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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kugeln, insbesonderefür Kugelgelenke,sowie ein Kugelelement fürzweiteilige Kugelzapfen. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kugelnerfolgt durch Kaltfließpressenund anschließendesSchleifen, wobei zur Herstellung der Kugeln mikrolegierter Kohlenstoff-Mangan-Stahlverwendet wird.Durch die Verwendung von mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahlwerden Kugeln mit einer bereits anhand der Kaltverformung hervorragendenFestigkeit und Härte(b) erhalten. Der zur Herstellung von gattungsgemäßen Kugelngemäß Standder Technik (c) notwendige Verfahrensschritt des Vergütens kanndamit ersatzlos entfallen, wodurch preisgünstigerer Werkstoff verwendetwerden kann und wodurch sich die Herstellungskosten erheblich reduzieren.DieErfindung ermöglicht,Kugeln insbesondere fürzweiteilige Kugelzapfen einfacher und kostengünstiger herzustellen, wobeigleichzeitig Oberflächen-und Materialqualität sowieFestigkeit und Verschleißbeständigkeitbeibehalten bzw. gesteigert werden. Im Ergebnis wird der Aufwandzur Herstellung der Kugeln verringert, und es wird zudem das Problemder beim Vergütenoftmals entstehenden Schlagstellen auf den Kugeloberflächen beseitigt.
    公开号:DE102004022248A1
    申请号:DE102004022248
    申请日:2004-05-04
    公开日:2005-12-15
    发明作者:Dirk Adamczyk；Jean-Paul Castanet；Jochen Dr. Kruse；Reinhard STÖTERAU
    申请人:ZF Friedrichshafen AG；
    IPC主号:B21K1-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kugeln bzw.Kugelsegmenten, insbesondere fürKugelgelenke, gemäß Patentanspruch1. Die Erfindung betrifft ferner ein Kugelelement für zweiteiligeKugelzapfen gemäß dem Oberbegriffdes Patentanspruchs 7.
    [0002] ZweiteiligeKugelzapfen umfassen zumeist ein Zapfenelement sowie eine separate,zur Aufnahme des Zapfenelements gelochte Kugel. Es ist hierbei bekannt,Kugeln fürzweiteilige Kugelzapfen, genauer gesagt, Kugelelemente wie beispielsweisegelochte Kugeln bzw. Kugelsegmente, durch Kaltfließpressenherzustellen. Im Stand der Technik wird zur Herstellung der Kugelnfür zweiteiligeKugelzapfen üblicherweiseVergütungsstahlverwendet. Dabei erfolgt nach dem Kaltfließpressen der Kugeln zunächst dieVergütungder Kugeln. Im Zusammenhang mit dem Vergütungsprozess werden die Kugelndabei abgeschreckt, indem die Kugeln im heißen bzw. weichen Zustand ausdem Vergütungsofenins Abschreckmedium geschüttetwerden.
    [0003] BeimEinschüttenins Abschreckmedium stoßenjedoch die noch weichen Kugeln aneinander bzw. an die Wandungendes Abschreckbehälters, wodurchauf den Kugeloberflächenunerwünschte Schlagstellenentstehen. Diese Schlagstellen müssenin späterenVerfahrensschritten aufwendig wieder entfernt werden, beispielsweisedurch Schleifen der Kugeloberflächen.Dabei muss jedoch im Wesentlichen an der gesamten Kugeloberfläche so viel Materialabgetragen werden, wie es der Tiefe der Schlagstellen entspricht.Hierbei ist ein erhebliches Materialvolumen abzutragen, was einerseitsdie Schleifzeit erheblich verlängertund andererseits zu einer schnellen Abnutzung der Schleifwerkzeuge führt. Außerdem mussdas abzuschleifende Materialvolumen zuvor in Form eines Aufmaßes beider Herstellung der Kugeln berücksichtigtwerden, wodurch zusätzlicheMaterialkosten entstehen.
    [0004] Einweiterer Nachteil bekannter Herstellungsverfahren für derartigeKugeln liegt darin, dass nach dem Stand der Technik hierzu Vergütungsstahl verwendetwerden muss. Dieser Vergütungsstahlist jedoch teurer als andere Stähle,was unter anderem damit zusammenhängt, dass der Vergütungsstahl zurErzielung des gewünschtenMaterialgefügesin einer Zieherei gezogen und auf kugeligen Zementit (GKZ) geglüht werdenmuss.
