DE102004003147A1

DE102004003147A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fräsen von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben

Info

Publication number: DE102004003147A1
Application number: DE102004003147A
Authority: DE
Inventors: Oliver Clemm; Holger Amecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: DE102004003147B4

Abstract

Bei Fräsen von Kugellaufbahnen (2) an Gleichlaufgelenknaben (3) wird ein Kugelbahnfräser (8) mit seiner Drehachse (A¶1¶) senkrecht zur Kugellaufbahn (2) angestellt. Der Kugelbahnfräser (8) weist in seinem Eingriffsbereich einen um die Drehachse (A¶1¶) schneidenfreien Abschnitt (17) auf, und zwar derart, dass eine Kugellaufbahn (2) mit einem im Laufbahnquerschnitt ebenen, abgeflachten Nutgrund (16) entsteht. Neben einem entsprechenden Verfahren sowie einer Fertigungsvorrichtung wird eine Gleichlaufgelenknabe angegeben. Aufgrund des schneidenfreien Abschnitts (17) werden Bereiche mit sehr kleinen Schnittgeschwindigkeiten nahe der Drehachse (A¶1¶) vermieden. Hierdurch können verhältnismäßig einfache Kugelbahnfräser (8) eingesetzt werden, die gegenüber herkömmlichen, zentrumsschneidenden Fräsern Vorteile in Bezug auf die Oberflächengüte der Kugellaufbahnen (2) und die Werkzeughaltbarkeit bieten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zum Fräsen von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Gleichlaufgelenknabe, die mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung herstellbar ist.
Aus dem Stand der Technik ist allgemein bekannt, Kugellaufbahnen an Naben von Gleichlaufgelenkwellen und dergleichen durch Fräsen oder Räumen herzustellen. Mit dem herkömmlichen Verfahren lassen sich sowohl Kugellaufbahnen mit einem kreisförmigen Laufbahnquerschnitt als auch mit einem elliptischen oder gotischen Laufbahnquerschnitt fertigen. Im letztgenannten Fall stützt sich eine in einer Laufbahn aufgenommene Kugel lediglich an zwei Kontaktpunkten bzw. kleinen Kontaktflächen an den Flanken der Laufbahn ab.

Für die Herstellung der Kugellaufbahnen werden neben scheibenförmigen Fräsern, wie z. B. in der WO 03/053617 A1 beschrieben, vor allem fingerförmige Kugelbahnfräser eingesetzt, die an ihrer Stirnseite in der Regel gekrümmte Schneidkanten aufweisen. Ein solcher Fräser, bei dem die Schneidkanten an einstellbaren Schneidplatten vorgesehen sind, wird beispielsweise in der DE 199 45 360 A1 und in der EP 1 239 989 B1 offenbart. Zum Fräsen einer Kugellaufbahn werden solche Fräser üblicherweise unter einem Winkel von etwa 20 Grad zur Werkstückoberfläche der Gleichlaufgelenknabe angestellt. Dies bedingt jedoch auf Seiten der Fertigungseinrichtung einen hohen apparativen Aufwand.

In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 103 18 408.2 der Anmelderin wird zur Vereinfachung der Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei dem bzw. bei der die Drehachse eines Kugelbahnfräsers im wesentlichen senkrecht zur Kugellaufbahn eingestellt wird. Dies ermöglicht gegenüber angestellten Fräsern an ein deutlich einfacheres Maschinenkonzept, mit dem sich mehrere Kugellaufbahnen gleichzeitig herstellen lassen. Allerdings können hierfür herkömmliche Fräser, welche für Anstellwinkel von etwa 20 Grad ausgelegt sind, nicht mehr verwendet werden. Zudem ergeben sich Probleme, welche bei stark angestellten Kugelbahnfräser nicht auftreten.

Bei Anstellwinkeln von 90 Grad existieren Bereiche mit sehr kleinen Schnittgeschwindigkeiten. Unmittelbar auf der Drehachse des Fräsers wird die Schnittgeschwindigkeit zu Null. Dies kann insbesondere im Hinblick auf die Oberflächengüte zu Problemen führen.

