DE102005054023B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von radialen Stirnverzahnungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von radialen Stirnverzahnungen in Werkstücken für Kugelschalen für Gleichlaufgelenke, wobei eine Lagerfläche (2) und eine Stirnfläche (4) spanabhebend bearbeitet werden, wobei das Werkstück (14) an mindestens einer der spanabhebend bearbeiteten Flächen (2, 4) aufgenommen wird und die radiale Stirnverzahnung (5) eingeformt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Stirnverzahnungen (5) mit einem Maschinengestell (6), mit mindestens einer Werkstückhaltevorrichtung (11) mit vertikaler Spindelachse (21) und mindestens einem Verzahnungswerkzeug (15), wobei die Werkstückhaltevorrichtung (11) oberhalb des Verzahnungswerkzeuges (15) über einen Horizontalschlitten (8) und einen Vertikalschlitten (9) in horizontaler (X-Achse) und vertikaler (Z-Achse) Richtung beweglich angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von radialen Stirnverzahnungen in Werkstücken für Kugelschalen für Gleichlaufgelenke.
• Aus der DE 19 31 300 C3 sind eine Kupplungsverbindung mit Stirnverzahnungen und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die Stirnverzahnungen werden preisgünstig durch Kaltumformung auf Pressen hergestellt. Zum Schleifen der Lagerstellen und der Laufbahnen für die Kugeln wird das Werkstück über seine stirnseitigen Verzahnungen in seiner Einspannstellung gehalten. Die Werkstückaufnahme zum Spannen des Werkstückes über die stirnseitige Verzahnung ist sehr aufwendig und muss für jede Variante neu bereitgestellt werden. In der DE 36 36 243 C2 werden eine Radlager-Gleichlaufgelenk-Einheit und ein Verfahren zu deren Herstellung offenbart, wobei der Bund der Radnabe radial aufgeweitet und mittels eines um die Nabenachse taumelnden Press- oder Schmiedewerkzeuges mit einer radialen Stirnverzahnung versehen wird. Auch die DE 36 04 360 C2 schlägt für eine kostengünstige Radlageranordnung taumelgepresste Stirnverzahnungen vor.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mit einer radialen Stirnverzahnung, welches eine einfache, kostengünstige und vollautomatisierbare Bearbeitung ermöglicht und darüber hinaus die Fertigungsqualität zu erhöhen, anzugeben. Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
• Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die Werkstücke zuerst spanend zu bearbeiten und anschließend die Stirnverzahnung durch Umformen einzudrücken. Auf diese Weise können bei der spanabhebenden Bearbeitung der Lager- und Stirnflächen sowie der Laufbahnen weit verbreitete Standardspannmittel eingesetzt werden. Zum Anbringen der Verzahnung wird das Werkstück an der bearbeiteten Stirnfläche aufgenommen und zentriert. Zur Reduzierung der erforderlichen Umformkräfte ist bei einer vorteilhaften Ausführung das Verzahnungswerkzeug zylindrisch oder konisch ausgeführt. Beim Eindrücken der Verzahnung wälzen Verzahnungswerkzeug und Werkstück aufeinander ab. Das Verzahnungswerkzeug führt dabei relativ zur Rotationsachse des Werkstückes eine Taumelbewegung aus. Besonders vorteilhaft wird das Werkstück vor dem Verzahnen erwärmt. Dadurch lassen sich die Umformkräfte nochmals deutlich reduzieren.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Werkstückhaltevorrichtung auf, die nach dem sogenannten Pick-up-Prinzip arbeitet und zum Greifen, Transportieren, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken dient. Die Werkstückhaltevorrichtung ist auf einem Horizontal- und Vertikalschlitten in Richtung der X- und Z-Achse verfahrbar.
• 1 zeigt das zu bearbeitende Werkstück 14, die Kugelschale eines Gleichlaufgelenkes für Kraftfahrzeuge. Derartige Gleichlaufgelenke bestehen aus einem Kugelstern, einer Kugelschale und einem Kugelkäfig. Auf der Innenseite der Kugelschale befindet sich die Lagerfläche 2 für den Kugelkäfig. Diese kann kugelringförmig oder zylindrisch sein. In die Lagerfläche 2 sind Laufbahnen 3 eingearbeitet. Diese dienen zur Aufnahme von Kugeln zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Kugelstern und Kugelschale. Auf der rechten Seite wird die Kugelschale von der Stirnfläche 4 begrenzt. An der gegenüberliegenden linken Außenseite ist die radiale Stirnverzahnung 5 angeordnet. Das Werkstück 14 ist zur Achse 20 rotationssymmetrisch.
• 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 17 in der Seitenansicht. An der Oberseite des Maschinengestells 6 sind zwei voneinander beabstandete Führungen 7, auf welchen der Horizontalschlitten 8 in Richtung der X-Achse hin und her beweglich geführt ist. Am Horizontalschlitten 8 ist der Vertikalschlitten 9 auf Führungen 10 in Richtung der Z-Achse verfahrbar. Der Vertikalschlitten 9 nimmt die Werkstückhaltevorrichtung 11 auf. Diese trägt an ihrem unteren Ende das Spannmittel 12 für Werkstücke 14. Im Maschinengestell 6 ist der Motor 16 für den Antrieb des Verzahnungswerkzeugs 15 gelagert. Im linken Teil der Maschine ist eine Transporteinrichtung 13 für die Werkstücke 14 vorgesehen. Die Werkstückhaltevorrichtung 11 ist entlang der Führungen 7 in eine Ladeposition 19 oberhalb der Transporteinrichtung 13 verfahrbar. Sie kann die dort liegenden Werkstücke 14 direkt mit dem Spannmittel 12 aufnehmen und der Bearbeitung mit dem Verzahnungswerkzeug 15 zuführen. Zur Reduzierung der erforderlichen Umformkräfte ist das Verzahnungswerkzeug 15 konisch ausgeführt. Beim Eindrücken der Verzahnung wälzen Verzahnungswerkzeug 15 und Werkstück 14 aufeinander ab. Zur Erwärmung des Werkstücks 14 ist eine induktive Heizung 18 vorgesehen. Nach erfolgter Bearbeitung werden die Werkstücke 14 von der Werkstückhaltevorrichtung 11 wieder auf die Transporteinrichtung 13 abgelegt.

