WO2011141310A1 - Seitenwelle aus stahl hergestellt durch rundkneten - Google Patents

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WO2011141310A1
WO2011141310A1 PCT/EP2011/056933 EP2011056933W WO2011141310A1 WO 2011141310 A1 WO2011141310 A1 WO 2011141310A1 EP 2011056933 W EP2011056933 W EP 2011056933W WO 2011141310 A1 WO2011141310 A1 WO 2011141310A1
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less
side shaft
steel
shaft
wall thickness
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PCT/EP2011/056933
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Markus Halfmann
Jens Wahnschaffe
Christian Felchner
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Neapco Europe Gmbh
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    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/06—Drive shafts

Definitions

  • the invention relates to a side shaft for transmitting torque between an axle differential and a wheel of a motor vehicle. Such waves are also called side waves.
  • the generic side shaft is at least partially made of a steel material and designed as a tubular shaft. It has a longitudinal axis and a shaft portion, which in turn has a first diameter and a first wall thickness, two end portions, which are formed by forming portions of the shaft portion, so that in regions in the end portions, a second diameter and a second wall thickness is formed.
  • the invention relates to a method for producing a side wave according to the preamble of claim 7.
  • Drive shafts are used in the vehicle for transmitting torque and are usually subjected to a heat treatment.
  • a heat treatment of a drive shaft is known from DE 39 36 368 AI.
  • this method relates to a hardening process for the drive shaft between a transmission and a differential, so a propeller shaft.
  • Cardan shafts often have a much larger outer diameter than the side shafts between the differential and the drive wheels, which are also called side shafts.
  • generic side shafts usually have an area which is suitable for at least partial positive transmission.
  • an external toothing which in a korres- ponding internal toothing of a corresponding to be connected part of a constant velocity joint can intervene.
  • the teeth are often referred to as spline area.
  • the side shafts are made of a semi-finished product, which may be a pipe section made of a steel material.
  • the end portions have a different diameter than the shaft portion.
  • the side shafts are provided by cold forming the end sections, which are to have a smaller diameter, by a rotary swaging method, as disclosed, for example, in DE 199 52 229 B4.
  • the degree of deformation is defined as the ratio of the dimensions before and after the deformation in a direction in which the maximum deformation takes place. Since generic side shafts are manufactured in a rotary swaging process and are not deliberately heated to significant temperatures, cracking and fractures can easily occur in the material.
  • the drive shaft according to the invention serves to transmit a torque between an axle differential and a wheel of a motor vehicle. It is therefore a so-called side wave.
  • the side shaft according to the invention is at least partially made of a steel material and designed as a tubular shaft. According to the invention, it has a longitudinal axis and a shaft portion having a first outer diameter Di and a first wall thickness Si.
  • the drive or side shaft according to the invention is characterized in that at least one end portion, with a second diameter (D 2 ) and a second wall thickness (S 2 ) is made of a carbon steel.
  • a particularly preferred steel material which is suitable for producing a side shaft according to the invention, is the steel C-45 according to DIN EN10083. This is available at low cost.
  • the empirically determined value of 0.3 also applies to flared end sections, not only for end sections narrowed in a rotary swaging method, as shown in FIG.
  • a semifinished product for example a pipe section made of a steel material, with a relatively high carbon content of 0.35 to 0.8 wt .-%, in particular from 0.4 to 0.5 wt .-% during the forming is not prone to cracking.
  • the steel materials alloying elements such. As vanadium, nickel, chromium, molybdenum and / or titanium added. By keeping the degree of deformation low, these relatively expensive alloying elements can be dispensed with. Due to the relatively high proportion of carbon, the side wave can also be subjected to a heat treatment, in particular a hardening process, after the forming.
  • a heat treatment is preferred, which comprises the following steps:
  • o inductive heating in a ring inductor or in a surface inductor in particular at a surface temperature above an austenitizing temperature, for a period of less than 15 seconds, in particular less than 10 seconds,
  • the success of the heat treatment can be checked in a micrograph of a cross section through a side wave.
  • an alternating magnetic field heats the components.
  • Area Inductores on the side wave is preferably long enough that the austenitizing temperature, at which a conversion of the crystal structure of the steel material from cubic body centered to cubic face centered can be expected, is achieved.
