Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkwel lenbauteils, ein Verfahren zur Herstellung einer Gelenkwelle und ein Gelenkwel lenbauteil hergestellt mit einem solchen Verfahren.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Gleichlaufgelenke grundsätzlich bekannt. Gleichlaufgelenke werden insbesondere im Maschinenbau zur Verbin dung zweier Antriebswellen eingesetzt. Eine besondere Form von Gleichlaufgelen ken bilden die Gleichlaufverschiebegelenke mit zur Funktionsrichtung gerade oder schräg verlaufenden Laufbahnen; sogenannten Tripoden oder Cross-Grooves. Bei sogenannten Verschiebegelenken ermöglicht es das Gleichlaufgelenk, die über diese verbundene Antriebswelle in ihrer Länge zu ändern. Hierzu weist das Gleichlaufgelenk ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil auf, welches an einem der zu verbindenden Wellenenden angeordnet ist und eine zu dem anderen Wellenende hin offene Tasche aufweist. In dieser Tasche wiederum ist ein Gleichlaufgelenkin- nenbauteil des Gleichlaufgelenks längsverschieblich angeordnet, welches wiede rum mit dem anderen zu verbindenden Wellenende verbunden ist. Durch die längsverschieblich miteinander verbundenen Gleichlaufgelenkbauteile kann somit eine Änderung der Länge der Antriebswelle bereitgestellt werden. Um die Gleich laufgelenkbauteile relativ zueinander zu führen, weisen diese Bauteile sich im We sentlichen in Funktionsrichtung erstreckende Laufbahnen auf, in denen Wälzkör per geführt aufgenommen sind. Bei einer relativen längsverschieblichen Bewe- gung der Gleichlaufgelenkbauteile zueinander rollen folglich die Wälzkörper in die sen Laufbahnen ab, während gleichzeitig eine Drehmomentübertragung ermög licht wird. Die Wälzkörper in dem Gleichlaufgelenk sind in der Regel in einem Kä fig gehalten.

Zur Herstellung von Laufbahnen und insbesondere der Laufbahnen des Gleich laufgelenkaußenbauteils wird letzteres zunächst umformtechnisch bereitgestellt, während in einem abschließenden Fertigungsschritt die Laufbahnen mittels spa nender Fertigungsverfahren oder Kaltkalibrieren endbearbeitet werden, um bei spielsweise eine elliptische bzw. pagodische Form zu erzielen. Insbesondere sind hier Fräsen und Schleifen und dergleichen zu nennen.

Ein solches Verfahren, bei dem eine spanende oder prägende Nachbearbeitung an dem geformten Gleichlaufgelenkaußenbauteil, insbesondere von Vorsprüngen an der Innenseite der Gleichlaufgelenkaußenbauteils, erfolgt, wird beispielsweise in der DE 102016216833 A1 beschrieben. Aus der Veröffentlichung „Simulation in der Massivumformung. Industrieverband Massivumformung e. V.“ aus dem April 2013 ist es bekannt, dass Gelenkbauteile nach der Wärmebehandlung nicht mehr bearbeitet werden müssen.

Hiervon ausgehend macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe ein Ver fahren zur Herstellung eines Gelenkwellenbauteils bzw. einer Gelenkwelle bereit zustellen, das gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessert ist, insbesondere weniger aufwendig in Bezug auf die Fertigung des Gelenkwellenbauteils ist, ohne die hohen Anforderungen an Fertigungstoleranzen und an eine Prozesssicherheit für das Bilden der Gelenkwelle zu gefährden.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines Gelenkwellenbauteils gemäß Anspruch 1 und mit einem Verfahren zur Her stellung einer Gelenkwelle gemäß Anspruch 14 und ein Gelenkwellenbauteil, her gestellt mit einem solchen Verfahren gemäß Anspruch 15. Weitere Ausführungs formen sind den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Her stellung eines Gelenkwellenbauteils, das über eine Funktionsfläche an ein weite res Gelenkwellenbauteil zur Ausbildung eines Wellengelenks, insbesondere eines Gleichlaufgelenks, mittelbar oder unmittelbar anbindbar ist, vorgesehen, umfas send:

- Bereitstellen eines Rohlings, vorzugsweise eines stangenförmigen Rohlings, und

- Umformen des Rohlings in das Gelenkwellenbauteils mittels Warmumformung und/oder Halbwarmumformung, wobei auf ein Kaltkalibrieren an einer Funktionsfläche, insbesondere an der ge samten Funktionsfläche, des umgeformten Gelenkwellenbauteils verzichtet wird.

Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung eines Gelenkwellenbauteils ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest an den Funktionsflächen auf ein Kaltkalibrieren verzichtet wird. Es hat sich überra schenderweise herausgestellt, dass es möglich ist, im Rahmen der Warmumfor mung und/oder Halbwarmumformung die Funktionsflächen eines Gelenkwellen bauteils, insbesondere dessen Geometrie, derart festzulegen, dass sie den geho benen Toleranzanforderungen an die Fertigung von Gelenkwellenbauteilen genü gen. Insbesondere hat es sich in überraschenderweise herausgestellt, dass es möglich ist, Funktionsflächen derart auszugestalten, dass sie bereits nach dem Halbwarmumformen und/oder Warmumformen die gewünschte Geometrie aufwei sen, die insbesondere eine optimale Drehmomentübertragung mit einer reduzier ten Reibung gewährleisten. Durch den Verzicht auf ein Kaltkalibrieren nach dem Umformschritt wird dabei in vorteilhafter Weise auf einen zusätzlichen Arbeits schritt im Verfahren zur Herstellung eines Gelenkwellenbauteils bzw. eines Wel lengelenks verzichtet, wodurch der Fertigungsprozess beschleunigt wird und der Kostenaufwand zur Fertigung des Gelenkwellenbauteils reduziert werden kann. Darüber hinaus lässt sich der Aufwand für die Produktionsplanung reduzieren. Es hat sich zudem mit Vorteil herausgestellt, dass eine Stirnseite, insbesondere eine Kopfstirnseite des Gelenkwellenbauteils gleichmäßig und in einem engen maßlichen Toleranzbereich (keine großen Höhenunterschiede, beherrschbare Längenkonstanz) realisiert werden kann. Dies macht eine zusätzliche Bearbeitung des Metallabtragens überflüssig.

Als Funktionsfläche wird insbesondere diejenige Fläche des Gelenkwellenbauteils verstanden, über die eine Kopplung an ein weiteres Gelenkwellenbauteils zur Aus bildung eines Wellengelenks erfolgt. Dabei kann das weitere Gelenkwellenbauteil mittelbar über Wälzkörper oder unmittelbar an der Funktionsfläche des Gelenkwel lenbauteils anliegen. Durch das Anbinden bzw. die Kopplung bilden das Gelenk wellenbauteil und das weitere Gelenkwellenbauteil ein Wellengelenk, insbeson dere ein Gleichlaufgelenk, wie zum Beispiel eine Tripode. Bevorzugt handelt es sich bei dem Gelenkwellenbauteil um das Gelenkwellenaußenbauteil, dessen Funktionsfläche eine Innengeometrie eines Mantelbereichs ist, die auch als „net- shape“ bekannt ist. Alternativ oder ergänzend ist es auch vorstellbar, dass es sich bei dem hergestellten Gelenkwellenbauteil um das Gelenkwelleninnenbauteil han delt, dessen Außengeometrie im Rahmen des Warmumformungs- oder Halb warmumformungsschritts final gefertigt wird.

Sofern in dieser Anmeldung von Umformschritten gesprochen wird betreffen dies einzelne Abschnitt des gesamten Umformprozesses, d. h. des Umformens.

Während der Stand des Technik das Umformen bzw. ein Umformprozess aus mehreren Umformschritten vorsieht, dessen letzter Umformschritt das Kaltkalibrie ren ist, ist es insbesondere vorgesehen, dass auf den nach dem Stand der Tech nik üblichen letzten Umformschritt, d. h. das Kaltkalibrieren, verzichtet wird. Das Kaltkalibrieren betrifft dabei den letzten Umformschritt im Umformprozess bzw. beim Umformen. Dieses Kaltkalibrieren ist somit Teil des Umformens und erfolgt bevorzugt ausschließlich durch ein prägendes und plastifizierendes Einwirken. Mit anderen Worten: es wird auf ein ausschließlich prägendes und plastifizierendes Einwirken verzichtet. Auch wenn das Kaltkalibrieren bei Raumtemperaturen oder niedrigeren Temperaturen (im Vergleich zum Warmumformen / Halbwarm umfor men) erfolgt, wird der Fachmann diesen Arbeitsschritt dem Umformen zuschrei ben. Mit anderen Worten: Das Umformen nach dem Stand der Technik umfasst mehrere Umformschritte, deren letzter Umformschritt das Kaltkalibrieren ist, mit dem die letzte durch prägende bzw. plastifizierende Einwirkung erfolgende Umfor mung der inneren und/oder äußeren Gestalt, insbesondere der Funktionsflächen, vorgenommen wird. Auf diesen Teil des Umformens wird verzichtet. Dabei kann sich an das Umformen eine Nacharbeitung anschließen. Beispielweise erfolgt im Anschluss an das Umformen eine spanende Bearbeitung und/oder ein Härten, um dem Gelenkwellenbauteil die fertige Form und Beschaffenheit zu verleihen.

Vorzugsweise wird beim Umformen auf das Kaltkalibrieren der Funktionsflächen verzichtet, d. h. es wird auf einen Teilabschnitt bzw. ein Teilarbeitsschritt beim Umformen verzichtet. Es hat sich in überraschender weise herausgestellt, dass auf das Kaltkalibrieren, d. h. den letzten prägenden Umformschritt, verzichtet wer den kann, ohne dass eine Beeinträchtigung für die Funktionsflächen des Gelenk wellenbauteils erfolgt. Dies ist insbesondere für Tripoden überraschend, da sie eine hohe Präzision in der Fertigung benötigen. Beispielsweise erfolgt im Stand der Technik ein Kaltkalibrieren in Form eines Abstreckens und/oder Maßprägen. Auf das Abstrecken und/oder Maßprägen wird vorliegend vorzugsweise verzichtet. Insbesondere ist das Gelenkwellenbauteil aus dem Werkstoff Cf 53, C 45, C 50, SAE J 403 1050 oder S 45 C J gefertigt.

