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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Bauelements
oder einer aus mehreren Bauelementen zusammengesetzten Baueinheit,
insbesondere betreffend eine Wälz-
oder Gleitlagerung, bei dem zum Erzeugen des oder der Bauelemente mehrere
aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte folgen.
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Aus
dem Stand der Technik sind beispielsweise Wälzlager als sehr präzise gefertigte
Maschinenelemente bekannt, die die Schnittstelle zwischen rotierenden
und feststehenden Bauteilen bilden. Dabei muss eine Wälzlagerung,
abgesehen von der Kraftübertragung,
eine exakte Führung
der bewegten Bauteile gewährleisten.
Dies bedingt, dass die Form- und die Laufgenauigkeit der Wälzlager
in einem sehr engen Bereich liegen müssen.
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Standardwälzlager
bestehen dabei häufig aus
einem Innenring und einem Außenring
sowie dazwischen zum Abrollen auf den Ringen vorgesehenen Wälzkörpern, die
in einem Käfig
angeordnet sein können.
Diese Bauelemente müssen
in ihren Toleranzen so ausgelegt sein, dass sie nach dem Zusammen bau
die definierten Anforderungen an die Form- und Laufgenauigkeit erfüllen. Dies
bedingt eingeengte Toleranzen für
die einzelnen Bauelemente, da sich durch den Zusammenbau der Bauelemente
die toleranzbedingten Abweichungen aufsummieren, wobei das Aufsummieren
natürlich
auch im Sinne einer Vektoraddition zu verstehen ist.
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Um
dabei den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, werden die
erlaubten Toleranzen immer mehr eingeengt. Dabei können diese
manchmal nur unter erheblichem Aufwand bei der Fertigungs- und Messtechnik
der Bauelemente eingehalten werden.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es dabei, ein verbessertes Verfahren zu
schaffen, mit dem unter anderem sehr präzise Bauelemente kostengünstig erzeugbar
sind.
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Die
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß Anspruch
1 beinhaltet ein Verfahren zum Erzeugen eines Bauelements oder einer
aus mehreren Bauelementen zusammengesetzten Baueinheit, insbesondere
betreffend eine Wälz-
oder Gleitlagerung, bei dem zum Erzeugen des oder der Bauelemente
mehrere aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte folgen, folgende
Schritte:
- – In
einem ersten Bearbeitungsabschnitt wird an wenigstens einem der
Bauelemente nach wenigstens einer ersten Vorgabe wenigstens eine
Größe erzeugt,
- – nach
abgeschlossenem ersten Bearbeitungsabschnitt wird ein Einhalten
der ersten Vorgabe überprüft, und
- – in
Abhängigkeit
vom Überprüfungsergebnis
wird wenigstens eine zweite Vorgabe für die, in einem zweiten, dem
ersten nachfolgenden Bearbeitungsabschnitt weiter zu bearbeitende
erste Größe, oder
für wenigstens
eine im zweiten Bearbeitungsabschnitt zu erzeugende zweite Größe des oder
eines weiteren Bauelements angepasst.
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Um
die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
gegenüber
dem bisherigen Vorgehen zu verdeutlichen, soll zunächst noch
einmal das bisher übliche
Vorgehen kurz umrissen werden:
Die Toleranzen, beispielsweise
geometrische Vorgaben, an einer Funktionsfläche eines Bauelements, beispielsweise
der Abrollfläche
für Wälzkörper einer Wälzlagerung,
sind für
die Funktion oder auch das Leistungsvermögen entscheidend. In der Praxis
sind, ausgehend von einem Rohteil, beispielsweise eines Schmiederohlings
eines Abrollflächenelements
eines Wälzlagers,
mehrere Bearbeitungsschritte an den unterschiedlichen Funktionsflächen des
Bauelements notwendig, wobei eine zuerst bearbeitete Fläche als
Ausgangsreferenz- bzw. Bezugsfläche
dient. Ausgehend davon werden üblicherweise
für jeden nachfolgenden
Bearbeitungsschritt Maß-,
Form- und Lagetoleranzen festgelegt. Dabei entsteht eine Verkettung
der Toleranzen, wobei üblicherweise
statistische Verteilungen vorliegen. Das heißt, dass bisher für eine bestimmte
Größe des Bauelements
für einen ersten
Bearbeitungsschritt ein Nennmaß mit
einem oberen und unteren Toleranzwert festgelegt wird. Für einen
zweiten, dem ersten nachfolgenden Bearbeitungsschritt wird für die gleiche
oder eine weitere, auf der ersten aufbauende Größe ein zweites Nennmaß, ebenfalls
mit einem oberen und unteren Toleranzwert festgelegt; usw..
