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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fräsen von
Kugelbahnen mit einem in etwa elliptischen Profil, das eine erste
Halbachse a hat, die sich in Richtung der Normalen zum Grund der
Kugelbahn erstreckt, und eine zweite Halbachse b hat, die senkrecht
zur ersten Halbachse a und senkrecht zur Längsrichtung c der Kugelbahn
verläuft,
wobei zur Herstellung der Kugelbahn ein Scheibenfräser verwendet
wird, dessen Umfangsschneiden das elliptische Profil der Kugelbahn
schneiden bzw. bilden, wobei die Schneiden des Scheibenfräsers in
einem die Achse des Fräsers
enthaltenden Schnitt ihrerseits ein elliptisches Profil haben, mit
dessen Hilfe das elliptische Profil der Kugelbahn hergestellt wird.
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Derartige
Kugelbahnfräser
in Form von Scheibenfräsern
sind seit langem bekannt, und ebenso sind auch die entsprechenden
Verfahren bekannt, durch den rotierenden Scheibenfräser das
Kugelbahnprofil herzustellen, indem der Scheibenfräser zu einem
entsprechenden Werkstück
derart ausgerichtet wird, dass die Längsrichtung der Kugelbahn in die
Rotationsebene des Scheibenfräsers
fällt bzw. parallel
zu dieser und senkrecht zur Achse des Scheibenfräsers ver läuft und der Scheibenfräser mit dem
entsprechenden Werkstück
(z. B. einer Kugelbahnnabe) in Eingriff gebracht wird, wobei der
Vorschub des Fräsers
relativ zum Werkstück
senkrecht zur Fräserachse
erfolgt. Das Kugelbahnprofil entspricht dann genau dem Profil der
Schneiden des Scheibenfräsers
in einem die Achse des Fräsers
enthaltenden Schnitt. Daneben sind auch andere Arten von Kugelbahnfräsern zum
Beispiel in Form von Schaftfräsern
oder Formfräsern
bekannt bei denen ebenfalls das Profil der Kugelbahn einem die Achse des
Fräsers
enthaltenden Schnitt bzw. einer seitlichen Draufsicht auf den Fräser entspricht.
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Schließlich ist
auch noch ein auf den Erfinder der vorliegenden Anmeldung zurückgehender
Kugelbahnfräser
bekannt, der als Schaftfräser
ausgebildet ist, dessen Vorschubbewegung jedoch teilweise in axialer
Richtung erfolgt, so dass der Fräser
teilweise wie ein Bohrer arbeitet. Bei diesem Fräser ergibt sich das Profil
der Kugelbahn durch einen Schnitt durch die Einhüllende der Schneidkanten mit
einer zur Fräserachse
um einen Winkel zwischen mehr als 0° und weniger als 90° zur Fräserachse
geneigten Schnittebene, wohingegen das Profil des Fräsers in
der Seitenansicht deutlich vom Profil der zu erzeugenden Kugelbahn
abweicht.
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Moderne
Gelenkwellen von Kraftfahrzeugen weisen häufig so genannte VL-Gelenke
auf. Diese VL-Gelenke weisen eine Nabe und einen die Nabe im Abstand
umfassenden Ring auf, die mit Hilfe von Kugeln ein Gelenk bilden,
indem die Kugeln in Kugelbahnen angeordnet werden, welche auf der
Außenfläche der
Nabe und auf der Innenflache des entsprechenden, die Nabe umfassenden
Ringes ausgebildet sind. Nabe und Ring werden deshalb auch als „Kugelnabe" bzw. „Kugelring" bezeichnet. Dabei
verlaufen diese Kugelbahnen in der Außenwand der Kugelnabe ebenso
wie in der Innenwand des Kugelringes unter einem Anstellwinkel relativ
zur Achse der Kugelnabe bzw. des Kugelringes, der zum Beispiel bei etwa
15° liegt
und im allgemeinen 5° nicht
unterschreitet und 40° nicht überschreitet,
obwohl auch größere oder
kleinere Winkel prinzipiell realisiert werden können. Dabei verlaufen benachbarte
Kugelbahnen jeweils abwechselnd in entgegen gesetzter Richtung geneigt
zur Naben- bzw. Ringachse. Die in Kugelring und Kugelnabe jeweils
paarweise in radialer Richtung übereinander
liegend angeordneten Kugelbahnen sind ebenfalls in entgegengesetzter
Richtung angestellt (zur Achse von Nabe und Ring geneigt), so dass
die Kugelbahnen von Kugelnabe und Kugelring sich wechselseitig kreuzen,
und zwar unter einem Winkel, der (unter Berücksichtigung unterschiedlicher
Vorzeichen bei entgegen gesetzter Neigung) der Differenz der Anstellwinkel
der Kugelbahnen von Kugelnabe und Kugelring entspricht, wobei die
Kugeln jeweils in dem auf diese Weise gebildeten Kreuzungspunkt
der paarweise einander gegenüber
liegenden Kugelbahnen angeordnet sind. Wobei der minimale Abstand
zwischen dem Profil des Scheibenfräsers (genauer einer durch die
rotierenden Schneidkanten gebildeten Hüllfläche um die Fräserachse)
und der Achse der Kugelnabe konstant gehalten wird. Alternativ kann
die Kugelnabe um Ihre Achse gedreht und dabei mit Ihrer Achse um
den Anstellwinkel zur Rotationsebene des Fräsers geneigt Senkrecht zur
Fräserachse
bewegt werden. In jedem Fall ist dies ein relativ komplexer Bewegungsablauf der
Relativbewegung zwischen Fräser
und Kugelnabe.
