Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschiebegelenkaußenbauteil, ein Verschiebegelenk und ein Verfahren zur Herstellung eines Verschiebegelenkaußenbauteils.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Gleichlaufgelenke, die auch als homokinetische Gelenke bezeichnet werden, grundsätzlich bekannt. Sie ermöglichen eine Drehmomentübertragung von einer ersten Welle auf eine winklig dazu angebrachte zweite Welle ohne Änderung einer Winkelgeschwindigkeit einer Drehbewegung. Gleichlaufgelenke werden insbesondere im Fahrzeugbau zur Realisierung von Antriebswellen eingesetzt. Eine besondere Form von Gleichlaufgelenken bilden die Gleichlaufverschiebegelenke, d. h. Verschiebegelenke. Bei sogenannten Verschiebegelenken ermöglicht es das Gleichlaufgelenk, die Antriebswelle, zusammengesetzt aus der ersten Welle und der zweiten Welle, in ihrer Länge zu ändern. Hierzu weist das Gleichlaufgelenk ein Gleichlaufgelenkaußenbauteil auf, welches an einem der zu verbindenden (Wellen-)Bauteile angeordnet ist und eine zu dem anderen (Wellen-)Bauteil hin offene Tasche aufweist. In dieser Tasche wiederum ist ein Gleichlaufgelenkinnenbauteil des Gleichlaufgelenks längsverschiebbar angeordnet. Durch die längsverschiebbar miteinander verbundenen Gleichlaufgelenkbauteile kann somit eine Änderung der Länge der Antriebswelle ermöglicht werden.

Um mit Gleichlaufgelenkbauteilen Drehmomente zu übertragen, weisen diese Bauteile Laufbahnen auf, in denen Wälzkörper geführt werden. Dabei sind die Wälzkörper für das Übertragen des Drehmoments verantwortlich. Bei einer relativen längsverschiebbaren Bewegung der Gleichlaufgelenkbauteile zueinander rollen folglich die Wälzkörper in diesen Laufbahnen ab, während gleichzeitig eine Drehmomentübertragung ermöglicht wird.

Aus CN 103 244 571 B ist ein Festgelenk , nämlich ein Rzeppa-Gelenk, bekannt, bei dem das Gelenkaußenbauteil an seiner Außenseite Materialaussparungen aufweist, die der Gewichtsreduktion des Bauteils dienen. Bei einem solchen Festgelenk handelt es sich nicht um ein Verschiebegelenkbauteil. Beschreibung der Erfindung

Ausgehend vom Stand der Technik widmet sich die vorliegende Erfindung Verschiebegelenkbauteile und macht es sich zur Aufgabe, Verschiebegelenkaußenbauteile bereitzustellen, die noch leichter, einfacher zu fertigen und für hohe Drehmomente geeignet sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verschiebegelenkaußenbauteil gemäß Anspruch 1, durch ein Verschiebegelenk gemäß Anspruch 8 und ein Verfahren zur Herstellung eines Verschiebegelenkaußenbauteils gemäß Anspruch 10. Weitere Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verschiebegelenkaußenbauteil vorgesehen, das in einem zusammengesetzten Zustand mit einem Verschiebegelenkinnenbauteil ein Kugel-Verschiebegelenk, insbesondere ein DO-Verschiebegelenk (Double-Offset-Verschiebegelenk) oder ein Cross-Groove-Gelenk (bzw. VL-Verschiebegelenk), bildet, wobei das Verschiebegelenkaußenbauteil einen sich entlang einer Längsrichtung erstreckenden Aufnahmebereich, insbesondere in Form einer Art Tasche, zur Aufnahme des Verschiebegelenkinnenbauteils aufweist, wobei in einem zusammengesetzten Zustand des Kugel- Verschiebegelenks das Verschiebegelenkinnenbauteil über eine Öffnung an einer ersten Stirnseite des Verschiebegelenkaußenbauteils in den Aufnahmebereich eingreift und entlang der Längsrichtung verschiebbar und gegenüber der Längsrichtung neigbar ist, wobei an einer Innenseite des Verschiebegelenkaußenbauteils im Aufnahmebereich mindestens eine Laufbahn für einen als Kugel ausgeformten Wälzkörper ausgebildet ist, wobei an einer, insbesondere bezogen auf eine senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung, der Innenseite gegenüberliegenden Außenseite des Verschiebegelenkaußenbauteils eine Materialaussparung ausgebildet ist, die sich, vorzugsweise entlang einer parallel zur Längsrichtung verlaufenden Richtung, bis zu der ersten Stirnseite des Verschiebegelenkaußenbauteils erstreckt.

Im Gegensatz zu den Verschiebegelenkaußenbauteilen aus dem Stand der Technik ist es beim erfindungsgemäßen Verschiebegelenkaußenbauteil vorgesehen, dass sich die Materialaussparung bis zur ersten Stirnseite erstreckt. Damit schließt das Verschiebegelenkaußenbauteil an der ersten Stirnseite mit einem Außenumfang ab, der die Materialaussparung bzw. einen Teil der Materialaussparung enthält. Die Materialaussparung hat insbesondere den Vorteil, dass auf diese Weise eine zusätzliche Gewichtsreduktion möglich ist, da die Materialaussparung nicht in einem Bereich abgeschlossen ist, der gegenüber der erste Stirnseite in Längsrichtung in Richtung eines Bodens des taschenförmigen Aufnahmebereichs versetzt ist. Vielmehr wird die Materialaussparung bis zur ersten Stirnseite fortgesetzt. Außerdem erweist sich eine entsprechende Materialaussparung als vorteilhaft, weil sie dazu herangezogen werden kann, als Rotationssicherung für ein Balgelement, insbesondere einen Faltenbalg bzw. eine Manschette, genutzt zu werden. Die Rotationssicherung dient insbesondere dem Zweck, eine Rotation des Balgelements gegenüber dem Verschiebegelenkaußenbauteil zu verhindern.

