KR20070055423A - 담금-경화 및 뜨임 처리된 조인트 케이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조인트(4)의 롤링 몸체(3)를 수용하는 다수의 컷아웃들(2; cavities)을 포함하는 케이지(1)에 관한 것이다. 본 발명은 전체 케이지가 기본적으로 동일한 연성을 갖는 점에 특징이 있다. 본 발명은 또한 케이지가 담금-경화(quench-hardened) 및 뜨임 처리되는(tempered) 케이지의 제조 방법에 관한 것이며, 덧붙여 자동차 산업에서 특정하게 적용됨에 관한 것이다.

조인트, 케이지, 캐비티, 담금, 경화, 뜨임 처리

Description

담금-경화 및 뜨임 처리된 조인트 케이지 {Quench-hardened and tempered articulated cage}

본 발명은 조인트의 롤링 몸체를 수용하기 위한 다수의 컷아웃(cutout)을 갖는 케이지에 관한 것이다. 이러한 종류의 케이지를 제조하는 방법이 또한 제안된다.

본 발명은 예컨대 자동차 산업에서 사용되는 것처럼, 등속 회전 볼 조인트용 케이지에 관한 것이다. 이러한 조인트는 조인트 외부 부분 및 조인트 내부 부분을 가지며, 실질적으로 길이 방향으로 움직이는 다수의 볼 레이스(races)가 제공된다. 볼들은 토크(torque) 전달을 위하여 조인트 외부 부분 및 조인트 내부 부분 사이에 설치되고, 볼의 위치는 조인트 외부 부분 및 조인트 내부 부분 사이에 배치된 케이지에 의해 보증된다. 케이지는 볼들을 위한 다수의 케이지 윈도우를 가지며, 따라서 축 방향에서 볼들의 움직임은 한정된다.

다양한 종류의 케이지들에 관련하여, 본 발명은 특히 다음의 조인트들용 케이지에 관한 것이다:

- 각-이등분 평면(angle-bisector plane)상에서 볼의 직접 제어가 조인트 외부 부분 및 조인트 내부 부분의 레이스들의 길이방향 오프셋 중심 위치에 따라 남 쪽으로(meridionally) 움직이는 볼 레이스에 의해 유효한 젯파 조인트(Rzeppa joint).

- 축 방향에서 볼 때 언더컷(undercut)이 없도록 설계되는 볼 레이스와 실질적으로 동일한 원리에 따르는 언더컷-프리 유에프 조인트(undercut-free UF joint).

- 내부 및 외부 측면 위 곡률의 축방향 오프셋 중심을 구비한 구형의 안내 표면이 케이지 상에 제공되고, 따라서 조인트 경사의 경우에 케이지의 직접 제어 및 그에 따라 각-이등분선 평면상에서 볼의 간접 제어가 발생하는 디오 조인트(DO joint)로서 알려진 것. 이러한 종류의 조인트는 고정된 조인트로서 곡선의 볼 미끄럼홈(guideway)을 구비하고 그리고 축상 이동가능한 조인트로서 직선으로 움직이는 볼 미끄럼홈을 구비하도록 설계된다.

- 마지막으로, 브이엘 조인트(VL joint)로 알려진 것의 실시예를 통하여 참조가 될 수 있고, 이는 조인트 외부 부분 및 조인트 내부 부분에서 적어도 부분적으로 서로 관련되고 정확하게 길이 방향으로 형성되지 않는 레이스를 가질 뿐만 아니라, 서로에 대해 각도를 형성하고 그에 따라 각-이등분 평면상에서 그리고 이동경로의 절반(half) 상에서 볼의 직접 제어의 효과를 가져온다.

이러한 모든 공지의 조인트들에서, 케이지는 영구적으로 또는 적어도 때때로 볼 레이스들 사이에 위치한 조인트의 내부 및/또는 외부 부분의 표면과 슬라이딩 접촉한다. 마모의 이유로, 이러한 관점에서 조인트 외부 부분, 조인트 내부 부분 위 그리고 케이지 위의 슬라이딩 표면들은 경화되는 것이 필요하다.

