EP3464920A1 - Carbonitrieren von gelenkkreuzbüchsen - Google Patents

Carbonitrieren von gelenkkreuzbüchsen

Info

Publication number
EP3464920A1
EP3464920A1 EP17724738.4A EP17724738A EP3464920A1 EP 3464920 A1 EP3464920 A1 EP 3464920A1 EP 17724738 A EP17724738 A EP 17724738A EP 3464920 A1 EP3464920 A1 EP 3464920A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
universal joint
nitrogen
joint bushing
edge layer
bushing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17724738.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Kruppa
Sven Lachnit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3464920A1 publication Critical patent/EP3464920A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • F16D3/38—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another
    • F16D3/382—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another constructional details of other than the intermediate member
    • F16D3/385—Bearing cup; Bearing construction; Bearing seal; Mounting of bearing on the intermediate member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/78—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members
    • F16C33/7803—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members suited for particular types of rolling bearings
    • F16C33/7809—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members suited for particular types of rolling bearings for needle roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • F16D3/38—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another
    • F16D3/40—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another with intermediate member provided with two pairs of outwardly-directed trunnions on intersecting axes
    • F16D3/41—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another with intermediate member provided with two pairs of outwardly-directed trunnions on intersecting axes with ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/41—Couplings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
    • F16D2250/0038—Surface treatment