Solche Balgelemente verbinden Verschiebegelenkinnenbauteil und Verschiebegelenkaußenbauteil im montierten Zustand, um insbesondere Schmiermittel am Austreten aus dem Gelenkbereich zu hindern. Außerdem wird durch ein entsprechendes Balgelement das Gelenk vor äußeren Einflüssen geschützt. Im Falle von typischen Kugel-Verschiebegelenken werden hierbei regelmäßig standardisierte Balgelemente verwendet, die eine kreisförmige und/oder elliptische Aufnahmeöffnung aufweisen, die wiederum im montierten Zustand in einem Endabschnitt des Verschiebegelenkaußenbauteils anliegt. Durch die Modulation an der Außenseite des Verschiebegelenkaußenbauteils im Endabschnitt, bedingt durch die bis zur ersten Stirnseite reichende Materialaussparung, ist es in vorteilhafter Weise möglich, mittels eines Formschlusses, der entlang einer Umlaufrichtung wirkt, einer Rotation des Balgelements entgegenzuwirken. Dies erweist sich insbesondere im Falle von Hochgeschwindigkeitsanwendungen bzw. Anwendungen mit hohem Drehmoment von Vorteil, bei denen die Gelenke größer dimensioniert werden müssen, um den Belastungen auf Dauer standzuhalten. Hier wirkt sich eine Reduzierung des Gewichts durch die Materialaussparungen an der Außenseite besonders positiv aus. Anwendungen mit vergleichsweise hohen Drehmomenten sind beispielsweise Antriebswellen, die von einem Elektromotor angetrieben werden.

Insbesondere erweisen sich DO-Gelenke als vorteilhaft, weil sie gegenüber Tripoden signifikant kleiner ausgestaltet werden und daher an sich bereits einen Gewichtsvorteil gegenüber Tripoden bedingen. Dieser Gewichtsvorteil wird dabei weiter verstärkt durch die Materialaussparungen. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Nutzung der DO-Gelenke mit Materialaussparung im Zusammenhang mit Elektromotoren, wegen den hier zu erwartenden hohen Drehmomenten. Insbesondere bildet das Verschiebegelenkaußenbauteil einen Teil einer Welle bzw. einer ersten Welle und/oder das Verschiebegelenkinnenbauteil einen Teil einer Welle bzw. einer zweiten Welle. Im zusammengesetzten Zustand bilden Verschiebegelenkaußenbauteil und Verschiebegelenkinnenbauteil zumindest einen Teilabschnitt der Welle, der gewinkelt verlaufen kann und in seiner Länge veränderbar ist. Insbesondere ist unter Verschiebegelenkinnenbauteil nicht der Käfig und/oder ein Wälzkörper zu verstehen, sondern ein im zusammengesetzten Zustand aus dem Verschiebegelenkaußenbauteil herausragendes Bauteil.

Die Umlaufrichtung folgt dabei insbesondere der Richtung, entlang der eine Rotationsbewegung des Verschiebegelenkaußenbauteils im Betrieb erfolgt, insbesondere in einer Ebene, die senkrecht zur Längsrichtung verläuft. Vorzugsweise verläuft parallel zur Längsrichtung eine Symmetrieachse bezüglich der der Aufnahmebereich eine Rotationsymmetrie gegenüber einer Drehung um die Symmetrieachse um einen Winkel von 360°/N aufweist, wobei N größer als 1 ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Materialaussparung als ein bezogen auf die Symmetrieachse radial nach innen rückspringender Verlauf ausgebildet ist.