케이지와 관련하여, 특히 조인트 외부 부분 및/또는 조인트 내부 부분과의 마찰에 의해 야기되는 마모 현상을 회피하기 위하여, 표면에 인접한 영역에서 수행하고자 하는 경화가 지금까지 제공되어 왔다. 특히 자동차 산업에서, 이들 조인트들을 이용하여 전달하는 데 매우 큰 힘(forces) 또는 토크(torques)가 필요하다는 점이 인식되어 왔다. 특히 조인트가 순수하게 축 응력에 처해지지 않는 경우에 특정한 요구를 강요하며, 오히려 힘 또는 토크가 경사각을 두고 전달된다. 이는 볼에서 케이지로의 전송에 특히 관련된다. 볼은 세 개의 접촉 지점들, 즉 내부 부분의 하나, 외부 부분의 다른 하나, 그리고 케이지의 세 번째 지점을 통해 위치에서 일반적으로 고정된다. 경사각이 증가함에 따라, 볼에 작용하는 레이스 힘이 증가하고, 그리고 이들 힘들은 케이지를 통해 보다 큰 범위로 보상되어야 한다. 이러한 결과의 케이지 힘은 최종적으로 상대적으로 높은 경사각에서 조인트의 토크 제한을 가져온다. 증가하는 토크에 대하여 점차로 증가하는 시장 요구를 고려하여, 이러한 사실은 점차로 큰 조인트가 요구된다는 점을 의미한다.

이러한 토대에 작용하여, 본 발명의 목적은 종래기술과 결부되어 공지된 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감하는 조인트용 케이지를 제공하는 것이다. 특히, 케이지는 특히 자동차 산업에서 변화하는 요구에 영구적으로 견딜 수 있는 것이고; 유리하게는 매우 소형의 조인트가 활용가능하게 되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 목적은 대응하는 케이지를 제조하기 위한 일련의 제조가 연속적으로 통합될 수 있는 단순한 방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적들은 특허청구범위 제 1 항의 특징을 갖는 케이지 및 특허청구범위 제 6 항의 특징을 갖는 케이지의 제조 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 추가의 이로운 구성은 종속 특허청구범위들에 기술된다. 특허청구범위에 상세하게 기술된 특징들은 기술적으로 적합한 모든 방식으로 서로 결합될 수 있고, 그에 따라 본 발명의 추가의 구성이 설명될 수 있다는 점에 유의한다.

본 발명에 따른 케이지는 조인트의 롤링 몸체를 수용하기 위한 다수의 컷아웃을 갖고, 그리고 전체 케이지는 실질적으로 균일한 연성을 갖는다. 이는 특히 현재까지 케이지에 대하여 항상 수행되어 왔던 표면 경화가 더 이상 수행되지 않는다는 점을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어 연성 코어를 구비한 경화 가능한 표면을 생성하기 위한 케이스 경화(case hardening)를 통하여 지금까지 전체 표면이 경화되어 왔다는 점에 비추어, 이제 전체 케이지가 그 단면에 걸쳐서 동일한 연성을 갖는다는 점이 제안되고 있다. 그러므로, 그에 따라서 특히 케이지의 단면에 걸쳐 또는 케이지의 원주(circumference) 방향에서 검출할 수 있는 경도, 미세구조 등의 면에서 현저한 차이가 존재하지 않는다. 검사는 이러한 종류의 케이지를 이용하여 표면-경화(surface-hardening) 또는 케이스-경화(case-hardening) 케이지와 비교하여 50% 이상 높은 정적 부하(static forces)를 흡수하는 것이 가능하다는 점을 보여준다. 만일 현재 이러한 종류의 케이지가 조인트에 부착된다면, 30%까지 높은 정적 부하를 영구적으로 전달하는 것이 가능하다.

항목 "연성"은 외력의 작용 하에서 영구적으로 변형되는 재료의 속성, 즉 굴절(fracturing)보다는 유연하게 변형되는 경향의 속성을 의미하는 것으로 특히 이해되어야 한다. 연성의 정도는 여기서 상온이라는 전제하에, 일반적으로 온도에 의존한다.

케이지의 바람직한 구성에 따르면, 후자는 500에서 650 HV까지의 범위(비커스 경도; Vickers hardness), 특히 예컨대, 550 HV에서 600 HV까지의 범위의 경도를 갖는다. 비커스 경도 검사(Vickers hardness test)에서, 관통자(penetrator)로써 정사면체의 검사 피라미드가 검사하고자 하는 재료의 표면 위로 정적 부하 하에 놓여지고 그리고 설정된 시간 동안 압력이 가해진다. 비커스 경도(HV)의 결정은 영구적인 새김 자국 및 힘으로부터 결과가 나타나고, 이는 탄성 변형은 고려하지 않는다는 점을 의미한다. 이러한 방법은 잘 알려져 있고 그리고 그 결과로서 이 시점에서 이에 대한 상세한 설명이 요구되지 않는다.