    [0005] Außerdem müssen dieaus Vergütungsstahl gefertigtenKugeln nach dem Kaltpressen selbstverständlich dem entsprechenden Vergütungsprozess unterzogenwerden, damit die aus dem Vergütungsstahlgefertigten Kugeln die gewünschten,vorgesehenen Härtewerteund Festigkeitseigenschaften des Vergütungsstahls erreichen. Alldies ist jedoch aufwendig und führtdaher zu hohen Herstellungskosten für die Kugeln.
    [0006] Mitdiesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kugelninsbesondere für zweiteiligeKugelzapfen bzw. ein Verfahren zur Herstellung von Kugeln zu schaffen,mit denen bzw. mit dem sich die genannten Nachteile des Standesder Technik überwindenlassen.
    [0007] DieKugeln sollen dabei insbesondere einfach und kostengünstig herstellbarsein. Insbesondere soll die Problematik der Entstehung der Schlagstellenauf der Kugeloberfläche überwundenwerden und damit das Erfordernis der anschließenden Beseitigung der Schlagstellenentfallen. Gleichzeitig soll jedoch die mit den bekannten Verfahrenerreichte hohe Material- und Oberflächenqualität der Kugeln sowie die gewünschte hoheFestigkeit der Kugeln ebenfalls erreicht bzw. beibehalten werden.
    [0008] DieseAufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs1 bzw. durch ein Kugelelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs7 gelöst.Bevorzugte Ausführungsformen sindjeweils Gegenstand der Unteransprüche.
    [0009] Daserfindungsgemäße Verfahrenzur Herstellung von Kugeln umfasst die nachfolgend dargestelltenVerfahrensschritte.
    [0010] Zunächst wirdin an sich bekannter Weise in einem ersten Verfahrensschritt einStangenabschnitt bzw. Drahtabschnitt aus einem Halbzeug erzeugt. Dabeiwird jedoch ein Halbzeug verwendet, das aus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahlbesteht. Hierbei ist zunächsteinmal prinzipiell jeder Kohlenstoff-Mangan-Stahl mit Mikrolegierungselementen geeignet,der nach dem Erschmelzen warmgewalzt wurde und in einem feinkörnigen ferritisch-perlitischenGefügevorliegt.
    [0011] Anschließend wirdder Abschnitt gebeizt, insbesondere um oxydische Überzüge zu beseitigen undfür dienachfolgenden Arbeitsgängeeine metallisch reine Oberflächedes Abschnitts zu erhalten.
    [0012] Ineinem weiteren Verfahrensschritt wird der Stangenabschnitt bzw.Drahtabschnitt sodann durch Kaltfließpressen so umgeformt, dassdie gewünschte Kugelformentsteht.
    [0013] Abschließend erfolgtin einem weiteren Verfahrensschritt das Schleifen der Kugeloberfläche auf dasvorgesehene Maß unddie vorgesehene Form.
    [0014] Daserfindungsgemäße Verfahrenist in mehrerlei Hinsicht äußerst vorteilhaft.Zunächsteinmal wird an Stelle des aus dem Stand der Technik bekannten Vergütungsstahlsein mikrolegierter Kohlenstoff-Mangan-Stahl zur Herstellung derKugeln verwendet. Der mikrolegierte Kohlenstoff-Mangan-Stahl mussinsbesondere nicht vergütetwerden, sondern erreicht, wie sich gezeigt hat, eine hervorragende Festigkeitund Härtebereits anhand der Kaltverformung, die im Verfahrensschritt desKaltfließpressens derKugel aus dem Stangen- bzw. Drahtabschnitt erfolgt.
    [0015] Dainfolgedessen zur Herstellung der Kugeln der gemäß Stand der Technik stets notwendigeVerfahrensschritt des Vergütensersatzlos entfallen kann, entfallen ebenso zunächst einmal der mit dem Vergüten verbundeneAufwand sowie die entsprechenden Kosten. Insbesondere wird damitjedoch auch das mit dem Stand der Technik verbundene Problem derunerwünschtenSchlagstellen auf den Oberflächender Kugeln, die beim Einschüttender heißenbzw. weichen Kugeln aus dem Vergütungsofenin das Abschreckmedium entstehen, vollständig beseitigt.