Ein weiterer Vorteil der Ausbildung der Materialaussparung, die bis zur ersten Stirnseite reicht, ist der Vorteil beim Fertigen der Außenkontur. Insbesondere gestattet es die beschriebene Außengeometrie, dass durch einen Napf- und/oder Streckvorgang, vorzugsweise einen einzigen Napf- und/oder Streckvorgang, die Außengeometrie mit Materialaussparung gebildet werden kann. Insbesondere kann auf einen aufwendigen Nachbearbeitungsschritt verzichtet werden, bei dem durch spanenden Bearbeitung die Materialaussparung geformt wird. Insbesondere zeichnet sich das Verschiebegelenkaußenbauteil dadurch aus, dass die Oberfläche des Verschiebegelenkaußenbauteils an der Außenseite im Bereich der Materialaussparung zu erkennen gibt, dass hier keine spanende Bearbeitung stattfand. Stattdessen sind die insbesondere für die Warmumformung und/oder Halbwarmumformung typischen Faserverläufe am Verschiebegelenkaußenbauteil zu erkennen.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass sich der Aufnahmebereich im Wesentlichen entlang der Längsrichtung erstreckt. Das Verschiebegelenkaußenbauteil weist dabei insbesondere im Aufnahmebereich eine zylinderförmige und/oder hülsenförmige Form auf. Dabei wird der Aufnahmebereich bevorzugt durch eine Mantelfläche ausgebildet, die umlaufend geschlossen den Aufnahmebereich umgibt. An einem der ersten Stirnseite gegenüberliegendem Ende des Verschiebegelenkaußenbauteils kann beispielsweise ein Wellenelement und/oder ein Montagebereich ausgebildet sein, über den eine Welle an das Verschiebegelenkaußenbauteil montierbar ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bevorzugt der Aufnahmebereich des Verschiebegelenkaußenbauteils topfartig und/oder tulpenförmig ausgebildet ist. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Laufbahnen sich im Wesentlichen entlang der Längsrichtung an der Innenseite des Aufnahmebereichs erstrecken. Insbesondere zeichnen sich die Laufbahnen für Kugeln durch ihre im Wesentlichen kreisbogenförmigen bzw. kreisbogensegmentförmigen, elliptische und/oder gotische Konturen in einer Schnittebene aus, die senkrecht zur Längsrichtung liegen. Entsprechende Laufbahnen unterscheiden sich insbesondere von denjenigen, die beispielsweise in Tripodengelenken verwendet werden, da beispielsweise in Tripoden als Wälzkörper keine Kugelbahn bzw. Kugeln vorgesehen sind.

Ferner ist es vorgesehen, dass das Verschiebegelenk im montierten Zustand ein Käfigelement aufweist, in dem die Wälzkörper, d. h. die Kugeln, gelagert sind. Vorzugsweise handelt es sich bei den verwendeten Materialien, aus denen das Verschiebegelenkaußenbauteil gebildet ist, um Stähle, die halbwarm, warm und/oder kalt umformbar sind, bevorzugt induktiv härtbare Stähle, insbesondere Cf 53, C 45, C50 SAE J 403 1050, S 45 CJ C50, C55 und C60.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Herstellen des Verschiebegelenkaußenbauteils, das über eine Funktionsfläche an das Verschiebegelenkinnenbauteil zur Ausbildung eines Gelenks, insbesondere eines Gleichlaufgelenks, mittelbar oder unmittelbar anbindbar ist, folgenden Verfahrensschritte umfasst:

- Bereitstellen eines Rohlings, vorzugsweise eines stangenförmigen Rohling, und

- Umformen des Rohlings in das Verschiebegelenkaußenbauteils mittels Warmumformung und/oder Halbwarmumformung in einem Umformvorgang, der bevorzugt mehrere Umformschritte bzw. mehrere mehrstufige Umformschritte umfasst, wobei auf ein Kaltkalibrieren an der Funktionsfläche, insbesondere an der gesamten Funktionsfläche, des umgeformten Verschiebegelenkaußenbauteils verzichtet wird, wobei insbesondere

- zum Verzichten auf ein Kaltkalibrieren beim Umformen, beispielsweise nach dem Warmumformen und/oder Halbwarmumformen, auf eine prägende oder plastifizierendes Einwirkung auf das Verschiebegelenkaußenbauteil bei einer Temperatur unterhalb von 120 °C, bevorzugt unterhalb von 80 °C und besonders bevorzugt unterhalb von 50 °C verzichtet wird und/oder

- das Umformen innerhalb eines Zeitintervalls abgeschlossen ist, das kürzer als 25 Sekunden und bevorzugt kürzer als 20 Sekunden und besonders bevorzugt kürzer 10 Sekunden ist. Die Funktionsfläche wird bevorzugt durch die Innenseite des Aufnahmebereichs gebildet und umfasst die Laufbahnen.

Insbesondere wird beim Umformen auf das Kaltkalibrieren verzichtet.

Denkbar ist es dabei vorgesehen, dass zumindest an den Funktionsflächen auf ein Kaltkalibrieren verzichtet wird. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass es möglich ist, im Rahmen der Warmumformung und/oder Halbwarmumformung die Funktionsflächen eines Gelenkwellenbauteils, insbesondere dessen Geometrie, derart festzulegen, dass sie den gehobenen Toleranzanforderungen an die Fertigung von Gelenkwellenbauteilen genügen. Insbesondere hat es sich in überraschender Weise herausgestellt, dass es möglich ist, Funktionsflächen derart auszugestalten, dass sie bereits nach dem Halbwarmumformen und/oder Warmumformen die gewünschte Geometrie aufweisen, die insbesondere eine optimale Drehmomentübertragung mit einer reduzierten Reibung gewährleisten. Durch den Verzicht auf ein Kaltkalibrieren nach dem Umformschritt wird dabei in vorteilhafter Weise auf einen zusätzlichen Arbeitsschritt im Verfahren zur Herstellung eines Gelenkwellenbauteils bzw. eines Wellengelenks 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.

Sofern von Umformschritten gesprochen wird, betreffen diese einzelnen Abschnitte des gesamten Umformprozesses, d. h. des Umformvorgangs. Bevorzugt umfasst der Umformvorgang mehrere Umformschritte, beispielsweise mehrerer Halbwarmumformschritte, wobei die einzelnen Umformschritte beispielsweise mehrstufig durchgeführt werden können. Hierbei ist beispielsweise an einen mehrstufigen Napf oder Streckvorgang zu denken. Während das Umformen bzw. ein Umformprozess/-vorgang in der Regel mehreren Umformschritte vorsieht, dessen letzter Umformschritt das Kaltkalibrieren ist, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass auf den nach dem Stand der Technik 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-Umformen) erfolgt, wird der Fachmann diesen Arbeitsschritt dem Umformen zuschreiben. 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 Umformung 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 werden kann, ohne dass eine Beeinträchtigung für die Funktionsflächen des Gelenkwellenbauteils erfolgt. 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. Vorstellbar ist auch die Durchführung einer Kaltkalibrierung als letzter Umformschritt im Umformvorgang.