  • the cooling of the side waves can be done by exposure to water or a water polymer emulsion.
  • the side wave may be dipped or exposed to the water or the water polymer emulsion in a combination of dipping and buffing.
  • the cooling must be designed so that a bainitic-martensitic steel structure is formed. Bainite forms only when the cooling rate is sufficiently high. If the cooling rate is too high, however, an excessive amount of martensite is formed. If the martensite content is too high, the side waves are too hard and prone to brittle fractures.
  • the austenitizing temperature is between 800 and 1200 °, a preferred cooling rate is between 1 second and 100 seconds, in particular between 1 second and 50 seconds.
  • the austenitizing temperature is only achieved in near-surface edge layers of the side shaft, so that adjusts a particularly high hardness during quenching near the surface.
  • a side wave can be provided in which the hardness increases outward over the wall thickness. It can be achieved that outer, near-surface regions of the side shaft have a higher hardness than further inner regions. The hardness of the steel material decreases towards deeper layers. In this way, the hardness of the side shaft of the load is adjusted because the voltage in waves increases in torque loading with the distance from the longitudinal axis. The higher the hardness of the side shaft, the more torque it can transmit.
  • Inventive side shafts are suitable for the transmission of torques of 1500 Nm to 5500 Nm, in particular 2800 Nm to 3800 Nos.
  • a shaft produced by the process according to the invention has a hardness of between 40 and 60 Rockwell, in particular between 45 and 55 Rockwell, on its surface.
  • the cooling rate can be slowed down by interrupting the drowning or dipping of the side wave and the side wave in the air, which has a significantly lower heat transfer factor than water, or a water polymer emulsion, and therefore slower cooling, is maintained.
  • the hardened side waves are tempered after the hardening process in an annealing process.
  • the material "relaxes" and any residual stresses in the side shaft can be reduced, which raises the load limit of side shafts, where failure is expected 300 ° C.
  • Tempering is preferably carried out directly after the hardening process, whereby the cooling does not have to be interrupted, it only has to be slowed down at a temperature between 150 ° C. and 300 ° C.
  • the side waves can directly during the cooling with the hardness be cooled only to 300 ° C and kept at this temperature.
  • a spline area or an external toothing for the positive transmission of a torque is provided on the side shafts in the end areas.
  • the spline region can be provided by grooves in the end region, which run in the direction of the longitudinal axis, milled out, punched or cut out in a machining production step. Furthermore, the spline region can be provided by incorporating corresponding recesses during the deformation of the side wave.
  • Fig. 1 a side shaft according to the invention in a perspective view with a partially cut section.
  • a side shaft 10 for transmitting torque is shown.
  • Such side shafts 10 are suitable for transmitting the torque between a differential and a wheel of a vehicle.
  • a synchronous handle arranged for example a tripod joint.
  • other types of constant velocity joints are also suitable for this purpose.
  • a spline region 20 is formed on the side shaft 10.
  • the side shaft 10 is designed as a tube shaft.
  • Semifinished products for producing side shafts 10 according to the invention are pipe sections which may be sections of pipes from mass production. Preference is given to using pipe sections made of the steel material C-45.
  • the semi-finished products have a first outer diameter Di and a first wall thickness Si.
  • a second outer diameter D 2 and a second wall thickness S 2 are set in the end sections 12.
  • the shaft portion 16 substantially corresponds in size to the semi-finished product, which may be a pipe section from mass production. Therefore, the ratio of the dimensions (Di, Si) of the end portions 12 to the dimensions (D 2 , S 2 ) of the shaft portions 16 can also be measured on a manufactured side shaft 10 and the degree of deformation Phi can be determined.
  • Si can be between 0.5mm and 5mm.
  • Di can be between 10 mm and 50 mm, preferably between 25 mm and 40 mm.
  • the end portions 14 are formed by a rotary swaging according to DE 199 52 229 B4 transforming from a semi-finished product, which has a uniform diameter Di over the entire length.
  • the semi-finished product must have sufficient ductility, since the forming usually does not take place at high temperatures.
  • the amount of carbon, which is the steel material for Ensuring sufficient hardenability must be added is therefore limited in the prior art.