Definitions

  • the invention relates to a universal joint bush for universal joints for use in drive and steering shafts and a method for producing a universal joint.
  • Universal joint bushes are commonly used in universal joints of a propeller shaft, with the universal joint being disposed between two shafts oriented at a flexion angle.
  • each shaft is provided at the end with a yoke.
  • a commercial spider includes four mutually offset by 90 ° pin, which connect the joint forks together, with two pins of a yoke are assigned.
  • the pins are each used in pairs via a universal joint bush in conjunction with a needle ring as a radial bearing in the joint forks.
  • the universal joint bushings known and used in the prior art are conventionally case hardened. However, these are subjected to increased wear at small pivoting angles and at the same time high pivoting frequencies, in particular on the side of the rolling body raceway on which needles of a needle bearing roll inside a universal joint bush. As a result, bearing damage, which makes it necessary to replace the universal joint bushings.
  • a further object of the present invention is to specify a method for producing a universal joint bush, in which the bush body or the outer ring of the universal joint bushing has, as a result, optimized wear protection.
  • a universal joint bushing for universal joints for use in drive and steering shafts an outer ring.
  • needles of a needle ring roll off on said outer ring, whereby, for example, the universal joint bushing is rotatable about a pin of a spider.
  • the outer ring preferably forms a rolling body raceway for, for example, a needle bearing.
  • the outer ring has an edge layer formed by at least one measure for the diffusion of an element into near-surface regions of the universal joint bushing. It is advantageous here if the outer layer of the outer ring comprises nitrogen. In this way, the performance of universal joint boxes can be increased by means of nitrogen (or by means of carbonitriding).
  • the universal joint bush according to the invention Due to the formation of a nitrogen-containing edge layer, the universal joint bush according to the invention, both in terms of their mechanical properties, in particular surface hardness, wear resistance, rollover resistance, etc., an excellent properties profile. Furthermore, the enriched with nitrogen edge layer causes a better tempering resistance and thus an additional wear protection / wear resistance of the raceway or the rolling body raceway and thus a longer life.
  • the nitrogen-containing surface layer is formed by at least one measure for the diffusion of nitrogen into areas near the surface of the universal joint bushing.
  • process parameters such as B. temperature, pressure, duration, concentration of the nitrogen content of an optionally necessary nitrogen atmosphere, can be made to influence the trainees or trained nitrogen-containing edge layer of the universal joint bushing.
  • penetration depth of the nitrogen atoms as well as the concentration of the nitrogen atoms in the surface layer can be influenced or controlled in terms of process technology in this way.
  • the nitrogen-containing edge layer has a predetermined layer thickness, advantageously in the range from 1 ⁇ m to 1.5 mm, in particular particular in the range of 1 m to 0.3 mm, preferably in the range of 1 to 50 pm.
  • predetermined layer thicknesses are possible.
  • the predetermined layer thickness vary depending on the wall thickness of the universal joint bushing. It is advantageous if z. B. at a wall thickness of 6 mm, a layer thickness of at least 1, 5 mm is achieved, whereas it is advantageous if, for example, at a wind thickness of 0.5 mm, a layer thickness of at least 30pm is achieved.
  • the universal joint bushing with a comparatively smaller wall thickness also has a lower layer thickness of the boundary layer compared to the other joint cross bushing.
  • the predetermined layer thickness in particular the aforementioned ranges, have the advantage of providing sufficient wear protection or wear resistance. Accordingly, for example, with the aid of the predetermined layer thickness, the universal joint bushing according to the invention can absorb the same mechanical forces as compared with a conventional universal joint bush, but a universal joint bush enriched with nitrogen in the surface layer has a much longer service life.
  • a universal joint bushing has a core which is enclosed by the boundary layer.
  • the surface layer has an increased nitrogen content relative to the core, in particular an increased nitrogen content of at least 0.04%.
  • the aforementioned limit of an increased nitrogen content of at least 0.04% in the surface layer relative to the core ideally leads to increased wear resistance and preferably to an increased roll-over strength.
  • the universal joint bush has a case-hardened steel or consists of case-hardening steel. It is advantageous if the case steel DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415 is used. Of course, other case-hardened steels can also be used. Case-hardening steels or the aforementioned steels are ideal for optimizing the properties of a deep-drawn or even machined joint box.
  • the universal joint bushing has a wall thickness in the range between 0.5 mm and 6 mm. This wall thickness allows easy production by deep drawing or a cutting process.
  • a second aspect of the invention comprises a method for producing a universal joint bushing and / or for increasing the wear resistance of a universal joint bushing with a nitrogen-containing edge layer.
  • the method comprises the following steps.
  • An advantageous production step comprises the provision of a universal joint bushing made of a case hardening steel, in particular DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415.
  • a case hardening steel in particular DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415.
  • the provision may comprise deep-drawing a blank or a preform into a universal joint bushing, but also the machining production of a universal joint bushing from, for example, a preform.
  • other manufacturing methods for creating the outer shape of a universal joint bushing are possible.
  • a production step comprises carrying out at least one measure for the diffusion of nitrogen into near-surface regions of the universal joint bushing for forming the nitrogen-containing boundary layer.
  • this measure it will, under appropriate conditions, be impurities, in particular special nitrogen, allows to diffuse into the microstructure of the provided universal joint box.
  • the nitrogen-containing edge layer can be formed in the edge or near-surface areas of the universal joint bushing.
  • the resulting change in the existing atomic microstructure of the universal joint bush in the region of the surface layer leads to increased hardness.
  • the formation of a nitrogen-containing edge layer also improves further mechanical properties, in particular wear resistance or roll-over resistance.
  • a thermochemical treatment of the universal joint bushing is preferably carried out.
  • thermochemical treatment is carried out in a temperature range of at least 800 ° C. Said thermochemical treatment in said temperature range allows the diffusion of impurities, in particular of nitrogen, into the existing microstructure of the universal joint bush, which preferably has a case-hardening steel.
  • thermochemical treatment By determining or adjusting the temperature applied during the thermochemical treatment, it is possible to influence the kinetics of the diffusion of nitrogen into the peripheral layer of the universal joint bushing. In this way, specific properties of the nitrogen-containing surface layer to be formed can be set in a targeted manner.
  • temperature-related influences on the dimensional stability and / or surface quality or roughness of the universal joint bushing may have an effect, of course, knowing their abilities can be counteracted or they can be kept to a tolerable extent.
  • the at least one measure for forming the nitrogen-containing edge layer is carried out in such a way that a nitrogen-containing edge layer having a predetermined layer thickness, preferably from 1 .mu.m to 0.3 mm, preferably from 1 to 50 .mu.m, formed.
  • the predetermined layer thickness can preferably vary depending on the wall thickness of the universal joint bushing. It is advantageous if z. B. at a wall thickness of 6 mm, a layer thickness of at least 1, 5 mm is achieved, whereas it is advantageous if, for example, at a wind thickness of 0.5 mm, a layer thickness of at least 30pm is achieved.
  • the universal joint bushing with a lower wall thickness compared to a lower layer thickness of the edge layer also compared to the other universal joint bushing.
  • the predetermined layer thickness in particular the aforementioned ranges, have the advantage that a sufficient wear protection is provided. Accordingly, a universal joint bushing with the aid of the predetermined layer thickness created by the method according to the invention for producing a universal joint bushing can absorb the same mechanical forces in comparison to a conventionally produced universal joint bushing according to a known method. However, the universal joint bush enriched with nitrogen in the surface layer, according to the method presented here, a much longer life.
  • the provision comprises deep-drawing or machining, in particular turning or milling, of a preform or of a blank, preferably of a forming part.
  • a universal joint bushing can be prepared in advance of its completion before the subsequent step of performing at least one measure for the diffusion of nitrogen into near-surface regions of the universal joint bush to form the nitrogen-containing surface layer.
  • the nitrogen-containing surface layer case hardening, preferably with the additional addition of nitrogen, in particular a carbonitriding process and / or plasma nitriding and / or gas nitriding and / or gas nitrocarburizing performed.
  • nitrogen in particular a carbonitriding process and / or plasma nitriding and / or gas nitriding and / or gas nitrocarburizing performed.
  • the processes can also be combined or carried out sequentially.