Dem ließe sich zwar durch eine Anwinklung des Fräsers abhelfen. Jedoch gingen dann die Vorteile in bezug auf ein einfaches Maschinenkonzept verloren. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Fertigungstechnik zum Herstellen von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben mit senkrecht angestellten Kugelbahnfräser zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen, bei dem beim Fräsen einer Kugellaufbahn entlang des Außenumfangs einer Gleichlaufgelenknabe ein Kugelbahnfräser mit seiner Drehachse senkrecht, d. h. mit einem Anstellwinkel von 90 Grad, zur Kugellaufbahn angestellt ist, und der Kugelbahnfräser in seinem Eingriffsbereich einen um die Mitte der Drehachse schneidenfreien Abschnitt aufweist, und zwar derart, dass eine Kugellaufbahn mit einem im Laufbahnquerschnitt ebenen, abgeflachten Nutgrund entsteht.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt darauf ab, durch eine fertigungsgerechte Ausführung der Kugellaufbahnen in Abstimmung mit der Ausgestaltung des Eingriffsbereichs des Kugelbahnfräsers Bereiche mit sehr kleinen Schnittgeschwindigkeiten zu vermeiden. Hierdurch können verhältnismäßig einfache Kugelbahnfräser eingesetzt werden, die gegenüber herkömmlichen, zentrumsschneidenden Fräsern Vorteile in bezug auf die Oberflächengüte der Kugellaufbahnen und die Werkzeughaltbarkeit bieten.

Der Laufbahnquerschnitt ergibt sich im wesentlichen aus der Schneidenkontur des Kugelbahnfräsers. Lediglich im Abschnitt um die Drehachse, der schneidenfrei ausgeführt ist, ergibt sich hiervor eine Ausnahme. Zur Herstellung können sowohl Fräser mit austauschbaren Schneidplatten als auch einstückige Fräser verwendet werden.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen angegeben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Schneidenkontur derart gewählt, dass an der Kugellaufbahn ein in den Laufbahnquerschnitt einbeschriebener Inkreis mit Kontaktpunkten an den gegenüberliegenden Flanken der Kugellaufbahn oberhalb des ebenen, abgeflachten Nutgrunds verläuft.

Vorzugsweise sind die Flanken des Laufbahnquerschnitts elliptisch bzw. gotisch, wobei der ebene, abgeflachte Nutgrund im Bereich des kleineren Krümmungsradius der Ellipse liegt.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung wird die Gleichlaufgelenknabe während des Fräsens translatorisch an dem Fräser vorbeibewegt, d. h. die wesentliche Vorschubbewegung erfolgt über das Werkstück. Dadurch bleibt der Aufwand auf Seiten der Fertigungsvorrichtung gering. Vorteilhaft ist dies insbesondere dann, wenn mehrere Kugelbahnfräser gleichzeitig zum Einsatz kommen. Dies ermöglicht eine schnelle und effiziente Fertigung von Gleichlaufgelenknaben.

Solche werden vorzugsweise gleichbeabstandet um einen Bearbeitungsraum angeordnet. Hierdurch wird ein guter Kraftausgleich in Umfangsrichtung erhalten. Zudem ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren eine einfache Maschinensteuerung. Durch die gemeinsame Bearbeitung werden überdies Teilungsfehler vermieden.

Weiterhin können mehrere Kugelbahnfräser in hälftiger Anzahl der herzustellenden Kugellaufbahnen vorgesehen werden, so dass sich in einem Arbeitsgang mehrere Laufbahnen und in einem weiteren Arbeitsgang weitere Laufbahnen jeweils gleichzeitig fertigen lassen.

Wird das Werkzeug allein translatorisch an den Schneidwerkzeugen vorbeigeführt, ergeben sich an der Nabe entsprechend parallel zu deren Längsachse ausgerichtete Kugellaufbahnen.