Es hat sich zudem mit Vorteil herausgestellt, dass an der ersten Stirnseite eine ebene Abschlussfläche realisiert werden kann, die insbesondere gleichmäßig und in einem engen maßlichen Toleranzbereich (reduzierte Höhenunterschiede, beherrschbare Längenkonstanz) realisiert werden kann. Dies macht eine zusätzliche Bearbeitung des Metallabtragens überflüssig.

Insbesondere ist als Materialaussparung ein gegenüber einem kreisförmigen oder elliptischen Verlauf der Außenseite zurückspringender Verlauf zu verstehen. Mit anderen Worten: Während die Außenseite in den Bereichen außerhalb der Materialaussparung eine geometrische Form/Größe für eine kreisförmige Außenkontur des Verschiebegelenkaußenbauteils in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung vorgibt, handelt es sich bei den Materialaussparungen um entsprechend rückspringende Verläufe gegenüber diesem gedachten generellen kreisförmigen Verlauf, der alle radial außenliegenden Bereiche am Außenumfang des Verschiebegelenkaußenbauteils tangiert. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass sich die Materialaussparung entlang der Außenseite entlang der Längsrichtung erstreckt. Mit anderen Worten: Die Materialaussparung folgt im Wesentlichen der Längsrichtung des Aufnahmebereichs bzw. des Verschiebegelenkaußenbauteils. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Außenseite im Endabschnitt entlang der Umlaufrichtung in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Ebene moduliert, insbesondere höhenmoduliert, ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass Materialaussparungen an der Außenseite entlang der Umlaufrichtung äquidistant angeordnet sind und/oder mehr als drei Materialaussparungen ausgebildet sind.

Es ist vorgesehen, dass in einer senkrecht zur Längsrichtung bemessenen Richtung eine Wandstärke des Aufnahmebereichs im Bereich der Materialaussparung einen Wert zwischen 1 und 15 mm, insbesondere zwischen 2 und 15 mm, insbesondere zwischen 4 und 15 mm, insbesondere zwischen 2 und 10 mm, insbesondere zwischen 4 und 10 mm und insbesondere zwischen 3 und 6 mm annimmt. Es hat sich herausgestellt, dass es in vorteilhafter Weise möglich ist, die Materialaussparung derart zu dimensionieren, dass im Bereich der Materialaussparung in radialer Richtung, d. h. in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung, Wandstärken für den insbesondere tulpenförmigen Aufnahmebereich des Verschiebegelenkaußenbauteils realisierbar sind, die Werte zwischen 4 und 5 mm annehmen und trotzdem die zu erwartenden Belastungen standhalten, die beispielsweise auftreten, wenn ein Kugel-Verschiebegelenk zum Übertragen von Antriebskräften genutzt wird, die beispielsweise von einer Elektromaschine ausgehen. Eine entsprechend dünne Wandung erweist sich als besonders vorteilhaft, weil sie nicht nur besonders leichte Gelenkbauteile und Gelenke erlaubt, sondern zudem auch dem Materialaufwand zur Fertigung entsprechender Gelenkbauteile reduziert.

So kann die senkrecht zur Längsrichtung bemessene Wandstärke im Bereich der Laufbahn, im Bereich der Materialaussparung und/oder in den Abschnitten dazwischen unterschiedlich sein, d.h. sich voneinander utnerscheiden.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Materialaussparung eine senkrecht zur Längsrichtung bzw. in radialer Richtung bemessene maximale Tiefe aufweist, die ein Wert zwischen 1 und 10 mm, bevorzugt zwischen 2 und 8 mm und besonders bevorzugt zwischen 3 und 6 mm annimmt. Mit anderen Worten: es hat sich gezeigt, dass ein signifikanter Materialabtrag oder Materialeinsparung möglich ist, der von fertigungstechnisch bedingten Dickenmodulationen in der Wandstärke oder Modulationen im Verlauf der Wandung des Aufnahmebereichs zu unterscheiden ist. Dabei ist es vorgesehen, dass sich die Tiefe, insbesondere die maximale Tiefe, bestimmt durch den radial bemessenen maximalen Abstand zwischen der Außenseite und einem gedachten Kreis, der die außenliegenden Abschnitte der Außenseite tangiert.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Materialaussparung entlang ihrer Erstreckung, insbesondere entlang der gesamten Erstreckung, einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Ebene bemessen wird. Dieser ergibt sich insbesondere in vorteilhafter Weise, wenn das Außenbauteil durch einen Warmumformungs- oder Halbwarmumformungsprozess hergestellt worden ist, bei dem ohne zusätzliche spanende Bearbeitung die Materialaussparung hergestellt wird. In diesem Fall erstreckt sich die Materialaussparung in Längsrichtung gesehen bis zur ersten Seite. Der Fachmann wird dabei bevorzugt den Querschnitt der Materialaussparung zum Verschiebegelenkaußenbauteil durch die Außenseite begrenzen und auf der gegenüberliegenden Seite durch den gedachten kreisförmigen Verlauf, der die radial außenliegenden Außenseitenabschnitte des Verschiebegelenkaußenbauteile tangiert.