  • the process plasma nitriding conventionally means a diffusion of nitrogen into the starting material to be treated.
  • Gas nitriding is a thermochemical process in which the material to be treated, that is to say in particular to be cured, is heated to a temperature such that it contains a gas containing nitrogen, such as, for example, nitrogen. B. ammonia (NH3) is exposed, which then leads to the diffusion of nitrogen into the starting material.
  • a gas containing nitrogen such as, for example, nitrogen.
  • B. ammonia (NH3) is exposed, which then leads to the diffusion of nitrogen into the starting material.
  • the gas nitrocarburizing allows the diffusion of nitrogen into the material to be treated, wherein the material to be treated is additionally exposed to a gas containing carbon (eg CO 2), ie a total of a gas mixture of a nitrogen and a carbon-containing gas and tempered accordingly.
  • a gas containing carbon eg CO 2
  • a carbonitriding process or carbonitriding is preferably understood as meaning a thermochemical process in which, advantageously, the surface layer of components is enriched by diffusion of carbon and / or nitrogen. As a result, an improvement in the mechanical properties of the component edge layer can be achieved.
  • the carbonitriding process or the carbonitriding is based on a modified case-hardening, wherein preferably a coordinated tempering of the surface layer with respect to the microstructure composition can be adjusted to the application-specific loading.
  • the carbonitriding process or the carbonitriding acts on the surface of a treated component and, within that, up to the so-called case hardening depth (CHD), wherein ideally the core of the component or universal joint bushing is not influenced.
  • CHD case hardening depth
  • the aim of the carbonitriding process is to produce a high C (carbon) and / or C + N martensitic (carbon and nitrogen) and / or N (nitrogen) surface layer higher Hardness and preferably a better tempering resistance.
  • carrier media such as carrier gas + propane + NH4 or plasma (Glimmsaum) plus CH4 or C2H6, are used.
  • the use of the carrier media takes place at a temperature of 850 ° C to 1050 ° C, which is preferably done over a period of 0.5 to 8 hours. Subsequently, the treated universal joint box is conveniently cooled in air.
  • such treated universal joint boxes have case hardening depths (at least 700HV) of from 0.05 mm to several millimeters.
  • case hardening depths at least 700HV
  • universal joint bushings which are subjected to a carbonitriding process or a carburizing / carbonitriding, pretreated, preferably by case hardening or tempering for adjusting the core strength or hardening depth.
  • the carbonitriding process or the carburizing / carbonitriding can be carried out in different plants, inter alia, for example, in continuous strip furnaces, discontinuously operating chamber furnaces, discontinuously operating plasma plants and / or multi-chamber plasma plants in the puncturing operation.
  • At least one measure for work hardening such as, for example, cold forming, of the universal joint bushing is carried out before the at least one measure for forming the nitrogen-containing edge layer is carried out.
  • the measures of work hardening a metallic material are preferably understood to mean the plastic deformation of metallic materials at a temperature below their respective recrystallization temperature.
  • the plastic deformation of the material increases the dislocation density within the respective material, whereby an increase in the material hardness is due.
  • This idea preferably relates - in simplified form - to the improvement of the mechanical properties, in particular the wear resistance or the wear protection of the raceway or the rolling body raceway and thus a longer service life, of universal joint bushes for the steering and drive train of a vehicle.
  • the universal joint bushings are deep-drawn or machined.
  • the invention is based on a prior art in which known universal joint bushes are conventionally case hardened.
  • the present invention is preferably based on the problem of optimizing the sleeve body or a universal joint bushing in the direction of wear protection.
  • Fig. 1 is a sectional view of a first embodiment of a
  • FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of a universal joint box
  • Fig. 3 is a sectional view of a third embodiment of a universal joint socket.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a universal joint bush 1 for universal joints for use in drive and steering shafts of a vehicle, the universal joint bush 1 comprising an outer ring 2.
  • the universal joint bush 1 essentially two vertical and one horizontal component, which are connected to each other, in particular integrally formed.
  • the components mentioned together form a cup-shaped universal joint bush 1, wherein the illustrated horizontal component forms the outer ring 2.
  • a rolling element of a needle bearing or a roller 3 of a needle bearing is arranged in the area between the three components. Consequently, the horizontal component or the outer ring 2, at least on the inside of the cup-shaped universal joint bush 1, forms a rolling body raceway on which the roller 3 can roll.
  • the three components of the universal joint bushing 1 have different wall thicknesses WO (wall thickness of the bottom of the cup-shaped universal joint bush 1), W1 (wall thickness of the outer ring 2 of the universal joint bushing 1), W2 (wall thickness of a flanged edge on the open side the cup-shaped universal joint bush 1) - as shown in Figure 1 - have.
  • Said wall thicknesses WO, W1, W2 or a wall thickness W of the universal joint bush 1 are / is preferably in the range between 0.5 mm and 6 mm.
  • the outer ring 2 has an edge formed by at least one measure for the diffusion of an element into near-surface regions of the universal joint bush 1. simply R on.
  • This boundary layer R of the outer ring 2 comprises nitrogen or is advantageously enriched with an increased proportion of nitrogen.
  • the nitrogen-containing edge layer R has a predetermined layer thickness d, in particular, it is in the range of 1 pm to 0.3 mm, preferably in the range of 1 to 50 pm.
  • the universal joint bush 1 comprises a core K, which is enclosed by the boundary layer R, wherein ideally the edge layer opposite the core K has an increased nitrogen content, in particular an increased nitrogen content of at least 0.04%.
  • the universal joint bushing 1 shown in FIG. 1 can, for example, be deep-drawn and / or produced by means of a machining process.
  • the universal joint bushing 1 has a case-hardening steel or consists of a case-hardening steel, DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415 preferably being used as the case-hardening steel.
  • a case-hardening steel or consists of a case-hardening steel, DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415 preferably being used as the case-hardening steel.
  • other steel grades can also be used for case-hardened steels.
  • the universal joint bush 1, shown in Figure 1, by means of a method for producing a universal joint bushing 1 and / or to increase the wear resistance of a universal joint bushing 1 with a nitrogen-containing edge layer R produced.
  • this method advantageously comprises the following steps.
  • the first preferred step comprises providing a universal joint bush 1 made of a case hardening steel, in particular from DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415.
  • the provisioning further comprises deep drawing or machining, in particular turning or milling, of a preform or of a blank, preferably of a forming part.
  • the excitingly produced or deep-drawn preform or the universal joint bushing 1 has a cup-shaped shape, as shown for example in Figures 1 -3, on.
  • a subsequent or further step comprises carrying out at least one measure for diffusion / diffusion of nitrogen into near-surface regions of the universal joint bush 1 for forming the nitrogen-containing edge layer R.
  • thermochemical treatment of the universal joint bush 1 is expediently carried out as at least one measure for forming the nitrogen-containing edge layer R, the thermochemical treatment preferably being carried out in a temperature range of at least 800 ° C.
  • the at least one measure for forming the nitrogen-containing edge layer R is advantageously carried out in such a way that a nitrogen-containing edge layer R with a predetermined layer thickness d of preferably 1 pm to 0.3 mm, preferably from 1 to 50 pm, is formed.
  • At least one measure for forming the nitrogen-containing surface layer R is case hardening, preferably with additional addition of nitrogen, in particular a carbonitriding process and / or plasma nitriding and / or gas nitriding and / or gas nitrocarburizing.
  • Nitrogen can be introduced into near-surface regions of the universal joint bush 1 by means of the aforementioned methods.
  • the universal joint bushings 1 in FIGS. 2 and 3 essentially have a different shape.
  • these exemplary embodiments in FIGS. 2, 3 forego a second vertical component on the open side of the cup-shaped universal joint bushing 1.
  • All of the abovementioned exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3 have in common that these universal joint bushes 1 represent the steering and drive train of a vehicle.
  • the present invention is advantageously based on the problem of optimizing the sleeve body or the universal joint bushing 1 or its outer ring 2 in the direction of wear protection.
  • nitrogen is additionally added to the conventional case hardening of the atmosphere. This causes a better tempering resistance and thus an additional wear protection of the track and thus a longer life.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gelenkkreuzbüchse (1) für Kreuzgelenke zum Einsatz in Antriebs- und Lenkungswellen mit einem Außenring (2), der eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion eines Elements in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse (1) gebildete Randschicht (R) aufweist, wobei die Randschicht (R) des Außenrings (2) Stickstoff umfasst. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung einer Gelenkkreuzbüchse (1) und/oder zur Steigerung der Verschleißfestigkeit einer Gelenkkreuzbüchse (1) mit einer Stickstoff enthaltenden Randschicht (R).