  • the present invention restricts the degree of deformation to a value of less than 0.3, preferably less than 0.28, more preferably less than 0.27. At these, relatively low degrees of deformation of the side shaft 10, there is no cracking during forming.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Seitenwelle zur Übertragung von Drehmoment zwischen einem Achsdifferenzial und einem Rad eines Kraftfahrzeuges, wobei die Seitenwelle zumindest teilweise aus einem Stahlwerkstoff gefertigt ist. Die Seitenwelle ist vorzugsweise hohl und weist in Endabschnitten einen verringerten Durchmesser auf. Der verringerte Durchmesser wird vorzugsweise in einem Rundknetverfahren erzeugt, wobei der Umformgrad der zur Herstellung der Seitenwelle verwendeten Halbzeuge gering gehalten wird. Dadurch kann ein Stahlwerkstoff mit einem hohen Kohlenstoffanteil verwendet werden. Der Stahlwerkstoff muss zur Gewährleistung der Härtbarkeit nicht mit teuren Legierungselementen versetzt werden.

Description

Bezeichnung: SEITENWELLE AUS STAHL HERGESTELLT DURCH RUNDKNETEN
Die Erfindung betrifft eine Seitenwelle zur Übertragung von Drehmoment zwischen einem Achsdifferenzial und einem Rad eines Kraftfahrzeuges. Derartige Wellen werden auch als Seitenwellen bezeichnet. Die gattungsgemäße Seitenwelle ist zumindest teilweise aus einem Stahl Werkstoff gefertigt und als Rohrwelle ausgeführt. Sie weist eine Längsachse und einen Wellenabschnitt auf, der seinerseits einen ersten Durchmesser und eine erste Wandstärke aufweist, zwei Endabschnitte, welche durch Umformen von Bereichen des Wellenabschnittes gebildet sind, so dass bereichsweise in den Endabschnitten ein zweiten Durchmesser und eine zweite Wandstärke herausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Seitenwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Antriebswellen werden im Fahrzeug zur Übertragung von Drehmoment verwendet und werden üblicherweise einer Wärmebehandlung unterzogen. Eine Wärmebehandlung einer Antriebswelle ist aus der DE 39 36 368 AI bekannt. Dieses Verfahren betrifft jedoch ein Härtungsverfahren für die Antriebswelle zwischen einem Getriebe und einem Differenzial, also einer Kardanwelle. Kardanwellen haben häufig einen erheblich größeren Außendurchmesser als die Seitenwellen zwischen dem Differenzial und den Antriebsrädern, welche auch Seitenwellen genannt werden.
In den Endabschnitten weisen gattungsgemäße Seitenwellen üblicherweise einen Bereich auf, der zur zumindest teilweisen formschlüssigen Übertragung geeignet ist. Hierfür eignet sich eine außenliegende Verzahnung, welche in eine korres- pondierende innenliegende Verzahnung eines entsprechend anzuschließenden Teils eines Gleichlaufgelenks eingreifen kann. Die Verzahnungen werden häufig als Splinebereich bezeichnet.
Die Seitenwellen werden aus einem Halbzeug, das ein Rohrabschnitt aus einem Stahlwerkstoff sein kann, gefertigt. Die Endabschnitte weisen einen anderen Durchmesser auf als der Wellenabschnitt. Bereitgestellt werden die Seitenwellen, indem die Endabschnitte, welche einen geringeren Durchmesser aufweisen sollen, durch einen Rundknetverfahren, wie es beispielsweise in der DE 199 52 229 B4 offenbart wird, kalt umgeformt werden.
Der Umformgrad ist definiert als das Verhältnis der Abmessungen vor- und nach der Umformung in einer Richtung, in der die maximale Umformung erfolgt. Da gattungsgemäß Seitenwellen in einem Rundknetverfahren gefertigt werden und dabei nicht absichtlich auf wesentliche Temperaturen erhitzt werden, kann es in dem Werkstoff leicht zur Rissbildung und Brüchen kommen.