Vorzugsweise wird nach dem Umformen ohne Kaltkalibrieren ein Nachbearbeiten durchgeführt, beispielsweise in Form eines Härtens und/oder einer spanenden Be arbeitung. Dadurch kann den Gelenkwellenbauteil die gewünschte Beschaffenheit verliehen werden. Vorzugsweise erfolgt das Härten induktiv.

Zum Verzichten auf ein Kaltkalibrieren beim Umformen, beispielsweise beim Warmumformen und/oder Halbwarmumformen, wird auf eine prägende oder plas tifizierende Einwirkung auf das Gelenkwellenbauteil bei einer Temperatur unter halb von 120°, bevorzugt unterhalb von 80° und besonders bevorzugt unterhalb von 50° verzichtet. Die Temperaturen werden dabei insbesondere zu Beginn des Umformenschritt gemessen.

Beispielsweise wird das Umformen in Sinne der Erfindung, d. h. ein Umformen ohne Kaltkalibrieren, innerhalb eines Zeitintervalls abgeschlossen, das kürzer als 25 Sekunden und bevorzugt kürzer als 20 Sekunden und besonders bevorzugt kürzer 10 Sekunden ist. Dies trifft insbesondere auf solche Verfahren zu, bei de nen ein Halbwarm- oder Warmumformung vorgesehen ist bzw. durchgeführt ist. Die Zeit des Umformens wird dabei festgelegt als das Zeitintervall zwischen der Übergabe an die Presse bzw. an das Umformwerkzeug und Erreichen der finalen Form bzw. Austrag aus des Umformwerkzeugs/der Presse. Bei der Warm- oder Halbwarmumformung werden dabei bevorzugt mehr als zwei Umformschritte, be vorzugt drei, vier oder fünf Umformschritte vollzogen. Das Kaltkalibrieren dauert in der Regel mindestens 6 Sekunden. Typischerweise dauert das Kaltkalibrieren zwi schen 8 Sekunden und 25 Sekunden. Im Stand der Technik sind sogar Zeiten bis zu 30 Sekunden für das Kaltkalibrieren üblich, so dass mit dem Weglassen des Kaltkalibrierens die Zeit für das Umformen signifikant, zum Teil bis zu mehr als 60 %, reduziert werden kann.

Unter einem Kaltkalibrieren bzw. Kalibrieren versteht der Fachmann insbesondere, dass ein prägendes Nachbearbeiten am umgeformten Gelenkwellenbauteil erfolgt. Insbesondere erfolgt auch keine spanende Nachbearbeitung, vorzugsweise bei der Herstellung der Tripode. Damit wird mit Kaltkalibrieren insbesondere jegliche mechanische Behandlung, die zu einer Verformung und Formänderung am Ge lenkwellenbauteil führt, verstanden, die bei einer Raumtemperatur oder in einem Temperaturintervall um +/- 25° C um Raumtemperatur erfolgt. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten und etablierten Vorgehen, nämlich nach einem Umformschritt zunächst durch Kaltkalibrieren die finale Geometrie der Innenseite bzw. der Innengeometrie oder der Außenseite bzw. der Außengeomet rie festzulegen, ist es somit bevorzugt vorgesehen, von diesem Vorgehen abzu kehren und auf einen entsprechenden Kaltkalibrierungsschritt zu verzichten. Ins besondere wird auf ein Kaltkalibrieren verzichtet zur Erzeugung einer elliptische bzw. pagodische Form der Laufbahnen und/oder einer Gestalt in Form eines Dop pelkegels („Sanduhrform“). Vorzugsweise wird die elliptische bzw. pagodische Form der Laufbahnen bzw. eine Gestalt in Form eines Doppelkegels bereits im Halbwarmprozess hergestellt. Vorzugsweise wird auf ein Kaltkalibrieren der Lauf bahnen verzichtet.

