DE102011082499A1

DE102011082499A1 - Radflanscheinheit sowie Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung einer Radflanscheinheit

Info

Publication number: DE102011082499A1
Application number: DE102011082499A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Kröger; Chris Büscher; Mike Lester; Andreas Temmen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: GB201210247D0; GB2494494A; DE102011082499B4; GB2494494B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radflanscheinheit (4), eine Spannvorrichtung (1), und ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung einer Radflanscheinheit (4) mit einem Radlager in einer Bearbeitungsmaschine. Die Spannvorrichtung (1) umfasst eine Halteeinheit zur Festlegung des Radlager-Außenrings während der spanenden Bearbeitung, wobei die Bearbeitung unter Rotation des Radflanschs (5) um die Achse des Radlagers erfolgt. Verfahren bzw. Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass die Spannvorrichtung (1) eine Ausrichtungseinheit zur temporären Festlegung des Lagerinnenrings in einer Ausrichtungsposition parallel zu einer Werkzeug-Vorschubebene der Bearbeitungsmaschine umfasst, während die Halteeinheit einen Radträger (2) und eine Klemmanordnung (3) zur variablen Einspannung des Radträgers (2) entsprechend der Ausrichtungsposition des Radlager-Innenrings umfasst. Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung von Radflanschen mit gefrästen Planflächen (6, 7), die – im Einbauzustand am Fahrzeug – einen Planlauffehler von nur noch wenigen μm aufweisen. Hierdurch wird ein vibrationsfreier Rundlauf des Rades gewährleistet und das Bremsverhalten insbesondere einer Scheibenbremse entscheidend verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für eine Bearbeitungsmaschine und ein Verfahren für die spanende Bearbeitung einer Radflanscheinheit, sowie eine zugehörige Radflanscheinheit.
Radflanscheinheiten, die einen Radflansch zur Aufnahme einer Bremsscheibe und/oder eines Fahrzeugrades sowie ein zugehöriges Radlager umfassen, sind ebenso wie Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Flanschbearbeitung aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Gattungsgemäße Radflanscheinheiten lassen sich insbesondere an einem Radträger anordnen, der wiederum mittels Radführungslenkern mit einem Chassis verbunden ist, und bilden damit beispielsweise einen Teil der Achse bzw. der Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs.
Bei derartigen Radflanscheinheiten besteht – zur Vermeidung von Vibrationen im Achssystem bzw. in der Lenkung des Kraftfahrzeugs – die Anforderung eines möglichst exakten Rundlaufs des am Radflansch montierten Fahrzeugrads, insbesondere bezüglich Seitenschlag. Dies gilt vor allem dann, wenn das Rad mit einer Scheibenbremse versehen ist, da sich jeglicher Seitenschlag des Radflanschs auch auf die Bremsscheibe überträgt, was beim Bremsen jedoch zu Vibrationen und/oder zu ungleichmäßiger Abnutzung der Bremse führen kann. Hierdurch kann sowohl der Fahrkomfort als auch die Fahr- und Bremssicherheit beeinträchtigt werden.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der WO 00/74883 A1 , ist es bekannt, eine aus einem Radflansch und einem Radlager bestehende Radflanscheinheit am Außenring des Lagers einzuspannen, sodann den Radflansch um die Achse des Radlagers in Rotation zu versetzen und in dieser Aufspannung sowie unter der Rotation des Radlagers eine spanende Bearbeitung insbesondere derjenigen Planfläche vorzunehmen, die später zur Aufnahme der Bremsscheibe dient.
Auf diese Weise sollen Ungenauigkeiten sowohl des Radlagers als auch der Verbindung zwischen Radflansch und Radlager, ebenso wie Ungenauigkeiten des Radflanschs selbst, die sich andernfalls zu einem erheblichen Rundlauffehler bzw. Seitenschlag addieren können, durch die spanende Bearbeitung unter Rotation um das Radlager abgetragen und somit eliminiert werden.