Die Neigung zur Rissbildung kann verringert werden, indem der Kohlenstoffgehalt verringert wird . Gattungsgemäße Seitenwellen weisen verhältnismäßig geringe Kohlenstoffanteile auf, insbesondere weniger als etwa 0,30 Gew.-% Kohlenstoff. Halbzeuge mit geringen Kohlenstoffanteilen eignen sich jedoch weniger gut für ein Härteverfahren. Um die Stahlwerkstoffe dennoch härtbar zu machen, werden dem Stahl Werkstoff im Stand der Technik teure Legierungselement wie z. B. Chrom, Vanadium, Nickel, Molybdän oder Titan beigefügt. Die für die Herstellung von Seitenwellen bereitzustellenden Halbzeuge sind deshalb verhältnismäßig teuer.
Die Definition für im Folgenden verwendete Begriffe, wie z. B.„unlegierter Stahl" und„niedriglegierter Stahl" können einschlägiger Literatur, beispielsweise dem DUBBEL, Taschenbuch für den Maschinenbau, 20. Auflage, entnommen werden. Angaben zur sogenannten Austenitisierungstemperatur können beispielsweise ROOS, MAILE, Werkstoffkunde für Ingenieure, Grundlagen, Anwendungen und Prüfung, 3. Auflage, entnommen werden. Auch zur Definition von„Bainit" und „Martensit" sei auf letztere Literaturangabe verwiesen. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Kosten für Bereitstellung von Halbzeugen zur Herstellung von Seitenwellen bei gleichzeitiger Gewährleistung der Härtbarkeit zu verringern .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Seitenwelle nach Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Seitenwelle nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, welche in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Vorteile der Erfindung aufzeigen . Darüber werden vorteilhafte Merkmale der Erfindung in der Beschreibung, insbesondere in der Figurenbeschreibung aufgezeigt.
Die erfindungsgemäße Antriebswelle dient der Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Achsdifferenzial und einem Rad eines Kraftfahrzeuges. Es handelt sich also um eine sogenannte Seitenwelle. Die erfindungsgemäße Seitenwelle ist zumindest teilweise aus einem Stahlwerkstoff gefertigt und als Rohrwelle ausgeführt. Erfindungsgemäß weist sie eine Längsachse und einen Wellenabschnitt mit einem ersten Außendurchmesser Di und einer ersten Wandstärke Si auf. Die erfindungsgemäße Antriebs- bzw. Seitenwelle zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Endabschnitt, mit einem zweiten Durchmesser (D2) und einer zweiten Wandstärke (S2) aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt ist.
Ein besonders bevorzugter Stahl Werkstoff, welcher sich zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Seitenwelle geeignet ist, ist der Stahl C-45 nach DIN EN10083. Dieser ist preiswert erhältlich.
Es hat sich durch empirische Versuche überraschend herausgestellt, dass bei den verwendeten Stahlsorten und bei geschickter Wahl des Umformgrades ein Umformen, beispielsweise durch Rundkneten, ermöglicht ist und gleichzeitig eine Rissbildung vermieden wird und die Möglichkeit, durch Wärmbehandlung eine ausreichende Festigkeit zu erreichen, eröffnet ist. Bei vorgegebenem ersten Außendurchmesser Di und einer ersten Wandstärke Si des Wellenabschnitts sowie einem durch das Umformen ausgebildeten Endabschnitts mit zweitem Durchmes- sers D2 und zweiter Wandstärke S2 ist erfindungsgemäß der Umformgrad Phi = In [(Di-Si)/(D2-S2)] vom Betrag her kleiner oder gleich 0,3.
Der empirisch ermittelte Wert von 0,3 gilt auch für aufgeweitete Endabschnitte, nicht nur für in einem Rundknetverfahren verengte Endabschnitte, wie sie in Figur 1 dargestellt sind .
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass bei einem Umformgraden von weniger oder gleich 0,3 ein Halbzeug, beispielsweise ein Rohrabschnitt aus einem Stahlwerkstoff, mit einem verhältnismäßig hohen Kohlenstoffanteil von 0,35 bis 0,8 Gew.-%, insbesondere von 0,4 bis 0,5 Gew.-% während des Umformens noch nicht zur Rissbildung neigt.
Zur Gewährleistung der Härtbarkeit einer Seitenwelle gemäß dem Stand der Technik, werden den Stahlwerkstoffen Legierungselemente wie z. B. Vanadium, Nickel, Chrom, Molybdän und/oder Titan beigemengt. Durch eine Geringhaltung des Umformgrades kann auf diese verhältnismäßig teuren Legierungselemente verzichtet werden. Durch den verhältnismäßig hohen Kohlenstoffanteil kann die Seitenwelle nach dem Umformen zudem einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Härteverfahren unterzogen werden.
