umschließen und zu zentrieren oder ihn freizugeben.
-
Zum Kalibrieren wird folglich das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bodenseitig in das Unterwerkzeug 110 und insbesondere in dessen Öffnung 111 eingesetzt. Schließlich wird das Oberwerkzeug 120 axial auf das Unterwerkzeug 110 zu bewegt, bis der Außenstempel – ggf. gegen die Federkraft des Unterwerkzeugs 110 – das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bevorzugt umschließt und insbesondere somit das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 zu dem Kalibrierwerkzeug 100 (radial) zentriert. Anschließend wird der Innenstempel 121 mit den Kalibrierstempeln 101 vorzugsweise axial in den Hohlraum 4 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 eingetaucht, um die Kugellaufbahnen 31, 32 durch Umformen der Vorsprünge 33 zu kalibrieren. Die auf das Kalibrierwerkzeug 100 bzw. den Innenstempel 121 aufgebrachte Kraft P3 wird dabei bevorzugt mittels der Winkelplatte 107 auf die Kalibrierstempel 101 in deren Führungsrichtung P1 übertragen, sodass die Kalibrierstempel 101 entsprechend in die Kalibrierposition ausgefahren werden, um somit den Kalibriervorgang sicher durchzuführen.
-
Das Oberwerkzeug 120 und insbesondere der Außenstempel 122 sowie das Unterwerkzeug 110 weisen bevorzugt miteinander korrespondierende Ausrichtelemente 130, 140 auf, um das Oberwerkzeug 120 und das Unterwerkzeug 110 relativ zueinander auszurichten und vorzugweise radial zu zentrieren sowie radial und axial zu fixieren. Die korrespondieren Ausrichtelemente 130, 140 weisen bevorzugt korrespondierende Formschlusselemente auf. Beispielsweise weisen hierzu das Oberwerkzeug 120 und das Unterwerkzeug 110 korrespondierende Nute 140 auf, in denen sogenannte gehärtete Nutensteine 130 angeordnet werden. Diese können bspw. wie in 5c gezeigt, mittels Befestigungsmitteln (hier eine Schraube) 150 an einem der Werkzeuge (hier dem Unterwerkzeug 110) befestigt werden. Durch das Zusammenführen von Oberwerkzeug 120 und Unterwerkzeug 110 umschließen folglich die Nuten 140 die Nutensteine 130 im Sinne eines Formschlusses, sodass die Werkzeugelemente 110, 120 zueinander sehr genau ausgerichtet sind. Mit einer derartigen Konstruktion können radiale Versätze von circa 0,01 mm gehalten werden. Diese Ausrichtelemente bzw. Formschlusselemente 130, 140 sind bevorzugt paarweise bezüglich der Längsachse L radial einander gegenüberliegend vorgesehen; also über Kreuz angeordnet, um eine umlaufend gleichmäßige Ausrichtung zu bewirken.
-
Nach dem Zusammenführen von Außenstempel 121 und Unterwerkzeug 110 und Ausrichten derselben zueinander wird bevorzugt der Innenstempel 121 mit den Kalibrierstempeln 101 vorzugsweise axial in den Hohlraum 4 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 eingetaucht, um sodann die Kugellaufbahnen 31, 32 durch Umformen der Vorsprünge 33 zu kalibrieren. Die Kalibrierstempel 101 werden bevorzugt vor dem Kalibrieren, insbesondere vor dem Eintauchen des Kalibrierwerkzeugs 100, vorzugsweise des Innenstempels 121, in den Hohlraum 4 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1, in die Kalibierposition expandiert. Nach dem Kalibrieren, insbesondere vor oder während des Herausfahrens des Kalibrierwerkzeugs 100 aus dem Hohlraum 4, kollabieren die Kalibrierstempel 101 vorzugsweise durch die Federn 104 veranlasst wieder in die Ruheposition. Ein bevorzugter Kalibriervorgang kann folglich wie folgt durchgeführt werden:
Zunächst wird ein zu kalibrierendes Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bodenseitig in die Öffnung 111 des Unterwerkzeugs 110 eingesetzt, sodass dessen Öffnung 40 dem Oberwerkzeug 120 zugewandt ist. Unterwerkzeug 110 und Oberwerkzeug 120 werden sodann relativ aufeinander zubewegt. Die Ausrichtelemente 130, 140 beginnen zu führen und richten das Unterwerkzeug 110 und das Oberwerkzeug 120 relativ zueinander aus. In einem nächsten Schritt dringt der Innenstempel 121 in den Hohlraum 4 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 ein, wobei die Kalibrierstempel 101 beginnen, in die Kalibrierposition zu expandieren. Bei weiter geführtem Eintauchen – einschließlich der Kalibrierstempel 101 – wird nunmehr die Umformung der Vorsprünge 33 mittels der Kalibrierstempel 101 durchgeführt. Nach der Umformung, also wenn der Innenstempel 121 mit den Kalibrierstempeln 101 vollständig in das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 eingetaucht ist und die Kugellaufbahnen 31, 32 bevorzugt über ihre gesamte (Funktions-)Höhe kalibriert wurden, beginnt der Rückhub. Der Außenstempel 122 gibt dabei bevorzugt ein minimales Abfedern des Unterwerkzeugs 110 frei. Der Innenstempel 121 wird eingefahren. Durch Entlasten des Oberwerkzeugs 120 und insbesondere Reduzieren der Betätigungskraft insbesondere auf die Winkelplatte 107 wird es für die Federn 104 ermöglicht, die Kalibrierstempel 101 in die Ruheposition einzufahren. Die Kalibrierstempel 101 kollabieren somit und das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 101 wird entformt. Das gesamte Oberwerkzeug 120 wird von dem Unterwerkzeug 110 axial wegbewegt. Nach Rückzug des Oberwerkzeugs 120 von dem Unterwerkzeug 110 kann das kalibrierte Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 ausgeworfen werden.
-
Das Kalibrieren wird bevorzugt zweimal mit unterschiedlichen oder bevorzugt mit demselben Kalibrierwerkzeug 100 durchgeführt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Gleichlaufgelenkaußenbauteil sich kreuzende Kugellaufbahnen 31, 32 beispielsweise in Form eines Cross-Grooves aufweist. Bei einem ersten Kalibrierschritt werden dann bevorzugt die gleichorientierten ersten Kugellaufbahnen 31 und in einem zweiten Kalibrierschritt die gegenläufig zu den ersten Kugellaufbahnen 31 gleich orientierten zweiten Kugellaufbahnen 32 kalibriert.
-
Wie hier nicht näher dargestellt, weist das Kalibrierwerkzeug 100, insbesondere das Unterwerkzeug 110, eine Ausrichtkontur auf, welche mit der vorbezeichneten Ausrichtkontur 36 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 derart zusammenwirkt, um das Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bezüglich seiner Längsachse L zum Kalibrierwerkzeug 100 eindeutig auszurichten, vorzugsweise umfangsseitig und/oder radial und/oder axial auszurichten. Die Ausrichtkontur weist dazu bevorzugt eine zu der Ausrichtkontur 36 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 korrespondierende und von dem Oberwerkzeug 120 abgewandt offene (oder auch umgekehrt) V-Form auf. Beispielsweise ist die Ausrichtkontur 36 des Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 als Aussparung, wie in 3 gezeigt, ausgebildet und die Ausrichtkontur des Kalibrierwerkzeugs 1 entsprechend als Vorsprung.
-
Hier dargestellt sind insgesamt drei Paare P von Kugellaufbahnen 31, 32. Somit erfordert ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Werkzeug mit bevorzugt drei Kalibrierstempeln 101, um jeweils eine Gruppe gleichorientierter Kugellaufbahnen 31, 32 gleichzeitig zu kalibrieren. Zur Herstellung eines entsprechenden Gleichlaufgelenkaußenbauteils 1 kann beispielsweise eine dreistufige hydraulische Anlage bereitgestellt werden, welche in einer ersten Stufe das zu kalibrierende Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 bereitstellt (also vorzugsweise einklappt und die Außengeometrie kalibriert), in einer zweiten Stufe die erste Gruppe gleichgerichteter Kugellaufbahnen 31 und in der letzten Stufe die zweite Gruppe gleichgerichteter Kugellaufbahnen 32 kalibriert.
-
Ein so mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Gleichlaufgelenkaußenbauteil 1 ist folglich ebenfalls Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
-
Die Erfindung ist auf die vorbezeichneten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Insbesondere sind alle vorbezeichneten Merkmale in beliebiger Weise mit – und untereinander kombinierbar und austauschbar. Beispielsweise sind die geometrische Form, Erstreckungsrichtung und Neigungswinkel der Kugellaufbahnen 31, 32 und Kugellaufflächen 34 und auch der Vorsprünge 33 grundsätzlich nicht durch die Erfindung beschränkt.