    [0016] Diesbedeutet mit anderen Worten außerdem,dass die Kugeln bereits beim Kaltfließpressen erheblich näher an denEndabmaßendimensioniert werden können,da nicht mehr, wie zuvor beim Stand der Technik, der erheblicheMaterialabtrag beim Schleifen der Kugeln berücksichtigt werden muss, derdort zur Beseitigung der Schlagstellen notwendig war. Auf dieseWeise wird das eingesetzte Halbzeug einerseits vollständiger ausgenutzt,wodurch bereits Materialkosten eingespart werden. Andererseits verkürzt sichdie zum nachfolgenden Schleifen benötigte Zeit erheblich, da wesentlichweniger Material abgetragen werden muss. Nicht zuletzt wird aufdiese Weise die Abnutzung der Schleifwerkzeuge sowie die Menge desanfallenden Schleifschlamms wesentlich reduziert, was ebenfallsweitere Kosten einspart sowie der Umweltfreundlichkeit des Herstellungsverfahrensentgegenkommt.
    [0017] Wiesich gezeigt hat, weisen die aus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahlkaltgepressten Kugeln nach dem Pressen aufgrund der Kaltverformungsowie aufgrund der beschriebenen, besonderen Eigenschaften des mikrolegiertenStahls sogar eine erheblich höhereHärte alsdie aus dem Stand der Technik bekannten vergüteten Kugeln auf.
    [0018] DiesehöhereHärte verbesserteinerseits die Schleifbarkeit der Kugeln und verkürzt dienotwendige Schleifdauer. Andererseits entstehen damit bei der Handhabungder Kugeln währenddes gesamten Herstellungsprozesses, insbesondere auch nach dem Schleifen,noch weniger Schlagstellen auf den Kugeloberflächen. Dies ist vorteilhaft,da eine der idealen Kugeloberflächemöglichstweit angenäherte Kugelgestaltohne Schlagstellen zu besonders leichtgängigen und verschleißarmen Kugelgelenkenführt, dieim Betrieb geringstmöglicheStick-Slip-Effekte bei der Bewegung der Kugel in der Lagerschalezeigen.
    [0019] Gemäß bevorzugterAusführungsformender Erfindung werden die Abschnitte nach dem Beizen in einem weiterenVerfahrensschritt einem Ziehprozess unterzogen, bzw. es erfolgtnach dem Beizen ein Glühenund Ziehen der Abschnitte auf kugeligen Zementit (GKZ- Behandlung). Aufdiese Weise wird bereits vor dem abschließenden Kaltfließpresseneine Kaltverfestigung des Materials erreicht, wodurch sich die Festigkeitder anschließenderhaltenen Kugeln weiter erhöht.
    [0020] Gemäß einerweiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werdendie Draht- bzw. Stangenabschnitte vor dem Ziehen bzw. vor der GKZ-Behandlungphosphatiert und/oder mit einem Trockenschmierstoff beschichtet.Da beim Kaltfließpressenhohe Druckspannungen zwischen Werkstück und Werkzeug auftreten,müssenzumeist Maßnahmenergriffen werden, durch die eine Kaltverschweißung zwischen Werkzeug undWerkstückverhindert wird. Dies erfolgt hier durch das Aufbringen einer Träger- bzw.Phosphatschicht auf die Draht- bzw. Stangenabschnitte.
    [0021] Aufder Trägerschichtwird wiederum eine Trockenschmierstoffschicht angeordnet, die beim Kaltfließpresseneine ausreichende Druckbeständigkeitaufweist und so den metallischen Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeugverhindert. Als druckbeständigefeste Gleitmittel könnenbeispielsweise Graphit, Molybdändisulfid,spezielle Seifen oder Wachse eingesetzt werden.
    [0022] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform derErfindung erfolgt nach dem Schleifen der Kugeloberfläche in einemweiteren Verfahrensschritt eine Nitrocarburierung der Kugeln.