Zur Härtung der Seitenwelle eignet sich bevorzugt eine Wärmebehandlung, welche folgende Schritte aufweist:
o induktive Erwärmung in einem Ringinduktor oder in einem Flächeninduktor, insbesondere auf einer Oberflächentemperatur oberhalb einer Austenitisierungstemperatur, für einen Zeitraum von weniger als 15 Sekunden, insbesondere wenigerer als 10 Sekunden,
o rasche Abkühlung der Seitenwelle in Wasser oder einer
Wasserpolymeremulsion entweder durch Eintauchen oder einer Kombinationen aus Eintauchen und Abbrausen, wobei ein bainitisch martensitisches Mischgefüge angestrebt wird .
Der Erfolg der Wärmebehandlung kann in einem Schliffbild von einem Querschnitt durch eine Seitenwelle überprüft werden. Bei einer induktiven Erwärmung in einem Ringinduktor oder einem Flächeninduktor erhitzt ein alternierendes Magnetfeld die Bauteile. Die Einwirkungen des Ringinduktores oder des
Flächeninduktores auf die Seitenwelle ist vorzugsweise zeitlich lang genug, dass die Austenitisierungstemperatur, bei der eine Umwandlung der Kristallstruktur des Stahl Werkstoffes von kubisch raumzentriert zu kubisch flächenzentriert zu erwarten ist, erreicht wird .
Das Abkühlen der Seitenwellen kann durch die Aussetzung an Wasser oder eine Wasserpolymeriemulsion erfolgen. Die Seitenwelle kann hierzu eingetaucht oder in einer Kombinationen aus Eintauchen und Abbrausen dem Wasser oder der Wasserpolymeremulsion ausgesetzt werden. Die Abkühlung ist so zu gestalten, dass sich ein bainitisch-martensitisches Stahlgefüge bildet. Bainit bildet sich nur, wenn die Abkühlgeschwindigkeit ausreichend hoch ist. Ist die Abkühlgeschwindigkeit zu hoch, bildet sich jedoch ein zu hoher Martensitanteil. Bei zu hohen Martensitanteilen sind die Seitenwellen zu hart und neigt zu spröden Brüchen. Die Austenitisierungstemperatur liegt zwischen 800 und 1200°, eine bevorzugte Abkühlgeschwindigkeit liegt zwischen 1 Sekunde und 100 Sekunden, insbesondere zwischen 1 Sekunde und 50 Sekunden.
Vorzugsweise wird die Austenitisierungstemperatur nur in oberflächennahen Randschichten der Seitenwelle erreicht, so dass sich beim Abschrecken oberflächennah eine besonders hohe Härte einstellt. Durch die Anwendung dieses Härteverfahrens kann eine Seitenwelle bereitgestellt werden, bei der die Härte über die Wandstärke nach außen hin zunimmt. Es kann dadurch erreicht werden, dass außenliegende, oberflächennahe Bereiche der Seitenwelle eine höhere Härte aufweisen als weiter innen liegende Bereiche. Die Härte des Stahlwerkstoffes nimmt zu tieferen Schichten hin ab. Auf diese Weise ist die Härte der Seitenwelle der Belastung angepasst, da die Spannung in Wellen bei Drehmomentbeanspruchung mit dem Abstand von der Längsachse ansteigt. Je höher also die Härte der Seitenwelle außen ist, desto mehr Drehmoment kann sie übertragen. Erfindungsgemäße Seitenwellen eignen sich zur Übertragung von Drehmomenten von 1500 Nm bis 5500 Nm, insbesondere 2800 Nm bis 3800 Nrn.
Beispielsweise weist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Welle an ihrer Oberfläche eine Härte zwischen 40 und 60 Rockwell, insbesondere zwischen 45 und 55 Rockwell auf.