이 문서에서 제안된 케이지의 구성에 따르면, 비커스 검사 방법은 케이지의 단면의 어떠한 지점에서 수행될 수 있고 그리고 케이지의 표면 영역의 또는 인접한 표면 영역의 단면에 실질적으로 대응하는 경도 범위의 결과를 가져올 것이다. 특히, 케이지의 표면에서의 경도의 편차는 15%보다 적은, 바람직하게는 10%보다 적은 범위 내이다. 여기서 주어진 500 내지 650 HV의 경도 범위는 특히 자동차 산업에서 조인트용으로 이용되는 이러한 종류의 케이지를 위한 것이다.

덧붙여, 케이지가 냉각 및 뜨임 처리된 강철을 포함한다는 점이 또한 제안된다. 이는 임의의 재료 속성을 설정하기 위한 열처리 항목에서, 상술한 명백한 속성을 갖도록 먼저 완전 경화되고 그 후에 뜨임 처리된 강철로부터 케이지가 전체적으로 제조된다는 점을 의미하는 것으로 특히 이해되어야 한다. 적당한 강철의 실시예는 0.35%에서 0.6%까지의 탄소 함량을 갖는 비합금의 담금질 및 뜨임 처리된 강철이다.

기본적으로 담금질되고 뜨임 처리될 수 있는 강철은 예컨대, 0.3%에서 0.7%의 탄소 함량을 가지며, 본 발명의 추가의 변형예에 따르면, 케이지가 0.3%에서 0.5%까지의 범위의, 특히 0.43%에서 0.5%까지의 범위의 탄소 함량을 구비한 강철을 포함한다는 점이 제안된다. 경화 중 경도의 가능한 증가량이 또한 탄소 함량에 의해 결정된다는 사실로부터, 여기에서 상대적으로 낮은 탄소 함량을 구비한 강철이 제안된다는 점이 첫 번째 특징이다. 그러나, 광범위한 조사는 이러한 특정 성분에 대하여 약간 낮은 탄소 함량 및 낮은 뜨임 경도를 구비한 담금 및 뜨임 처리된 강철이 보다 높은 탄소(C) 함량을 구비한 담금 및 뜨임 처리된 강철보다 높은 정적 부하에 견딜 수 있다는 점을 보여준다. 덧붙여, 낮은 탄소 함량을 구비한 담금 및 뜨임 처리된 강철로 제작된 케이지는 더욱 신뢰할 수 있는 방식으로 열처리될 수 있고, 연속되는 제조중에 케이지의 일정한 품질을 보증할 수 있다.

케이지의 바람직한 구성에 따르면, 후자는 합금 성분으로써 적어도 붕소를 포함하는 강철을 포함한다. 붕소 함유량은 0.0001%에서 0.0015%까지의 범위, 특히 0.0001%에서 0.001%까지의 범위인 것이 바람직하다. 붕소의 존재는 이 강철이 형태 및 경도의 항목에서 특히 적합할 뿐만 아니라, 또한 절단중에 서브 영역이 전단되도록 허용하는 데 특히 우수하다는 점을 의미한다. 이는 케이지의 제조 중에 특히 관련되며, 왜냐하면 컷아웃은 일반적으로 펀칭에 의해 형성되기 때문이다. 이러한 목적을 위하여 명칭 45B2M (탄소: 0.45-0.5%, 망간: 0.5-0.6%, 규소: 최대 0.1%, 인: 최대 0.015%, 황: 최대 0.025%, 알루미늄: 0.02-0.04%, 크롬: 0.2-0.3%, 몰리브덴: 최대 0.01%, 니켈: 최대 0.025%, 구리: 최대 0.015%, 티타늄: 0.003-0.005%, 붕소: 0.0001-0.0005%, 니트로겐: 최대 0.012% 포함) 또는 유사한 재료를 구비한 강철을 사용하는 것이 특히 매우 바람직하다.

본 발명의 추가의 양태는 조인트의 롤링 몸체를 수용하기 위한 다수의 컷아웃을 갖는 케이지를 제조하는 방법을 기술한다. 이러한 방법은 다음의 단계들:

- 폐쇄된 베이스 몸체(5)를 형성하는 단계;

- 다수의 컷아웃(2)을 절단하는 단계;

- 케이지(1)를 완전히 경화시키는 단계;

- 케이지(1)를 뜨임 처리하는 단계;

를 적어도 포함한다.

위에서 기록된 첫 번째 공정 단계와 관련하여, 항목 "형성하는 단계"는 제품을 일차로 형성하는 공정(primary forming production process) 및 제품을 변형하는 공정(deforming production process) 모두를 포함한다는 점에 유의한다. 베이스 몸체는 튜브와 닮은 반제품(semi-finished product)으로부터 절단에 의해 제조되는 것이 바람직하다.

