Verfahren zum Herstellen eines Gelenkaußenteils, Gelenkaußenteil und Werkzeug

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen eines

Gelenkaußenteils mittels Drückwalzen,

— wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Rohling auf einem Konturdorn verdrehsicher gegenüber dem Konturdorn angeordnet wird,

— wobei in einem zweiten Verfahrensschritt der Konturdorn derart angetrieben wird, dass sich der Rohling und der Konturdorn um eine gemeinsame Achse drehen,

— wobei in einem dritten Verfahrensschritt zur Bildung des Gelenkaußenteils der Rohling mithilfe einer auf den Rohling wirkenden Drückwalze zumindest teilweise umgeformt wird.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2013 101 555 B3 bekannt. Beim Drückwalzen wird ein Werkstück durch die Verwendung von Walzen bei im Vergleich zu anderen Umformverfahren hohen Drücken und niedrigen Temperaturen geformt. Dadurch, dass das Drückwalzverfahren bei Temperaturen unterhalb der materialspezifischen

Rekristallisationstemperatur durchgeführt wird, kommt es in dem Werkstück zu einer im Vergleich zu anderen Umformverfahren hohen Kaltverfestigung. Mittels Drückwalzen können Gelenkaußenteile von beispielsweise Gleichlaufgelenken mit einem deutlich reduzierten Gewicht und optimierten Materialeinsatz hergestellt werden. Gelenkaußenteile, welche mittels Drückwalzen hergestellt werden, haben insbesondere gegenüber geschmiedeten und somit steiferen Gelenkaußenteilen den Vorteil, dass durch die Elastizität des mittels

Drückwalzen hergestellten Gelenkaußenteils alle Kugeln des Gleichlaufgelenks gleichmäßig tragen, d.h., dass die von den Kugeln zu tragende Last auf die Kugeln gleichmäßig verteilt ist. Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines Gelenkaußenteils für ein Gelenk mit einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Langlebigkeit bereit zu stellen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Rohling auf einem Konturdorn verdrehsicher gegenüber dem Konturdorn angeordnet wird,

— wobei in einem zweiten Verfahrensschritt der Konturdorn derart angetrieben wird, dass sich der Rohling und der Konturdorn um eine gemeinsame Achse drehen,

— wobei in einem dritten Verfahrensschritt zur Bildung des Gelenkaußenteils der Rohling mithilfe einer auf den Rohling wirkenden Drückwalze zumindest teilweise umgeformt wird, wobei im dritten Verfahrensschritt mindestens eine Bahn in dem Gelenkaußenteil mit einem konkaven Bereich geformt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Gelenkaußenteils hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mithilfe des konkaven Bereichs zusätzliche Fetttaschen in dem Gelenkaußenteil vorgesehen werden können. Diese zusätzlichen Fetttaschen können als zusätzliches Schmierstoffreservoir des Gelenks dienen und somit die Schmierung des Gelenkaußenteils gegenüber weiteren Gelenkkomponenten verbessern. Durch eine verbesserte Schmierung des Gelenkaußenteils gegenüber weiteren

Gelenkkomponenten wird die Langlebigkeit sowohl des Gelenkaußenteils als auch des gesamten Gelenks verbessert. Die konkaven Bereiche sind beispielsweise in nicht tragenden Bereichen in der Innenkontur des Gelenkaußenteils vorgesehen. Ein Vorteil ist, dass somit die tragenden Bereiche eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gelenkaußenteils einfacher maßhaltig herstellbar sind und somit auf eine spanende Nacharbeit verzichtet werden kann. Dadurch, dass beispielsweise alle bzw. die meisten nicht tragenden Bereiche konkav ausgebildet sind und somit die tragenden Funktionsbereiche der Bahnen gegenüber den konkaven Bereichen erhaben vorliegen, kann ferner auf einfache Weise ein Härteprozess der tragenden

Funktionsbereiche optimiert werden, da lediglich die gegenüber den konkaven Bereichen erhaben vorliegenden Bereiche gehärtet werden müssen um eine optimale Gelenkfunktion zu gewährleisten. Dass die Bahn in dem Gelenkaußenteil mit einem konkaven Bereich geformt wird, bedeutet im Sinne der Erfindung insbesondere, dass die geformte Bahn eine Bahnfläche umfasst, wobei in der Bahnfläche zusätzlich ein konkaver Bereich ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt eine Kugelbahn in dem Gelenkaußenteil mit dem konkaven Bereich geformt wird. Hierdurch können auf vorteilhafte Weise zusätzliche Fetttaschen in der Kugelbahn vorgesehen werden. Durch das Bereitstellen von zusätzlichem Fett bzw.