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Sollen
für das
fertige Bauelement die Größen vorgebbaren,
vergleichsweise eng tolerierten Endnennmaßen entsprechen, müssen die
Toleranzwerte des ersten, zweiten, usw. Nennmaßes um so enger vorgegeben
werden, damit auch bei der schlimmst anzunehmenden Verkettung, beispielsweise
immer am oberen oder unteren Toleranzwert das Endnennmaß sicher
eingehalten wird.
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Davon
wendet sich nunmehr das erfindungsgemäße Verfahren ab. Um dabei nunmehr
entweder ressourcenschonender, und damit auch kostengünstiger,
oder bei gleichbleibendem Aufwand noch präziser fertigen zu können, werden
die Toleranzen der einzelnen auf einen ersten Bearbeitungsabschnitt
folgender Bearbeitungsabschnitte sozusagen adaptiv festgelegt. Das
heißt,
dass nach jedem Bearbeitungsabschnitt ausgehend von einem Istmaß des oder
der vorausgehenden Bearbeitungsabschnitte die Toleranzfeldbreite
und die Toleranzlage neu festgelegt wird. Somit können mit
Vorteil genauere Bauteile, also eingeengte Abweichungen von einem
Zielwert oder größere Toleranzfeldbreiten
in nachfolgenden Arbeitsschritten und damit eine Kosteneinsparung
erzielt werden. Im Hinblick auf CAD-Modelle bzw. Zeichnungen der
Bauteile tritt das erfindungsgemäße Verfahren
beispielsweise dadurch in Erscheinung, dass anstatt fix vorgegebener
Toleranzen für Größen der
Bauteile adaptive Funktionen treten, die bei Anzeige an einem Bildschirm
mit angezeigt werden können
bzw. für
die auf Zeichnungen entsprechende Platzhalter vorgesehen sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es möglich,
die Einzeltoleranzen so aufeinander abzustimmen, dass eine weitgehend
gleichmäßige Auswirkung
auf die Funktion, beispielsweise auf die Funktion eines Wälzlagers
erreicht wird, und zwar auch unter Berücksichtigung der Fertigungsmöglichkeiten.
Letztendlich kann bei komplexen Toleranzverknüpfungen im fortgeschrittenen
Fertigungsstadium eine Anpassung der Toleranzen an bereits vorher durchgeführte Fertigungsschritte
erfolgen. Dadurch kann eine Öffnung
der Einzeltoleranzen und damit eine Reduktion der Fertigungskosten
auch in Verbindung mit einer Genauigkeitsverbesserung des Gesamtprodukts
erzielt werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus dem im Folgenden
beschriebenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung, unter anderem anhand der Figur.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird auf einen Wälzlagerring,
auf dem Wälzkörper unmittelbar
zum Abrollen vorgesehen sind, Bezug genommen. In einem ersten Bearbeitungsabschnitt
sollen eine Stirnfläche
des Wälzlagerringrohlings
und ein Innenmantel des Wälzlagerringrohlings
beispielsweise durch eine Drehoperation möglichst derart bearbeitet werden,
dass der Innenmantel und die Stirnfläche im Idealfall exakt rechtwinkelig
zueinander ausgerichtet sind.
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Nach
Abschluss des ersten Bearbeitungsabschnitts wird messtechnisch überprüft, in welchem Grad
die Rechtwinkeligkeit bei der Bearbeitung des Wälzlagerringrohlings eingehalten
worden ist.
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In
einem zweiten dem ersten Bearbeitungsschritt nachfolgenden weiteren
Bearbeitungsschritt ist beispielsweise in den Innenmantel des Wälzlagerringrohlings
eine Laufbahn für
die Wälzkörper einzuarbeiten.