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Werden
in eine entsprechende VL-Kugelnabe mit einem herkömmlichen,
scheibenförmigen
Profilfräser
und dem herkömmlichen
Verfahren Kugelbahnen eingebracht wie dies oben erläutert wurde, so
wird weiterhin entsprechend der wechselnden Neigung der Kugelbahnen
die Achse der Kugelnabe relativ zur Rotationsebene des Schreibenfräsers verkippt
und es erfolgt dann eine Relativbewegung zwischen der Außenfläche der
Kugelnabe und der Achse des Scheibenfräsers senkrecht zu dieser Achse und
unter dem neuen Anstellwinkel geneigt zur Nabenachse. Anschaulich
gesprochen verläuft
dann der Grund (die zentrale Grundlinie) der Kugelbahn in etwa entlang
einer Schraubenlinie auf einer gedachten Zylinderoberfläche um die
Nabenachse.
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Da
benachbarte Kugelbahnen einer solchen VL-Kugelnabe relativ zur Achse
der Kugelnabe abwechselnd in entgegengesetzter Richtung angestellt sind,
d. h. abwechselnd einen positiven und einen negativen Anstellwinkel
aufweisen, muss die Achse der Kugelnabe jeweils abwechselnd in unterschiedlicher Richtung
zu der Rotationsebene des Scheibenfräsers geneigt werden oder es
werden in einer ersten Einspannung erst die Kugelbahnen mit demselben Anstellwinkel
and anschließend
die mit dem Anstellwinkel entgegen gesetzten Vorzeichens hergestellt, wobei
die Anstellwinkel entgegen gesetzten Vorzeichens nicht zwingend
denselben Betrag haben müssen.
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Die
Herstellung derartiger VL-Naben erfordert daher relativ komplexe
mehrachsige Werkzeugmaschinen, die entsprechend komplizierte Einstell- und
Vorschubbewegungen erlauben.
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Darüber hinaus
ist es mit dem herkömmlichen
Verfahren und den herkömmlichen
Fräsern grundsätzlich nur
möglich,
ein Kugelbahnprofil zu erzeugen, das genau dem Profil der Schneiden
des Kugelbahnfräsers,
genauer gesagt dem die Fräserachse
enthaltenden Schnitt durch eine durch die Schneiden erzeugte Einhüllende des
Kugelbahnfräsers,
d. h. dem „Fräserprofil" entspricht.
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Gegenüber diesem
Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum Fräsen
von Kugelbahnen und einen entsprechenden Scheibenfräser zu schaffen,
die zum einen auch die Herstellung von Kugelbahnen in Kugelnaben
von VL- Gelenken
auf relativ einfacheren Bearbeitungszentren ermöglichen, wobei zum anderen
auch noch die Möglichkeit
bestehen soll, mit ein und demselben Fräser das Profil der hergestellten Kugelbahnen
zu variieren.
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Insbesondere
soll die vorliegende Erfindung ermöglichen, dass die Kugelnaben
von VL-Gelenken auf
den weit verbreiteten dreiachsigen Bearbeitungszentren mit C-Achse
erfolgen kann. Dies würde
eine beträchtliche
Reduzierung der Fertigungskosten ermöglichen.