Schmierstoff in den Fetttaschen in der Kugelbahn kann somit die Schmierung zwischen Kugeln und Gelenkaußenteil verbessert bzw. die Reibung zwischen Kugeln und

Gelenkaußenteil reduziert werden. Ferner kann auf vorteilhafte Weise der Härteprozess der nicht konkaven Bereiche, also beispielsweise der lasttragenden Bereiche, der Kugelbahn optimiert werden, da lediglich die gegenüber den konkaven Bereichen erhabenen Bereiche gehärtet werden müssen, um eine optimale Gelenkfunktion zu gewährleisten. Hierdurch wird die Langlebigkeit insbesondere der Kugelbahn bzw. der Kugelbahnen in dem

Gelenkaußenteil erhöht. Außerdem wird somit auch die Langlebigkeit der Kugeln sowie der Kugelbahnen in einem Gelenkinnenteil des Gelenks erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt eine Käfigbahn in dem Gelenkaußenteil mit dem konkaven Bereich geformt wird. Hierdurch können auf vorteilhafte Weise zusätzliche Fetttaschen in der Käfigbahn vorgesehen werden. Durch das Bereitstellen von zusätzlichem Fett bzw.

Schmierstoff in den Fetttaschen in der Käfigbahn kann somit die Schmierung zwischen Käfig und Gelenkaußenteil verbessert bzw. die Reibung zwischen Käfig und Gelenkaußenteil reduziert werden. Außerdem kann auf vorteilhafte Weise der Härteprozess der nicht konkaven Bereiche der Käfigbahn optimiert werden, da lediglich die gegenüber den konkaven Bereichen erhabenen Bereiche gehärtet werden müssen, um eine optimale Gelenkfunktion zu gewährleisten. Hierdurch wird die Langlebigkeit insbesondere der

Käfigbahn bzw. der Käfigbahnen in dem Gelenkaußenteil sowie des Käfigs selbst erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt die Bahn mithilfe eines Walzbalkens geformt wird. Durch die Verwendung eines Walzbalkens oder mehrerer Walzbalken können auf einfache und kostengünstige Weise komplexe Oberflächenstrukturen und Flächen in dem Gelenkaußenteil hergestellt werden. Somit können auf einfache Weise konkave Bereiche oder auch anders ausgebildete Schmierstoffreservoire in der Bahn geformt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt eine Strukturkante zwischen der Kugelbahn und der Käfigbahn geformt wird. Hierdurch wird auf einfache und kostengünstige Weise eine

Abgrenzung zwischen der Kugelbahn bzw. den Kugelbahnen und der Käfigbahn geformt. Des Weiteren wird somit eine einfache Führung der Kugel bzw. Kugeln sowie des Käfigs bereitgestellt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gelenkaußenteil mit einer Bahn, insbesondere hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei die mindestens eine Bahn einen konkaven Bereich umfasst. Hierdurch wird ein einfaches, kostengünstiges und mechanisch robustes Gelenkaußenteil bereitgestellt. Des Weiteren werden mithilfe des konkaven Bereichs eine zusätzliche Fetttasche bzw. zusätzliche Fetttaschen in dem

