Verfahren zur Bearbeitung von Öffnungen in Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von Öffnungen in Werkstücken, insbesondere von Fenstern in Kugelkäfigen für Gleichlaufgelenke, mit den folgenden Schritten : Bereitstellen eines Schneidwerkzeugs, das um eine Rotationsachse dreht und zwei längs der Rotationsachse mit Abstand zueinander angeordnete Schneidkanten aufweist, die eine beide durchlaufende Schneidkantenachse festlegen ; Hal- tern eines Werkstücks nahe dem Schneidwerkzeug derart, daß eine gedachte Öffnungsachse, die zwei einander gegenüberlie- gende, zu bearbeitende Öffnungsränder durchläuft, in einer vorgegebenen Ausrichtung zur Schneidkantenachse verläuft, und Bearbeiten der Öffnungsränder des Werkstücks, indem ein Öffnungsrand mit der einen Schneidkante und der andere Öff- nungsrand mit der anderen Schneidkante geschnitten wird, wo- bei die beiden Öffnungsränder im Fertigzustand einen gegen- seitigen Sollabstand längs der Öffnungsachse aufweisen.

In nahezu jedem Personenkraftfahrzeug werden zwei Gleich- laufgelenke benötigt. Bei der Fertigung dieser Gleichlaufge- lenke müssen in Kugelkäfige Fenster mit sehr genauer Tole- ranz eingearbeitet werden. Das Maß muss auf wenige 1/1000 mm genau sein, um ein spielfreies Führen der Kugel zu gewähr- leisten. üblicherweise werden die Fenster der Kugelkäfige zunächst eingestanzt und anschließend mit einem Einzahnfrä- ser fertigbearbeitet, der auf einer angetriebenen Spindel sitzt. Der durch die Bearbeitung auftretende Schneidkanten- verschleiß ist hierbei eine nicht zu vernachlässigende Grö- ße.

Aus der EP 0 952 364 Al ist ein derartiges Verfahren zur Fertigbearbeitung der Fenster von Kugelkäfigen bekannt. Um das genaue Maß für die Höhe bzw. die Breite eines Fensters bei einem derartigen Verfahren einzuhalten, wird üblicher- weise zunächst mit einer Schneidkante ein Rand des Fensters bearbeitet, und danach mit der gegenüberliegenden Schneid- kante der gegenüberliegende Rand des Fensters bearbeitet.

Der Verschleiß des Werkzeuges wird dabei ausgeglichen, indem das Fenstermaß nachgemessen und bei drohender Überschreitung der Toleranzen die Position der jeweiligen Schneidkante an die entsprechende Grenze des Toleranzbereiches verschoben wird. Auf diese Weise ist es möglich, trotz Werkzeugver- schleiß die sehr engen Toleranzen der Fenstermaße einzuhal- ten. Nachteilig bei einer derartigen Vorgehensweise ist, daß die Bearbeitungszeit relativ lang ist. Aus der EP 0 952 364 AI ist es zwar bekannt, zwei gegenüberliegende Öffnungsrän- der des Fensters gleichzeitig mit einem Werkzeug zu bearbei- ten, was zu einer Reduktion der Bearbeitungszeit führt. In diesem Dokument wird jedoch kein Hinweis darauf gegeben, wie angesichts der auftretenden Verschleißerscheinungen des Werkzeugs die engen Toleranzanforderungen über die Standzeit der Werkzeugs eingehalten werden können.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu ver- bessern, daß bei Beibehaltung einer hohen Maßgenauigkeit die Zeit für die Herstellung von Öffnungen in Werkstücken ver- kürzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch folgende Schritte gelöst : Anordnen der zwei Schneidkanten längs der Schneidkantenachse in einem Abstand zueinander, der größer als der Sollabstand der Öffnungsrän- der ist ; Schrägstellen der gedachten Öffnungsachse und der

Schneidkantenachse in einer Anfangsstellung in einem spitzen Winkel so zueinander, daß der gegenseitige Abstand der Schneidkanten parallel zur Öffnungsachse gleich dem Sollab- stand der Öffnungsränder ist, und Verringern des Schrägstel- lungswinkels bei einem Verschleiß der Schneidkanten, so daß der Schneidkantenabstand parallel zur Öffnungsachse weiter- hin dem Sollabstand der Öffnungsränder entspricht.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können Öffnungen in Werkstücken in einem Bearbeitungsschritt, d. h. in nur einem Schnitt, bearbeitet und dadurch die Bearbeitungszeiten hal- biert werden, ohne daß die Bearbeitungsgenauigkeit beein- trächtigt ist. Da die Schneidkantenachse zur Mittenachse der herzustellenden Öffnung schräggestellt wird und diese Schrägstellung mit zunehmendem Verschleiß der Schneidkanten reduziert wird, wird die ver- schleißbedingte Abnahme des Schneidkantenabstands kompen- siert und dadurch der Sollabstand der Öffnungsränder beibe- halten. Erfindungsgemäß wird somit ein Schneidkantenver- schleiß an beiden Schneidkanten gleichzeitig kompensiert.

