DE19726909C1

DE19726909C1 - Gleichlaufdrehgelenk

Info

Publication number: DE19726909C1
Application number: DE19726909A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hildebrandt; Peter Dipl Ing Juenemann; Herbert Konegen; Frank Tenhumberg
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2017-06-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk mit einem Ge lenkaußenteil mit einer ersten Längsachse, das einen Hohlraum aufweist, in dessen Innenfläche Außenlaufrillen um die erste Längsachse verteilt angeordnet sind, mit einem Gelenkinnenteil, mit einer zweiten Längsachse, in dessen Außenfläche Innenlauf rillen um die zweite Längsachse verteilt angeordnet sind, so daß die Außen- und Innenlaufrillen sich paarweise gegenüberliegen, mit Kugeln aus Stahl zur Drehmomentübertragung, welche jeweils in zwei gegenüberliegenden Außen- und Innenlaufrillen aufgenom men sind, mit einem Käfig, der zwischen der Innenfläche des Ge lenkaußenteils und der Außenfläche des Gelenkinnenteils angeord net ist und Fenster aufweist, die jeweils eine Kugel führen.

Gleichlaufgelenke der verschiedensten Bauarten gehören zum Stand der Technik. Beispielsweise sind solche Gelenke im Konstruk tionsbuch, Band 36, herausgegeben von Prof. Dr. Ing. G. Pahl, "Gelenke und Gelenkwellen", von F. Schmelz, H.-CH. Graf von Seherr-Thoss und E. Aucktor, Springer Verlag 1988, Seiten 128, 129 und an anderen Stellen des gleichen Buches beschrieben. Der Grundaufbau aller Gelenke umfaßt ein Gelenkaußenteil, ein Gelen kinnenteil, Kugeln und einen Käfig. Die Gelenkbauteile sind aus Stahl hergestellt, vorzugsweise Stählen, die induktiv oder im Einsatz härtbar sind. Es besteht das Bestreben, die Gelenke mög lichst spielfrei zu verbauen, wobei das Spiel durch leichtes Hin- und Herbeugen des Gelenks geprüft wird. Die Kugeln bestehen aus Kugellagerstahl nach DIN 5401, Qualitätsklasse II/III, und zwar vorzugsweise aus einem Stahl der Qualität 100 Cr6 oder 100 CrMn6. Die einzuhaltende Härte beträgt dabei 63 ± 3 HRc. Auf grund steigender Leistungsanforderungen an die Drehmomentüber tragung und die Abwinkelbarkeit von Gelenkaußenteil und Gelenk innenteil zueinander und zunehmender Kapselung der Fahrzeuge sind die Gelenkbauteile steigenden Arbeitstemperaturen von zum Teil weit über 100°C ausgesetzt. Entsprechende Prüfstandsle bensdauerversuche haben dabei ergeben, daß niedrige Lebensdauer werte erreicht wurden, dieses einhergehend mit Frühausfällen bei unerwartet niedrigen Laufzeiten. Ferner wurde festgestellt, daß gleichzeitig eine Schwergängigkeit der Gelenke infolge Spielver ringerung, einhergehend mit während des Versuches fortlaufendem Anstieg der Gelenktemperaturen zu den kurzen Laufzeiten führten.

Als Ursache wurde an den Kugeln gegenüber dem Anlieferungszu stand trotz leichtem abrasivem Verschleiß an den Kugeloberflä chen eine deutliche Durchmesservergrößerung festgestellt.

Es wurde ferner festgestellt, daß hierfür die Umwandlung von vorhandenem Restaustenit in Martensit, und zwar hauptsächlich im Temperaturbereich zwischen 100° und 200°C verantwortlich ist.

Es wurden im Zusammenhang mit Wälzlagern verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung der Maßstabilität, d. h. zur Reduzierung des Rest austenitgehaltes bei den Kugellagerherstellern getroffen, näm lich:

Stabilisierung, d. h. Anlaßbehandlung bei Temperaturen von 50°C über der maximalen Betriebstemperatur, wobei hier gleichzeitig ein Härteabfall durch Anlassen in Kauf genommen werden muß;

Anstreben eines bainitischen Gefüges anstelle martensitischer Härtung, wobei von Nachteil ist, daß eine nicht ausreichende Ausbildungshärte eintritt;

Tiefkühlbehandlungen, d. h. Kühlung unter 0°C zwischen Ab schreck- und Anlaßvorgang, mit dem Nachteil, daß schlechtere mechanische Eigenschaften, wie herabgesetzte Zähigkeit, Ermü dungsfestigkeit, die Folge sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gelenklebensdauer, insbesondere für Anwendungsfälle mit hohem Temperaturniveau, insbesondere im Betriebstemperaturbereich von 100°-200°C zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ku geln aus einem unlegierten Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoff gehalt kleiner/gleich 0,7 Gewichtsprozenten bestehen und gehär tet sind.