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Hinsichtlich
des Eingangs definierten Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass
ein Scheibenfräser
mit einem elliptischen Scheibenprofil verwendet wird, bei welchem
das Verhältnis
der zweiten Halbachse zur ersten Halbachse größer ist als das Verhältnis der
zweiten Halbachse zur ersten Halbachse beim Profil der herzustellenden
Kugelbahn, wobei die Achse des Scheibenfräsers gegenüber der zweiten Halbachse des
Abschnitts des Kugelbahnprofils, mit welchem der Scheibenfräser gerade in
Eingriff steht, um einen von 0° verschiedenen
Anstellwinkel geneigt ist.
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Anders
ausgedrückt
ist die Fräserachse
gegenüber
der Grundlinie der durch den Fräser
erzeugten bzw. zu erzeugenden Kugelbahn um einen von 90° abweichenden
Winkel geneigt. Äquivalent
hierzu wäre
eine Definition der Ausrichtung, wonach bei der Relativbewegung
zwischen Fräser
und Kugelnabe die Achse der Kugelnabe relativ zu der Rotationsebene
des Scheibenfräsers
(d. h. der zur Achse des Fräsers
senkrechten Ebene) um den gewünschten
Anstellwinkel geneigt ist.
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Es
versteht sich, dass dementsprechend beim Herstellen der entsprechenden
Kugelbahn der Vorschubbewegung des Scheibenfräsers relativ zum Werkstück quer
zur Fräserachse
auch eine Vorschubbewegung relativ zum Werkstück in Längsrichtung der Fräserachse überlagert
ist, wobei das Verhältnis
dieser Vorschubbewegungen den erwähnten Anstellwinkel definiert.
Genauer gesagt ist der Tangens des Anstellwinkels gegeben durch
das Verhältnis
der Vorschubgeschwindigkeit in Längsrichtung der
Fräserachse
zur Vorschubgeschwindigkeit senkrecht zur Fräserachse. Die Vorschubgeschwindigkeit senkrecht
zur Fräserachse
wird dabei durch Rotation der Kugelnabe um ihre Achse erzeugt.
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Bevorzugt
ist dabei eine Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher der Anstellwinkel zwischen 5° und 35° eingestellt
wird und die Vorschubgeschwindigkeiten entsprechend aufeinander
abgestimmt werden. Besonders bevorzugt liegt der Anstellwinkel zwischen
10° und
20°.
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Im
Ergebnis wird durch diesen Anstellwinkel der Achse des Fräsers zur
großen
Halbachse des Kugelbahnprofils, der gleichzeitig auch dem Anstellwinkel
zwischen der Rotationsebene der Fräserscheibe zur Längsrichtung
der Kugelbahn entspricht, ein Kugelbahnprofil erzeugt, bei dem das
Verhältnis der
zweiten Halbachse zur ersten Halbachse kleiner ist als bei dem elliptischen
Profil des Scheibenfräsers (gesehen
in einer die Fräserachse
enthaltenden Ebene), was anschaulich klar ist, da das elliptische
Profil des Scheibenfräsers
relativ zu dem elliptischen Profil der Kugelnabe um den erwähnten Anstellwinkel
verkippt ist. Dies führt
bei einer Projektion des Fräserprofils
in die Ebene des Profils der Kugelbahn zu einer effektiven Verkürzung der
zweiten Halbachsen, während
die ersten Halbachsen unverändert
bleiben. Hinzu kommt jedoch noch ein weiterer Aspekt, der das genaue
Kugelbahnprofil beeinflusst, nämlich
der (maximale) Radius des Scheibenfräsers.
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Dabei
kann sich Halbachsenverhältnis
insbesondere auch umkehren, d. h. während das Halbachsenverhältnis b'/a' des Fräserprofils
größer als
1 ist, kann das entsprechende Halbachsenverhältnis b/a des Kugelbahnprofils
kleiner als 1 sein und ist in der Praxis zumeist in der Größenordnung von
0,95 bis 0,995. Das heißt,
dass bei der Kugelbahn die Rollen von kleiner und großer Halbachse, bezogen
auf die Ausrichtung dieser Achsen beim Fräser, genau genommen vertauscht
sind. Die Halbachsen der Kugelbahn werden dabei so gewählt, dass
die Bahn zwar nur geringfügig
von einem Kreisquerschnitt abweicht, wobei jedoch sichergestellt
wird, dass der Krümmungsradius
am Grunde der Kugelbahn etwas kleiner ist als der Kugelradius, und
in Richtung der ersten Halbachse zunimmt und dort den Kugelradius übersteigt,
so daß die
betreffende Kugel genau genommen auf zwei parallelen Linien beiderseits
der Grundlinie der Kugelbahn und im Abstand zu dieser abrollt. Dies
garantiert eine bessere Stabilität
der Laufbahn der Kugel auch nach einem gewissen Verschleiß.