    [0023] DasNitrocarburieren führtzu Verbesserungen der Korrosionsbeständigkeit und des Verschleißwiderstandes,insbesondere bei Oberflächenadhäsion zwischenKugel und Lagerschale. Weiterhin besitzt eine nitrocarburierte Oberfläche einenreduzierten Reibungskoeffizienten. Grund hierfür ist die beim Nitrocarburierenan der Kugeloberflächeerzeugte, eine besonders hohe Beständigkeit aufweisende sog. Verbindungsschicht,die eine Dicke lediglich von wenigen Hundertstel Millimetern besitzt.Ferner ist das Nitrocarburieren ein vergleichsweise umweltfreundlichesVerfahren und bildet eine vorteilhafte Alternative etwa zu galvanischabgeschiedenen Schichten. Die Nitrocarburierung erfolgt dabei bevorzugtim Salzbad.
    [0024] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung werden die Kugeln nach dem Schleifen bzw. nach demNitrocarburieren in einem weiteren Verfahrensschritt poliert bzw.erneut geschliffen und anschließendpoliert. Hierdurch werden Korrosionsbeständigkeit und Verschleißwiderstandder Kugeloberflächeweiter erhöht,und der Reibungskoeffizient wird weiter herabgesetzt.
    [0025] Gemäß einerweiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weistder Kohlenstoff-Mangan-Stahl ein Mikrolegierungselement zur Beschleunigungder Stickstoffaufnahme beim Nitrieren bzw. Nitrocarburieren auf.Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Mikrolegierungselementum Vanadium.
    [0026] Durchdie Verwendung von insbesondere Vanadium als Mikrolegierungselementbeschleunigt sich die Stickstoffaufnahme beim Nitrieren. Auf diese Weisekönnenbei unverändertenNitrierzeiten höhereHärtewerteund größere Einhärttiefender Verbindungsschicht erzielt werden, wodurch außerdem das Korrosionsverhaltenweiter verbessert wird. Alternativ können. mit kürzeren Prozess- bzw. Nitrierzeiten diegleichen vorteilhaften Eigenschaften der Verbindungsschicht wiebei einem Vergütungsstahlerreicht werden. Versuche haben beispielsweise ergeben, dass dieSalzbad-Prozesszeit auf diese Weise von 90 Minuten um 33 % auf 60Minuten reduziert werden kann.
    [0027] Insgesamtergibt sich durch den optimierten Nitrierprozess bzw. durch dieVerkürzungder Nitrierzeiten ein weiterer Kostenvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrensgegenüberden aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren für Kugelnunter Einsatz von Vergütungsstählen.
    [0028] DieErfindung betrifft außerdemein Kugelelement, insbesondere fürzweiteilige Kugelzapfen. Ein zweiteiliger Kugelzapfen setzt sichdabei in an sich bekannter Weise im Wesentlichen aus einem Zapfenelementund einem gelochten Kugelelement zusammen. Gemäß der Erfindung zeichnet sichdas Kugelelement jedoch dadurch aus, dass es aus vergütungsfreiemKohlenstoff-Mangan-Stahl mit Mikrolegierungselementen besteht.
    [0029] Dermikrolegierte Kohlenstoff-Mangan-Stahl benötigt keinen Vergütungsprozess,sondern weist hervorragende Festigkeit und Härte bereits aufgrund der Kaltverformungdurch das Fließpressenauf. Somit kann, wie bereits eingangs dargestellt, zur Herstellungder Kugeln das gemäß Standder Technik notwendige Vergütenentfallen, wodurch der dementsprechende Aufwand sowie die damitverbundenen Kosten ebenfalls wegfallen. Außerdem wird das Problem derunerwünschtenSchlagstellen auf den Kugeloberflächen gelöst, da das diesbezüglich problematischeEinschüttender heißenbzw. weichen Kugeln aus dem Vergütungsofenin das Abschreckmedium ersatzlos entfällt. Dabei ist der mikrolegierte Kohlenstoff-Mangan-Stahlgemäß bevorzugterAusführungsformender Erfindung gezogen, GKZ-behandelt bzw. beschichtet, insbesonderephosphatiert.
    [0030] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform derErfindung ist das Kugelelement nitrocarburiert. Hierdurch werdenKorrosionsbeständigkeitund Verschleißwiderstandsowie das Reibungsverhalten des Kugelelements verbessert, insbesonderebezüglich derbei Kugelgelenken aufgrund der geringen Winkelgeschwindigkeitenauftretenden Adhäsionzwischen Kugel und Lagerschale.