Description

Carbonitrieren von Gelenkkreuzbüchsen
Die Erfindung betrifft eine Gelenkkreuzbüchse für Kreuzgelenke zum Einsatz in Antriebs- und Lenkungswellen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Gelenk- kreuzbüchse.
Gelenkkreuzbüchsen werden üblicherweise bei Kreuzgelenken einer Gelenkwelle verwendet, wobei das Kreuzgelenk zwischen zwei unter einem Beugewinkel ausgerichteten Wellen angeordnet ist.
Herkömmlicherweise ist bei einer solchen Konstruktion jede Welle endseitig mit einer Gelenkgabel versehen. Ferner umfasst ein handelsübliches Gelenkkreuz vier zueinander um 90° versetzte Zapfen, die die Gelenkgabeln miteinander verbinden, wobei jeweils zwei Zapfen einer Gelenkgabel zugeordnet sind. Dabei sind die Zapfen jeweils über eine Gelenkkreuzbüchse in Verbindung mit einem Nadelkranz als Radiallager paarweise in den Gelenkgabeln eingesetzt. Die aus dem Stand der Technik bekannten und verwendeten Gelenkkreuzbüchsen sind konventionell einsatzgehärtet. Jedoch sind diese bei kleinen Schwenkwinkel und gleichzeitig hohen Schwenkfrequenzen erhöhtem Verschleiß unterworfen, insbesondere auf Seiten der Wälzkörperlaufbahn, auf welcher Nadeln eines Nadelkranzes im Inneren einer Gelenkkreuzbüchse abrollen. In der Folge entstehen Lagerschäden, die ein Auswechseln der Gelenkkreuzbüchsen notwendig machen.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gelenkkreuzbüchse anzugeben, deren Büchsenkörper bzw. deren Außenring einen optimierten Verschleißschutz bzw. Verschleißwiderstand aufweist. Ferner ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Gelenkkreuzbüchse anzugeben, bei welchem der Büchsenkörper bzw. der Außenring der Gelenkkreuzbüchse im Ergebnis einen optimierten Verschleißschutz aufweist.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt eine Gelenkkreuzbüchse für Kreuzgelenke zum Einsatz in Antriebs- und Lenkungswellen einen Außenring. Auf genanntem Außenring rollen vorzugsweise Nadeln eines Nadelkranzes ab, wodurch beispielsweise die Gelenkkreuzbüchse um einen Zapfen eines Gelenkkreuzes drehbar ist. In der Konsequenz bildet also vorzugsweise der Außenring eine Wälzkörperlaufbahn für beispielsweise ein Nadellager.
Günstigerweise weist der Außenring eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Ein- diffusion eines Elements in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse gebildete Randschicht auf. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Randschicht des Außen- rings Stickstoff umfasst. Auf diese Weise kann die Leistungsfähigkeit von Gelenkkreuzbüchsen mittels Stickstoff (bzw. mittels Carbonitrieren) gesteigert werden.
Durch die Ausbildung einer Stickstoff enthaltenden Randschicht weist die erfindungsgemäße Gelenkkreuzbüchse sowohl im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften, wie insbesondere Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit, Überrollfestigkeit etc., ein hervorragendes Eigenschaften profil auf. Ferner bewirkt die mit Stickstoff angereicherte Randschicht eine bessere Anlassbeständigkeit und somit einen zusätzlichen Verschleißschutz/Verschleißwiderstand der Laufbahn bzw. der Wälzkörperlaufbahn und somit eine höhere Lebensdauer.
Die Stickstoff enthaltende Randschicht ist erfindungsgemäß durch wenigstens eine Maßnahme zur Diffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse ausgebildet. In Abhängigkeit der jeweiligen im Rahmen der wenigstens einen Maßnahme zur Eindiffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche verwendeten Prozessparameter, wie z. B. Temperatur, Druck, Dauer, Konzentration des Stickstoffgehalts einer gegebenenfalls notwendigen Stickstoffatmosphäre, kann ge- zielt Einfluss auf die auszubildende bzw. ausgebildete Stickstoff enthaltende Randschicht der Gelenkkreuzbüchse genommen werden. Insbesondere können auf diese Art und Weise, die Eindringtiefe der Stickstoffatome sowie die Konzentration der Stickstoffatome in der Randschicht prozesstechnisch beeinflusst bzw. kontrolliert werden. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Stickstoff enthaltende Randschicht eine vorbestimmte Schichtdicke aufweist, vorteilhafterweise im Bereich von 1 μηι bis 1 ,5 mm, ins- besondere im Bereich von 1 m bis 0,3 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 pm. Selbstverständlich sind weitere, vorbestimmte Schichtdicken möglich. Dabei kann vorzugsweise die vorbestimmte Schichtdicke je nach Wandstärke der Gelenkkreuzbüchse variieren. Hierbei ist es von Vorteil, wenn z. B. bei einer Wandstärke von 6 mm eine Schichtdicke von mindestens 1 ,5 mm erzielt wird, wohingegen es günstig ist, wenn beispielsweise bei einer Windstärke von 0,5 mm eine Schichtdicke von mindestens 30pm erreicht wird. Vorteilhafterweise weist bei einem Vergleich von zwei Gelenkkreuzbüchsen mit unterschiedlichen Windstärken, die Gelenkkreuzbüchse mit im Vergleich geringerer Wandstärke eine ebenfalls im Vergleich zur weiteren Gelenk- kreuzbüchse geringere Schichtdicke der Randschicht auf.
Die vorbestimmte Schichtdicke, insbesondere die vorgenannten Bereiche, haben den Vorteil, einen ausreichenden Verschleißschutz bzw. Verschleißwiderstand zu bieten. Dementsprechend kann beispielsweise mithilfe der vorbestimmten Schichtdicke die erfindungsgemäße Gelenkkreuzbüchse im Vergleich zu einer herkömmlichen Gelenk- kreuzbüchse die gleichen mechanischen Kräfte aufnehmen, wobei jedoch eine Gelenkkreuzbüchse, angereichert mit Stickstoff in der Randschicht, eine weitaus höhere Lebensdauer aufweist.
Im Zusammenhang mit der erwähnten vorbestimmten Schichtdicke sei noch erwähnt, dass diese durch geeignete Prozessauswahl und -führung der wenigstens einen Maßnahme zur Eindiffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht einstellbar ist.
Vorzugsweise weist eine Gelenkkreuzbüchse einen Kern auf, der von der Randschicht umschlossen ist. Vorteilhafterweise weist die Randschicht gegenüber dem Kern einen erhöhten Stickstoffgehalt auf, insbesondere einen erhöhten Stickstoffgehalt von min- destens 0,04 %. Vorgenannter Grenzwert eines erhöhten Stickstoffgehalts von mindestens 0,04 % in der Randschicht gegenüber dem Kern führt idealerweise zu erhöhter Verschleißfestigkeit sowie vorzugsweise zu einer erhöhten Überrollfestigkeit.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Gelenkkreuzbüchse einen Einsatzstahl aufweist bzw. aus Einsatzstahl besteht. Hierbei ist es günstig, wenn der Einsatzstahl DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415 Verwendung findet. Selbstverständlich können auch weitere Einsatzstähle verwendet werden. Einsatzstähle bzw. vorgenannte Stähle eignen sich hervorragend, um die Eigenschaften einer tiefgezogenen oder auch spanend hergestellten Gelenkkreuzbüchse zu optimieren.