Durch eine zweimalige Ausführung des Verfahrens an einer Nabe können auch mehrere Laufbahngruppen gefertigt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung lässt sich das Verfahren vor allem für die Herstellung der Laufbahnen von Gelenken in VL-Bauart verwenden. In diesem Fall wird die Nabe während ihrer translatorischen Bewegung gleichzeitig um ihre Bewegungsachse gedreht. Dadurch entstehen an der Nabe spiralförmige Rillen. Die Steigung der Spiralrillen ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich ähnliche Schrägungswinkel wie bei herkömmlichen VL-Gelenken ergeben, die in der Größenordnung von etwa 15 Grad liegen. Im Unterschied zu den erfindungsgemäß hergestellten Gleichlaufgelenknaben mit spiralförmigen Laufbahnen verlaufen die in herkömmlicher Art und Weise hergestellten Laufbahnen geradlinig unter einem Schrägungswinkel von z. B. 15 Grad zur Bauteillängsachse.

Abwechselnd links- und rechtssteigende Spiralen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erhalten, indem auf dem Rückweg die Drehrichtung des Hinwegs beibehalten wird. Bereits ausschließlich durch die umgekehrte translatorische Vorschubbewegung entstehen so jeweils abwechselnd entgegengerichtet geneigte Kugellaufbahnen, die unter ansonsten gleichen Verhältnissen betragsgleiche Steigungen aufweisen. Diese Vorgehensweise besitzt aufgrund ihres einfachen Bewegungsablaufs den Vorteil einer hohen Zeiteffizienz.

Weiterhin kann die Umschaltzeit der Axialbewegung zwischen dem Hinweg und dem Rückweg dazu genutzt werden, um nach dem Hinweg und vor Beginn des Rückwegs eine Drehung der Nabe vorzunehmen. Vorzugsweise wird der Drehwinkel zwischen Schneidende und erneutem Schneidbeginn durch Unterbrechung der translatorischen Bewegung bei Aufrechterhaltung der Drehbewegung eingestellt. Durch die kontinuierliche Drehvorschubbewegung werden Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge vermieden.

Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Laufbahnen in einem Durchgang gleichzeitig hergestellt und fertigbearbeitet, wodurch gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei denen das Fräsen jeder einzelnen Kugellaufbahn durch mehrere Bearbeitungsvorgänge erfolgt, ein erheblicher Zeitgewinn erzielt wird. Es ist jedoch auch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits angelegte, zum Beispiel vorgeschmiedete Laufbahnen fertigzubearbeiten.

Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zum Fräsen von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben, umfassend mindestens einen Kugelbahnfräser, dessen Drehachse beim Fräsen einer Kugellaufbahn entlang des Außenumfangs einer Gleichlaufgelenknabe senkrecht, d. h. mit einem Anstellwinkel von 90 Grad, zur Kugellaufbahn angestellt ist, wobei der Kugelbahnfräser in seinem Eingriffsbereich einen um die Mitte der Drehachse schneidenfreien Abschnitt aufweist, derart, dass eine Kugellaufbahn mit einem im Laufbahnquerschnitt ebenen, abgeflachten Nutgrund entsteht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der das oben erläuterte Verfahren in vorteilhafter Weise durchführbar ist, ermöglicht die Verwendung einfacher Fräser bei einem Anstellwinkel von 90 Grad. Die Fräserachsen können während der Bearbeitung unbewegt bleiben, woraus ein besonders einfaches Maschinenkonzept resultiert. Zudem werden, wie oben bereits erläutert, Bereiche mit sehr kleinen Schnittgeschwindigkeiten vermieden, was sich vorteilhaft auf die Oberflächengüte im Laufbahngrund auswirkt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind an der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Einspannvorrichtung für die Gleichlaufgelenknaben sowie weiterhin eine Vorschubeinrichtung mit einem Axialvorschub vorgesehen, die mit der Einspannvorrichtung wirkverbunden ist. Zudem kann die Vorschubeinrichtung zusätzlich einen Drehvorschub aufweisen.