Vorzugsweise erstreckt sich die Materialaussparung entlang der Längsrichtung über den gesamten Bereich des Verschiebegelenkaußenbauteils, in dem der Aufnahmebereich angeordnet ist. Dabei wird die Dimension des Aufnahmebereichs bevorzugt festgelegt durch eine Topftiefe des topfförmigen Aufnahmebereichs. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Materialaussparung in Längsrichtung ununterbrochen ist, d. h. nicht entlang der Längsrichtung Bereiche existieren, in denen die Materialaussparung mit Material gefüllt ist.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass in einem Endabschnitt des Verschiebegelenkaußenbauteils, der die erste Stirnseite umfasst, die Außenseite einen von einem Kreis und/oder Ellipse abweichenden Verlauf aufweist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich die Materialaussparungen bis zur ersten Stirnseite erstreckt. Wie bereits festgestellt weich damit das Verschiebegelenkaußenbauteil von denen aus dem Stand der Technik üblichen Verschiebegelenkaußenbauteilen ab, die typischerweise einen kreisförmigen und/oder elliptischen Außenumfang im Endabschnitt vorsehen, um hier standardisierte Balgelemente befestigen zu können.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Materialaussparung entlang einer Umlaufrichtung gesehen zwischen zwei Bereichen angeordnet ist, in denen jeweils eine Laufbahn ausgebildet ist. Vorstellbar ist auch, dass zwischen den Bereichen mit der jeweiligen Laufbahn an der Innenseite an der Außenseite mehrere Materialaussparungen ausgebildet sind. Die eine und/oder die mehreren Materialaussparungen können dabei entlang der Umlaufrichtung mittig zwischen zwei Bereichen angeordnet sein, die durch die Lage der Laufbahn vorgegeben sind, oder gegenüber einer mittigen Lage entlang der Umlaufrichtung versetzt sein. Vorzugsweise ist die Materialaussparung als eine Art Nut und/oder Rille ausgebildet, die sich an der Außenseite des Verschiebegelenkaußenbauteils entlang der Längsrichtung erstreckt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass im Endabschnitt des Verschiebegelenkaußenbauteils Mittel zur axialen Sicherung eines Formbalgs, beispielsweise in Form eines Kragenelements und/oder einer Nut, ausgebildet sind. Dabei ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Kragenelemente und/oder die Nut entlang der Umfangrichtung gesehen in solchen Segmentbereichen des Außenumfangs angeordnet ist, in denen gerade keine Materialaussparung ausgebildet ist. Mit anderen Worten: In Bereichen ohne Materialaussparung ist bevorzugt ein Mittel zur axialen Sicherung des Formbalgs ausgebildet.

Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass zur axialen Sicherung ein Formschluss zwischen Balgelement und Außenseite des Verschiebegelenkaußenbauteils realisiert wird, wobei der Formschluss entlang einer parallel zur Längsrichtung verlaufenden Richtung wirkt.

Dabei kann das Kragenelement und/oder die Nut auf Höhe der ersten Stirnseite des Verschiebegelenkaußenbauteils angeordnet sein und/oder entlang der Längsrichtung in Richtung des zweiten Endes gegenüber der ersten Stirnseite versetzt angeordnet sein.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass im Aufnahmebereich in Umlaufrichtung gesehen die Wandstärke des Verschiebegelenkaußenbauteils variiert. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass die Wandstärke des Verschiebegelenkaußenbauteils im Aufnahmebereich entlang der Umlaufrichtung konstant bleibt. Die Ausbildung mit variierender Wandstärke erweist sich insbesondere in solchen Fällen als vorteilhaft, in denen eine Verdickung im Übergangsbereich zwischen Materialaussparung und dem Bereich, in dem an der Innenseite des Aufnahmebereichs eine Laufbahn ausgebildet ist, die Belastungsfähigkeit des entsprechenden Verschiebegelenkaußenbauteils erhöhen soll. Mit anderen Worten: Durch eine entsprechende Verdickung in diesem Übergangsbereich kann die Belastbarkeit des Verschiebegelenkaußenbauteils verstärkt werden.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verschiebegelenk mit einem erfindungsgemäßen Verschiebegelenkaußenbauteil. Alle für das Verschiebegelenkaußenbauteil beschriebenen Vorteile und Eigenschaften gelten analog für das Verschiebegelenk und andersrum.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Verschiebegelenk einen Formbalg umfasst, wobei der Formbalg im montierten Zustand dem Verschiebegelenkaußenbauteil zugewandten Ende eine Innenseitenkontur aufweist, die komplementär zu der Außenseite des Verschiebegelenkaußenbauteils ausgebildet ist. Dadurch ist, wie bereits angedeutet, es in vorteilhafter Weise möglich, dass nach innen gewandte Teilabschnitte des Formbalgs eingreifen können in entsprechende Bereiche mit der Materialaussparung an der Außenseite des Verschiebegelenkaußenbauteils. Dies wiederrum ermöglicht einen Formschluss in Umlaufrichtung, der sich vorteilhaft auf die Rotationssicherung des Formbalgs im montierten Verschiebegelenk auswirkt.