Vorteilhafterweise umfasst die Gelenkkreuzbüchse eine Wandstärke im Bereich zwischen 0,5 mm und 6 mm. Diese Wandstärke erlaubt eine einfache Herstellung mittels Tiefziehen oder eines spanenden Verfahrens.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gelenkkreuzbüchse und/oder zur Steigerung der Verschleißfestigkeit einer Gelenkkreuzbüchse mit einer Stickstoff enthaltenden Randschicht.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Gelenkkreuzbüchse wie sie unter dem ersten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei dem nun im nachfolgenden beschriebenen Verfahren Anwendung finden können.
Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend eine Gelenkkreuzbüchse können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden. Dies gilt selbst verständlich auch anders herum, d.h., dass Merkmale des zweiten Aspekts mit den Merkmalen des ersten Aspekts kombiniert werden können.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren nachstehende Schritte.
Ein vorteilhafter Herstellungsschritt umfasst das Bereitstellen einer Gelenkkreuzbüch- se aus einem Einsatzstahl, insbesondere DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415. Selbstverständlich können auch weitere Einsatzstähle Verwendung finden. Hierbei kann das Bereitstellen ein Tiefziehen eines Rohlings bzw. eines Vorformlings zu einer Gelenkkreuzbüchse, aber auch die spanende Herstellung einer Gelenkkreuzbüchse aus einem zum Beispiel Vorform ling umfassen. Selbstverständlich sind auch weitere Herstellungsverfahren zur Schaffung der äußeren Form einer Gelenkkreuzbüchse möglich.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn ein Herstellungsschritt das Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht umfasst. Mithilfe dieser Maßnahme wird es unter geeigneten Bedingungen Fremdatomen, ins- besondere Stickstoff, ermöglicht, in die Gefügestruktur der bereitgestellten Gelenkkreuzbüchse einzudiffundieren. Somit lässt sich die Stickstoff enthaltende Randschicht in den rand- bzw. oberflächennahen Bereichen der Gelenkkreuzbüchse bilden.
Ferner führt die Eindiffusion von Stickstoff in die Gefügestruktur der Gelenk- kreuzbüchse, insbesondere in deren Randschicht, zu einer Art Mischkristallverfestigung, und zwar günstigerweise eben im Bereich der Randschicht. Die damit bewirkte Veränderung der bestehenden atomaren Gefügestruktur der Gelenkkreuzbüchse im Bereich der Randschicht führt zu einer erhöhten Härte. Auch werden durch die Ausbildung einer Stickstoff enthaltenden Randschicht weitere mechanische Eigenschaf- ten, wie insbesondere die Verschleißfestigkeit oder die Überrollfestigkeit verbessert. Mittels der mit Stickstoff angereicherten Randschicht kann auch eine bessere Anlassbeständigkeit und somit ein weitere Steigerung hinsichtlich Verschleißschutz/Verschleißwiderstand der Laufbahn bzw. der Wälzkörperlaufbahn einer Gelenkkreuzbüchse erzielt werden. Als Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht wird vorzugsweise eine thermochemische Behandlung der Gelenkkreuzbüchse durchgeführt.
Günstigerweise wird die thermochemische Behandlung in einem Temperaturbereich von mindestens 800°C durchgeführt. Genannte thermochemische Behandlung im besagten Temperaturbereich erlaubt das Eindiffundieren von Fremdatomen, insbeson- dere von Stickstoff, in die vorhandene Gefügestruktur der Gelenkkreuzbüchse, welche vorzugsweise einen Einsatzstahl aufweist.
Durch Festlegung bzw. Einstellung der im Rahmen der thermochemischen Behandlung anliegenden Temperatur kann Einfluss auf die Kinetik der Eindiffusion von Stickstoff in die Randschicht der Gelenkkreuzbüchse genommen werden. Auf diese Weise können gezielt bestimmte Eigenschaften der zu bildenden Stickstoff enthaltenden Randschicht eingestellt werden. So können sich beispielsweise temperaturbedingte Einflüsse auf die Maßhaltigkeit und/oder Oberflächengüte bzw. Rauigkeit der Gelenkkreuzbüchse auswirken, wobei selbstverständlich in deren Kenntnis den genannten Eigenschaften entgegengewirkt werden kann bzw. diese in einem tolerierbaren Aus- maß gehalten werden können. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht derart durchgeführt wird, dass sich eine Stickstoff enthaltende Randschicht mit einer vorbestimmten Schichtdicke, vorzugsweise von 1 pm bis 0,3 mm, bevorzugt von 1 bis 50 pm, ausbildet. Dabei kann vorzugs- weise die vorbestimmte Schichtdicke je nach Wandstärke der Gelenkkreuzbüchse variieren. Hierbei ist es von Vorteil, wenn z. B. bei einer Wandstärke von 6 mm eine Schichtdicke von mindestens 1 ,5 mm erzielt wird, wohingegen es günstig ist, wenn beispielsweise bei einer Windstärke von 0,5 mm eine Schichtdicke von mindestens 30pm erreicht wird. Vorteilhafterweise weist bei einem Vergleich von zwei Gelenk- kreuzbüchsen mit unterschiedlichen Windstärken, die Gelenkkreuzbüchse mit im Vergleich geringerer Wandstärke eine ebenfalls im Vergleich zur weiteren Gelenkkreuzbüchse geringere Schichtdicke der Randschicht auf.
Die vorbestimmte Schichtdicke, insbesondere die vorgenannten Bereiche, weisen den Vorteil auf, dass ein ausreichender Verschleißschutz geboten wird. Dementsprechend kann eine Gelenkkreuzbüchse mithilfe der vorbestimmten Schichtdicke, erstellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Gelenkkreuzbüchse, im Vergleich zu einer herkömmlich hergestellten Gelenkkreuzbüchse nach einem bekannten Verfahren die gleichen mechanischen Kräfte aufnehmen. Jedoch weist die Gelenkkreuzbüchse, angereichert mit Stickstoff in der Randschicht, nach dem hier vorgestellten Verfahren, eine weitaus höhere Lebensdauer auf.
Günstigerweise umfasst das Bereitstellen ein Tiefziehen oder ein Spanen, insbesondere Drehen oder Fräsen, eines Vorformlings bzw. eines Rohlings, vorzugsweise eines Umformteils. Auf diese Weise kann eine Gelenkkreuzbüchse in Vorstufe zu deren Fertigstellung vor dem sich anschließenden Schritt des Durchführens wenigstens ei- ner Maßnahme zur Diffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse zur Ausbildung der stickstoffenthaltenden Randschicht vorbereitet werden.
Vorteilhafterweise wird als Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht Einsatzhärten, vorzugsweise unter zusätzlicher Zugabe von Stickstoff, insbesondere ein Carbonitrier-Verfahren und/oder Plasmanitrieren und/oder Gasnitrieren und/oder Gasnitrocarburieren durchgeführt. Die Prozesse können gegebenenfalls auch kombiniert bzw. zeitlich nacheinander durchgeführt werden. Unter dem Verfahren Plasmanitrierung wird herkömmlicherweise eine Eindiffusion von Stickstoff in das zu behandelnde Ausgangsmaterial verstanden.