Von Vorteil bei dieser Lösung ist, daß gegenüber der Härtung hochlegierter Kugellagerstähle keine oder nur eine vernachläs sigbar geringe Restaustenitbildung eintritt.

Mit den üblichen Härteverfahren, nämlich Induktiv- oder Ofenhär tung, ist die gleiche Härte erzielbar, wie sie für die Außen- und Innenlaufrillen des Gelenkaußen- bzw. Gelenkinnenteiles er reicht werden. Dies ist für die Anwendung in Gleichlaufdrehge lenken ausreichend, obwohl üblicherweise für Wälzlagerungen für die Kugeln höhere Härtewerte als für die Laufbahnen angestrebt werden.

Aufgrund des fehlenden oder geringeren Gehalts an Restaustenit weisen die Kugeln eine deutlich bessere Maßstabilität als Kugeln aus Kugellagerstahl auf, so daß das Gelenkverbauungsspiel im Zu stand des Zusammenbaus auch über eine lange Lebensdauer und selbst unter hohen Temperaturbelastungen bestehen bleibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß unlegierter Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner/gleich 0,7 Gewichtsprozent preiswert ist. Solche Stähle sind im übrigen auch mit kostengün stigeren Verfahren wärmebehandelbar, beispielsweise durch Induk tivhärtung.

Eine besonders günstige Werkstoffwahl ist gegeben, wenn die Ku geln aus einem Stahl der Qualität Cf53 und davon abgeleitete Werkstoffe bestehen, da diese Werkstoffe bevorzugt auch für die Gelenkteile gewählt werden. Die Verwendung gleicher Werkstoffe für alle Gelenkbauteile begünstigt die Recycle-Fähigkeit bzw. Kosten, da keine Demontage und Sortierung erforderlich ist, um sortenreine Rohstoffe zu erhalten.

Bei der Härtebehandlung wird vorzugweise eine Oberflächenhärte von 58 bis 65 HRc angestrebt.

Ein Gleichlaufdrehgelenk, bei dem Kugeln nach der Erfindung Einsatz finden können, ist in der Zeichnung schematisch dar gestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines sogenannten VL-Gelenkes und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Gleichlaufdrehge lenk mit einer Schnittführung nach der Schnitt linie II-II von Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Gleichlaufdrehgelenk dargestellt, das ein Gelenkaußenteil 1 umfaßt, das eine erste Längsachse 2 besitzt. Das Gelenkaußenteil 1 ist hohl ausgebildet. Es besitzt einen auf der ersten Längsachse 2 zentrierten Hohlraum 3, in dessen Innenfläche 4 Außenlaufrillen 5 umfangsverteilt angeord net sind. Es sind zwei unterschiedliche Ausrichtungen der Außen laufrillen 5 gegeben, und zwar dergestalt, daß sie entlang der ersten Längsachse 2 in der Abwicklung ein V bilden.

Ferner ist das Gelenkaußenteil 1 mit einem Anschlußelement 6 versehen, daß in der Fig. 2 nur teilweise dargestellt ist und beispielsweise zum Anschluß des Gelenkaußenteiles 1 an ein treibendes oder getriebenes Bauteil dient, z. B. kann es zum Anschluß an einen Getriebeausgang eines Kraftfahrzeugdifferen tiales dienen.