Dabei soll aber auch diese Laufbahn hinsichtlich ihrer Hauptsymmetrieachse
wieder möglichst
rechtwinkelig und/oder deren Mittenebene möglichst planparallel zu besagter
Stirnfläche
erzeugt werden. In Abhängigkeit
vom vorgenannten Überprüfungsergebnis,
also dem Ergebnis, ob der Innenmantel mit eher guter oder schlechter
Rechtwinkeligkeit bezüglich
der Stirnseite erzeugt worden ist, ist nunmehr zum Erzielen einer
guten Rechtwinkeligkeit bzw. Planparallelität der Laufbahn bezüglich der Stirnfläche das
Bearbeiten der Laufbahn beispielsweise mit eher weiten oder engen
Toleranzvorgaben durchzuführen.
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Dabei
setzt sich das vorausgehend Beschriebene für weitere Bearbeitungsabschnitte
entsprechend fort.
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In
anderen Ausführungsformen
gilt das vorausgehend Beschriebene natürlich auch für das Zusammenspiel
wenigstens einer Größe an einem
ersten Bauelement und wenigstens einer Größe an einem zweiten Bauelement,
die zu einer Baueinheit zusammengesetzt sind, beispielsweise ein
Wälzlager, das
einen Innen- und einen Außenring
umfasst.
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Als
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt die Figur ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren
zum Erzeugen eines Bauelements eines Wälzlagers, insbesondere einem
Wälzlagerring,
auf dem Wälzkörper unmittelbar
zum Abrollen vorgesehen sind. In einem ersten Schritt wird für eine Größe des Wälzlagerrings,
beispielsweise für
den Einsatzpunkt des Krümmungsmittelpunkts
einer Abrollfläche des
als Schräg-
oder Vierpunktkugellager ausgebildeten Wälzlagers, ein erstes, in einem
ersten Bearbeitungsschritt zu erzeugendes Nennmaß mit einem fest vorgebbaren
oberen Toleranzwert und einem fest vorgebbaren unteren Toleranzwert
festgelegt. Danach wird in einem ersten Bearbeitungsschritt ein Rohling
des Wälzlagerrings,
beispielsweise durch Schmieden oder Drehen gemäß diesen Vorgaben gefertigt.
Am fertigen Rohling wird dann für
besagte Größe ein erstes
Istmaß gemessen
bzw. ermittelt.
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Danach
wird für
einen zweiten, dem ersten nachfolgenden Bearbeitungsschritt ein
zweites Nennmaß für die Größe inklusive
einem oberen und unteren Toleranzwert festgelegt, wobei die beiden Toleranzwerte
in Abhängigkeit
vom gemessenen bzw. ermittelten ersten Istmaß bestimmt werden. Dies kann
beispielsweise mit Hilfe einer mathematischen Funktion erfolgen,
in die das erste Istmaß als Eingangsgröße eingeht.
Dabei kann beispielsweise im einfachsten Fall für das zweite Nennmaß in Abhängigkeit
vom gemessenen ersten Istmaß die
Toleranzlage als ein Abstand des oberen und/oder unteren Toleranzwerts
vom ersten Nennmaß verändert werden,
je nach dem, ob die Messung ergibt, dass das Istmaß entweder
nach oben oder unten hin vom ersten Nennmaß abweicht. Weicht beispielsweise das
erste Istmaß nach
oben hin vom ersten Nennmaß ab,
so kann für
das zweite Nennmaß ein
enger, zum zweiten Nennmaß vergleichsweise
gering beabstandeter oberer Toleranzwert und dafür für den unteren Toleranzwert
ein vergleichsweise großer
Abstand zum zweiten Nennmaß gewählt werden.
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Danach
wird im zweiten Bearbeitungsschritt der Rohling gemäß den Vorgaben
bearbeitet und am Ende des zweiten Bearbeitungsschritts wird wiederum
ein zweites Istmaß der
besagten Größe gemessen.
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Danach
wird für
einen dritten, dem zweiten nachfolgenden Bearbeitungsschritt, wiederum
ein drittes Nennmaß für die Größe inklusive
einem oberen und einem unteren Toleranzwert festgelegt, wobei die
beiden Toleranzwerte in Abhängigkeit
von dem gemessenen ersten und zweiten Istmaß bestimmt werden. Ansonsten
gilt das vorausgehend zum zweiten Bearbeitungsschritt Beschriebene
entsprechend, wobei sich das ganze entsprechend der Anzahl notwendiger
Bearbeitungsschritte fortsetzt. Gegenstand der dem ersten nachfolgenden
Bearbeitungsschritte kann dabei ein Härten, Schleifen und/oder Honen
sein.