Beim Gasnitrieren handelt es sich um ein thermochemisches Verfahren, bei dem das zu behandelnde, das heißt insbesondere zu härtende Material temperiert und dabei einem Stickstoff enthaltenden Gas wie z. B. Ammoniak (NH3) ausgesetzt wird, welches sodann zur Eindiffusion von Stickstoff in das Ausgangsmaterial führt.
Das Gasnitrocarburieren erlaubt die Eindiffusion von Stickstoff in das zu behandelnde Material, wobei das zu behandelnde Material zusätzlich einem Kohlenstoff enthaltenden Gas (z. B. C02), das heißt insgesamt einem Gasgemisch aus einem Stickstoff und einem Kohlenstoff enthaltenden Gas ausgesetzt und entsprechend temperiert wird.
Unter einem Carbonitrier-Verfahren bzw. unter Carbonitrieren wird vorzugsweise ein thermochemisches Verfahren verstanden, bei dem günstigerweise die Randschicht von Bauteilen durch Eindiffusion von Kohlen- und/oder Stickstoff angereichert wird. Dadurch kann eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Bauteilrandschicht erzielt werden.
Vorteilhafterweise basiert das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carbonitrieren auf einer modifizierten Einsatzhärtung, wobei vorzugsweise ein abgestimmtes Anlassen die Randschicht bzgl. der Gefügezusammensetzung auf die anwendungsspezifische Be- lastung eingestellt werden kann.
Insbesondere bietet das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carbonitrieren den Vorteil einer Erhöhung der Oberflächen- und Randschichthärte sowie eine Erhöhung der Anlassbeständigkeit (=Beständigkeit gegen thermischen Stress) und eine Verbesserung des Verhaltens bei Gleitverschleiß. Idealerweise wirkt das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carbonitrieren an der Oberfläche eines behandelten Bauteiles und innerhalb dessen bis zur sogenannten Case Hardening Depth (CHD), wobei idealerweise der Kern des Bauteils bzw. der Gelenkkreuzbüchse nicht beeinflusst wird.
Nachstehend wird beispielhaft in einem Verfahrensablauf das Verfahren Carburie- ren/Carbontrieren bzw. das Carbonitrier-Verfahren dargestellt, bei welchem idealer- weise Diffusions-Verschleißschutzschichten an bzw. auf Gelenkkreuzbüchsen erstellt werden.
Das Ziel des Carbonitrier-Verfahrens bzw. des Carburierens/Carbonitrierens (thermo- chemisches Verfahren) ist die Erzeugung einer hoch C (Kohlenstoff) und/oder C+N- martensitischen (Kohlenstoff und Stickstoff) und/oder N- (Stickstoff) Randschicht hoher Härte und vorzugsweise eine bessere Anlassbeständigkeit.
Hierbei werden vorzugsweise Trägermedien, wie beispielsweise Trägergas + Propan + NH4 oder Plasma (Glimmsaum) plus CH4 oder C2H6, eingesetzt.
Vorzugsweise findet der Einsatz der Trägermedien bei einer Temperatur von 850°C bis 1050°C statt, wobei dies bevorzugterweise über eine Dauer von 0,5 bis 8 Stunden geschieht. Anschließend wird günstigerweise die behandelte Gelenkkreuzbüchse an Luft abgekühlt.
Idealerweise weisen derartig behandelte Gelenkkreuzbüchsen Einsatzhärtetiefen (mindestens 700HV) von 0,05 mm bis mehrere Millimeter auf. Vorzugsweise werden Gelenkkreuzbüchsen, die einem Carbonitrier-Verfahren bzw. einem Carburieren/Carbonitrieren unterzogen werden, vorbehandelt, und zwar bevorzugterweise durch Einsatzhärten oder Vergüten zur Einstellung der Kernfestigkeit bzw. Randhärtetiefe.
Auch können Schleifen und/oder intensives Reinigen der Funktionsflächen als Vorbe- handlung durchgeführt werden.
Das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carburieren/Carbonitrieren kann in unterschiedlichen Anlagen durchgeführt werden, unter anderen beispielsweise in kontinuierlich arbeitenden Banddurchlauföfen, diskontinuierlich arbeitenden Kammeröfen, diskontinuierlich arbeitenden Plasmaanlagen und/oder Mehrkammer Plasmaanlagen im Durchstoßbetrieb.
Im Rahmen des vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass vor dem Durchführen der wenigstens einen Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht wenigstens eine Maßnahme zur Kaltverfestigung, wie beispielsweise ein Kaltumformen, der Gelenkkreuzbüchse durchgeführt wird. Zu den Maßnahmen der Kaltverfestigung eines metallischen Materials werden vorzugsweise das plastische Umformen metallischer Materialien bei einer Temperatur unterhalb deren jeweiliger Rekristallisationstemperatur verstanden. Hierbei erhöht die plastische Umformung des Materials die Versetzungsdichte innerhalb des jeweiligen Materials, wodurch eine Erhöhung der Materialhärte bedingt wird.
Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke mit anderen Worten ausgedrückt.
Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Verschleißfestigkeit bzw. des Ver- schleißschutzes der Laufbahn bzw. der Wälzkörperlaufbahn und somit eine höhere Lebensdauer, von Gelenkkreuzbüchsen für Lenkungs- und Antriebsstrang eines Fahrzeuges. Dabei werden in der Regel die Gelenkkreuzbüchsen tiefgezogen oder auch spanend hergestellt.
Günstigerweise geht die Erfindung von einem Stand der Technik aus, bei welchem bekannte Gelenkkreuzbüchsen konventionell einsatzgehärtet werden.
Bei diesen herkömmlichen Büchsen kommt es bei kleinen Schwenkwinkel und gleichzeitig hohen Schwenkfrequenzen zu einem Verschleiß auf bzw. der Wälzkörperlaufbahn. In der Folge treten Lagerschäden zu Tage.
Daher geht die vorliegende Erfindung vorzugsweise von der Problemstellung aus, den Büchsenkörper bzw. eine Gelenkkreuzbüchse in Richtung Verschleißschutz zu optimieren.
Eben zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Gelenkkreuzbüchsen werden diese bzw. deren Wälzkörperlaufbahn erfindungsgemäß - und vereinfacht dargestellt - car- bonitriert bzw. einem Carbonitrier-Verfahren bzw. einem Carburieren/Carbonitrieren unterzogen.
Hierbei wird bevorzugterweise gegenüber dem konventionellen Einsatzhärten der Atmosphäre zusätzlich Stickstoff hinzugefügt. Dies bewirkt eine bessere Anlassbeständigkeit und somit einen zusätzlichen Verschleißschutz der Laufbahn/Wälzkörperlaufbahn und somit eine höhere Lebensdauer einer Gelenk- kreuzbüchse. Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dieses zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Gelenkkreuzbüchse; Fig. 2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Gelenkkreuzbüchse; und
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Dritten Ausführungsbeispiels einer Gelenkkreuzbüchse.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gelenkkreuzbüchse 1 für Kreuzge- lenke zum Einsatz in Antriebs- und Lenkungswellen eines Fahrzeuges, wobei die Gelenkkreuzbüchse 1 einen Außenring 2 umfasst.