Dabei kann es sich bei dem Gleichlaufgelenk vorzugsweise um ein Verschiebege lenk und/oder ein Festgelenk handeln. Dabei ist es beispielseise vorstellbar, dass das Wellengelenk bzw. insbesondere das Gleichlaufgelenk, Teil einer Triebwelle ist und/oder in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Beispiels weise handelt es sich um ein Gelenkwellenbauteil mit einer Innengeometrie ge mäß einer Tripoden- und/oder Polygonenform. Denkbar sind auch mindestens drei bis zehn Laufbahnen, die eine erhöhte Anforderung hinsichtlich einer Oberflächen güte und Maßhaltigkeit erfordern. Hier hat es sich herausgestellt, dass bereits mit dem Warm- und/oder Halbwarmumformen die gewünschte Oberflächengüte und Maßhaltigkeit auch für solche Gelenkwellenbauteile realisierbar ist, die mit ent sprechenden Laufbahnen versehen sind und als Tripode ausgestaltet sind. Solche Gelenkwellenbauteile haben besonders hohe maßliche Toleranzvorgaben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Rohling in das Gelenkwellenbauteil bei einer Temperatur zwischen 50 °C und 1250 °C, be vorzugt zwischen 300 °C und 1250 °C und besonders bevorzugt zwischen 700°C und 1250 °C umgeformt wird. Beispielsweise wird eine Temperatur des Rohlings gezielt, insbesondere abschnittsselektiv bzw. abschnittsweise, mittels einer induk tiven Erwärmvorrichtung eingestellt, insbesondere indem umzuformende Teilab schnitte des Rohlings entsprechend erwärmt werden.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass auf ein Kaltkalibrieren, insbeson dere auf einen spanenden oder prägenden Nachbearbeitungsschritt, am gesam ten Gelenkwellenbauteil verzichtet wird. Es wird in entsprechender Weise sowohl darauf verzichtet, die Innengeometrie als auch die Außengeometrie des Gelenk wellenbauteils in einem nachfolgenden Kaltkalibrieren noch zu modifizieren. Somit entfällt jeglicher Nachbehandlungsschritt nach dem Erwärmen und/oder Umfor men. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass unmittelbar nach einem Abkühlen des umgeformten Gelenkwellenbauteils eine Anbindung an das weiteres Gelenkwel lenbauteil erfolgt. Insbesondere ist dabei „unmittelbar nach dem Umform prozess“ so zu verstehen, dass keine weitere Umformung und/oder Gestaltungsmaßnahme am Gelenkwellenbauteil, die Einfluss nimmt auf die Geometrie oder Form des Ge lenkwellenbauteils oder auf eine Verfestigung der Werkstückoberfläche, vollzogen wird bis das Gelenkwellenbauteil und das weitere Gelenkwellenbauteil zur Ausbil dung eines Gleichlaufgelenks bzw. eines Wellengelenks miteinander verbunden werden.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Rohling vor dem Umformen mindes tens abschnittsweise mit einem Betriebshilfsstoff zur Trenn- und/oder Gleitschicht zwischen dem Rohling und einem Werkzeug zur Umformung des Rohlings be schichtet wird. Dabei ist es vorstellbar, dass vor dem Umformen, d. h. einer dauer haft plastischen Verformung des Rohlings bzw. eines Abschnitts des Rohlings, eine Beschichtung des Rohlings bzw. eines Teilabschnitts des Rohlings erfolgt, die vorzugsweise abhängig vom Rohling und/oder dem zu fertigen Gelenkwellen bauteil sich hinsichtlich Konzentration, Menge und/oder Temperatur angepasst ist.