    [0031] Gemäß weiterer,bevorzugter Ausführungsformender Erfindung ist das Kugelelement geschliffen und/oder poliert,wodurch Kugeln fürqualitativ besonders hochwertige, langlebige und reibungsarme Kugelgelenkeerhalten werden.
    [0032] Nacheiner weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassendie Mikrolegierungselemente Vanadium.
    [0033] Dadurcherhalten die nitrierten bzw. nitrocarburierten Kugeln eine besondersharte bzw. besonders dicke Verbindungsschicht, wodurch sich insbesonderedas Korrosionsverhalten verbessert.
    [0034] ImFolgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispieldarstellender Zeichnungen nähererläutert.Dabei zeigt:
    [0035] 1 dieSchlifibilddarstellung der Gefügestruktureines Vergütungsstahlsfür Kugelngemäß dem Standder Technik;
    [0036] 2 ineiner 1 entsprechenden Darstellung die Gefügestruktureines mikrolegierten Kohlenstoff-Mangan-Stahls für Kugeln gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0037] 3 einelogarithmische Auftragung der kumulativen BruchwahrscheinlichkeitP gegen die Zugfestigkeit σ inMPa nach Weibull;
    [0038] 4 inlinearer Balkendarstellung ein Vergleich der Festigkeiten erfindungsgemäß hergestellterKugeln mit vergütetenKugeln gemäß dem Stand derTechnik;
    [0039] 5 inKurvendarstellung die Eigenschaften der durch Nitrocarburierungerzeugten Verbindungsschicht bei erfindungsgemäß hergestellten Kugeln im Vergleichzu vergütetenKugeln gemäß dem Standder Technik; und
    [0040] 6 eineerfindungsgemäß hergestellte Kugelfür einenzweiteiligen Kugelzapfen in zwei unterschiedlichen Ansichten.
    [0041] In 1 zeigtdie stark vergrößerte Schliffbilddarstellungder ferritisch-perlitischen Gefügestruktureines Vergütungsstahlsfür Kugelngemäß dem Standder Technik. Es handelt sich dabei konkret um die Gefügestruktureines warmgewalzten Standard-Vergütungsstahlsmit der Bezeichnung 41 Cr4.
    [0042] 2 zeigtdas Schliffbild der ebenfalls ferritisch-perlitischen Gefügestruktureines mikrolegierten Kohlenstoff-Mangan-Stahls für Kugeln gemäß der vorliegendenErfindung in derselben Vergrößerung wiebei dem Schliffbild des Vergütungsstahlsgemäß 1.
    [0043] Dabeihandelt es sich um den bei der Herstellung ebenfalls warmgewalztenmikrolegierten Stahl mit der Bezeichnung 35V1 bzw. C-Mn-V.
    [0044] DieserStahl weist die folgenden Legierungselemente auf (alle Angaben inGewichtsprozent): 0,35% C 0,20% Si 0,75% Mn 0,02% P 0,02% S 0,20% Cr 0,15% Ni 0,20% Cu 0,10% V 0,02% Al 0,01% N
    [0045] Manerkennt bei einer Zusammenschau der 1 und 2 dasim Vergleich zum üblichenVergütungsstahlgemäß 1 sehrviel feinere Gefüge desmikrolegierten Stahls gemäß 2.Das feine Gefügedes mikrolegierten Stahls gemäß 2 führt insbesonderezu einer besonders guten Kaltumformbarkeit des mikrolegierten Stahls,was der Erzeugung der erfindungsgemäßen Kugeln durch Kaltpressenvorteilhaft entgegenkommt.
    [0046] In 3 istdie aus Härtemessungenberechnete Festigkeit von verschiedenen kaltgepressten Kugeln dargestellt.Bei der Darstellung handelt es sich um die auf der Hochachse doppeltlogarithmisch aufgetragene kumulative Bruchwahrscheinlichkeit P inForm einer Weibull-Verteilung, gegen die auf der Rechtsachse aufgetrageneZugfestigkeit σ inMPa. Dabei wurde die Zugfestigkeit gemäß DIN 50150 aus gemessenenHärtewertenberechnet, wobei die Härtewertean verschiedenen Stellen der Kugeln gemessen wurden.