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Das
oben in Bezug auf den Stand der Technik definierte Profil der Schneiden
des Fräsers
wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als das „Fräserprofil" oder „Profil
des Scheibenfräsers" bezeichnet, welches
wegen des Anstellwinkels des Fräsers
relativ zur Längsrichtung
der Kugelbahn gemäß der vorliegenden
Erfindung jedoch von dem Profil der Kugelbahn zu unterscheiden ist.
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Es
versteht sich, dass das Profil dabei nicht den Umfang einer halben
Ellipse haben muss, sondern dass ein kleinerer Abschnitt des Profils
ausreicht. Das Kugelbahnprofil wird vorzugsweise so ausgelegt, dass
im streng geometrischen Sinn die Kugel zwei Berührungspunkte mit diesem Profil
bzw. zwei parallele Berührungslinien
symmetrische zur Grundlinie der Kugelbahn aufweist. In der Praxis
können
die Krümmungsradien
der Kugeln und des Profils der Kugelbahn in der Nähe der Berührungslinien
sehr nahe beieinander liegen, so dass sich eine entsprechend verbreiterte
Auflagelinie ergibt, die zu einem geringeren Verschleiß des Gelenks
beiträgt.
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Bei
einer Variante der vorliegenden Erfindung sind sowohl die erste
als auch die zweite Halbachse des Kugelbahnprofils nur geringfügig (um weniger
als 10%) größer als
der Radius der dafür
vorgesehenen Kugeln, während
der Krümmungsradius am
Grund des Kugelbahnprofils etwas kleiner ist als der Radius dieser
Kugeln.
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Hinsichtlich
des Kugelbahnfräsers
selbst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch
gelöst,
dass das Verhältnis
der zweiten Halbachse zur ersten Halbachse des Profils des Scheibenfräsers zwischen
1,06 und 3,5, insbesondere zwischen 1,1 und 2,5 liegt. Dies ist
typischerweise deutlich größer als
das übliche
Verhältnis
von zweiter Halbachse zu erster Halbachse bei dem Profil herkömmlicher
Kugelbahnen und insbesondere deutlich größer als das Halbachsenverhältnis der
Kugelbahn, wenn bei dieser die vorstehende Bedingung eingehalten
wird, dass beide Halbachsen des elliptischen Kugelbahnprofils um
weniger als 10% größer sind
als der Kugelradius. Besonders bevorzugt kann das Verhältnis der
Halbachsen des Fräserprofils
zwischen 1,15 und 1,7 liegen.
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Des
Weiteren sollte für
das erfindungsgemäße Verfahren
ein Scheibenfräser
verwendet werden, dessen Radius das 2- bis 12fache der großen Halbachse
des Fräserprofils
beträgt.
Als "Radius" des Scheibenfräsers ist
dabei der maximale Radius definiert, gemessen von der Achse des
Fräsers
zu dem am weitesten von der Achse entfernt liegenden Punkt der elliptischen
Fräserschneiden.
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Wie
bereits erwähnt,
wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
in der Praxis das Kugelbahnprofil nicht nur durch den Anstellwinkel,
sondern aufgrund dieses Anstellwinkels auch durch den Radius des
Scheibenfräsers
definiert, so dass aus diesem Grund der Durchmesser des Scheibenfräsers im
Verhältnis
zur zweiten Halbachse des Fräserschneidprofiles
nicht allzu groß sein
sollte und vorzugsweise zwischen 4 und 8 liegt.