Das Aufbringen eines solchen Betriebshilfsstoffs kann hierbei sowohl außerhalb einer Prozesskette, d. h. eines oder mehrerer Umformschritte, erfolgen oder vor zugsweise innerhalb eines Umformschritts. Der Betriebshilfsstoff ist dabei vor zugsweise dazu vorgesehen, unkontrollierte und unerwünschte Diffusionsvor gänge zu unterbinden, die andernfalls zwischen dem Werkzeug zum Umformen und dem Rohling erfolgen könnten, was allerdings durch die Schaffung einer Trenn- und Gleitschicht zwischen dem Rohling und dem Werkzeug verhindert wer den kann.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Temperaturführung beim Erwärmen und/oder einem Abkühlen des Rohlings und/oder eines Abschnitts des Rohlings dabei derart ausgestaltet ist, dass eine unerwünschte Zunderbildung und/oder Oxidschichtbildung reduziert oder gar vermieden wird.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass während des Umformens eine kon trollierte Zuführung von Betriebshilfsstoffen erfolgt, die insbesondere einem Errei chen von notwendigen tribologischen Eigenschaften im Wirkspalt von Rohling und Werkzeug dient. Weiterhin kann mittels des Zuführens von Betriebshilfsstoffen während des Umformprozesses, insbesondere abhängig vom Zeitpunkt, Zeit dauer, Lage und Menge des Zuführens des Betriebshilfsstoffes bewirkt werden, dass eine Menge an möglicherweise auftretenden Rückständen am Rohling redu ziert werden kann.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Temperaturänderung zwischen Beginn des Umformens und Ende des Umformens in einem Temperaturintervall liegt, das kleiner als 500 °C, bevorzugt kleiner als 250 °C und besonders bevorzugt kleiner als 50 °C ist, vorzugsweise abhängig von einer geometrischen Ausprägung des Bauteils. Es hat sich herausgestellt, dass mit dem Einhalten des besagten Tempe raturintervalls gewährleistet werden kann, dass die gewünschten Toleranzen und Maßhaltigkeiten am gefertigten Gelenkwellenbauteil realisierbar sind. Dabei kann es sich um einen einzelnen Umformschritt, beispielsweise einen nicht unterbro chenen Pressendurchlauf, handeln oder um einen mehrstufigen bzw. mehrfachen Umformprozess mit mehreren Umformschritten, beispielsweise eine Umformse quenz mit mehreren Pressdurchläufen. Um zu gewährleisten, dass die Temperatur innerhalb des gewählten Temperaturintervalls bleibt, ist es mit Vorteil vorgesehen, dass der Umformprozess zeitnah erfolgt, d. h. keine weiteren oder zahlreichen Zwischenbehandlungen während der Umform schritte oder zwischen den einzel nen Umformschritten vollzogen werden. Insbesondere wird das Umformen derart gesteuert, dass ein im Rohling oder im umzuformendem Abschnitt des Rohlings vorgegebener Faserverlauf - festgelegt durch Mangansulfide- während des Um formprozesses so gesteuert wird, dass Funktionsflächen, insbesondere die Lauf- bahnen, frei von senkrecht bis hin zu waagrechten zu dieser Funktionsfläche aus tretenden schädigenden Faserverläufen, d. h. Mangansulfiden, sind. Dadurch lässt sich die Lebensdauer des Gelenkwellenbauteils verbessern.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass sich an das Umformen ein Abkühl prozess anschließt. Damit ist ein aktives Abkühlen vorgesehen, d. h. es wird aktiv Einfluss genommen auf das Abkühlen des Gelenkwellenbauteils. Statt das Ge lenkwellenbauteil einfach abkühlen zu lassen (d. h. ohne zusätzliche Maßnahmen) ist es beispielsweise durch das Schaffen einer entsprechenden Atmosphäre und einer entsprechenden Steuerung des Abkühlprozesses möglich, dass keine nach folgenden Wärmebehandlungsprozesse zum Erreichen von gewünschten Mate rial- sowie Bauteileigenschaften, wie Härte und Korngröße, notwendig sind. Vor stellbar ist, dass dennoch zusätzlich ein separater Wärmebehandlungsprozess durchgeführt wird. Zur Steuerung des Abkühlprozesses ist es bevorzugt vorgese hen, dass entsprechende Abkühlparameter so gewählt werden, dass eine Zunder bildung und/oder Oxidschichtbildung reduziert oder sogar verhindert wird. Bei spielsweise lässt sich der Abkühlprozess durch eine entsprechende Umlagerung und/oder Verlagerung der Bauteile, beispielsweise ein wiederholtes bzw. fre- quenz- oder sequenzgesteuertes Verdrehen und/oder Umorientieren der Gelenk wellenbauteile im Anschluss an den Umformprozess realisieren. Alternativ oder er gänzend ist es vorstellbar, dass ein Medium die gefertigten Gelenkwellenbauteile umströmt bzw. dazu verwendet wird abschnittsweise bzw. abschnittsselektiv Teile bzw. Abschnitte des Gelenkwellenbauteils derart zu beaufschlagen, dass sich un terschiedliche Abkühlzonen am Gelenkwellenbauteil einstellen. Dabei ist es insbe sondere vorgesehen, dass ein entsprechender Medienstrom, insbesondere Luft strom, derart angesteuert bzw. gesteuert wird, dass sich ein Stromvolumen zeitlich modelliert, insbesondere angepasst ist an die räumliche Gestalt des jeweiligen Ab schnitts bzw. des Gelenkwellenbauteils an sich. Weiterhin ist es vorstellbar, dass das umströmende Medium mittels Begrenzungseinrichtung dahingehend räumlich modelliert wird und/oder räumlich begrenzt wird, dass eine entsprechende räumli che Profilierung des Medienstroms eingestellt wird, die Einfluss nehmen kann auf die geforderten Bauteile und Materialeigenschaften, insbesondere der jeweiligen Abschnitte des Gelenkwellenbauteils.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass auf die Zufuhr von Sauer stoff verzichtet wird und/oder der Sauerstoffanteil des zugeführten Medienstroms reduziert wird, um eine entsprechende Verzunderung oder die Bildung einer Oxi dationsschicht zu reduzieren oder gar zu verhindern.