Werden mehrere Kugelbahnfräser zum zeitgleichen Fräsen von Kugellaufbahnen vorgesehen, so ist es für den Kraftausgleich am Werkstück besonders vorteilhaft, die Drehachsen der Kugelbahnfräser in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen. Eine mit einer solchen Vorrichtung hergestellte Gleichlaufgelenknabe zeichnet sich durch eine hohe Fertigungsgenauigkeit aus.

Dementsprechend ermöglicht die Erfindung weiterhin eine Gleichlaufgelenknabe mit einer Vielzahl von Kugellaufbahnen am Außenumfang, bei der die Kugellaufbahnen einen Laufbahnquerschnitt mit zwei voneinander beabstandeten Kontaktpunkten an den Laufbahnenflanken zu Abstützung einer Kugel aufweisen, wobei der Nutgrund im Querschnitt eben ist. Letzteres ist bei Verfahren oder Vorrichtungen, welche angestellte Fräser verwenden, nicht möglich.

Der Laufbahnquerschnitt ist dabei so gewählt, dass ein einbeschriebener Inkreis mit Kontaktpunkten an den gegenüberliegenden Flanken der Kugellaufbahn oberhalb des ebenen, abgeflachten Nutgrunds verläuft.

Vorzugsweise sind, wie oben bereits erwähnt, die Flanken des Laufbahnquerschnitts im wesentlichen elliptisch. Der ebene, abgeflachte Nutgrund liegt dabei im Bereich des kleineren Krümmungsradius der Ellipse.

Nachfolgend wird die Erfindung nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Schnittansicht durch die Bearbeitungsebene für ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Kugellaufbahnen an einer Gleichlaufgelenknabe,

2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung aus 1, und in

3 einen Schnitt durch eine Kugellaufbahn nebst Kugel sowie einen lediglich angedeuteten Kugelbahnfräser.