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Die
Halbachsen des Fräserprofils,
der Radius der Kugel (entsprechend in etwa den Halbachsen der Kugelbahn),
der Radius des Fräsers
und der Anstellwinkel unterliegen einer komplexen wechselseitigen
Beziehung. Grundsätzlich
kann man sagen, dass bei gegebenem Fräserradius und gegebenem Kugeldurchmesser
mit zunehmendem Anstellwinkel das Verhältnis b'/a' der
Halbachsen des Fräserprofils deutlich
zunimmt und auch umso größer wird,
je größer das
Verhältnis
von Fräserradius
zu Kugelradius wird. Bei gegebenem Kugelradius und gegebenem An stellwinkel
wird hingegen der Absolutwert der zweiten Halbachse b' kleiner, wobei aber
die erste Halbachse a' relativ
noch stärker
abnimmt.
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Insbesondere
die Herstellung von VL-Kugelnaben kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren derart
erfolgen, dass die Kugelnabe mit ihrer Achse senkrecht zur Achse
des Scheibenfräsers
ausgerichtet wird. Während
der Vorschubbewegung des Scheibenfräsers quer zu seiner Achse,
d. h. in Längsrichtung
der Achse der VL-Kugelnabe, wird dieser Vorschubbewegung noch eine
zweite in Längsrichtung der
Fräserachse
verlaufende Vorschubbewegung überlagert,
indem die VL-Kugelnabe um ihre Achse gedreht wird, so dass am Umfang
der Kugelnabe das gewünschte
Profil durch die Vorschubbewegung relativ zur Längsachse des Scheibenfräsers und
die gleichzeitige Drehung der Kugelnabe um ihre Achse erzeugt wird.
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Besonders
bevorzugt ist dabei eine Montage der Kugelnabe auf einer Spindel,
deren Achse mit der Achse der Kugelnabe zusammenfällt, wobei
der Spindelhub auf den gewünschten
Anstellwinkel abgestimmt ist. Es versteht, dass in entsprechend
eingerichteten Bearbeitungszentren diese spindelartige Bewegung
auch simuliert bzw. bzw. nachgebildet werden kann, ohne dass tatsächlich eine
Montage der Nabe auf einer Spindel erfolgen muß.
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Den
beiden Vorschubbewegungen könnte bei
Bedarf außerdem
noch eine weitere Bewegung quer zu der Fräserachse und der Nabenachse überlagert
sein, so dass der kürzeste
Abstand zwischen den beiden Achsen während der Vorschubbewegung entlang
eines Kreisbogens variiert würde,
dessen Mittelpunkt auf der Nabenachse liegt und in etwa in der Mitte
zwischen den axialen Enden der Kugelbahn bzw. der Kugelbahnnabe
liegt. Die Kugelbahn bzw. die Laufbahn einer Kugel in der Kugelbahn
der VL-Nabe verliefe dann auf der Oberfläche einer Kugel, deren gedachter
Mittelpunkt im Zentrum der Kugelnabe liegt.
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Bei
den derzeitig üblichen
VL-Kugelgelenken liegt jedoch der Grund der Kugelbahn auf einer
gedachten Zylinderoberfläche
um die Achse der Kugelnabe, und verläuft dabei entlang einer Schraubenlinie.
Entsprechendes gilt auch für
die Kugelbahnen im Kugelring. Dies ist deshalb möglich, weil beim Verkippen
den Kugelnabe relativ zum Kugelring die in den Kreuzungspunkten
der einander gegenüber
liegenden Kugelbahnen angeordneten Kugeln auf den in der Verkippungsebene
gegenüber
liegenden Seiten der Nabe während
dieser Verkippung unterschiedliche axiale Positionen bezüglich der
Kugelnabe einnehmen.
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Die
Radien der Zylinderflächen,
auf welchen der Grund der Kugelbahnen der Kugelnabe bzw. des Kugelringes
verlaufen, unterscheiden sich dabei um etwas mehr als den Durchmesser
der in den Kugelbahnen laufenden Kugeln, da diese im allgemeinen nicht
genau auf dem Grund einer Kugelbahn, sondern auf zwei parallelen,
beiderseits im Abstand von der Grundlinie einer Kugelbahn und parallel
zu dieser Grundlinie verlaufenden Linien abrollen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung, Bevorzugte
Ausführungsformen
und der dazugehörigen
Figur. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer VL-Kugelnabe mit Kugelbahnen an der äußeren Umfangsoberfläche,
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2 eine
stirnseitige Ansicht auf die VL-Kugelnabe nach 1,
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3 eine
Abwicklung der äußeren Umfangsoberfläche einer
VL-Kugelnabe mit den zur Achsrichtung geneigt verlaufenden Kugelbahnen,
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4 einen
die Drehachse enthaltenden Schnitt durch einen Scheibenfräser mit
elliptischem Schneidenprofil und
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5 das
durch einen Fräser
nach 4 erzeugte Kugelbahnprofil wenn die Fräserachse
aus der Papierebene heraus verkippt ist.