Eine weitere Maßnahme, um den Abkühlprozess zu kontrollieren, ist beispiels weise ein Einstellen der Geschwindigkeit mit der die gefertigten Gelenkwellenbau teile nach dem Umformprozess transportiert werden. Insbesondere durch das ent sprechende Einstellen der Geschwindigkeit an einem Transportmittel, das sich an schließt an ein Umformwerkzeug bzw. an das Werkzeug zum Umformen, ist es in vorteilhafter Weise möglich, Einfluss zu nehmen auf den Abkühlprozess und somit auf die Material- und Bauteileigenschaften des umgeformten Gelenkwellenbau teils.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Verlassen der Einrichtung zur Einstellung der Bauteil- und Materialeigenschaften mittels des die Gelenkwellenbauteile kon trolliert umströmende Mediums derart gestaltet ist, dass mechanische Vorkehrun gen vorgesehen sind, die geschwindigkeitsregelnd auf die Gelenkwellenbauteile wirken, umso etwaig unkontrollierte und unerwünschte auftretende Oberflächenun gänzen im Innen- und Außenbereich des Gelenkwellenbauteils zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Sollte sich entgegen der vorstehenden beschriebenen Maßnah men, deren Hauptaugenmerk auf einer Reduzierung der Zunderbildung ausgerich tet sind, dennoch nicht der gewünschten Erfolg einstellen ( z. B. aufgrund gefor derter Werkstoffe, bei denen die vorangegangenen beschriebenen Maßnahmen zur Zunderbildungsreduktion bzw. Vermeidung keine Wirkung entfalten), kann dies im Nachgang zum plastischen Verformungsprozess durch einen nachgeschalte ten, materialabtragenden Reinigungsprozess erreicht werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Gelenkwellenbauteil einen Kopfab schnitt umfasst, der einen Bodenbereich und einen sich im Wesentlichen axial er streckenden Mantelbereich aufweist, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum seitlich umgibt, wobei der Hohlraum an einem axialen Ende eine Öff nung aufweist, um das weitere Gelenkwellenbauteil axial verschiebbar aufzuneh men. Damit handelt es sich vorzugsweise um ein Gelenkwellenaußenbauteil, des sen Innengeometrie dazu ausgelegt ist, ein Verschiebegelenk zu realisieren. Da bei kann das Gelenkwellenbauteil ausschließlich aus einem Kopfabschnitt beste hen und/oder zuzüglich einen Schaftabschnitt aufweisen, der Teil der Welle ist und/oder eine Anschlussmöglichkeit an eine Welle gewährleistet. Alternativ ist es vorstellbar, dass der Bodenbereich als Kragen und/oder Flanschbereich zur Auf nahme eines Rohrstücks, das als Welle einer Gelenkwelle dient, ausgebildet ist. Denkbar sind auch entsprechende Rohrabschnitte oder Rohrstummel, die in ei nem Bodenbereich integriert sind, um eine Anbindung an eine etwaige Welle zu gewährleisten.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Mantelbereich auf seiner dem Hohl raum zugewandten Seite mindestens eine Laufbahn für Wälzkörper aufweist. Bei spielsweise handelt es sich um eine Laufbahn für eine Kugel, die in einem Käfig geführt ist, wobei der Käfig vorzugsweise durch Vorsprünge an der Innenseite des Mantelbereichs festgelegt wird. Durch entsprechende Einstellung der geometri schen Form der Laufbahn ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Reibung zwi schen Wälzkörper und Gelenkwellenbauteil zu reduzieren, womit eine reibungs arme Drehmomentübertragung mit der Gelenkwelle möglich ist. Beispielsweise sind die Laufbahnen als „cross-grooves“ ausgeformt. Bevorzugt handelt es sich um ein Fest- und/oder Verschiebegelenk. Vorstellbar ist beispielsweise ein Rzeppa-Gelenk. Besonders bevorzugt handelt es sich um eine Tripode. -

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel lung eines Wellengelenks, umfassend:

- Bereitstellen des erfindungsgemäßen Gelenkwellenbauteils und des weite ren Gelenkwellenbauteils und - Anbinden des weiteren Gelenkwellenbauteils an das Gelenkwellenbauteil zur Ausbildung des Wellengelenks.

Alle für das Verfahren zur Herstellung eines Gelenkwellenbauteils beschriebenen Eigenschaften und Vorteile lassen sich analog übertragen auf das Verfahren zur Herstellung eines Wellengelenks.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gelenkwellenbauteil, hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren. Alle für das Verfahren zur Herstellung des Gelenkwellenbauteils beschriebenen Vorteile und Eigenschaften lassen sich analog übertragen auf das Gelenkwellenbauteil und andersrum.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsform können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Verfah rens zur Herstellung eines Gelenkwellenbauteils gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegende Erfin dung.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Gelenkwellenbauteils ge mäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Gelenkwellenbauteils ge mäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegen den Erfindung; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Gelenkwellenbauteils ge mäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegen den Erfindung und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Gelenkwellenbauteils ge mäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.

In Figur 1 ist in Form eines Flussdiagramms ein Verfahren zur Fierstellung eines Gelenkwellenbauteils 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung dargestellt. Dabei wird zunächst ein stangenförmiger Rohling bereit gestellt, welcher in einem Fließpressvorgang über seine Längsachse L gesehen grob in Bereiche unterschiedlichen Querschnitts umgeformt wird, um einen Zwi schenrohling zu bilden. In einem weiteren Schritt wird der Zwischenrohling weiter ungeformt, um das Gelenkwellenbauteil 1 zu erhalten.

Das Gelenkwellenbauteil 1 weist einen Bodenbereich 7 und einen sich axial er streckenden Mantelbereich 5 auf, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum seitlich umgibt. Der Hohlraum weist an einem axialen Ende eine Öff nung auf, um beispielsweise über radial innen angeordnete Kugeln ein Gleichlauf- gelenkinnenbauteil (nicht dargestellt) wenigstens teilweise axial verschiebbar auf zunehmen. An dem der Öffnung gegenüberliegenden axialen Ende ist der Hohl raum durch den Bodenbereich 7 in dem hier dargestellten Beispiel verschlossen. Der Mantelbereich 5 erstreckt sich somit von einer Seite des Bodenbereichs 7 axial weg.

Der Mantelbereich 5 weist auf seiner den Hohlraum begrenzenden Innenseite we nigstens zwei sich zwischen der Öffnung und dem Bodenbereich 7 erstreckende Laufbahnen 11 auf, insbesondere Kugellaufbahnen, die zur Führung von zwischen dem Gleichlaufgelenkaußenbauteil und einem in dieses eingesetzten Gleichlauf- gelenkinnenbauteil radial angeordneten Wälzkörpern (nicht dargestellt), insbeson dere Kugeln, dienen. Die Laufbahnen 11 sind dabei vorzugsweise seitlich an nach innenstehenden Vorsprüngen 13 ausgebildet, wobei die die Laufbahnen 11 in Um- laufrichtung gesehen einen Freiraum zwischen zwei Vorsprüngen 13 begrenzen.