다수의 컷아웃은 일반적으로 절단 도구를 이용함으로써 베이스 몸체로부터 재료가 기계적으로 제거되는 "컷아웃"("cutout")이다. 특히, 펀칭 공정이 이 목적을 위하여 사용된다. 특정한 응용에서, 절단 공정은 높은 에너지 빔을 통해 수행되는 것이 또한 합당하다. 추가로, 형상 및 표면 외형에 영향을 줄 수 있는 예컨대, 터닝(turning), 드릴링(drilling) 및/또는 밀링(milling)을 통한 부드러운 상태의 베이스 몸체의 재료-제거 가공과 같은 추가의 공정을 수행하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 이제 케이지는 완전히 경화되는 것이 제안된다. 이러한 목적을 위하여, 케이지는 대략 800℃에서 1000℃까지의 온도로 가열되고 그리고 나서 대략 20℃ 내지 60℃의 온도로 냉각(담금질)된다. 담금질은 10초보다 작은 시간에 걸쳐, 특히 0.5에서 4초까지의 시간에 걸쳐 실시한다. 담금질 비(quenching rate)는 너무 높지 않게 하며, 이는 그렇지 않은 경우 경화 크랙(hardening crack)이 나타나기 때문이다. 담금질은 변형(왜곡; distortion)이 최소화됨을 보증하기 위하여 가능한 한 균일하게 이루어져야 한다. 완전 경화 이후에, 케이지는 모든 면에서 담금질한 강철(martensitic)이 되고 그리고 그에 따라 극히 깨지기 쉽고 골절(fracture)에 취약하다. 내부 응력의 결과로써 크랙의 형성을 회피하기 위하여, 케이지는 가능한 한 빨리 뜨임 처리되어야 한다.

완전 경화 이후에, 케이지는 다시 열처리된다. 뜨임 처리 온도는 적용된 뜨임 처리 방법에 따라 마지막 예컨대 5분 내지 90분 동안에, 그러나 바람직하게는 최대 10분 동안에 150℃에서 250℃까지의 범위 내인 것이 바람직하다. 이러한 경우의 뜨임 처리는 경화된 상태와 비교하여 케이지의 연성 속성을 향상시키는 특징을 갖고; 세기(strength)의 저하를 수용하는 것이 일반적으로 요구된다. 냉각-경화된 재료에 존재하는 내부 응력은 일정한 수준까지 낮게 제거된다. 뜨임 처리의 실시 - 특히 온도 및 뜨임 처리 기간 - 는 경화에 의해 달성된 미세구조 상태 및 화학적 구성 모두에 의존한다. 그러나, 일반적으로 뜨임 처리 온도가 상승함에 따라, 세기는 떨어지고 반면 골절(fracture) 이후의 영역의 감소 및 늘어짐은 증가한다.

뜨임 처리는 경화 구역에서 직접 또는 연속하는 뜨임 처리 구역(예컨대, 별개의 유도, 전기 또는 가스 작동의 연속로 또는 챔버로)에서 실행된다. 이러한 상황에서, 개별 부분에 대한 처리를 허용하고 그리고 그에 따라 제조 선상에 통합될 수 있는 공정을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 뜨임 처리 단계는 유리하게는 좁은 공간 및 짧은 시간(가능하다면 제조 주기 시간)에 수행될 수 있다. 요구되는 전체 뜨임 처리 시간은 소망의 뜨임 처리 온도에 도달하기 위해 요구되는 성분 가열 시간 및 유지 시간으로부터 결정된다. 뜨임 처리 시간 및 유지 시간이 짧으면 짧을수록, 요구되는 뜨임 처리 온도는 높아진다. 이러한 공정이 경화 설비 내에 통합되기 위해 요구될 수 있는 수초(seconds) 내에서 수행되는 뜨임 처리 공정에 대하여, 일반적으로 "고온 뜨임 처리"("high-temperature tempers")(대략 마지막 0.5 내지 1.5 시간 동안 로(furnace)에서 상술한 표준 길이-시간 뜨임 처리하는 뜨임 처리 온도)를 사용하는 것이 필요하다. 그러나, 뜨임 처리의 이러한 형태는 때때로 과열의 위험을 수반하고, 이는 너무 부드러워져 인식하기에 어려운 케이지의 결과로 나타난다. 유도 연속로(inductive continuous furnacce)에서 바람직한 뜨임 처리의 경우에, 높은 위험의 "고온 뜨임 처리"는 요구되지 않으며, 이는 이러한 뜨임 표준-온도(tempering standard-temperature)를 이용하여 1에서 5분까지의 범위에서 뜨임 처리가 가능하기 때문이며, 수율은 제조 선상의 수율에 대응하는 것이 바람직하다. 일련의 검사는 여기에 기술한 응용 영역에 대하여 긴 시간동안 적절한 방식으로 기능할 수 있는 조인트의 구성을 얻기 위하여, 완전히 경화된 케이지의 뜨임 경도가 케이스-경화된 케이지의 경우에 비교하여 낮아지고 엄격한 공차 내이며, 바람직하게는 57 HRC 내지 60 HRC라는 점을 입증한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 완전 경화 단계는 케이지를 가열하기 위한 다음의 수단들: 유도 가열, 에너지 빔에 의한 가열, 연속로(continuous furnace) 또는 챔버로(chamber furnace)에 의한 가열 중 적어도 하나의 가열 단계를 포함한다. 케이지들이 개별적으로 또는 조합(군체)으로 열처리 되는지 여부에 따라서, 예컨대 다음의 방법들을 사용하는 것이 가능하다:

a) - 단일 샷 공정(shot process)에서의 유도

- 에너지 빔(예컨대, 레이저, 전자 빔)

- 전기 저항

에 의한 개개의 케이지 가열,

b) - 유도, 전기 또는 가스 연속로

를 통한 연속로에서의 케이지 가열,

c) - 유도, 전기 또는 가스 또는 플라즈마 챔버로

를 통한 챔버로에서의 케이지의 가열.

이러한 상황에서, 제조 공정 중에 통합된 개별적으로 가열된 케이지들의 유도 단일-샷 경화가 특히 바람직하다. 더욱이, 예컨대 레이저 빔 또는 전자 빔과 같은 에너지 빔이 특히 케이지의 부분 경화를 위해 사용될 수 있다.

케이지의 담금질과 관련하여, 다음의 방법들 사이에 차이를 구별하는 것이 가능하다:

a) - 개개의 부분을 감싸며 또는 축방향으로 앞에서

- 개개의 부분에 대하여 축상으로 또는 수평으로 앞에서

- 개개의 부분에 대해 측면으로 또는 수평으로 앞에서

- 냉각 샤워에 의해

- 최소한 자유 낙하에 의한

- 냉각조(bath) 또는 소용돌이를 통한

개개의 케이지의 담금질

b) a. 유조(oil bath) 또는 염조(salt bath) 내 축상 담김(침지)에 의해

b. 유체 샤워에 의해

c. 가스 냉각에 의한

다수의 케이지의 일괄 담금질.

이러한 상황에서, 경화 기기 내에 통합된 개개의 부분의 환형 샤워 냉각이 특히 바람직하다.

아공정 강철(hypoeutectoid steels)의 경우에 경화 온도, 또는 오스테나이티징 온도(austenitizing temperature)로 알려진 온도는 대응하는 철-탄소 다이아그램의 Ac₃ 선으로써 알려진 대략 50℃ 위이다. 강철의 경화는 일반적으로 Y 고용체(Y solid solution)의 마르텐사이트 경화 구조체(martensite hardening structure)로의 변화를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 경우에 페라이트(ferrite), 펄라이트(perlite) 및 베이나이트(bainite)로의 변환은 억제된다. 이들 중간 미세구조체의 형성을 회피하기 위해서, 냉각 비(cooling rate)는 반드시 임계치의 냉각 비 이상이어야 한다.

본 발명의 유리한 구성에 따르면, 뜨임 처리(tempering)는 500에서 600 HV까지의 범위 내로 케이지의 경도(경도는 비커스 검사 방법에 의해 결정된다)를 가져온다. 항목 "뜨임 처리"("tempering")는 (이전의 경화 이후에) 철-탄소 다이아그램에서 Ac₁ 선으로써 알려진 온도 아래로 성분을 가열하고 그리고 후속하는 냉각으로 이 온도를 유지함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1 뜨임 처리 단계(100 내지 180℃)에서, 초미세 Fe_{2 ,4}C 입자들(ε 탄화물; ε carbide)이 촉진되고, 그리고 과포화 증강의 손실에서 분산 경화가 증가한다 (사변형 마르텐사이트가 육각형 마르텐사이트로 변화한다). 200℃ 이상에서, ε 탄화물은 불안정한 상태가 되고 그리고 잔류 오스테나이트(austenite)로부터의 탄소 확산 때문에 Fe₃C로의 변환이 진행된다. 이는 오스테나이트 내 탄소의 감소를 가져온다. 케이지의 상술한 경화를 달성하기 위하여, 예컨대 강철 45B2M가 뜨임 방법에 따라 대략 40초에서 120분까지의 유지 시간 이후에 다시 냉각시킴으로써 대략 190℃의 온도에서 뜨임 처리되는 것이 가능하다.