Im vorliegenden Beispiel weist die Gelenkkreuzbüchse 1 im Wesentlichen zwei vertikale und eine horizontale Komponente auf, die miteinander verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet sind. Die genannten Komponenten bilden zusammen eine be- cherförmige Gelenkkreuzbüchse 1 , wobei die dargestellte horizontale Komponente den Außenring 2 bildet.
Im Bereich zwischen den drei Komponenten ist einen Wälzkörper eines Nadellagers bzw. eine Rolle 3 eines Nadellagers angeordnet. In der Konsequenz bildet also die horizontale Komponente bzw. der Außenring 2, zumindest innenseitig der becherför- migen Gelenkkreuzbüchse 1 eine Wälzkörperlaufbahn, auf welcher die Rolle 3 abrollen kann.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die genannten drei Komponenten der Gelenkkreuzbüchse 1 unterschiedliche Wandstärken WO (Wandstärke des Bodens der becherförmigen Gelenkkreuzbüchse 1 ), W1 (Wandstärke des Außenrings 2 der Ge- lenkkreuzbüchse 1 ), W2 (Wandstärke eines umgebördelten Randes auf der offenen Seite der becherförmigen Gelenkkreuzbüchse 1 ) - wie in Figur 1 dargestellt - aufweisen. Genannte Wandstärken WO, W1 , W2 bzw. eine Wandstärke W der Gelenkkreuzbüchse 1 liegen/liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 6 mm.
Der Außenring 2 weist eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion eines Elements in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse 1 gebildete Rand- schlicht R auf. Diese Randschicht R des Außenrings 2 umfasst Stickstoff bzw. ist vorteilhafterweise mit einem erhöhten Anteil an Stickstoff angereichert.
Wie in der vergrößerten Ansicht von Figur 1 dargestellt, weist die Stickstoff enthaltende Randschicht R eine vorbestimmte Schichtdicke d auf, insbesondere liegt diese im Bereich von 1 pm bis 0,3 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 pm.
Ferner umfasst die Gelenkkreuzbüchse 1 einen Kern K, der von der Randschicht R umschlossen ist, wobei idealerweise die Randschicht gegenüber dem Kern K einen erhöhten Stickstoffgehalt aufweist, insbesondere einen erhöhten Stickstoffgehalt von mindestens 0,04 %. Die in Figur 1 gezeigte Gelenkkreuzbüchse 1 kann beispielsweise tiefgezogen und/oder mittels eines spanenden Verfahrens hergestellt werden.
Dabei weist die Gelenkkreuzbüchse 1 einen Einsatzstahl auf bzw. besteht aus einem Einsatzstahl, wobei vorzugsweise als Einsatzstahl DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415 Verwendung findet. Selbstverständlich sind auch weitere Stahlsor- ten für Einsatzstähle verwendbar.
Die Gelenkkreuzbüchse 1 , dargestellt in Figur 1 , wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens zur Herstellung einer Gelenkkreuzbüchse 1 und/oder zur Steigerung der Verschleißfestigkeit einer Gelenkkreuzbüchse 1 mit einer Stickstoff enthaltenden Randschicht R hergestellt. In einem konkreten Ausführungsbeispiel umfasst dieses Verfahren vorteilhafterweise nachstehende Schritte.
Der erste bevorzugte Schritt umfasst ein Bereitstellen einer Gelenkkreuzbüchse 1 aus einem Einsatzstahl, insbesondere aus DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415. Dabei umfasst das Bereitstellen günstigerweise ferner ein Tiefziehen oder ein Spanen, insbesondere Drehen oder Fräsen, eines Vorformlings bzw. eines Rohlings, vorzugsweise eines Umformteils.
Der spannend hergestellte bzw. tiefgezogene Vorformling bzw. die Gelenkkreuzbüchse 1 , weist eine becherförmige Gestalt, wie beispielsweise in den Figuren 1 -3 dargestellt, auf. Ein sich anschließender bzw. weiterer Schritt umfasst ein Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion/Eindiffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse 1 zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht R.
Günstigerweise wird dabei als wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Stick- stoff enthaltenden Randschicht R eine thermochemische Behandlung der Gelenkkreuzbüchse 1 durchgeführt, wobei vorzugsweise die thermochemische Behandlung in einem Temperaturbereich von mindestens 800°C durchgeführt wird.
Die wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht R wird vorteilhafterweise derart durchgeführt, dass sich eine Stickstoff enthal- tende Randschicht R mit einer vorbestimmten Schichtdicke d von vorzugsweise 1 pm bis 0,3 mm, bevorzugt von 1 bis 50 pm, ausbildet.
Hierbei wird günstigerweise als wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht R Einsatzhärten, vorzugsweise unter zusätzlicher Zugabe von Stickstoff, insbesondere ein Carbonitrier-Verfahren und/oder Plasmanitrie- ren und/oder Gasnitrieren und/oder Gasnitrocarburieren durchgeführt. Mithilfe genannter Verfahren kann Stickstoff in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse 1 eingebracht werden.
Oben ausgeführte Anmerkungen betreffend das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind ebenfalls anwendbar auf die weiteren Ausführungsbeispiele, dargestellt in den Figuren 2 und 3.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 weisen die Gelenkkreuzbüchsen 1 in den Figuren 2 und 3 im Wesentlichen eine andere Form auf. Insbesondere verzichten diese Ausführungsbeispiele in Figuren 2, 3 auf eine zweite vertikale Komponente an der offenen Seite der becherförmigen Gelenkkreuzbüchse 1 . Allen oben genannten Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 3 ist gemein, dass diese Gelenkkreuzbüchsen 1 für Lenkungs- und Antriebsstrang eines Fahrzeuges darstellen.
Nachstehend werden obige Ausführungen nochmals kurz und mit anderen Worten zu- sammengefasst. Herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Gelenkkreuzbüchsen 1 werden konventionell einsatzgehärtet, wobei es bei kleinen Schwenkwinkel und gleichzeitig hohen Schwenkfrequenzen zu Verschleiß auf der Wälzkörperlaufbahn kommt. Die Folge sind Lagerschäden, die einen Austausch der Gelenkkreuzbüchse notwendig machen.
Daher geht vorliegende Erfindung vorteilhafterweise von der Problemstellung aus, den Büchsenkörper bzw. die Gelenkkreuzbüchse 1 bzw. deren Außenring 2 in Richtung Verschleißschutz zu optimieren.
Um eine Optimierung zu erreichen und die Leistungsfähigkeit von Gelenkkreuzbüch- sen zu steigern, werden diese - vereinfacht dargestellt - carbonitriert.
Hierbei wird gegenüber dem konventionellen Einsatzhärten der Atmosphäre zusätzlich Stickstoff hinzugefügt. Dies bewirkt eine bessere Anlassbeständigkeit und somit einen zusätzlichen Verschleißschutz der Laufbahn und somit eine höhere Lebensdauer.
Bezugszeichenliste
1 Gelenkkreuzbüchse
2 Außenring
3 Wälzkörper/Rolle eines Nadellagers d Schichtdicke
K Kern
R Randschicht
WO Wandstärke
W1 Wandstärke
W2 Wandstärke