    [0047] DieDarstellung gemäß 3 enthält Messwertevon drei verschiedenen Kugeltypen. Die in der Legende mit BuchstabeA bezeichneten, rautenförmigenMesspunkte betreffen die erfindungsgemäß durch Kaltpressen hergestelltenKugeln aus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl. Die in der Legende in 3 mitBuchstabe B bezeichneten, quadratischen Messpunkte betreffen auseinem Vergütungsstahlhergestellte Kugeln gemäß dem Standder Technik. Konkret handelt es sich dabei um einen üblichenVergütungsstahlmit der Bezeichnung 38MnB5. Die in der Legende in 3 mitBuchstabe C bezeichneten, dreieckigen Messpunkte betreffen wiederumdie erfindungsgemäßen Kugelnaus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl, wobei sich die dreieckigenMesspunkte auf die erfindungsgemäßen Kugelnnach dem Nitrocarburieren beziehen.
    [0048] Manerkennt in 3, dass die Festigkeit der erfindungsgemäßen Kugelnaus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl (Rauten) ganz erheblichhöher liegtals die Festigkeit des Vergütungsstahlsgemäß dem Standder Technik (Quadrate). Diese höhereHärte istu.a. bei der Bearbeitung der Kugeln durch Schleifen von Vorteil,da sich auf diese Weise die Schleifdauer deutlich verkürzen lässt, wodurchKosten eingespart werden.
    [0049] Andererseitsentstehen aufgrund der höherenHärte beider Handhabung der Kugeln während undnach dem Herstellungsprozess besonders wenige Schlagstellen aufden Kugeloberflächen.Kugeln fürKugelgelenke ohne Schlagstellen sind besonders vorteilhaft, da aufdiese Weise besonders leichtgängige,langlebige und verschleißarmeKugelgelenke ermöglichtwerden, die im Betrieb bei der Bewegung der Kugel in der Lagerschaleeine besonders geringe Neigung zu Stick-Slip-Effekten zeigen.
    [0050] Diegrößere Härte dererfindungsgemäßen Kugelnaus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahlist schließlichauch insofern von Vorteil, als sich damit auch die Korrosionsbeständigkeitund das Reibverhalten beim Einsatz der Kugeln in Kugelgelenken verbessert.
    [0051] In 3 istaußerdemdie in Form von dreieckigen Messpunkten aufgetragene Festigkeitder erfindungsgemäßen Kugelnaus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl dargestellt, nachdemdie erfindungsgemäßen Kugelneiner Nitrocarburierung unterzogen worden sind. Anhand der Schnittpunkteder gedachten Weibull-Geraden (der durch jeweils eine Gruppe vonMesspunkten definierten Geraden) mit der y-Achse bei Null erkenntman, dass die erfindungsgemäßen Kugelnaus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl auch nach der Nitrocarburierung nochFestigkeitswerte aufweisen (dreieckige Messpunkte), die ebenso hochwie diejenigen der Kugeln aus Vergütungsstahl (quadratische Messpunkte) sind.
    [0052] Obwohleigentlich zu erwarten wäre,dass aufgrund der beim Nitrocarburieren verwendeten Temperaturenbis nahe 600°Ceine Erholung des beim Fließpressenkaltverfestigten Gefügesder Kugeln an der Kugeloberflächeund ein damit verbundener starker Rückgang der durch das Fließpressenerreichten hohen Festigkeiten erfolgen sollte, hat es sich jedoch überraschenderweisegezeigt, dass die hohe Festigkeit der erfindungsgemäßen Kugelnauch nach dem Nitrocarburieren in vorteilhafter Weise fast vollständig erhaltenbleibt. Der Grund hierfürist darin zu sehen, dass wegen der im Material der erfindungsgemäßen Kugelnenthaltenen Mikrolegierungselemente keine vollständige Erholung des kaltverfestigtenGefügesunter den Bedingungen des Nitrocarburierungsprozesses erfolgt.