Das Ausführungsbeispiel zeigt in den 1 und 2 eine Vorrichtung 1, mit der mehrere Kugellaufbahnen 2 an Gleichlaufgelenknaben 3 gleichzeitig hergestellt werden können. Nachfolgend wird das mit der Vorrichtung 1 durchführbare Herstellungsverfahren anhand einer Nabe 3 für ein Gelenk in VL-Bauart mit gekreuzten Laufbahnen erläutert, ohne dass hiermit jedoch eine Beschränkung auf solche Laufbahnkonfigurationen verbunden wäre. Vielmehr kann die Vorrichtung 1 auch zur Herstellung von Kugellaufbahn dienen, die parallel zur Bauteilachse einer Gleichlaufgelenknabe 3 verlaufen. Zudem ist es möglich, den weiter unten im Detail erläuterten Kugelbahnfräser 8 auch einzeln einzusetzen.
Wie 2 zeigt, weist die Vorrichtung 1 einen ringartigen Maschinenrahmen 5 auf, an dem mehrere Zerspaneinheiten 6 sternförmig in einer Zerspanungsebene angeordnet sind. Jede Zerspaneinheit 6 umfasst eine Spindel 7 mit einem Kugelbahnfräser 8 sowie einen Antriebsmotor 9. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Kugelbahnfräser 8 vorgesehen, deren Drehachsen A₁, A₂ und A₃ jeweils um 120 Grad beabstandet in einer gemeinsamen Ebene liegen und radial zu einem Bearbeitungsraum im Zentrum des Maschinenrahmens 5 verlaufen.
Die Anzahl der Zerspaneinheiten 6 orientiert sich an der Anzahl der an einer Nabe 3 herzustellenden Kugellaufbahnen 2. Im Hinblick auf eine effiziente Fertigung werden vorzugsweise genau halb so viele Zerspaneinheiten 6 wie Kugellaufbahnen 2 vorgesehen. So lassen sich mit einer Fertigungsvorrichtung 1 mit insgesamt vier jeweils um 90 Grad versetzt angeordneten Zerspaneinheiten 6 Gleichlaufgelenknaben 3 mit acht Kugellaufbahnen 2 herstellen.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine zentrale Einspannvorrichtung 10 für die Nabe 3 sowie eine Vorschubeinrichtung 11, die mit der Einspannvorrichtung 10 wirkverbunden ist und in bezug auf den Bearbeitungsraum einen Axialvorschub (vgl. Doppelpfeil a) in Richtung der Bauteilachse B und einen Drehvorschub (vgl. Pfeil b) um die Bauteilachse B aufweist. Zudem ist eine Steuereinrichtung 12 zur Ansteuerung des Axialvorschubs a und des Drehvorschubs b vorgesehen, welche derart konfiguriert ist, um während einer Bearbeitung einer Nabe 3 beide Vorschubbewegungen a und b miteinander zu koppeln.
Durch eine gezielte Abstimmung der Vorschubbewegungen a und b lassen sich an dem Außenumfang der Nabe 3 mehrere, zur Bauteilachse B spiralförmig gekrümmte Kugellaufbahnen 2 gleichzeitig herstellen, wobei das Verhältnis a/b die Steigung der Spiralen vorgibt.
Zusätzlich kann eine axiale Zustellung an den Spindeln 7 der Zerspaneinheiten 6 vorgesehen sein, welche es ermöglicht, eine Konturierung des Nutgrundes der Kugellaufbahnen 2 in bezug auf die Bauteilachse B vorzunehmen. Über eine gezielte Ansteuerung der axialen Zustellung der Spindeln 7, die beispielsweise über die Steuereinrichtung 12 erfolgt, ist es überdies möglich, mehrere geradlinige Kugellaufbahnen mit einem Schrägungswinkel zur Bauteilachse B gleichzeitig herzustellen.