뜨임 처리 중에, 다음의 수단들 중 적어도 하나가 케이지를 가열하기 위해 사용될 수 있다:

a) - 단일 샷 방법을 이용한 유도에 의해서

(일반적으로 20-60초의 범위에서 뜨임 처리된다)

- 전기 저항에 의해서

- 따뜻한 냉각조(warm bath) 내에서 (일반적으로 기름 또는 소금)

개개의 케이지의 뜨임 가열,

b) - 유도, 전기 또는 가스 연속로를 통한

연속로 내에서의 뜨임 가열,

c) - 유도, 전기, 가스 또는 플라즈마 챔버로를 통한

챔버로 내에서의 케이지의 뜨임 가열.

경화 방법에 의해서, 케이지의 경화는 때대로 적어도 다음의:

- 따뜻한 유체 내 분산(특히 개별 부분 가열의 경우에), 또는

- 적어도 하나의 연속로 또는 챔버로 통과(특히 다수의 부분을 동시에 가열하는 경우에)

를 통해 수행된다.

마지막으로, 조인트는 외부 부분, 내부 부분, 다수의 롤링 몸체 및 상술한 설계에 따라 또는 상술한 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 방식으로 구성되는 케이지를 포함하는 것이 특히 유리하다. 이는 조인트와 관련하여 현저하게 향상된 내부하 속성(load-bearing properties)의 결과로 나타나고, 따라서 보다 큰 정적 힘 또는 토크가 큰 경사각에서 전달될 수 있다. 이러한 경우에 케이지의 정적 브레이크 세기의 증가는 조인트 속성의 개선으로 직접 나타난다.

이는 조인트가 20°(도)보다 큰 축의 경사각을 제공하는 경우에 특히 현저하게 된다. 특히, 조인트의 최대 가능한 경사각은 30°에서 50°에 걸친 범위이다. 그러한 극단적인 경사에 의해서, 현저하게 큰 힘이 롤링 몸체로부터 축상 응력의 결과로써 케이지 상에 작용한다. 이러한 상황에서, 검사는 이들 극단적인 응력 하에서, 완전히 경화되고, 담금질 및 뜨임 처리된 케이지가 현저하게 향상된 정적 브레이크 세기를 갖는다는 점을 보여준다. 검사는 본 발명에 따른 조인트가 공지의 조인트와 비교하여 50%까지 증가한 케이지 브레이크 세기를 갖고 그리고 본 발명에 따른 조인트가 45° 경사각에서 전달된 수 있는 최대 준-정적 토크(maximum quasi-static torque)를 30%까지 증가하도록 허용한다는 점을 보여준다.

이러한 종류의 조인트에 대한 특히 바람직한 적용 분야로써 차량(수송수단)이 언급될 수 있다. 이는 특히 승용차, 화물차 등을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 추가의 기술 적용 분야는 예컨대, 토크 또는 힘의 강체 전달(solid transmission)이 불가능한 풍력 발전소 또는 다른 구동열(drive trains)을 포함한다.

본 발명 및 기술적 배경은 이하에서 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 도면은 본 발명의 특히 바람직한 전형적인 실시형태들을 보여주고, 본 발명이 이들 실시형태들로 제한되지 않는다는 점에 유의한다.

도 1은 케이지를 관통하는 개략적 단면도를 보여주고;

도 2는 조인트의 구조를 개략적으로 묘사하고;

도 3은 다수의 조인트를 구비한 차량의 사시도를 보여주고;

도 4는 제조 방법의 다양한 실시형태들의 순서도를 개략적으로 묘사하고; 그리고

도 5는 제조 방법의 추가의 다양한 실시형태들의 순서도를 개략적으로 묘사한다.

도 1은 다양한 실시형태의 케이지(1)를 관통하는 개략적 단면을 보여준다. 케이지(1)는 바깥쪽으로 볼록하게 굽은 원주 표면을 구비한 원통형 구성을 갖는 기본 몸체(5)를 포함한다. 이러한 종류의 기본 몸체(5)는 일반적으로 2.5에서 6.0 ㎜의 재료 두께(14)를 갖는다. 도시된 케이지(1)의 다양한 실시형태에서, 다수의 컷아웃(2)이 원주에 걸쳐 제공된다. 이들 컷아웃은 조인트의 롤링 몸체들을 수용하기 위해 사용된다. 여기서, 비록 네 개(4개) 또는 여덟 개(8개)가 존재할 수 있으나, 케이지는 여섯 개(6개)의 컷아웃(2)을 갖는다. 일반적으로, 각각의 컷아웃(2)은 하나의 롤링 몸체가 임의의 부하 하에서 그 안에서 충분히 움직일 수 있도록 하는 형상으로 설계된다. 다수의 롤링 몸체들이 하나의 컷아웃(2) 내에 위치하는 것이 마찬가지로 가능하다. 케이지(1)의 다른 구조가 그 뒤에 발생할 수 있다.