Insbesondere handelt es sich bei dem Verschiebegelenk um ein DO-Verschiebegelenk.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verschiebegelenkaußenbauteils, wobei das Verschiebegelenkaußenbauteil in einem Umformvorgang, besonders bevorzugt in einem Massivumformschritt, insbesondere in einem Streck- und/oder Napfvorgang hergestellt wird. Alle für das Verschiebegelenkaußenbauteil beschriebenen Vorteile und Eigenschaften lassen sich analog übertragen auf das Verfahren zur Herstellung des Verschiebegelenkaußenbauteils und andersrum. Beispielsweise umfasst das Umformen bzw. der Umformvorgang ein Fließpressen.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass durch das Herstellungsverfahren die Materialaussparungen festgelegt sind bzw. festgelegt werden, ohne dass sie durch eine spanende Nachbearbeitung hergestellt werden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass am gefertigten Verschiebegelenkaußenbauteil Materialaussparungen ausgebildet sind, deren Oberfläche zu erkennen gibt, dass keine spanende Bearbeitung zur Ausbildung der Materialaussparung herangezogen wurde. Dies lässt sich beispielsweise an entsprechenden Faserverläufen an der Oberfläche erkennen. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Verschiebegelenkaußenbauteile durch einen entsprechenden Streck- und/oder Napfvorgang herzustellen, da dadurch im Rahmen der Materialreduktion im Bereich der Materialaussparung mit Vorteil eine Modulation an der ersten Stirnseite in axialer Richtung bzw. entlang einer parallel zur Längsrichtung verlaufenden Richtung durch den Formvorgang reduziert werden kann. Mit anderen Worten: Bei der Herstellung eines Verschiebegelenkaußenbauteils, bei dem eine Außenseite ohne Materialaussparung realisiert wird, d. h. ein Außenumfang, der vorzugsweise bzw. üblicherweise einen kreis- oder elliptisch geformten Außenumfang hat, ergeben sich nach dem Umformprozess Höhenmodulationen an der ersten Stirnseite, die sich in axialer Richtung bzw. in Längsrichtung erstrecken. Im Vergleich zu diesen umgeformten Verschiebegelenkaußenbauteilen hat es sich ergeben, dass bei der gezielten Herstellung von Materialaussparungen während des Streck- und/oder Napfvorgangs diese Erhöhungen bzw. Variationen an der ersten Stirnseite reduziert werden können. Dies erweist sich insbesondere für eventuelle Nachbearbeitungsschritte an der ersten Stirnseite des Verschiebegelenkaußenbauteils als vorteilhaft.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Materialaussparung während des Umformvorgangs hergestellt werden, insbesondere durch den Streck- und/oder Napfvorgang.

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.

Kurze Figurenbeschreibung

Die erfinderische Idee soll im Folgenden mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben werden. Die folgende Beschreibung ist aber als rein beispielhaft anzusehen. Die Erfindung ist allein durch den Gegenstand der Ansprüche bestimmt. Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Dabei werden für gleiche oder gleichwirkende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet. Weiterhin werden der leichteren Lesbarkeit und Zuordenbarkeit halber Bezugszeichen auch für Merkmale verwendet, wenn diese in der beschriebenen Figur nicht dargestellt sind. Auch werden bei ähnlichen Figuren nicht immer alle Bezugszeichen eingezeichnet, wenn diese Merkmale aus den vorangegangenen Figuren bereits klar bezeichnet sind. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 ein Kugel-Verschiebegelenk gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 3 und 4 ein Kugel-Verschiebegelenk gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegende Erfindung.

Detaillierte Figurenbeschreibung und Beschreibung der Erfindung

In den Figuren 1 und 2 ist ein Kugel-Verschiebegelenk 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das Kugel-Verschiebegelenk 10 umfasst ein Verschiebegelenkaußenbauteil 1 und ein Verschiebegelenkinnenbauteil 2. Dabei ist das Verschiebegelenkinnenbauteil 2 im montierten bzw. zusammengebauten Zustand in einem Aufnahmebereich 7 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 angeordnet. Ein Schnittstellenbereich, in dem das Verschiebegelenkinnenbauteil 2 in das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 eingreift, ist umgeben von einem Balgelement 3, das den Schnittstellenbereich zwischen Verschiebegelenkinnenbauteil 2 und Verschiebegelenkaußenbauteil 1 schützt und insbesondere auch den Austritt von Schmiermittel aus diesem Schnittstellenbereich verhindert Das in Figur 1 beispielhaft dargestellte Kugel-Verschiebegelenk 10 ist ein DO (Double-Offset)- Gelenk.

Zur Aufnahme des Verschiebegelenkinnenbauteils 2 in das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 ist hierbei ein Aufnahmebereich 7 vorgesehen, der insbesondere als Hohlkörperbereich ausgebildet ist bzw. einen Teil eines Hohlkörpers, insbesondere eines Hohlkörperrohrs bildet. Ein entsprechender Hohlkörperbereich bzw. Hohlkörperabschnitt ist bevorzugt tulpenförmig bzw. topfförmig ausgebildet. An der Innenseite des Aufnahmebereichs 7 sind Laufbahnen 8 vorgesehen, die im Falle eines Kugel- Verschiebegelenks für Kugeln vorgesehen sind. Damit unterscheiden sich Kugel-Verschiebegelenke insbesondere von Tripoden, deren Laufbahnen 8 für Wälzkörper ausgelegt sind, die typischerweise von Kugeln abweichen. Die Laufbahnen 8 erstrecken sich dabei insbesondere entlang einer Längsrichtung L, entlang der sich auch der Aufnahmebereich 7 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 erstreckt. Das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 umfasst vorzugsweise neben dem Aufnahmebereich 7 zusätzlich einen Schaftbereich 16 am gegenüberliegenden zweite Ende des Verschiebegelenkaußenbauteils 1.