Die Abkühlgeschwindigkeit kann verlangsamt werden, indem das Abbrausen oder Eintauchen der Seitenwelle unterbrochen wird und die Seitenwelle an der Luft, welche einen erheblich geringeren Wärmeübertragungsfaktor aufweist als Wasser, bzw. eine Wasserpolymeremulsion, und deshalb langsamer kühlt, gehalten wird .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Seitenwelle werden die gehärteten Seitenwellen nach dem Härteverfahren in einem Anlassverfahren angelassen. Durch Diffusionsvorgänge im Stahlgefüge„entspannt" sich der Werkstoff. Eventuelle in der Seitenwelle vorhandene Eigenspannungen können somit reduziert werden, wodurch die Belastungsgrenze der Seitenwellen, bei der ein Versagen zu erwarten ist, angehoben werden kann. Das Anlassen erfolgt bei Temperaturen zwischen 150° C und 300° C. Das Anlassen erfolgt vorzugsweise direkt im Anschluss an das Härte verfahren, wobei die Abkühlung nicht unterbrochen werden muss, sie muss nur bei einer Temperatur zwischen 150°C und 300°C verlangsamt werden. Die Seitenwellen können direkt während des Abkühlens beim Härte verfahren nur auf 300°C abgekühlt werden und auf dieser Temperatur gehalten werden.
Vor dem Härteverfahren wird auf den Seitenwellen in den Endbereichen ein Splinebereich oder eine Außenverzahnung zur formschlüssigen Übertragung eines Drehmomentes bereitgestellt. Der Splinebereich kann bereitgestellt werden, indem in dem Endbereich Nuten, welche in Richtung der Längsachse verlaufen, herausgefräst, gestanzt oder in einem spanenden Fertigungsschritt herausgeschnitten werden. Weiterhin kann der Splinebereich bereitgestellt werden, indem während der Umformung der Seitenwelle entsprechende Vertiefungen eingearbeitet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung der Zeichnung. In dieser zeigt:
Fig . 1 : eine erfindungsgemäße Seitenwelle in einer perspektivischen Darstellung mit einem teilweise geschnittenen Abschnitt.
In Fig . 1 ist eine Seitenwelle 10 zur Übertragung eines Drehmoments dargestellt. Derartige Seitenwellen 10 eignen sich zur Übertragung des Drehmomentes zwischen einem Differenzial und einem Rad eines Fahrzeugs. Zwischen der Seitenwelle 10 und dem Differential bzw. dem Rad ist üblicherweise ein Gleichlaufge- lenk, beispielsweise ein Tripodegelenk angeordnet. Jedoch eignen sich hierfür auch andere Bauformen von Gleichlaufgelenken. Zur Übertragung des Drehmomentes zwischen der Seitenwelle 10 und dem entsprechenden Eingangsabschnitt des Gleichlaufgelenkes ist auf der Seitenwelle 10 ein Splinebereich 20 ausgebildet. Zur Verdeutlichung und Veranschaulichung des Zustandes, welcher sich nach einem ersten erfindungsgemäßen umformenden Fertigungsschritt einsteht, ist an dem in Figur 1 nach links weisenden Ende der Seitenwelle 10 kein
Splinebereich 20 herausgebildet.
Die Seitenwelle 10 ist als Rohrwelle ausgestaltet. Als Halbzeug zur Herstellung erfindungsgemäßer Seitenwellen 10 werden Rohrabschnitte verwendet, die Abschnitte von Rohren aus der Massenproduktion sein können. Bevorzugt werden Rohrabschnitte aus dem Stahlwerkstoff C-45 verwendet. Die Halbzeuge haben einen ersten Außendurchmesser Di und eine erste Wandstärke Si. Bei der Umformung wird in den Endabschnitten 12 ein zweiter Außendurchmesser D2 und eine zweite Wandstärke S2 eingestellt. Der Wellenabschnitt 16 entspricht im wesentlichen in seiner Abmessung dem Halbzeug, welches einen Rohrabschnitt aus der Massenproduktion sein kann. Daher kann das Verhältnis der Abmessungen (Di, Si) von den Endabschnitten 12 zu den Abmessungen (D2, S2) der Wellenabschnitte 16 auch an einer gefertigten Seitenwelle 10 vermessen werden und der Umformgrad Phi ermittelt werden. Während des umformenden Fertigungsschrittes im Rundknetverfahren wird das Rohr gestaucht. Die Wandstärke Si verändert sich und es stellt sich der Wert S2 ein. Si kann zwischen 0,5mm und 5mm liegen. Di kann zwischen 10 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 25mm und 40 mm liegen. Nach der Umformung mit einem Umformgrad Phi von weniger als 0,3 kann die Seitenwelle 10 bei angenommenen Anfangswerten Di= 30mm und Si = 5 mm in den Endbereichen 12 auf D2 = 25 mm verjüngt werden, bei der eine Wandstärke von etwa S2 = 6 mm zu erwarten ist.