Durch die vorstehend erläuterte, punktsymmetrische Anordnung der Zerspaneinheiten 6 ist ein Kraftausgleich in radialer Richtung stets gewährleistet. Hieraus resultieren geringe Verformungen zwischen der Herstellungsvorrichtung 1 und dem zu bearbeitenden Werkstück, woraus wiederum eine hohe Maßgenauigkeit der Kugellaufbahnen 2 folgt. Durch eine genaue Ausrichtung der Spindeln 7 zueinander werden überdies Teilungsfehler vermieden. Als Nebeneffekt des Kraftausgleichs kann die zentrale Einspannvorrichtung 10 verhältnismäßig leicht ausgeführt werden.
Bei der Herstellung der Kugellaufbahnen 2 bleiben die Zerspaneinheiten 6 bzw. deren Kugelbahnfräser 8, abgesehen von einer etwaigen Zustellung in Richtung der radialen Spindelachsen A₁, A₂ und A₃, stationär. Die zu bearbeitende Nabe 3 wird mittels der Vorschubeinrichtung 11 translatorisch an den Schneidwerkzeugen 8 vorbeibewegt, die hierbei mit der Nabe 3 in Eingriff gelangen. Dabei wird auf einem Hinweg der Translationsbewegung zunächst die halbe Anzahl der Laufbahnen 2 gefräst. Bei einer gleichzeitigen Drehung der Nabe 3 um ihre Bauteilachse B entstehen dabei spiralförmige gekrümmte Laufbahnen 2, die alle die gleiche Steigung aufweisen.
Anschließend wird die Translationsbewegung a in ihrer Richtung umgekehrt, so dass nach einer zwischenzeitlichen Rotation der Nabe 3 zwecks Einstellung der korrekten Teilung auf einem Rückweg die verbleibenden Laufbahnen 2 spanabhebend geschnitten werden. Da auf dem Rückweg die Drehrichtung des Hinwegs beibehalten wird, entstehen ebenfalls spiralförmig gekrümmte Laufbahnen 2 mit umgekehrter, jedoch betragsmäßig gleicher Steigung.
Die so hergestellte Gleichlaufgelenknabe 3 weist als Kugellaufbahnen 2 folglich Spiralrillen auf, die in Umlaufrichtung abwechselnd linkssteigend und rechtssteigend angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht damit eine vorteilhafte Herstellung von Gleichlaufgelenken mit gekreuzten, spiralförmig gekrümmte Kugellaufbahnen.
Bei der Umschaltung zwischen dem Hinweg und dem Rückweg kann zwischen dem Schneidende und dem erneuten Schneidbeginn eine Drehung der Nabe um den Teilungswinkel der Laufbahnen oder auch eine Weiterdrehung um ein ganzzahliges Vielfaches davon vorgenommen werden. Vorzugsweise wird dabei so vorgegangen, dass die Umkehrung der translatorischen Bewegung a bei Aufrechterhaltung der Drehbewegung b erfolgt. Dadurch wird ein Abbremsen und erneutes Beschleunigen der Einspanneinrichtung und des Werkstücks vermieden und damit der Steuerungsaufwand gering gehalten. Zudem wird eine zusätzliche Störungsquelle für Lagefehler ausgeschaltet.
Mit dem vorstehend erläuterten Verfahren können sämtliche Laufbahnen 2 an einer Gleichlaufgelenknabe 3 in einem Durchgang bestehend aus einem Hinweg und einem Rückweg gleichzeitig hergestellt und fertigbearbeitet werden. Gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei denen jede Laufbahn 2 einzeln und in mehreren Bearbeitungsschritten gefertigt wird, ergibt sich ein ohne weiteres erkennbarer Zeitvorteil. Im Falle von sechs Laufbahnen 2 je Gleichlaufgelenknabe 3 liegt dieser in der Größenordnung von 66 Prozent, und zwar selbst dann, wenn in Abhängigkeit des Zerspanungsvolumens die Laufbahnen 2 eventuell in mehreren Schritten gefräst werden. Die Zustellung in Richtung der Achsen der Spindeln 7 erfolgt dabei vorzugsweise während die Kugelbahnfräser 8 nicht in Eingriff sind. Es ist jedoch auch möglich, das beschriebene Verfahren dazu einzusetzen, um bereits angelegte, beispielsweise vorgeschmiedete Laufbahnen 2 fertigzubearbeiten.