Gelenkaußenteil bereitgestellt. Diese zusätzlichen Fetttaschen können als zusätzliches Schmierstoffreservoir des Gelenks dienen und somit die Schmierung des Gelenkaußenteils gegenüber weiteren Gelenkkomponenten verbessern. Durch eine verbesserte Schmierung des Gelenkaußenteils gegenüber weiteren Gelenkkomponenten wird die Langlebigkeit sowohl des Gelenkaußenteils als auch des gesamten Gelenks verbessert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Bahn eine Kugelbahn ist. Hierdurch sind auf vorteilhafte Weise eine zusätzliche Fetttasche bzw. zusätzliche Fetttaschen in der Kugelbahn vorgesehen. Durch das

Bereitstellen von zusätzlichem Fett bzw. Schmierstoff in den Fetttaschen in der Kugelbahn kann somit die Schmierung zwischen Kugeln und Gelenkaußenteil verbessert bzw. die Reibung zwischen Kugeln und Gelenkaußenteil reduziert werden. Ferner kann auf vorteilhafte Weise der Härteprozess der nicht konkaven Bereiche, also beispielsweise der lasttragenden Bereiche, der Kugelbahn optimiert werden, da lediglich die gegenüber den konkaven Bereichen erhabenen Bereiche gehärtet werden müssen, um eine optimale Gelenkfunktion zu gewährleisten. Hierdurch wird die Langlebigkeit insbesondere der

Kugelbahn bzw. der Kugelbahnen in dem Gelenkaußenteil erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Bahn eine Käfigbahn ist. Es werden hierdurch auf vorteilhafte Weise zusätzliche Fetttaschen in der Käfigbahn bereitgestellt. Durch das Bereitstellen von zusätzlichem Fett bzw. Schmierstoff in den Fetttaschen in der Käfigbahn kann somit die Schmierung zwischen Käfig und Gelenkaußenteil verbessert bzw. die Reibung zwischen Käfig und Gelenkaußenteil reduziert werden. Außerdem kann auf vorteilhafte Weise der Härteprozess der nicht konkaven Bereiche der Käfigbahn optimiert werden, da lediglich die gegenüber den konkaven Bereichen erhabenen Bereiche gehärtet werden müssen, um eine optimale Gelenkfunktion zu gewährleisten. Hierdurch wird die Langlebigkeit insbesondere der

Käfigbahn bzw. der Käfigbahnen in dem Gelenkaußenteil erhöht. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Werkzeug zum Herstellen eines Gelenkaußenteils mittels Drückwalzen, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen

Verfahren, wobei das Werkzeug einen Konturdorn zur gegenüber dem Konturdorn verdrehsicheren Aufnahme eines Rohlings umfasst, wobei das Werkzeug einen Antrieb zum Antreiben des Konturdorns derart umfasst, dass der Rohling und der Konturdorn im

Wesentlichen um eine gemeinsame Achse drehbar sind, wobei das Werkzeug zur Bildung mindestens einer Bahn im Gelenkaußenteil mit einem konkaven Bereich eine auf den Rohling wirkenden Drückwalze umfasst. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein Werkzeug zum Herstellen eines Gelenkaußenteils, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen

Verfahren, mit den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des

erfindungsgemäßen Gelenkaußenteils zur Verfügung gestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeug zur Bildung der mindestens einen Bahn einen Walzbalken umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Werkzeug eine Mehrzahl unterschiedlich

ausgebildeter Walzbalken umfasst. Durch die Verwendung eines Walzbalkens oder mehrerer Walzbalken können auf einfache und kostengünstige Weise komplexe Oberflächenstrukturen und Flächen in dem Gelenkaußenteil hergestellt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einem beispielhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht gemäß einem weiteren

Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 zeigt eine schematische Perspektivansicht gemäß einem weiteren

Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 zeigt eine schematische Perspektivansicht gemäß einem weiteren

Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Figur 5 zeigt eine schematische Perspektivansicht und Schnittansichten einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Figur 3 und Figur 4.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In Figur 1 ist ein Flussdiagramm gemäß einem beispielhaften Verfahren zum Herstellen von in Figur 2, Figur 3, Figur 4 und Figur 5 dargestellten Gelenkaußenteilen 1 mittels

Drückwalzen dargestellt. Bei dem hier dargestellten Verfahren wird in einem ersten