Die Fensterbreite eines Kugelkäfigs beispielsweise wird so in einem Schnitt erzeugt, wobei die Fensterbreite über die Werkzeugstandzeit bzw. trotz Werkzeugverschleiß konstant ge- halten wird. Das Schneidwerkzeug kann dabei relativ zur ge- dachten Fensterachse um einen Fixpunkt geschwenkt werden.

Die Erfindung wird vorzugsweise zur Fertig-bzw. Nachbear- beitung von bereits in vorherigen Arbeitsschritten herge- stellten Öffnungen eingesetzt, wenngleich der Begriff der Bearbeitung der Öffnungsränder auch die vollständige Her- stellung einer Öffnung in einem Werkstück umfassen kann.

Vorzugsweise werden im Rahmen der Erfindung die Öffnungsach- se und die Schneidkantenachse in der Anfangsstellung um etwa

5° zueinander geneigt. In diesem Winkelbereich bis maximal ungefähr 5° ist die aufgrund der Schrägstellung unterschied- liche Bearbeitungstiefe an den beiden einander gegenüberlie- genden Öffnungsrändern so gering, insbesondere bei Fenstern in Kugelkäfigen für Gleichlaufgelenke, daß sie in der Praxis vernachlässigbar ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Schrägstellungswinkel von der Anfangsstellung aus bis auf etwa 0° verringert, wobei bei etwa 0° die Schneidkanten vollständig verschlissen sind. Mit diesen Maßnahmen wird das Schneidwerkzeug-unter Vermeidung einer fertigungstechnisch unerwünschten zu großen anfänglichen Schrägstellung-opti- mal ausgenutzt, wobei auch noch der Verschleißgrad anhand der Schrägstellung abgelesen werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zum Anordnen und Verringern des Schrägstellungswinkels die Nei- gung der Schneidkantenachse verändert. Dabei werden beson- ders bevorzugt die Schneidkantenachse und die Rotationsachse starr miteinander verbunden. Zum Anordnen und Verringern des Schrägstellungswinkels wird dann die Neigung der Rotati- onsachse verändert. Bevorzugt wird dabei die Schneidkan- tenachse parallel zur Rotationsachse des Schneidwerkzeugs angeordnet. Die Schneidkantenachse kann jedoch im Rahmen der Erfindung auch nicht parallel zur Rotationsachse angeordnet sein.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zum Anord- nen und Verringern des Schrägstellungswinkels auch die Nei- gung des Werkstücks verändert werden, wobei die Neigung der Schneidkantenachse wahlweise konstant gehalten oder gleich- zeitig auch verändert werden kann.

Mit den vorstehend angegebenen Maßnahmen kann die CNC- Technik je nach vorhandenen Randbedingungen optimal ausge- nützt werden.

In weiterer günstiger Ausgestaltung der Erfindung wird das Werkstück in dieselbe Drehrichtung in Drehung versetzt wie das Schneidwerkzeug, so daß die Umfangsfläche des Werkstücks und die Schneidkanten in der Berührungsebene zueinander ge- geläufig bewegt und mit den Schneidkanten entlang der Um- fangsfläche in regelmäßigen Abständen Öffnungen bearbeitet werden. Hierdurch wird auf einfache Weise das Werkstück, insbesondere ein Kugelkäfig für Gleichlaufgelenke, hinsicht- lich der Öffnungen bzw. Fenster in einem Arbeitsgang voll- ständig fertigbearbeitet. Neben der vorstehend beschriebenen gegenläufigen Bewegung ist auch eine gleichläufige Rotation möglich.