Die Endabschnitte 14 werden durch ein Rundknetverfahren gemäß DE 199 52 229 B4 umformend aus einem Halbzeug, das über die gesamte Länge einen einheitlichen Durchmesser Di aufweist, ausgearbeitet.
Zur Ermöglichen eines hohen Umformgrades Phi muss das Halbzeug eine ausreichende Duktilität aufweisen, da die Umformung üblicherweise nicht bei hohen Temperaturen erfolgt. Die Menge an Kohlenstoff, welcher dem Stahl Werkstoff zur Gewährleistung einer ausreichenden Härtbarkeit zugesetzt werden muss, ist daher im Stand der Technik begrenzt. Man ist gezwungen, auf teurere Legierungselemente, wie z. B. Chrom, Vanadium, Titan, Molybdän und/oder Nickel zurückzugreifen. Dadurch erhöht sich der Anschaffungspreis der Halbzeuge erheblich. Um diesen Nachteil zu überwinden und einen kostengünstigen Werkstoff mit einem verhältnismäßig hohen Kohlenstoffanteil verwenden zu können, beschränkt die vorliegende Erfindung den Umformgrad auf einen Wert von weniger als 0,3, bevorzugt von weniger als 0,28, besonders bevorzugt weniger als 0,27. Bei diesen, verhältnismäßig geringen Umformgraden der Seitenwelle 10 kommt es nicht zu Rissbildung während der Umformung .

Claims

Patentansprüche
1. Seitenwelle (10) zur Übertragung von Drehmoment zwischen einem Achs- differenzial und einem Rad eines Kraftfahrzeugs, wobei die Seitenwelle zumindest teilweise aus einem Stahl Werkstoff gefertigt ist, als Rohrwelle ausgeführt ist, und aufweist:
eine Längsachse (L),
einen Wellenabschnitt (16), der einen ersten Außendurchmesser (Di) und eine erste Wandstärke (Si) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Endabschnitt (12) der Seitenwelle (10) mit einem zweiten Durchmesser (D2) und einer zweiten Wandstärke (S2) aus einem niedriglegierten Kohlenstoffstahl, am meisten bevorzugt einem C-45 Stahl hergestellt ist.
2. Seitenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt durch wenigstens teilweises Umformen, bevorzugt Rundkneten, des Wellenabschnittes (16) hergestellt ist.
3. Seitenwelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad Phi = In [(Di-Si)/(D2-S2)] vom Betrag her kleiner oder gleich 0,3 ist.
4. Seitenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (Di) des Wellenabschnitts (16) größer ist als der Durchmesser (D2) des Endabschnitts (12).
5. Seitenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl, aus dem wenigstens der Endabschnitt gefertigt ist, einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,35 Gew.-%; insbesondere mehr als 0,40 Gew.-% und weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,8 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,6 Gew.-% aufweist.
6. Seitenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl, aus dem wenigstens der Endabschnitt gefertigt ist, weniger als 0,0008 Gew.-% Bor, weniger als 0,3 Gew.-% Chrom, weniger als 0,3 Gew.-% Nickel, weniger als 0,08 Gew.-% Molybdän, weniger als 1,65 Gew.-% Mangan, weniger als 0,4 Gew.-% Kupfer, weniger als 0,10 Gew.-% Vanadium und weniger als 1,0 Gew.-% Legierungsanteile aufweist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Seitenwelle, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines eine Längsachse aufweisenden Rohrabschnittes, der einen ersten Außendurchmesser (Di) und eine erste Wandstärke (Si) aufweist, wobei der Rohrabschnitt zumindest teilweise aus einem aus einem niedriglegierten, bevorzugt unlegierten, Stahl, noch bevorzugter Kohlenstoffstahl, am meisten bevorzugt einem C-45 Stahl hergestellt ist und Umformen des Rohrabschnitts so, dass dieser einen zweiten Außendurchmesser auf das Maß (D2) und eine zweite Wandstärke auf das Maß (S2) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Umformgrad Phi = In [(Di- Si)/(D2- S2)] kleiner oder gleich 0,3 ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad kleiner als 0,27 ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, weiterhin aufweisend den Schritt der Bereitstellung eines Splinebereichs (20) durch Herausarbeiten von Vertiefungen in wenigstens einen Endbereich der Seitenwelle (10), beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiterhin aufweisend die Schritte
- Erwärmen zumindest der äußeren, oberflächennahen Randbereiche der Seitenwelle (10) auf die Austenitisierungstemperatur, und
- rasches Abkühlen der Seitenwelle (10) so, dass sich zumindest in den Randbereichen ein bainitisch-martensitisches Gefüge bildet.