Verfahrensschritt 101 ein Rohling auf einem Konturdorn verdrehsicher gegenüber dem Konturdorn angeordnet. Der Konturdorn umfasst beispielsweise mehrere Konturdornteile, sodass auch Hinterschnitte in dem Gelenkaußenteil 1 realisierbar sind. Insbesondere ist der Konturdorn derart geformt, dass die Außenfläche des Konturdorns im Wesentlichen der Innenkontur des Gelenkaußenteils 1 entspricht. In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird der Konturdorn derart angetrieben, dass sich der Rohling und der Konturdorn um eine gemeinsame Achse drehen. In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird zur Bildung des Gelenkaußenteils 1 der Rohling mithilfe einer im Wesentlichen senkrecht zu der

gemeinsamen Achse auf den Rohling wirkenden Drückwalze zumindest teilweise umgeformt. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass die Drückwalze im Wesentlichen parallel zu der gemeinsamen Achse auf den Rohling wirkt. Denkbar ist auch, dass der Rohling und der Konturdorn lediglich um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert sind und der Antrieb mithilfe der Drückwalze bzw. der Drückwalzen erfolgt. Insbesondere wird im dritten

Verfahrensschritt 103 mindestens eine Bahn 3 in dem Gelenkaußenteil 1 mit einem konkaven Bereich 5 geformt. Beispielsweise wird im dritten Verfahrensschritt 103

mindestens eine in Figur 3, Figur 4 und Figur 5 dargestellte Kugelbahn 9 in dem

Gelenkaußenteil 1 mit dem konkaven Bereich 5' geformt. Beispielsweise wird zusätzlich oder alternativ im dritten Verfahrensschritt 103 eine in Figur 3, Figur 4 und Figur 5 dargestellte Käfigbahn 1 1 in dem Gelenkaußenteil 1 mit dem konkaven Bereich 5" geformt.

Beispielsweise wird im dritten Verfahrensschritt 103 die Bahn 3 mithilfe eines in Figur 5 dargestellten Walzbalkens 13 geformt. Des Weiteren wird beispielsweise im dritten

Verfahrensschritt 103 eine in Figur 3, Figur 4 und Figur 5 dargestellte Strukturkante 15 zwischen der Kugelbahn 9 und der Käfigbahn 1 1 geformt. In Figur 2 ist ein Gelenk mit einem Gelenkaußenteil 1 und mit einem Gelenkinnenteil 2 dargestellt. Ein solches Gelenk wird auch Gleichlaufgelenk genannt und überträgt die Winkelgeschwindigkeit und das Drehmoment gleichmäßig von einer Welle des

Gelenkaußenteils 1 auf eine Welle des Gelenkinnenteils 2 bzw. von der Welle des

Gelenkinnenteils 2 auf die Welle des Gelenkaußenteils 1 mithilfe von Kugeln 4. Diese Kugeln 4 bewegen sich beim Betrieb des Gleichlaufgelenks jeweils entlang mindestens einer Bahn 3 bzw. einer Kugelbahn 9 in dem Gelenkaußenteil 1 und entlang mindestens einer Bahn 3 bzw. Kugelbahn 9 in dem Gelenkinnenteil 2. Durch die relative Bewegung des

Gelenkaußenteils 1 gegenüber dem Gelenkinnenteil 2 kommt es zwischen den Kugeln 4 und dem Gelenkaußenteil 1 sowie zwischen den Kugeln 4 und dem Gelenkinnenteil 2 zu einer Überlagerung von Gleitreibung und Rollreibung. Diese Überlagerung wird auch Wälzreibung genannt. Zur Minimierung dieser Wälzreibung ist eine gute Schmierung von

Gleichlaufgelenken notwendig. Mit einer optimierten Schmierung wird die Lebensdauer von Gelenken signifikant erhöht. In Figur 2 ist schematisch ein Käfig 6 dargestellt, welcher zusätzlich die relativen Abstände der Kugeln 4 zueinander vorgibt. Für eine bessere Sicht in die Funktionsweise des Gleichlaufgelenks ist in Figur 2 keine Käfigbahn 1 1 dargestellt.