Alternativ kann die Bearbeitung auch derart erfolgen, daß das Werkstück während der Bearbeitung der einzelnen Öffnun- gen feststeht und nach erfolgter Bearbeitung der Einzelöff- nung das Werkstück in eine Position gebracht wird, die die Bearbeitung der jeweils nächsten Öffnung erlaubt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß am Ende des Bear- beitungsvorganges einer Öffnung der Schrägstellungswinkel derart vergrößert wird, daß die Bildung von Rückzugsriefen in den Öffnungsrändern bei einem nachfolgenden Herausfahren des Schneidwerkzeugs aus der Öffnung vermieden wird. Würde der Schrägstellungswinkel nicht vergrößert und das Werkzeug in Richtung der Flächennormale der bearbeiteten Werkstück- fläche herausgezogen, so würden durch die Schrägstellung zu- mindest an einem Öffnungsrand unerwünschte Rückzugsriefen entstehen. Durch eine-im allgemeinen nur geringfügige-

Vergrößerung des Schrägstellungswinkels und die damit ver- bundene Verringerung der effektiven Breite des Schneidwerk- zeuges kann dieser Effekt jedoch vermieden werden. Zur Bear- beitung der jeweils nächsten Öffnung wird die genannte Win- kelveränderung zweckmäßigerweise-sofern keine Winkelverän- derung zur Kompensation der Verschleißerscheinungen erfor- derlich ist-wieder rückgängig gemacht.

Alternativ können Rückzugsriefen auch dadurch vermieden wer- den, daß das Werkzeug vor dem Weiterdrehen des Werkstücks in einem Zustand vor dem Wiedereintauchen in die nächste zu be- arbeitende Öffnung angehalten wird. Hierdurch ist ein Weg- fahren des Werkstücks möglich, ohne daß Rückzugsriefen ent- stehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei- spielshalber noch näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine geschnit- tene Ansicht eines Kugelkäfigs für Gleichlaufge- lenke und ein Schneidwerkzeug, die nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren zueinander schräggestellt sind ; Figur 2 eine schematische Darstellung einer dreieckigen Schneidplatte in der Anfangsstellung, in der die Schneidkantenachse um einen Winkel zur Vertikalen schräggestellt ist, und in der Endstellung, in der die Schneidkante vollständig verschlissen ist und der Schrägstellungswinkel auf 0° reduziert wurde ; Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Anwen- dungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

bei dem die Öffnungsachse zur Vertikalen geneigt ist.

In Figur 1 ist als Ausführungsbeispiel ein Kugelkäfig 1 für Gleichlaufgelenke dargestellt, in den mittels eines Schneid- werkzeuges 2, im dargestellten Beispiel ein dreieckförmiger Einzahnfräser, Fensterränder 6,7 bearbeitet werden sollen.

Der Kugelkäfig 1 im gezeigten Beispiel ist rotationssymme- trisch ausgebildet mit einer Rotations-bzw. Längsachse 4 und einer bogenförmigen Umfangswand 5, die nach außen hin ausgebaucht und deren Scheitelpunkt in der Mitte ihrer Längserstreckung ist. In Umfangsrichtung sollen in dem Ku- gelkäfig 1 in regelmäßigen Abständen Fensterränder 6,7 fer- tigbearbeitet werden, die in Figur 1 mit ihren Fertigmaßen dargestellt sind. Die oberen und unteren Fensterränder 6,7 verlaufen in Dickenrichtung der Umfangswand 5 rechtwinklig zur Längsachse 4 des Kugelkäfigs 1 und weisen einen gegen- seitigen Sollabstand 8 parallel zu einer sie durchlaufenden, gedachten Fensterachse 9 auf. Die gedachte Fensterachse 9 verläuft jeweils durch die Mitte der Dicken-bzw. Horizonta- lerstreckung der Fensterränder 6,7 und in dem in Figur 1 dargestellten Beispiel parallel zur Längsachse 4 des Kugel- käfigs 1.

Das Schneidwerkzeug ist im dargestellten Beispiel ein drei- eckiger Einzahnfräser 2, der an der Spindel 10 einer CNC- Werkzeugmaschine befestigt ist. Die Schneidplatte des Ein- zahnfräsers 2 weist zwei Schneidkanten 11, 12 auf, die eine beide durchlaufende Schneidkantenachse 13 festlegen. Die in Figur 1 obere Schneidkante 11 dient zum Bearbeiten des obe- ren Fensterrandes 6 und die untere Schneidkante 12 zum Bear- beiten des unteren Fensterrandes 7. Längs der Schneidkan- tenachse 13 sind die beiden Schneidkanten 11,12 mit einem

Abstand 14 zueinander angeordnet, der größer als der Abstand 8 der zu bearbeitenden Fensterränder 6,7 längs der Fenster- achse 9 ist. Die Schneidkantenachse 13 verläuft im darge- stellten Beispiel parallel zur Rotationsachse 15 der Werk- zeugspindel.