Im Hohlraum 3 des Gelenkaußenteils 1 ist ein Gelenkinnenteil 7 aufgenommen. Dieses besitzt eine zweite Längsachse 8. In den Darstellungen gemäß der Fig. 1 und 2 sind die beiden Gelenk teile 1, 7 jedoch so ausgerichtet dargestellt, daß die erste Längsachse 2 und die zweite Längsachse 8 zusammenfallen. Das Gelenkinnenteil 7 besitzt eine Außenfläche 9, der Innenlaufril len 10 zugeordnet sind. Jeweils eine Innenlaufrille 10 und eine Außenlaufrille 5 liegen sich gegenüber. Dies bedeutet, daß die Innenlaufrillen 10 entsprechend der Verteilung der Außenlaufril len 5 um die zweite Längsachse 8 verteilt angeordnet sind, sich beide jedoch kreuzen. Ferner weist das Gelenkinnenteil 7 eine Anschlußbohrung 11 auf, die zum Anschluß einer Zwischenwelle dient, die beispielsweise zur Verbindung mit dem Gelenkinnenteil eines weiteren Gleichlaufdrehgelenkes bestimmt ist.

Zwischen der Innenfläche 4 des Gelenkaußenteils 1 und der Außen fläche 9 des Gelenkinnenteils 7 ist ein Käfig 12 angeordnet des sen Käfiginnenfläche 13 mit Abstand zur Außenfläche 9 des Ge lenkinnenteils 7 angeordnet ist.

Der Käfig 12 ist mit seiner Käfigaußenfläche 14 an der Innenflä che 4 des Gelenkaußenteils 1 geführt und weist auf seinem Umfang entsprechend der Verteilung der Außenlaufrillen 5 und Innenlauf rillen 10 Fenster 15 auf, die einen zwischen der Käfiginnenflä che 13 und Käfigaußenfläche 14 offenen Durchbruch darstellen. In diesen Fenstern 15 sind Kugeln 16 geführt, die über die Käfigin nenfläche 13 nach innen und über die Käfigaußenfläche 14 nach außen vorstehen und mit den überstehenden Bereichen in Eingriff zu der zugehörigen Außenlaufrille 5 bzw. Innenlaufrille 10 sind. Die Kugeln 16 dienen zur Drehmomentübertragung zwischen Gelenk außenteil 1 und Gelenkinnenteil 7 und gewährleisten darüber hin aus, daß die beiden Gelenkteile zueinander abgewinkelt werden können, so daß ihre Längsachsen 2, 8 voneinander abweichen. Die Kugeln 16 sind aus einem unlegierten Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner/gleich 0,7 Gewichtsprozenten herge stellt. Sie können eine Oberfläche aufweisen, die der der aus Kugellagerstahl hergestellten üblichen Kugeln entsprechen oder aber auch geschliffen sein, d. h. es wird auf das übliche Läppen und Polieren verzichtet. Darüber hinaus weisen die Kugeln eine Härte von 58 bis 65 HRc auf. Ein bevorzugter Werkstoff, der bei diesen Qualitätsmerkmalen genügt, ist ein Stahl mit der Qualität Cf53 gemäß DIN 17212 oder SAE 1050.

Bezugszeichenliste

1

Gelenkaußenteil

2

erste Längsachse

3

Hohlraum

4

Innenfläche

5

Außenlaufrillen

6

Anschlußelement

7

Gelenkinnenteil

8

zweite Längsachse

9

Außenfläche

10

Innenlaufrillen

11

Anschlußbohrung

12

Käfig

13

Käfiginnenfläche

14

Käfigaußenfläche

15

Fenster

16

Kugel

Claims

1. Gleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil (1) mit einer ersten Längsachse (2), das einen Hohlraum (3) auf weist, in dessen Innenfläche (4) Außenlaufrillen (5) um die erste Längsachse (2) verteilt angeordnet sind, mit einem Gelenkinnenteil (7), mit einer zweiten Längsachse (8), in dessen Außenfläche (9) Innenlaufrillen (10) um die zweite Längsachse (8) verteilt angeordnet sind, so daß die Außen- und Innenlaufrillen (5, 10) sich paarweise gegenüberliegen, mit Kugeln (16) aus Stahl zur Drehmomentübertragung, wel che jeweils in zwei gegenüberliegenden Außen- und Innen laufrillen (5, 10) aufgenommen sind, mit einem Käfig (12), der zwischen der Innenfläche (4) des Gelenkaußenteils (1) und der Außenfläche (9) des Gelenkinnenteils (7) angeordnet ist und Fenster (15) aufweist, die jeweils eine Kugel (16) führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (16) aus einem unlegierten Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner/gleich 0,7 Gewichts prozenten bestehen und gehärtet sind.

2. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (16) eine Oberflächenhärte von 58 bis 65 HRc aufweisen.