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Man
erkennt in 1 eine insgesamt mit 10 bezeichnete
VL-Kugelnabe mit einer zentralen Bohrung 1 die eine Innenverzahnung 2 aufweist
und einer äußeren Umfangsoberfläche 3,
in der insgesamt 6 Kugelbahnen 4 verlaufen, deren Grundlinie 5 einen konstanten
Abstand zur Achse hat, jedoch zur Achsrichtung leicht geneigt verläuft, d.
h. die Grundlinien 5 bilden Schraubenlinien, wobei allerdings
der Grund 5 jeweils benachbarter Kugelbahnen in entgegengesetzte
Richtung geneigte Schraubenlinien bildet. Die Innenverzahnung 2 der
Kugelnabe 10 dient der festen Verbindung der Kugelnabe
mit einer Welle, z. B. einer mit einem Motor verbundenen Antriebswelle oder
einer entsprechenden Abtriebswelle, die beispielsweise mit dem Rad
eines Fahrzeuges verbunden sein kann. Der die Kugelnabe umfassende
Kugelring, dessen Innenfläche
ebenfalls Kugelbahnen aufweist, die gegenüber der Achsrichtung in ähnlicher
Weise leicht geneigt sind (allerdings jeweils entgegengesetzt zu
der Neigung der unmittelbar gegenüberliegenden Kugelbahn in der
Kugelnabe) ist hier nicht dargestellt. Jede der im vorliegenden
Fall sechs Kugelbahnen 4 nimmt eine Kugel auf, die in dieser Kugelbahn 4 und
der entsprechenden gegenüberliegenden
Kugelbahn des nicht dargestellten Kugelringes läuft, so daß die Kugelnabe und der Kugelring über die
in den Kugelbahnen laufenden und zwischen Nabe und Ring angeordneten
Kugeln gelenkig miteinander verbunden sind und dabei Drehmoment übertragen
können.
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2 ist
eine stirnseitige Draufsicht auf eine Kugelnabe entlang der Achse 6.
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In 3 ist
eine Abwicklung des Außenumfangs
der Kugelnabe nach den 1 und 2 dargestellt.
Die Abwicklung zeigt insgesamt sechs Kugelbahnen 4, deren
Grundlinie 5 jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtung
gegenüber
der achsparallelen Richtung um einen Winkel α geneigt sind, wobei dieser
Winkel α im
konkreten Fall etwa 15°C
beträgt.
Die speziellen, vorteilhaften Eigenschaften von VL-Kugelnaben brauchen
hier nicht weiter erläutert
zu werden, da diese Naben an sich bekannt und nicht Gegenstand der
vorliegenden Erfindung sind.
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Die
vorliegende Erfindung befaßt
sich jedoch mit einem besonders einfachen und eleganten Verfahren
zur Herstellung entsprechender Kugelbahnen für VL-Gelenke. Hierzu ist ein
Scheibenfräser
vorgesehen, dessen Profil in 4 nur schematisch
wiedergegeben ist. Es versteht sich, daß das elliptische Profil der
Schneiden im wesentlichen nur die äußere Hälfte der in 4 vollständig dargestellten
Ellipse oder weniger umfaßt
und das die jeweils radial innen liegende Hälfte der Ellipse nur zur Verdeutlichung
der elliptischen Form wiedergegeben ist, tatsächlich aber nicht weitere Schneiden
aufweist, da sich in diesen Bereich im allgemeinen das massive Material
der Fräserscheibe 11 befindet.