Zum Bearbeiten der Fensterränder 6,7 werden die Längsachse 4 des Kugelkäfigs 1 bzw. die Fensterachse 9 und die Schneid- kantenachse 13 zueinander in einem spitzen Winkel a schräg gestellt, so daß der Abstand 14 (vgl. Fig. 2) der Schneid- kanten 11,12 in Richtung der gedachten Fensterachse 9, d. h. in einer zu den Fensterrändern 6,7 parallelen Projekt- onsrichtung 16, dem Sollabstand 8 der Fensterränder 6,7 entspricht. Im dargestellten Beispiel beträgt der Schräg- stellungswinkel a etwa 5°.

In Figur 2 ist im Detail dargestellt, daß im Anfangszustand -d. h. im unverschlissenen Zustand-der Abstand 14 der Schneidkanten 11,12 längs der Schneidkantenachse 13 um ein Maß A größer ist als der Sollabstand 8 der Fensterränder 6, 7 (vgl. Fig. 1), so daß die Schneidkanten 11,12 ohne Schrägstellung jeweils um A/2 über den jeweils zu bearbei- tenden Fensterrand 6,7 hinausstehen würden. Durch Schräg- stellung von Fensterachse 9 und Schneidkantenachse 13 zu- einander wird der Schneidkantenabstand 14 in Richtung Fen- sterachse 9 verringert entsprechend der geometrischen Bezie- hung : Schneidkantenabstand in Richtung Fensterachse 9 = Schneidkantenabstand 14 in Richtung Schneidkantenachse 13 cos a.

Mit dieser anfänglichen Schrägstellung wird das Bearbeiten der Fensterränder 6,7 begonnen. Mit zunehmenden Verschleiß der Schneidkanten 11,12 wird der Schrägstellungswinkel a immer mehr gegen 0° reduziert, um die verschleißbedingte Ab-

nahme des Schneidkantenabstandes 14 bzw. der Schneidwerk- zeugbreite zu kompensieren. Hierbei kann die Neigung des Ku- gelkäfigs 1 verändert werden und/oder die der Schneidkan- tenachse 13. Im dargestellten Beispiel ist die Schneidplatte des Einzahnfräsers 2 starr an der Spindel 10 befestigt und wird die Neigung der Schneidkantenachse 13 verändert, indem die Neigung der Rotationsachse 15 der Spindel 10 verändert wird. Beide Fensterränder 6,7 werden gleichzeitig genau auf Maß bearbeitet, wodurch die Bearbeitungszeit gegenüber dem Stand der Technik bei Wahrung der Toleranzbreite über die Standzeit des Werkzeugs halbiert wird. Das Verschleißmaß A und der Schrägstellungswinkel a werden so eingestellt, daß das Werkzeug 2 etwa dann vollständig verschlissen ist, wenn der Schrägstellungswinkel a auf 0° reduziert worden ist.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ver- läuft die Fensterachse 9'zur Vertikalen geneigt, wobei die Fensterränder 6', 7'in Dickenrichtung der Umfangswand 5' horizontal verlaufen, so daß die Fensterränder 6', 7 hori- zontal zueinander versetzt sind. Wie im vorstehend beschrie- benen Ausführungsbeispiel wird die Schneidkantenachse 13' anfänglich unter einem Winkel zur Fensterachse 9 schräg- gestellt. Mit fortschreitendem Verschleiß des Schneidwerk- zeuges 2'wird wieder der Schrägstellungswinkel a'redu- ziert, so daß beide, horizontal zueinander versetzte Fen- sterränder 6', 7'gleichzeitig, d. h. in einem Schnitt, fer- tigbearbeitet werden.

Wie in Figur 1 angedeutet, kann das Werkstück bzw. der Ku- gelkäfig 1 in derselben Drehrichtung wie das Schneidwerkzeug 2 gedreht werden, so daß die Umfangsfläche, in der die Fen- sterränder 6,7 bearbeitet werden sollen, und das Werkzeug 2 in der Berührungsebene in entgegengesetzter Richtung bewegt werden. Auf diese Weise arbeitet das Werkzeug 2 entlang der

Umfangsfläche des Werkstücks bzw. des Kugelkäfigs 1 in re- gelmäßigen Abständen die Fensterflächen aus. Werkstück 1 und Schneidwerkzeug 2 werden hierbei in einem vorgegebenen Dreh- zahlverhältnis n,/n, zueinander gedreht. Wenn beispielsweise entlang des Umfangs des Kugelkäfigs 1 sechs Fenster 3 herge- stellt werden sollen, rotiert das Werkzeug 2 sechsmal so schnell wie der Kugelkäfig 1. Alternativ zu einer gegenläu- figen Rotation ist auch eine gleichsinnige Rotation möglich.