Um eine sichere Auflage der Wälzkörper auf den Laufbahnen 11 zu gewährleisten und eine Belastung der einzelnen Wälzkörper gleichzeitig möglichst gering zu hal ten, werden hohe Anforderungen an die geometrische Form der Laufbahnen 11 bzw. an eine gesamte Innengeometrie des Gelenkwellenbauteils 1, die so insbe sondere als Funktionsfläche für die Anbindung des Gelenkwellenbauteils 1 an ein weiteres Gelenkwellenbauteil dient, gestellt.

Insbesondere zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass auf ein Kaltkalibrie ren, insbesondere einen spanenden oder prägenden Nachbearbeitungsschritt, verzichtet wird. Es hat sich dabei in überraschender Weise herausgestellt, dass - nach einem Bereitstellen 101 eines Rohlings- im Rahmen eines Umformens 102 des Rohlings in das Gelenkwellenbauteil 1 mittels Warmumformung und/oder Halbwarmumformung eine Funktionsfläche, insbesondere eine Innengeometrie des Gelenkwellenbauteils 1 , bereitgestellt werden kann, die nicht nur die Anbin dung an ein weiteres Gelenkwellenbauteils zur Ausbildung eines Wellengelenks, insbesondere eines Gleichlaufgelenks, erlaubt, sondern darüber hinaus Laufbah nen 11 gewährleistet, die die gewünschten Eigenschaften zur möglichst reibungs armen Drehmomentübertragung des Wellengelenks garantiert. Dabei kann insbe sondere im Falle von Gleichlaufgelenken sichergestellt werden, dass das Verzich ten auf das Kaltkalibrieren auch die vorteilhafte reibungsreduzierte Drehmomen tübertragung nicht beeinträchtigt.

Vorzugsweise sieht es deswegen das Verfahren zur Herstellung eines Gelenkwel lenbauteils 1 vor, dass zunächst ein Rohling, vorzugsweise ein stangenförmiger Rohling, bereitgestellt wird und in einem anschließenden Umformen 102 des Roh lings das Gelenkwellenbauteil 1 bereitgestellt wird, ohne dass die Innengeometrie mit einem anschließendem Nachbearbeitungsschritt, insbesondere einem Kaltka librieren, weiter modifiziert wird, d. h. in seiner Form umgestaltet wird. Vorzugs weise wird dabei der Rohling in das Gelenkwellenbauteil 1 bei einer Temperatur zwischen 50 °C und 1250 °C, bevorzugt zwischen 300 °C und 1250 °C und beson ders bevorzugt zwischen 700 °C und 1250 °C umgeformt. Beispielsweise wird für das Umformen 102 die gewünschte Temperatur des Rohlings, vorzugsweise ab schnittsweise, induktiv im Rohling verursacht. Weiterhin ist es bevorzugt vorgese hen, dass auf einen spanenden oder prägenden Nachbearbeitungsschritt am ge samten Gelenkwellenbauteil 1 verzichtet wird. Mit anderen Worten: auch die Au ßengeometrie des Gelenkwellenbauteils 1 wird nicht durch ein Kaltkalibrieren im Anschluss an die Herstellung mittels Warmumformung und/oder Halbwarmumfor mung weiter modifiziert.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Rohling vor dem Umformen 102 min destens abschnittsweise mit einem Betriebshilfsstoff zur Ausbildung einer Trenn- und/oder Gleitschicht zwischen dem Rohling und einem Werkzeug zur Umformung des Rohlings beschichtet wird. Das Aufbringen des Betriebshilfsstoffes kann hier bei sowohl außerhalb einer Prozesskette von Umformschritten, aber vorzugsweise innerhalb eines Umform schritts oder zwischen zwei Umformschritten erfolgen. Der Betriebshilfsstoff dient hierbei der Unterbindung unkontrollierter und unerwünsch ter Diffusionsvorgänge zwischen einem Werkzeug, das die Umformung veranlasst, und dem Rohling, was durch die Schaffung einer Trenn- und/oder Gleitschicht zwi schen Rohling und Werkzeug erreicht wird.

Darüber hinaus ist es bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Umformen 102 ein Abkühlprozess 103 durchgeführt wird. Dieser Abkühlprozess 103 wird dabei derart gesteuert, dass eine Zunderbildung und/oder eine Oxidschichtbildung reduziert o- der sogar verhindert wird. Dies kann beispielsweise durch eine sequenz- bzw. fre quenzgesteuerte, d. h. eine zeitlich modulierte, räumliche Umorientierung der Bau teile, d. h. eines der Zwischenrohlinge oder des Gelenkwellenbauteils, beispiels wiese einem Drehen oder Verlagern, nach dem Umformen 102 erfolgen und/oder die gefertigten Gelenkwellenbauteile 1 werden nach dem Umformen 102 einem umströmendem Medium, vorzugsweise Luft, ausgesetzt. Hierbei ist es insbeson dere vorgesehen, dass entsprechende Strömungsgeschwindigkeiten des umströ menden Mediums in Abhängigkeit von der zeitlichen und räumlichen Umorientie rung der Bauteile eingestellt werden.