Ferner ist es vorgesehen, dass an einer ersten Stirnseite 11 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 der Aufnahmebereich 7 eine Öffnung aufweist, über die das Verschiebegelenkinnenbauteil 2 in das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 eingesetzt werden kann und in diesem gelagert wird. Vorzugsweise sind entlang einer Umlaufrichtung U, die bevorzugt in einer senkrecht zur Längsrichtung L verlaufenden Ebene verläuft, die Laufbahnen 8 äquidistant verteilt. Die Umlaufrichtung U verläuft parallel zu der Richtung, entlang der das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 rotiert.

Zur Befestigung des Balgelements 3 am Verschiebegelenkaußenbauteil 1 ist an einer Außenseite 22 des Aufnahmebereichs 7 eine sich entlang der Umlaufrichtung U erstreckende Nut 9 vorgesehen, in die entsprechend ein an der Innenseite 21 des Balgelements 3 ausgebildetes Kragenelement eingreifen kann, um eine axiale Sicherung des Balgelements 3 sicherzustellen. Der Teilbereich, der zwischen der Nut 9, d. h. dem Mittel zur axialen Sicherung des Balgelements 3 und der ersten Stirnseite 11 ausgebildet ist, ist insbesondere als Endbereich 15 bzw. als Teil des Endabschnitts des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 zu verstehen. In Längsrichtung gesehen wird das Verschiebegelenkaußenbauteil durch die erste Stirnseite 11 und eine zweite Stirnseite 12 begrenzt.

In den Figuren 3 und 4 ist ein Kugel-Verschiebegelenk 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere ist es hierbei vorgesehen, dass das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 eine Materialaussparung 5 aufweist, die sich in Längsrichtung L gesehen bis zur ersten Stirnseite 11 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 erstreckt. Infolgedessen ist in dem Endabschnitt 15 eine Außengeometrie der Außenseite 22 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 gegeben, die von einem Kreis und/oder einer Ellipse abweicht. Insbesondere ist es vorgesehen, dass aufgrund der Materialaussparung 5 in Umlaufrichtung U gesehen die Außenseite 22 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1, insbesondere im Endabschnitt 15, moduliert ist.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass diese Materialaussparung 5 Resultat einer Massivumformung ist, insbesondere eines Napf- oder Streckvorgangs. Im Gegensatz zu solchen Kugel- Verschiebegelenkaußenbauteilen 1, bei denen durch eine spanende Nachbearbeitung Materialaussparungen 5 an der Außenseite 22 eingelassen werden, ist es bevorzugt vorgesehen, dass bereits bei dem Schmiedevorgang, d. h. beim Napf- oder Streckvorgang, die Außenseitenmodulation realisiert wird, die sich bis zur ersten Stirnseite 11 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 erstreckt. Dies bringt beispielsweise den Vorteil mit sich, dass an der ersten Stirnseite 11 ausgebildete Höhenmodulationen, die sich entlang der Längsrichtung L erstrecken, reduziert sind im Vergleich zu einem Schmiedevorgang, der mit dem Ziel durchgeführt, einen im wesentlichen kreisförmigen Außenumfang am Verschiebegelenkaußenbauteil 1 auszubilden. Dies wiederrum vereinfacht die Nachbearbeitung, insbesondere dahingehend, dass weniger Material abgetragen werden muss, um an der ersten Stirnseite 11 eine ebene Abschlussfläche am Verschiebegelenkaußenbauteil 1 auszubilden. Dies schont darüber hinaus auch das Werkzeug, da, insbesondere bei mehreren hergestellten Bauteilen, der Materialabtrag geringer ist.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Materialaussparungen 5 zwischen den Bereichen ausgebildet sind, in denen an der Innenseite 21 des Aufnahmebereichs 7 die Laufbahnen 8 ausgebildet sind.

Die Materialaussparungen 5 erstrecken sich vorzugsweise über mehr als 50%, bevorzugt mehr als 70% und besonders bevorzugt mehr als 80% einer Gesamtlänge des Aufnahmebereichs 7. In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 ist es insbesondere vorgesehen, dass die Mittel zur axialen Sicherung des Balgelements 3, insbesondere nutförmige Verläufe bzw. Nuten 9 an der Außenseite 22 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1, in den Bereichen ausgebildet sind, in denen an der Innenseite 21 die Laufbahnen 8 ausgebildet sind. Somit sind die nutförmigen Mittel zur axialen Sicherung des Balgelements 3 bevorzugt zwischen zwei Bereichen angeordnet, in denen eine Materialaussparung 5 in der Außenseite 22 vorliegt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass für das Verschiebegelenk 10 ein Formbalgelement 3' vorgesehen ist. Im Gegensatz zu dem Balgelement 3, das für die kreisförmigen Außenformen im Endbereich bzw. Endabschnitt des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 Verwendung findet und standardisiert ist, ist es hier vorgesehen, dass das Kragenelement des Formbalgelements 3', das angebunden wird an die Außenseite 22 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 komplementär ausgebildet ist zu der geometrischen Form bzw. der Außenseite 22 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1.