1

Kugelschale

2

Lagerfläche

3

Laufbahn

4

Stirnfläche

5

Stirnverzahnung

6

Maschinengestell

7

Führungen

8

Horizontalschlitten

9

Vertikalschlitten

10

Führungen

11

Werkstückhaltevorrichtung

12

Spannmittel

13

Transporteinrichtung

14

Werkstück

15

Verzahnungswerkzeug

16

Motor

17

Vorrichtung

18

Heizung

19

Ladeposition

20

Spindelachse

21

Rotationsachse

22

Bearbeitungsposition

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von radialen Stirnverzahnungen in Werkstücken (14) für Kugelschalen für Gleichlaufgelenke, wobei eine Lagerfläche (2), eine Stirnfläche (4) sowie eine Mehrzahl von die Lagerfläche (2) unterbrechenden Laufbahnen (3) spanabhebend bearbeitet werden, und wobei auf der der Stirnfläche (4) gegenüberliegenden Seite des Werkstücks (14) eine radiale Stirnverzahnung (5) eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (14) an mindestens einer der spanabhebend bearbeiteten Flächen (2, 4) aufgenommen wird und die radiale Stirnverzahnung (5) im Anschluss an die spanabhebende Bearbeitung der Lagerfläche (2), der Stirnfläche (4) und einer Mehrzahl von die Lagerfläche (2) unterbrechenden Laufbahnen (3) eingeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Stirnverzahnung (5) durch Kaltumformung eingedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (14) vor dem Eindrücken der radialen Stirnverzahnung (5) durch eine Heizung (18) erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass beim Eindrücken der radialen Stirnverzahnung (5) das Verzahnungswerkzeug (15) und das Werkstück (14) aufeinander abwälzen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungswerkzeug (15) relativ zur Rotationsachse (20) des Werkstückes (14) eine Taumelbewegung ausführt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Werkstückhaltevorrichtung (11), die zum Greifen, Transportieren, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken (14) dient, das Werkstück (14) in der Ladeposition (19) einer Transporteinrichtung (13) entnimmt, b) das Werkstück (14) in den Wirkbereich eines Verzahnungswerkzeuges (15) transportiert, c) durch eine Relativbewegung zwischen Werkstückhaltevorrichtung (11) und Verzahnungswerkzeug (15) die radiale Stirnverzahnung (5) in das Werkstück (14) eingeformt wird, und d) nach erfolgter Bearbeitung die Werkstückhaltevorrichtung (11) das Werkstück (14) auf der Transporteinrichtung (13) ablegt.
7. Vorrichtung (17) zur Herstellung von Stirnverzahnungen (5) gemäß dem Verfahren der Patentansprüche 1 bis 6 mit einem Maschinengestell (6), mit mindestens einer Werkstückhaltevorrichtung (11) mit vertikaler Spindelachse (20) und mindestens einem Verzahnungswerkzeug (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhaltevorrichtung (11) oberhalb des Verzahnungswerkzeuges (15) über einen Horizontalschlitten (8) und einen Vertikalschlitten (9) in horizontaler (X-Achse) und vertikaler (Z-Achse) Richtung beweglich angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (21) des Verzahnungswerkzeugs (15) relativ zur Spindelachse (20) geneigt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (11) zum Greifen, Transportieren, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken (14) dient und zwischen mindestens einer Ladeposition (19) zum Aufnehmen und Ablegen von Werkstücken (14) und Bearbeitungsposition (22) verfahrbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung (18) zum Erwärmen der Werkstücke (14) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine induktive Heizung (18) vorgesehen ist.