    [0053] Diein 3 erkennbaren, im Vergleich zum Vergütungsstahlgeringeren Steigungen der Weibull-Geraden der erfindungsgemäßen Kugelnaus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl(Dreiecke bzw. Quadrate) deuten dabei lediglich darauf hin, dassaufgrund der unterschiedlichen Umformgrade an verschiedenen Stellender Kugel eine unterschiedlich starke Kaltverfestigung des Materialsvorliegt, da die dargestellten Messwerte über den gesamten Kugelquerschnittermittelt wurden. Es ergeben sich daraus, wie Versuche gezeigt haben,keine negativen Auswirkungen bezüglichder hervorragenden Eignung der erfindungsgemäßen Kugeln zum Einsatz in Kugelgelenken.
    [0054] 4 zeigtwiederum die gemäß DIN 50150 ausder Härtebestimmte Zugfestigkeit verschiedener erfindungsgemäßer Kugelnaus einem weiteren mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl mit der Bezeichnung 10MnSi7(jeweils rechte punktierte senkrechte Balken), sowie die Zugfestigkeitder Drähte, ausdenen die jeweiligen Kugeln gefertigt wurden (jeweils linke schraffiertesenkrechte Balken). Außerdementhältdie Darstellung der 4 zum Vergleich wiederumn dieFestigkeitswerte eines Vergütungsstahlsgemäß dem Standder Technik (waagerechter Balken). Die Prozent-Angaben auf der Rechtsachse gebenan, um welches Maß derDraht, aus dem die Kugeln jeweils gepresst wurden, vor dem Pressen abgezogenwurde. Dabei erfolgte das Abziehen des Drahtes nach dem Warmwalzensowie vor dem Pressen der Kugeln.
    [0055] Manerkennt, dass die unvergüteten,aus dem mikrolegierten Kohlenstoff-Mangan-Stahl hergestellten Kugeln(jeweils rechte punktierte Balken) durchweg eine höhere Festigkeitbesitzen als die Kugeln aus dem Vergütungsstahl (waagerechter Balken),und zwar weitgehend unabhängigvom Grad des Drahtabzugs und der damit verbundenen Festigkeit desDrahtes bzw. Ausgangswerkstoffs (jeweils linke schraffierte Balken).
    [0056] 5 zeigtdas Härteprofileiner erfindungsgemäß aus einemvergütungsfreiem,mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl (35V1) hergestellten Kugelnach der Nitrocarburierung, wobei die Härte-Messwerte über derTiefe unterhalb der ` Kugeloberfläche aufgetragensind.
    [0057] Gemäß der in 5 enthaltenenLegende steht Buchstabe C wiederum für die Messwerte des Kohlenstoff-Mangan-Stahls(dreieckige Messpunkte). Zum Vergleich sind in dem Diagramm gemäß 5 außerdem dieentsprechenden Härte-Messwerteeiner Kugel aus üblichemVergütungsstahlgemäß dem Standder Technik aufgetragen, siehe wieder Buchstabe B in der Legendein 5 (quadratische Messpunkte).
    [0058] Manerkennt, dass die erfindungsgemäßen Kugelnaus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl(dreieckige Messpunkte) sogar nach der Nitrocarburierung noch einehöhereHärte alsentsprechende Kugeln aus Vergütungsstahlgemäß dem Standder Technik (quadratische Messpunkte) aufweisen. Die höhere Härte ist,wie weiter oben bereits ausgeführt,u.a. fürdie besonders gute Verschleißfestigkeitder erfindungsgemäßen Kugelnsowie für einezeit- und kostensparende, verbesserte Bearbeitbarkeit der Kugelnbeim Schleifen von Vorteil.
    [0059] ZumVergleich sind in 5 außerdem die bei Kugeln für Kugelgelenkekonstruktiv vorgegebenen Soll-Werte für die Härte an der Oberfläche bzw. in0,2 mm Tiefe angegeben, siehe die beiden horizontalen Balken imDiagramm gemäß 5.Man erkennt, dass die Verbindungsschicht der erfindungsgemäßen Kugeln(dreieckige Messpunkte) die geforderten Härte-Sollwerte einhält bzw.sogar übertrifft.