Insbesondere ist es vorstellbar, durch Begrenzungseinrichtungen die umgeformten Gelenkwellenbauteile 1 oder Zwischenrohlingen abschnittsweise einem umströ menden Medium auszusetzen, um dadurch gezielt abschnittsweise Bauteil- und/o der Materialeigenschaften des Gelenkwellenbauteils 1 zu modifizieren bzw. einzu stellen. Insbesondere lassen sich so Härte, Korngröße und ähnliche Eigenschaf ten an dem hergestellten Gelenkwellenbauteil 1 einstellen. Weiterhin ist es vor stellbar, dass zusätzlich eine Sauerstoffzufuhr unterbunden wird, die eine Verzun derung oder eine Bildung einer Oxidationsschicht reduziert bzw. verhindert. Wei terhin ist es denkbar, dass ein Transportmittel, mit dem die gefertigten Gelenkwel lenbauteile 1 nach Ihrer Umformung 102 transportiert werden, seine Geschwindig keit anpasst, um die Eigenschaften des gefertigten Gelenkwellenbauteils 1 zu be einflussen.

In Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines Gelenkwellenbauteils 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darge stellt. Insbesondere ist ein Gelenkwellenaußenbauteil 1 mit mehreren Laufbahnen 11 gezeigt, die durch entsprechende in den Hohlraum hineinragende und an einer Innenseite der Mantelfläche 5 ausgebildeten Vorsprünge 13 voneinander getrennt sind. Dabei handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 um ein Gl (Glänzer Interieur)-Gelenk. Insbesondere ist das Gelenkwellenaußenbauteil im Bereich der Vorsprünge 11 am Außenumfang mit entsprechenden Einbuchtungen 15 versehen. Dadurch wird ein vergleichsweise leichtes Gelenkwellenaußenbau teil bzw. Gelenkwellenbauteil 1 bereitgestellt. Insbesondere handelt es sich bei dem dargestellten Gelenkwellenbauteil 1 um eine Tripode mit einem Kopfabschnitt 3 und einem Schaftabschnitt 9. Der Schaftabschnitt 9 erstreckt sich dabei in der Längsrichtung L mit einem konstanten Querschnitt. Vorzugsweise sind die Lauf- bahnen 11 an den Seiten der Vorsprünge 13 ausgebildet, insbesondere den Sei ten, die in Umlaufrichtung gesehen die Vorsprünge 13 begrenzen. Dabei verlaufen die Laufbahnen 11 vorzugsweise gerade und/oder schräg zur radialen Richtung (von einer Symmetrieachse bzw. der Längsachse L des Gelenkwellenbauteils 1 aus gesehen), um eine entsprechende Auflage für den Wälzkörper zu bilden.

In Figur 3 ist ein Gelenkwellenbauteil 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Aus führungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere ist es hierbei vorgesehen, dass sich das Gelenkwellenbauteil 1 aus der Figur 3 im Wesentlichen nur dahingehend von der Ausführungsform in Figur 2 unterscheidet, dass der Schaftbereich 9 in Längsrichtung L gesehen einen gestuften Verlauf aufweist. Mit anderen Worten: der Schaftbereich 9 ist abgesetzt, vorzugsweise mehrmals abge setzt.

In dem in Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung ist ein Gelenkwellenbauteil 1 für ein DO-Gelenk (doppeltes Offset Gelenk) dargestellt. Ein solches DO-Gelenk stellt insbesondere eine Kombination aus ei nem Kugel- und Tripoden-Verschiebegelenk dar, das sich als besonders vorteil haft erweist bei einem begrenzten Bauraum für das Gelenk. Dabei ist es insbeson dere vorgesehen, dass der Schaftbereich 9 mehrteilig ist und insbesondere einen Rohrabschnitt aufweist, an dem in Längsrichtung L bzw. in axialer Richtung gese hen eine Welle oder ein separater Wellenabschnitt anbindbar ist.

In Figur 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darge stellt. Dabei unterscheidet sich das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel von demjenigen aus Figur 2 dahingehend, dass die Laufbahnen 11 eben sind, d. h. nicht einen gekrümmten Verlauf für die Wälzköper aufweisen. Dabei handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 5 um ein AAR (angular adjusted Roller) -Gelenk .Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass in dem hier dargestellten Ge lenkwellenaußenbauteil der Bodenbereich 7 nicht geschlossen ist und insbeson dere eine Öffnung aufweist, in die wiederrum ein Rohrstück und/oder ein Wellen bauteil einsetzbar und anbindbar ist. Bezuqszeichenliste: 1 Gelenkwellenbauteil

3 Kopfabschnitt

5 Mantelbereich

8 Hohlbereich

7 Bodenbereich 9 Schaftabschnitt

11 Laufbahn

13 Vorsprung

15 Einbuchtung

101 Bereitstellen 102 Umformen

103 Abkühlprozess

104 Anbinden

L Längsachse