Das in Figur 3 und Figur 4 teilweise dargestellte Gelenkaußenteil 1 eines Gleichlaufgelenks ist bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, wobei auch andere

Herstellungsverfahren zur Herstellung des Gelenkaußenteils 1 vorgesehen sind. Das in

Figur 3 und Figur 4 dargestellte Gelenkaußenteil 1 umfasst eine Käfigbahn 1 1 , die durch sechs Kugelbahnen 9 mit jeweils einem konkaven Bereich 5. Hierbei umfasst jede der sechs Kugelbahnen 9 einen konkaven Bereich 5' und die Käfigbahn 1 1 einen konkaven Bereich 5". In Figur 3 sind die konkaven Bereiche 5' bzw. 5" der Kugelbahnen bzw. der Käfigbahn schraffiert dargestellt. In Figur 4 sind dagegen die gegenüber den konkaven Bereichen erhabenen Bereiche bzw. die nicht konkaven Bereiche der Kugelbahnen bzw. der Käfigbahn schraffiert dargestellt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die nicht konkaven Bereiche der Kugelbahnen 9 die lasttragenden Bereiche bzw. die die Kugeln 4 führenden und die Winkelgeschwindigkeit und das Drehmoment gleichmäßig übertragenden Bereiche. Durch das Bereitstellen von Fett in den konkaven Bereichen 5' wird die Schmierung zwischen den Kugeln 4 und den nicht konkaven Bereichen der Kugelbahnen verbessert. Ferner sind zusätzliche Schmierstoffreservoire in den konkaven Bereichen 5" der Käfigbahn vorgesehen. Diese Schmierstoffreservoire stellen zusätzlichen Schmierstoff für die

Schmierung des Gleichlaufgelenks bereit. Direkt an die lasttragenden Bereiche der

Kugelbahnen 9 grenzen jeweils nicht konkave Bereiche der Käfigbahn 1 1 . Hierbei bilden jeweils benachbarte lasttragende Bereiche der Kugelbahnen 9 mit den nicht konkaven Bereichen der Käfigbahn 1 1 eine Strukturkante 15. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst somit zwölf Strukturkanten 15.

Vorteilhaft ist auch vorgesehen, dass die Kugelbahnen 9 in dem in Figur 2 dargestellten Gelenkinnenteil 2 und alternativ oder zusätzlich die zwischen den Kugelbahnen 9 liegenden Bereiche des Gelenkinnenteils 2 jeweils einen oder mehrerer konkave Bereiche 5 umfassen. Hierdurch können auch am Gelenkinnenteil 2 Schmierstoffreservoire vorgesehen werden und somit die Langlebigkeit von Gleichlaufgelenken erhöht werden. Das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Figur 3 und Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel. In Figur 5 ist zusätzlich ein Walzbalken 13 eines beispielhaften Werkzeugs zum Herstellen des erfindungsgemäßen Gelenkaußenteils 1 dargestellt. Des Weiteren sind in Figur 5 Schnittdarstellungen des Gelenkaußenteils 1 entlang unterschiedlicher Ebenen senkrecht zu der Drehachse des Gelenkaußenteils dargestellt. Neben dem Konturdorn, bzw. mehrere Konturdornteile umfassenden Konturdorn, umfasst das Werkzeug beispielsweise einen Antrieb zum Antreiben des Konturdorns derart, dass der Rohling und der Konturdorn im Wesentlichen um eine gemeinsame Achse drehbar sind. Des Weiteren umfasst das Werkzeug beispielsweise zur Bildung der mindestens einen Bahn 3 im Gelenkaußenteil 1 mit einem konkaven Bereich 5 die auf den Rohling im

Wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Achse wirkende Drückwalze.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Gelenkaußenteil

2 Gelenkinnenteil

3 Bahn

4 Kugel

5, 5', 5" konkaver Bereich

6 Käfig

9 Kugelbahn

1 1 Käfigbahn

13 Walzbalken

15 Strukturkante

101 Erster Verfahrensschritt

102 Zweiter Verfahrensschritt

103 Dritter Verfahrensschritt