도 2는 외부 몸체(6), 내부 몸체(7), 다수의 롤링 몸체들(3) 및 본 발명에 따른 케이지(1)를 갖는 조인트(4)를 개략적으로 묘사한다. 힘은 롤링 몸체(3) 상의 내부 몸체(7)를 향한 방향으로 도시된 톱니(15) 및 샤프트(9)를 통하여 전달된다. 롤링 몸체(3)는 내부 몸체(7) 및 외부 몸체(6)의 트랙 또는 안내홈(16)에서 안내되고, 따라서 토크는 내부 몸체(7)로부터 외부 몸체(6)로 롤링 몸체(3)를 통하여 전달된다. 케이지(1)는 축(15)의 방향에서 롤링 몸체(3)를 고정하기 위해 사용된다. 축(15) 방향에서 케이지(1) 상에 작용하는 힘은 샤프트(9)가 축(19)에 대한 경사각(8)에서 토크를 전달하는 경우에 현저하게 커지게 된다. 그리고 나서, 케이지(1)에 대해 축 방향에서 흡수되어야 하는 안내 힘은 특히 크다.

도 3은 엔진에서 발생된 토크를 바퀴(11)로 전달하기 위한 구동 시스템을 갖는 차량(10)을 개략적으로 묘사한다. 조인트(4)에 의해 서로 연결되는 다른 샤프트들(9)의 복합성이 이러한 목적을 위해 사용된다. 본 발명에 따른 조인트(4)는 특히 바퀴(11)에 인접한 토크 전달을 위하여 제공되는 조인트들(4)을 위해 특히 사용된다.

도 4는 기본 몸체(5)로부터 이러한 종류의 케이지(1)의 제조를 개략적으로 묘사한다. 제 1 단계(A 단계)에서, 기본 몸체(5)가 형성된다. 그리고 나서, 컷아웃(2)이 펀칭 아웃되고(B 단계), 따라서 케이지(1)는 이제 실질적으로 그 요구되는 외부 구성이 된다. 여기에 도시된 변형예에서, 케이지(1)의 열처리는 배치식(batchwise)으로 그리고 개별 제조 선상의 외측에서 수행되고, 즉 각 경우에 다수의 케이지(1)는 우선 수집되고, 그리고 나서 함께 그룹화되고 최종적으로 동시에 가열되고, 담금질되고 그리고 뜨임 처리된다. 그러므로, 케이지들(1)이 베이스 상에 공통으로 위치되고 완전히 경화되며; 가열 요소(12)와의 접촉이 이 실시예를 통해 도시된다(C 단계). 가열 요소(12)는 이 경우에서 케이지(1)의 복합성이 그를 통해 움직이는 유도 루프(예컨대, 컨베이어 벨트(22)를 통해서)를 구비한 연속 로(continuous furnace)로써 설계된다. 그리고 나서, 케이지(1)는 담금질되고(D 단계), 이 실시예에서 냉각조(13; bath) 내 담금질이 바람직하다. 케이지(1)의 균일한 연성을 달성하기 위하여, 케이지는 또한 뜨임 처리되고(D 단계), 이 경우에서 마찬가지로 기름을 함유한 조(13; bath containg oil) 내에 담기는 것을 통해 수행된다. 이러한 공정에서, 많은 수의 케이지들(1)이 배치식으로 함께 가져와서(예컨대, 1000 개의 케이지까지) 함께 열처리되는 것이 가능하다. 특히, 그러한 큰 군체(batches)를 사용하는 경우에, 유조(oil batch) 내에 공통으로 담금질을 사용하는 경우에 담금 출력(quenching power)이 감소한다는 점이 고려될 것이다. 특히, 이러한 상황에서, 명칭 45B2M을 갖는 서론에서 기술된 강철은 예컨대, 명칭 Ck 45를 갖는 강철보다 최소한 연성 속성에 대하여 더욱 균일한 결과를 보증한다.