Claims

Patentansprüche
1 . Gelenkkreuzbüchse (1 ) für Kreuzgelenke zum Einsatz in Antriebs- und Len- kungswellen mit einem Außenring (2), der eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion eines Elements in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse (1 ) gebildete Randschicht (R) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Randschicht (R) des Außenrings (2) Stickstoff umfasst.
2. Gelenkkreuzbüchse nach Anspruch 1 , wobei die Stickstoff enthaltende Randschicht (R) eine vorbestimmte Schichtdicke (d) aufweist, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 pm.
3. Gelenkkreuzbüchse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gelenkkreuzbüchse (1 ) einen Kern (K) aufweist, der von der Randschicht (R) umschlossen ist, wobei die
Randschicht gegenüber dem Kern (K) einen erhöhten Stickstoffgehalt aufweist, insbesondere einen erhöhten Stickstoffgehalt von mindestens 0,04 %.
4. Gelenkkreuzbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gelenk- kreuzbüchse (1 ) einen Einsatzstahl aufweist, wobei vorzugsweise die Einsatzstähle
DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415 Verwendung finden.
5. Gelenkkreuzbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gelenkkreuzbüchse (1 ) eine Wandstärke (WO, W1 , W2) im Bereich zwischen 0,5 mm und 6 mm umfasst.
6. Verfahren zur Herstellung einer Gelenkkreuzbüchse (1 ) und/oder zur Steigerung der Verschleißfestigkeit einer Gelenkkreuzbüchse (1 ) mit einer Stickstoff enthaltenden Randschicht (R), gekennzeichnet durch die Schritte:
- Bereitstellen einer Gelenkkreuzbüchse (1 ) aus einem Einsatzstahl, insbesondere aus DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415, - Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche der Gelenkkreuzbüchse (1 ) zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht (R),
- wobei als Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht (R) eine thermochemische Behandlung der Gelenkkreuzbüchse (1 ) durchgeführt wird, und
- wobei die thermochemische Behandlung in einem Temperaturbereich von mindestens 800°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht (R) derart durchgeführt wird, dass sich eine Stickstoff enthaltende Randschicht (R) mit einer vorbestimmten Schichtdicke (d), vorzugsweise von 1 bis 50 pm ausbildet.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Bereitstellen ein Tiefziehen oder ein Spanen, insbesondere Drehen oder Fräsen, eines Vorform lings, vorzugsweise eines Umformteils, umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei als Maßnahme zur Ausbil- dung der Stickstoff enthaltenden Randschicht (R) Einsatzhärten, vorzugsweise unter zusätzlicher Zugabe von Stickstoff, insbesondere ein Carbonitrier-Verfahren und/oder Plasmanitrieren und/oder Gasnitrieren und/oder Gasnitrocarburieren durchgeführt wird.
EP17724738.4A 2016-06-03 2017-04-12 Carbonitrieren von gelenkkreuzbüchsen Withdrawn EP3464920A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016209782.2A DE102016209782A1 (de) 2016-06-03 2016-06-03 Carbonitrieren von Gelenkkreuzbüchsen
PCT/DE2017/100300 WO2017206973A1 (de) 2016-06-03 2017-04-12 Carbonitrieren von gelenkkreuzbüchsen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3464920A1 true EP3464920A1 (de) 2019-04-10

Family

ID=58744939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17724738.4A Withdrawn EP3464920A1 (de) 2016-06-03 2017-04-12 Carbonitrieren von gelenkkreuzbüchsen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190145467A1 (de)
EP (1) EP3464920A1 (de)
CN (1) CN109154330A (de)
DE (1) DE102016209782A1 (de)
WO (1) WO2017206973A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017109300A1 (de) * 2017-05-02 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Beschichtungssystem für Gelenkkreuzbüchse

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE7006022U (de) * 1970-02-19 1970-06-18 Gelenkwellenbau Gmbh Wellenabdichtung.
DE7006011U (de) * 1970-02-19 1970-07-02 Gelenkwellenbau Gmbh Rollenlager, insbesondere fuer die lagerung der sternzapfen von kreuzgelenken.
DE2232835C2 (de) * 1972-07-04 1975-03-13 Gelenkwellenbau Gmbh, 4300 Essen Kreuzgelenk
US6478682B1 (en) * 1999-11-05 2002-11-12 Ntn Corporation Constant velocity universal joint
JP2004108407A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Koyo Seiko Co Ltd 十字軸継手
DE102004048172A1 (de) * 2004-10-02 2006-04-06 Ina-Schaeffler Kg Spanlos hergestelltes dünnwandiges rostfreies Lagerbauteil insbesondere Wälzlagerbauteil
JP2009002388A (ja) * 2007-06-19 2009-01-08 Ntn Corp トリポード型等速自在継手
JP5128423B2 (ja) * 2008-09-05 2013-01-23 Ｎｔｎ株式会社 バイポッド自在継手
KR101363845B1 (ko) * 2009-01-16 2014-02-17 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 표면 경화강, 침탄 부품 및 표면 경화강의 제조 방법
CN102454715B (zh) * 2011-08-12 2014-04-23 万向钱潮股份有限公司 一种十字轴万向节及其轴套的制造方法
CN103237913B (zh) * 2011-12-06 2015-04-15 日本精工株式会社 滚动轴承及其制造方法
WO2014021958A1 (en) * 2012-04-30 2014-02-06 Roller Bearing Company Of America, Inc. Hybrid bearing assembly with rolling elements and plain bearing

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017206973A1 (de) 2017-12-07
DE102016209782A1 (de) 2017-12-07
CN109154330A (zh) 2019-01-04
US20190145467A1 (en) 2019-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005019482B4 (de) Kegelrollenlager
DE102010033881A1 (de) Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung
EP1831410A1 (de) Verfahren zur wärmebehandlung eines bauteils aus einem durchhärtenden warmfesten stahl und bauteil aus einem durchhärtenden warmfesten stahl
DE102010010642A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines bruchgetrennten Bauteils und nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil
WO2007137557A2 (de) Verfahren zum härten von laufflächen von wälzlagerkomponenten
DE3919199A1 (de) Verfahren zur herstellung von waelzlagerelementen
DE19500576A1 (de) Verfahren zur thermochemischen Behandlung von dünnwandigen Bauteilen
EP3228889B1 (de) Laufbahnelement für ein grosswälzlager und lageranordnung
DE102018208283A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils
WO2017206973A1 (de) Carbonitrieren von gelenkkreuzbüchsen
DE102008021963A1 (de) Wälzlager zum Einsatz in korrosiver und/oder schmierungsarmer Umgebung
WO1997041996A1 (de) Verfahren zum herstellen von formkörpern
DE102013202829A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers und Gleitlager
EP1778991B1 (de) Wälzlager umfassend wenigstens ein präzisionstiefgezogenes bauteil mit einer lauf- oder führungsfläche für wälzkörper, sowie verfahren zur herstellung eines solchen bauteils
DE102013225860B4 (de) Gleitlager
DE102015006079A1 (de) Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils
WO2018188686A1 (de) Carbonitrieren von spanlos hergestellten wälzlagern
DE112004001207B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gelenks mit hochbelastbarem Innenteil
WO2013170995A1 (de) Wälzlagerteil sowie verfahren zur wärmebehandlung eines wälzlagerteils
DE102013202820A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers und Gleitlager
DE102013202823A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers und Gleitlager
DE102013202819A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers und Gleitlager
DE102013202821A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers und Gleitlager
DE102013202824A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers und Gleitlager
DE102017119963B4 (de) Lagervorrichtung zur Lagerung eines Planetenrades und Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190103

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20191204

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20210318

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230523