In einer Abwandlung ist es auch denkbar, alle Laufbahnen "im Vorwärtsgang" zu fertigen, also lediglich bei einer Bewegung des Werkstücks 3 in positive a-Richtung. In diesem Fall wird nach der Fertigung der ersten Hälfte der Laufbahnen 2 das Werkstück 3 in den Ausgangszustand zurückgefahren.
3 zeigt beispielhaft den Laufbahnquerschnitt für eine Kugellaufbahn 2 einer Gleichlaufgelenknabe 3. Neben einer Kugel 13 ist weiterhin das wirksame Schneidenprofil des Kugelbahnfräsers 8 mit einer unterbrochenen Linie angedeutet.
Die Kugel 13 stützt sich lediglich in zwei um den Abstand L voneinander beabstandeten Kontaktpunkten KP an gegenüberliegenden Flanken 14 und 15 der Kugellaufbahn 2 ab. Der Nutgrund 16 der Kugellaufbahn 2 wird dabei von der Kugel 13 nicht berührt.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies erreicht, indem die Flanken 14 und 15 des Laufbahnquerschnitts elliptisch ausgeführt werden. Dabei weisen die Laufbahnflanken 14 und 15 zur offenen Seite einen größeren Krümmungsradius R₁, zum Nutgrund 16 hin dagegen einen kleineren Krümmungsradius R₂ auf. Zumindest der größere Krümmungsradius R₁ ist in größer als der Radius R der Kugel 13. Der kleinere Krümmungsradius R₂ ist in der Regel kleiner als der Kugelradius R. Wie 3 weiter zeigt, ist der Laufbahnquerschnitt im Nutgrund 16 über die Breite x abgeflacht, d. h. nicht gekrümmt, sondern eben. Gegenüber einer idealen Ellipse stellt sich der abgeflachte, ebene Nutgrund 16 als Verjüngung dar, die jedoch das Abrollverhalten der Kugel 13 in der Kugellaufbahn 2 nicht beeinträchtigt.
Der über die Breite x abgeflachte Nutgrund 16 ergibt sich aus dem oben erläuterten Fertigungsverfahren bei Verwendung eines Kugelbahnfräsers 8 mit senkrechter Drehachse A₁, der in seinem Eingriffsbereich einen um die Drehachse A₁ schneidenfreien Abschnitt 17 aufweist. Aufgrund des zentralen, schneidenfreien Abschnitts 17 am Fräser 8 werden Bereiche mit sehr kleinen Schnittgeschwindigkeiten nahe der Drehachse A₁ vermieden. Der Nutgrund 16 wird durch weiter von der Drehachse A₁ beabstandete Schneidkantenabschnitte 18 und 19 freigeräumt.
Hierdurch können verhältnismäßig einfache Kugelbahnfräser 8 eingesetzt werden, die gegenüber herkömmlichen, zentrumsschneidenden Fräsern Vorteile in bezug auf die Oberflächengüte der Kugellaufbahnen und die Werkzeughaltbarkeit bieten.
Das vorstehend anhand einer Vorrichtung 1 und seiner verfahrenstechnischen Merkmale erläuterte Maschinenkonzept zeichnet sich aufgrund der senkrechten Anordnung der Kugelbahnfräser 8 durch einen einfachen Aufbau aus. Dies gilt auch dann, wenn lediglich ein einziger Kugelbahnfräser 8 zum Einsatz kommt. Bei Verwendung mehrerer Kugelbahnfräser ermöglicht es zudem eine erhebliche Verminderung der Fertigungszeit für Gleichlaufgelenknaben.
Durch einen guten Kraftausgleich in Radialrichtung sowie die gleichzeitige spanende Herstellung mehrerer Kugellaufbahnen wird mit geringem Aufwand eine hohe Fertigungsgenauigkeit sowohl in bezug auf die Laufbahnen selbst als auch auf deren Ausrichtung untereinander erzielt. Ein weiterer Vorteil liegt in der sehr einfachen Steuerung.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle in den Patentansprüchen angegebenen Lösungen.