다음으로, 도 5는 제조 과정에 통합된 케이지(1)의 개별 열처리를 위한 제조 방법의 순서도를 개략적으로 묘사한다. 단계 A 및 B는 실질적으로 도 4에 대응한다. 이들 단계들은 그 후에 경화 스테이션(23; hardening station), 담금 스테이션(24; quenching station) 및 뜨임 처리 스테이션(25; tempering station)에서 개개의 케이지(1)에 대한 열처리가 뒤따른다. 이러한 종류의 경화 스테이션(23)에서, 케이지(1)는 베이스(20)를 통해 예컨대, (유도 루프와 같은) 환형 가열 요소(12)에 대하여 위치하고 그리고 도 5의 (C)에서 회전하는 형태로 도시된 회전 움직임(21)을 통해 열처리 중에 가열 요소(12)에 대하여 최소한 부분적으로 움직인다. 소망의 경화 온도에 도달하면, 케이지(1)는 베이스(20)와 함께 담금 스테이션(24)으로 이송된다. 도 6의 담금 스테이션(24)은 냉매(18)를 전송하는 이송 유 닛(17)을 포함하고; 도시된 도면에서, 이송 유닛(17)은 샤워의 형태로 설계된다(D 단계). 담금질 중에 또한, 케이지(1) 및 이송 유닛(17) 사이의 상대적 움직임(21)이 적어도 때때로 실시될 수 있다. 이러한 열처리 중의 상대 움직임(21)에 대하여, 이 움직임은 케이지(1) 및/또는 적어도 하나의 가열 요소(12) 및/또는 냉매(18)를 이송하기 위한 적어도 하나의 이송 유닛(17) 모두에 의해 수행될 수 있다는 점에 유의한다. 마지막으로, 케이지(1)는 또한 냉각조(13)에서 뜨임 처리된다(E 단계).

자동차 산업에서 조인트의 완전 경화 또는 담금 및 뜨임 처리된 케이지의 사용은 큰 경사각의 경우에도 불구하고 정적 브레이크 세기의 현저한 증가를 가져오며, 따라서 특히 여기에 제공되는 것처럼 계속적으로 증가하는 토크인 경우에도 장기간 전달될 수 있다. 동시에, 이러한 종류의 케이지를 제조하기 위해 기술된 제조 방법은 일련의 제조 중에 단순한 통합을 허용하고, 이는 가열 및 냉각을 통합하는 것이 용이하기 때문이다. 이는 컨베이어 수단, 샤프트, 공간 및 특히 또한 케이스 경화에 요구되는 경화 노하우(know-how)가 감소하도록 허용한다.

Claims (12)

1. 조인트(4)의 롤링 몸체(3)를 수용하기 위한 다수의 컷아웃(2)을 갖는 케이지(1)로서, 전체 케이지(1)는 실질적으로 균일한 연성(ductility)을 갖는 것을 특징으로 하는 케이지(1).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 케이지는 500에서 650 HV까지의 범위 내의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 케이지(1).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 케이지는 담금 및 뜨임 처리된 강철을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이지(1).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이지는 0.3% 에서 0.5%까지의 탄소 함량을 구비한 강철을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이지(1).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이지는 합금 요소로써 적어도 붕소(boron)를 구비한 강철을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이지(1).
6. 조인트(4)의 롤링 몸체(3)를 수용하기 위한 다수의 컷아웃(2)을 갖는 케이지(1)를 제조하는 방법으로서, 다음의:

   - 폐쇄된 베이스 몸체(5)를 형성하는 단계;

   - 다수의 컷아웃(2)을 절단하는 단계;

   - 케이지(1)를 완전히 경화시키는 단계;

   - 케이지(1)를 뜨임 처리하는 단계;

   를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 완전 경화시키는 단계는 케이지(1)를 가열하기 위한 다음의 수단들: 유도 가열, 에너지 빔에 의한 가열, 연속로(contiunous furnace) 또는 챔버로(chamber furnace)를 통한 가열 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 뜨임 처리 단계는 상기 케이지의 경도를 500에서 650 HV까지의 범위로 이끄는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이지(1)를 경화시키는 단계는:

   - 따뜻한 용액 내에 담그거나; 또는

   - 연속로 또는 챔버로 중 적어도 하나를 통과시키는 것;

   을 통하여 적어도 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
10. 외부 부분(6), 내부 부분(7), 다수의 롤링 몸체(3) 및 케이지(1)를 포함하는 조인트(4)로서, 상기 케이지(1)는 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 기술된 바에 따라 설계되거나 또는 제 6 항 내지 제 9 항 중 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 조인트(4).
11. 제 10 항에 있어서, 20°보다 큰 샤프트(9)용 경사각(8)을 제공하는 것을 특징으로 하는 조인트(4).
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 따른 조인트(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량(10).

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