Die an den Stirnseiten der Fräserscheibe 11 in
die Rotationsebene des Fräsers auslaufenden
Schneiden des elliptischen Profils können jedoch als Nebenschneiden 13 noch
ein stück weit
radial oder auch mit leichter Einwärtskrümmung verlaufen, um beim Profilfräsen möglichst
glatte Oberflächen
zu hinterlassen. Dabei versteht es sich, dass die Nebenschneiden 13 in
axialer Richtung etwas über
die radial angrenzenden, stirnseitigen Flächen 11a, 11b der
Fräserscheibe 11 hinausragen sollten,
auch wenn dies in den Figuren nicht deutlich dargestellt ist. Die
umfangsseitigen und annähernd achsparallel
verlaufenden Hauptschneiden 12 erzeugen den Grund der Kugelbahnen 4,
wobei der Übergang
zwischen „Hauptschneiden" und „Nebenschneiden" bei einem derartigen
Fräser
mit elliptischem Profil selbstverständlich fließend ist. Der Radius des Fräsers ist
mit R bezeichnet
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In
der Darstellung gemäß 4 verläuft die Achse 7 des
Fräsers
in der Papierebene. In der Darstellung gemäß 5 ist die
Achse 7 des Fräsers aus
der Papierebene herausgekippt und gleichzeitig ist das in der Papierebene
liegende und durch den Fräser 20 erzeugte
Profil 8 einer Kugelbahn 4 zu erkennen. Dieses
Profil hat nahezu eine Kreisform und ein deutlich kleineres Verhältnis b/a
der ersten zur zweiten Halbachse dieses Profils. Dabei ist zu beachten,
daß die
in 5 zusätzlich
eingezeichnete Ellipse des Schneidenprofils gegenüber der
Papierebene um denselben Winkel verkippt ist wie die Achse des Scheibenfräsers, so
daß diese
Ellipse während
des Hindurchtretens durch die Papierebene, beispielsweise in der
Darstellung gemäß 5 von
hinten nach vorn, anschaulich gesprochen beim Erzeugen des in der
Figur linken Randes des nahezu kreisförmigen Profils der Kugelbahn
die gestrichelt eingezeichnete Position einnimmt, dann, wenn sie
zur Hälfte
durch die Papierebene hindurchgetreten ist, die durchgezogen dargestellte
Position einnimmt und schließlich,
wenn sie fast vollständig
aus der Papierebene heraustritt, die gestrichelte Position am rechten
Rand des Kugelbahnprofils einnimmt.
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Dabei
sind die Ellipsen zur Papierebene geneigt, so dass bei der linken,
gestrichelten Ellipse nur der linke äußerste Rand (Nebenschneide 13)
in der Papierebene und der Rest der Ellipse hinter der Papierebene
liegt, während
im Falle der rechten gestrichelten Ellipse nur der rechte äußerste Rand
noch in der Papierebene liegt, während
der übrige
Teil bereits nach vorn durch die Paperebene hindurch getreten ist.
Die durchgezogene Ellipse entspricht einer Position des Fräserprofils
bei welchem die linke Hälfte
vor und die rechte Hälfte
hinter der Papierebene liegt und die untere Hauptschneide 12 gerade
den Grund des in der Papierebene liegenden Abschnitts der Kugelbahn
schneidet. Durch Ändern
des Winkels α,
um welchen die Fräserachse
gegenüber
der Papierebene geneigt ist, die die zur Richtung der Kugelbahn senkrechte
Ebene darstellt, kann man das Profil der Kugelbahn 4 beliebig
variieren.
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Der
Neigungswinkel wird effektiv dadurch erzeugt, das die Fräserachse 7 senkrecht
zur Achse 6 der Kugelnabe ausgerichtet wird, der Fräser parallel zu
der Achse 6 verschoben wird und dabei gleichzeitig die
Kugelnabe um ihre Achse gedreht wird, wobei die Umfangsgeschwindigkeit
der Nabe zu der Vorschubgeschwindigkeit des Fräsers in Achsrichtung der Nabe
dem Tangens des Winkels α entspricht.
Um die entgegengesetzte Neigung benachbarter Kugelbahnen zu erzeugen,
wird lediglich die Drehrichtung der Nabe während des Vorschubs des Fräsers in
Axialrichtung für
die Nabe geändert.
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Der
entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und des entsprechend
ausgestalteten Fräsers
liegt darin, daß beim
Herstellen derartiger Kugelbahnen von VL-Gelenken, die zur Achse der
Kugelnabe geneigt verlaufen, sowohl die Kugelnabe als auch der Fräser in einer
jeweils achsfesten Einspannung montiert werden können, wobei Relativbewegungen
nur entlang der festen Achsen und um die festen Achsen erfolgen,
so daß die
Kugelbahnen von VL-Gelenken auf diese Weise sehr viel einfacher
hergestellt werden können
als mit Scheibenfräsern,
deren Rotationsebene in Richtung der Kugelbahn und damit unter einem
von Null Grad verschiedenen Winkel zur Nabenachse geneigt ist.