1: Vorrichtung zur Herstellung von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben
2: Kugellaufbahn
3: Gleichlaufgelenknabe
5: Maschinenrahmen
6: Zerspaneinheit
7: Spindel
8: Kugelbahnfräser
9: Antriebsmotor
10: Einspannvorrichtung
11: Vorschubvorrichtung
12: Steuereinrichtung
13: Kugel
14: Flanke der Kugellaufbahn 2
15: Flanke der Kugellaufbahn 2
16: ebener, abgeflachter Nutgrund
17: schneidenfreier Abschnitt des Kugelbahnfräsers 8
18: Schneidkante
19: Schneidkante
a: Axialvorschub
b: Drehvorschub
A₁: Drehachse
A₂: Drehachse
A₃: Drehachse
B: Bauteilachse
KP: Kontaktpunkt
L: Abstand der Kontaktpunkte KP
M: Kugelmittelpunkt
R: Kugelradius
R₁: großer Krümmungsradius der elliptischen Kugellaufbahn 2
R₂: kleiner Krümmungsradius der elliptischen Kugellaufbahn 2
x: Breite des abgeflachten Nutgrunds 16

Claims

Verfahren zum Fräsen von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben, bei dem beim Fräsen einer Kugellaufbahn (2) entlang des Außenumfangs einer Gleichlaufgelenknabe (3) ein Kugelbahnfräser (8) mit seiner Drehachse (A1) senkrecht, d. h. mit einem Anstellwinkel von 90 Grad, zur Kugellaufbahn (2) angestellt ist, und der Kugelbahnfräser (8) in seinem Eingriffsbereich einen um die Drehachse (A1) schneidenfreien Abschnitt (17) aufweist, derart, dass eine Kugellaufbahn (2) mit einem im Laufbahnquerschnitt ebenen, abgeflachten Nutgrund (16) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Laufbahnquerschnitt einbeschriebener Inkreis mit Kontaktpunkten (KP) an den gegenüberliegenden Flanken (14, 15) der Kugellaufbahn (2) oberhalb des ebenen, abgeflachten Nutgrunds (16) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (14, 15) des Laufbahnquerschnitts gotisch oder elliptisch ausgebildet sind, wobei im letztgenannten Fall der ebene, abgeflachte Nutgrund (16) im Bereich des kleineren Krümmungsradius der Ellipse liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichlaufgelenknabe (3) während des Fräsens translatorisch an dem Kugelbahnfräser (8) vorbeibewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kugelbahnfräser (8) in Umfangsrichtung gleichbeabstandet um einen Bearbeitungsraum angeordnet werden und die zu bearbeitende Gleichlaufgelenknabe (3) translatorisch an den Kugelbahnfräsern (8) vorbeibewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kugelbahnfräser (8) in hälftiger Anzahl der herzustellenden Kugellaufbahnen (2) vorgesehen, wobei in einem Arbeitsgang mehrere Laufbahnen (2) und in einem weiteren Arbeitsgang weitere Laufbahnen (2) jeweils gleichzeitig gefertigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Fräser (8) während des Fräsens stationär gehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichlaufgelenknabe (3) während ihrer translatorischen Bewegung gleichzeitig um ihre Bewegungsachse (B) gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der Beendigung eines Hinwegs bis zum Beginn eines Rückwegs eine Drehung der Gleichlaufgelenknabe (3) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kugellaufbahn (2) in einem Durchgang gleichzeitig hergestellt und fertigbearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vorgeschmiedete Kugellaufbahnen (2) fertigbearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (A₁, A₂, A₃) mehrerer Kugelbahnfräser (8) während der Bearbeitung in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Vorrichtung zum Fräsen von Kugellaufbahnen an Gleichlaufgelenknaben, umfassend mindestens einen Kugelbahnfräser (8), dessen Drehachse (A₁, A₂, A₃) beim Fräsen einer Kugellaufbahn (2) entlang des Außenumfangs einer Gleichlaufgelenknabe (3) senkrecht, d. h. mit einem Anstellwinkel von 90 Grad, zur Kugellaufbahn (2) angestellt ist, wobei der Kugelbahnfräser (8) in seinem Eingriffsbereich einen um die Drehachse (A₁, A₂, A₃) schneidenfreien Abschnitt (17) aufweist, derart, dass eine Kugellaufbahn (2) mit einem im Laufbahnquerschnitt ebenen, abgeflachten Nutgrund (16) entsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspannvorrichtung (10) für die Gleichlaufgelenknaben (3) vorgesehen ist, sowie weiterhin eine Vorschubeinrichtung (11) mit einem Axialvorschub (a), die mit der Einspannvorrichtung (10) wirkverbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung (11) einen Drehvorschub (b) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kugelbahnfräser (8) zum zeitgleichen Fräsen von Kugellaufbahnen (2) vorgesehen sind, wobei die Drehachsen (A₁, A₂, A₃) der Kugelbahnfräser (8) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Gleichlaufgelenknabe mit einer Vielzahl von Kugellaufbahnen am Außenumfang, bei der die Kugellaufbahnen (2) einen Laufbahnquerschnitt mit zwei voneinander beabstandeten Kontaktpunkten (KP) an den Laufbahnenflanken (14, 15) zur Abstützung einer Kugel (13) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, das der Nutgrund (16) im Laufbahnquerschnitt eben ist.
Gleichlaufgelenknabe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Laufbahnquerschnitt einbeschriebener Inkreis mit Kontaktpunkten (KP) an den gegenüberliegenden Flanken (14, 15) der Kugellaufbahn (2) oberhalb des ebenen, abgeflachten Nutgrunds (16) verläuft.
Gleichlaufgelenknabe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (14, 15) des Laufbahnquerschnitts gotisch oder elliptisch ausgebildet sind, wobei im letztgenannten Fall der ebene, abgeflachte Nutgrund (16) im Bereich des kleineren Krümmungsradius (R₂) der Ellipse liegt.