    [0060] 6 schließlich zeigteine erfindungsgemäß hergestellteKugel aus vergütungsfreiem,mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl für einen zweiteiligen Kugelzapfen,die zur Aufnahme des Zapfenelements gelocht ist, in zwei unterschiedlichenAnsichten. Man erkennt, dass sich die Kugeln anhand des erfindungsgemäßen Verfahrensohne Probleme, insbesondere rissfrei sowie mit einwandfreier Oberflächenqualität herstellenlassen.
    [0061] ImErgebnis wird somit deutlich, dass es dank der Erfindung nun möglich ist,Kugeln insbesondere fürzweiteilige Kugelzapfen einfacher und kostengünstiger als bisher herzustellen,wobei jedoch gleichzeitig die Oberflächen- und Materialqualität sowiedie erforderliche Festigkeit und Verschleißbeständigkeit der Kugeln beibehaltenoder sogar gesteigert werden kann. Unter anderem aufgrund Wegfallsdes bisher notwendigen Vergütenswerden einerseits Kosten in erheblichem Umfang eingespart, und eswird andererseits das Problem der beim Vergüten oftmals entstehenden Schlagstellenauf den Kugeloberflächenbeseitigt.
    [0062] DieErfindung leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur besonderswirtschaftlichen Produktion von qualitativ hochwertigen Kugeln,insbesondere fürKugelgelenke, Radaufhängungen,Stabilisatoren sowie fürvergleichbare Einsatzzwecke.
    权利要求:
    Claims (17)
    [1] Verfahren zur Herstellung von Kugeln bzw. Kugelsegmenten,insbesondere fürKugelgelenke, mit den Verfahrensschritten: a) Erzeugen einesStangenabschnitts bzw. Drahtabschnitts ausgehend von einem warmgewalztenHalbzeug aus mikrolegiertem Kohlenstoff-Mangan-Stahl; b) Beizen c)Kaltfließpressendes Abschnitts zur Kugel bzw. zum Kugelsegment; und d) Schleifender Kugeloberfläche.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass nach dem Verfahrensschritt b (Beizen), in einem weiteren Verfahrensschrittb' mindestens einZiehvorgang erfolgt.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass nach dem Verfahrensschritt b (Beizen), in einem weiteren Verfahrensschrittb" ein Glühen undZiehen des Abschnitts auf kugeligen Zementit (GKZ) erfolgt.
    [4] Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Abschnitt vor dem Verfahrensschritt b' (Ziehen), bzw. während des Verfahrensschrittesb" (GKZ) phospatiertund/oder mit einem Trockenschmierstoff beschichtet wird.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass nach Verfahrensschrit d (Schleifen) in einem weiteren Verfahrensschritte eine Nitrocarburierung der Kugeln bzw. Kugelsegmente erfolgt.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Nitrocarburierung im Verfahrensschritt e im Salzbad erfolgt.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Kugeln bzw. Kugelsegmente nach Verfahrensschritt d (Schleifen) odere (Nitrocarburierung) in einem weiteren Verfahrensschritt f geschliffenund/oder poliert werden.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Kohlenstoff-Mangan-Stahl ein Mikrolegierungselement zurBeschleunigung der Stickstoffaufnahme beim Nitrieren bzw. Nitrocarburierenaufweist.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass das weitere Mikrolegierungselement Vanadium ist.
    [10] Kugelelement, insbesondere für zweiteiligen Kugelzapfen,der Zapfen umfassend Kugelelement und Zapfenelement, dadurch gekennzeichnet,dass das Kugelelement aus vergütungsfreiemKohlenstoff-Mangan-Stahlmit Mikrolegierungselementen besteht.
    [11] Kugelelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass das Kugelelement aus einem gezogenen Draht hergestellt ist.
    [12] Kugelelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,dass das Kugelelement aus einem auf kugeligen Zementit (GKZ) geglühten Draht besteht.
    [13] Kugelelement nach einem der Ansprüche 10 bis12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement aus einem beschichteten,insbesondere phosphatierten Draht besteht.
    [14] Kugelelement nach einem der Ansprüche 10 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement nitrocarburiertist.
    [15] Kugelelement nach einem der Ansprüche 10 bis14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement geschliffen ist.
    [16] Kugelelement nach einem der Ansprüche 10 bis15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement poliert ist.
    [17] Kugelelement nach einem der Ansprüche 10 bis16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolegierungselemente Vanadiumumfassen.
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