Insbesondere umfasst das nach innen gerichtete Kragenelement des Formbalgelement 3' somit Teilbereiche, die zum Eingriff in die Nutabschnitte vorgesehen sind, und bevorzugt Teilbereich, die in die talförmigen Abschnitte der Materialaussparung 5 eingreifen. Somit handelt es sich bevorzugt um individualisierte an die Außengeometrie angepassten Formbalgelemente 3', die hier Verwendung finden.

In dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine Wandstärke W entlang der Umlaufrichtung U im Wesentlichen konstant ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die in radialer Richtung bemessene bzw. in einer senkrecht zur Längsrichtung L bemessene Wandstärke W einen Wert annimmt zwischen 1 und 15 mm, bevorzugt zwischen 2 und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 3 und 6 mm. Sofern die Wandstärke W moduliert ist, ist bevorzugt entlang der Umlaufrichtung U über die Wandstärke W zu mittel, insbesondere um den gesamten geschlossenen Umfang des Verschiebegelenkaußenbauteils 1. Es hat sich herausgestellt, dass mit dem schmiedenden Herstellen des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 vergleichsweise dünne Wandstärken W für das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 hergestellt werden können, die immer noch den Belastungen standhalten, die im Verwendungsfall eines Verschiebegelenks 10 zu erwarten sind, insbesondere auch dann, wenn hohe Rotationsgeschwindigkeiten anzunehmen sind. Dies erweist sich insbesondere dann als Vorteil, wenn das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 Verwendung findet bei Wellen mit hoher Rotationsgeschwindigkeit, da der damit einhergehende Gewichtsverlust des DO-Verschiebegelenks 10 sich positiv auswirkt auf den erforderlichen Energieaufwand, der zur Rotation der entsprechenden Welle herangezogen werden muss/kann.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Schaftbereich 16 des Verschiebegelenkaußenbauteils 1 an den Aufnahmebereich 7, insbesondere den topfförmigen bzw. tulpenförmigen Aufnahmebereich 7 angeschraubt ist. Mit anderen Worten: Das Verschiebegelenkaußenbauteil 1 wird aus mindestens zwei Einzelkomponenten gefertigt, wobei insbesondere der Aufnahmebereich 7 geschmiedet wird, insbesondere durch einen Napf- oder Streckvorgang.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Materialaussparung 5 in Umlaufrichtung U gesehen bevorzugt mittig zwischen zwei Teilbereichen angeordnet ist, in denen an der Innenseite 21 des Aufnahmebereichs 7 die Laufbahnen 8 angeordnet sind. Weiterhin ist es vorstellbar, dass mehrere Materialaussparungen 5 an der Außenseite 22 angeordnet sind in einem Bereich, der zwischen zwei Teilabschnitten angeordnet ist, an deren Innenseite 21 die Laufbahnen 8 verlaufen. Beispielsweise ist es vorstellbar, dass als Materialaussparung 5 eine Art Rillenstruktur in Längsrichtung L ausgebildet ist. Mit anderen Worten: Neben der hier dargestellten Ausführungsform, bei der lediglich eine einzelne Nut 9 bzw. Rille in Längsrichtung L zwischen zwei Teilbereichen angeordnet ist, in denen auf der Innenseite 21 die Laufbahnen 8 verlaufen, ist es auch vorstellbar, dass mehrere Nuten 9 bzw. Rillen zwischen zwei Bereichen angeordnet sind, an deren Innenseite 21 die Laufbahnen 8 angeordnet sind.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Materialaussparung 5 eine senkrecht zur Längsrichtung L bzw. in radialer Richtung bemessene maximale Tiefe T aufweist, die ein Wert zwischen 1 und 10 mm, bevorzugt zwischen 2 und 8 mm und besonders bevorzugt zwischen 3 und 6 mm annimmt. Mit anderen Worten: es hat sich gezeigt, dass ein signifikanter Materialabtrag möglich ist, der zu unterscheiden ist von fertigungstechnisch bedingten Dickenmodulationen in der Wandstärke W oder Modulationen im Verlauf der Wandung des Aufnahmebereichs 7. Dabei ist es vorgesehen, dass sich die Tiefe, insbesondere die maximale Tiefe T, bestimmt ist durch den maximalen, radial bemessenen Abstand zwischen der Außenseite 22 und einem gedachten Kreis K, der außenliegenden bzw. die radial am weitesten außen liegenden Abschnitte der Außenseite 22 außerhalb der Materialaussparung 5 tangiert. Bezugszeichenliste

1 Verschiebegelenkaußenbauteil

2 Verschiebegelenkinnenbauteil

5 Materialaussparung

3 Balgelement

3' Formbalg

7 Aufnahmebereich

8 Laufbahn

9 Nut

10 Verschiebegelenk

11 erste Stirnseite

12 zweite Stirnseite

15 Endabschnitt

16 Schaftbereich

21 Innenseite

22 Außenseite

L Längsrichtung

U Umlaufrichtung

K Kreis

T Tiefe

W Wandstärke