11. Verfahren zur Herstellung einer Seitenwelle (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,35 Gew.-%; insbesondere mehr als 0,40 Gew.-% und weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,8 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,6 Gew.-% aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Seitenwelle (10) einem der Ansprüche 7 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwelle der Übertragung von Drehmoment zwischen einem Achsdifferenzial und einem Rad eines Kraftfahrzeugs dient.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112238205A (zh) * 2020-09-17 2021-01-19 东风商用车有限公司 一种重载汽车空心半轴的制造方法及空心半轴

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103587350B (zh) * 2013-11-26 2015-12-30 上海纳铁福传动系统有限公司 一种汽车驱动轴
CN105772621B (zh) * 2016-01-18 2017-08-25 上海理工大学 轿车万向传动轴无芯棒旋锻径向进给工艺参数确定方法
DE102020202266A1 (de) 2020-02-21 2021-08-26 Mahle International Gmbh Ferritischer Werkstoff für ein Antriebssystem

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3936368A1 (de) 1989-11-02 1991-05-16 Gkn Automotive Ag Waermebehandlung von antriebswellen
EP1262671A1 (de) * 2001-05-28 2002-12-04 Ntn Corporation Kraft übertragende Antriebswelle
EP1595609A1 (de) * 2003-01-31 2005-11-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Nahtloses stahlrohr für eine antriebswelle und verfahren zu seiner herstellung
EP1743950A1 (de) * 2004-05-07 2007-01-17 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Nahtloses stahlrohr und herstellungsverfahren dafür
EP1798427A1 (de) * 2004-08-02 2007-06-20 Ntn Corporation Hohle kraftübertragungswelle und herstellungsverfahren dafür
DE19952229B4 (de) 1999-10-29 2008-02-07 Volkswagen Ag Rundknetmaschine
EP2140950A1 (de) * 2007-03-30 2010-01-06 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Kaltbearbeitetes nahtloses stahlrohr für integral geformte antriebswelle, dieses rohr verwendende antriebswelle und verfahren zur herstellung des kaltbearbeiteten nahtlosen stahlrohrs

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3936368A1 (de) 1989-11-02 1991-05-16 Gkn Automotive Ag Waermebehandlung von antriebswellen
DE19952229B4 (de) 1999-10-29 2008-02-07 Volkswagen Ag Rundknetmaschine
EP1262671A1 (de) * 2001-05-28 2002-12-04 Ntn Corporation Kraft übertragende Antriebswelle
EP1595609A1 (de) * 2003-01-31 2005-11-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Nahtloses stahlrohr für eine antriebswelle und verfahren zu seiner herstellung
EP1743950A1 (de) * 2004-05-07 2007-01-17 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Nahtloses stahlrohr und herstellungsverfahren dafür
EP1798427A1 (de) * 2004-08-02 2007-06-20 Ntn Corporation Hohle kraftübertragungswelle und herstellungsverfahren dafür
EP2140950A1 (de) * 2007-03-30 2010-01-06 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Kaltbearbeitetes nahtloses stahlrohr für integral geformte antriebswelle, dieses rohr verwendende antriebswelle und verfahren zur herstellung des kaltbearbeiteten nahtlosen stahlrohrs

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112238205A (zh) * 2020-09-17 2021-01-19 东风商用车有限公司 一种重载汽车空心半轴的制造方法及空心半轴

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