Diese Bearbeitung des Radflanschs erfolgt im Stand der Technik üblicherweise auf einer Drehmaschine. Hierzu sind jedoch einerseits spezielle Bearbeitungswerkzeuge erforderlich, und andererseits ist das Be- und Entladen bei einer Drehmaschine aufwändiger als bei einem Bearbeitungszentrum. Auch entspricht bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die Einspannung des Lageraußenrings nicht der späteren, tatsächlichen Einbausituation des Radlagers im Radträger, weder bezüglich des Lagersitzes im Radträger, noch bezüglich der axialen Vorspannung des Flansches und des Lagerinnenrings. Zudem können bei der späteren Montage einer dergestalt fertigbearbeiteten Radflanscheinheit im zugehörigen Radträger erneut Verformungen des Radträgers, des Radlagers und/oder des Radflansches auftreten, die am montierten Radflansch somit zur neuerlichen Vergrößerung von Rundlauffehler bzw. Seitenschlag führen können.
Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung für eine Bearbeitungsmaschine und ein Verfahren für die spanende Bearbeitung einer Radflanscheinheit, sowie eine Radflanscheinheit zu schaffen, womit die genannte Problematik im Stand der Technik überwunden wird. Insbesondere soll die Erfindung ermöglichen, dass die Planfläche bzw. Scheibenbremsaufnahme des Radflansches nur noch geringstmögliche Planlauffehler aufweist, und zwar nicht nur unmittelbar nach der spanenden Bearbeitung, sondern zuverlässig auch im Endmontagezustand am Fahrzeug selbst.
Diese Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12, bzw. durch eine Radflanscheinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
Die Spannvorrichtung dient der spanenden Bearbeitung eines Radflansches einer Radflanscheinheit in einer Bearbeitungsmaschine, wobei die Bearbeitungsmaschine einen Maschinenrahmen und zumindest eine Werkzeug-Vorschubebene aufweist, in welcher die spanende Bearbeitung des Radflanschs erfolgt. Die Radflanscheinheit umfasst ein Radlager mit Lagerinnenring und Lageraußenring sowie einen mit dem Innenring verbundenen Radflansch. Die Spannvorrichtung umfasst eine Halteeinheit zur Festlegung des Lageraußenrings relativ zur Bearbeitungsmaschine während der spanenden Bearbeitung. Die spanende Bearbeitung erfolgt in einer Werkzeug-Vorschubebene parallel zur Bearbeitungsfläche des Radflansches und senkrecht zur Achse des Radlagers und unter Rotation von Radflansch und Lagerinnenring um die Achse des Radlagers, um auf diese Weise Plan- bzw. Rundlauffehler des Radlagers sowie der Verbindung zwischen Radflansch und Lagerinnenring zu eliminieren.
Durch die Erfindung wird die Spannvorrichtung dahingehend weitergebildet, dass sie eine Ausrichtungseinheit zur temporären Festlegung des Lagerinnenrings in einer Ausrichtungsposition umfasst. In der Ausrichtungsposition ist der Lagerinnenring mittels der Ausrichtungseinheit exakt parallel zur Werkzeug-Vorschubebene ausgerichtet. Ferner umfasst die Halteeinheit der Spannvorrichtung einen mit dem Lageraußenring verbundenen Fahrzeug-Radträger und eine Klemmanordnung, mit der sich der Radträger relativ zur Bearbeitungsmaschine variabel jeweils in derjenigen Halteposition einspannen lässt, welche mit der Ausrichtungsposition des Lagerinnenrings korrespondiert, die mittels der Ausrichtungseinheit festgelegt wurde.
Die Ausrichtung des Lagerinnenrings ”parallel zur Werkzeug-Vorschubebene” ist im Sinne der Erfindung dabei so zu verstehen, dass die Symmetrieebene (bzw. eine Stirnseite) des Lagerinnenrings in dieser Ausrichtungsposition parallel zu derjenigen Ebene (= Werkzeug-Vorschubebene) ausgerichtet ist, in welcher die Relativbewegung zwischen dem spanenden Bearbeitungswerkzeug und der zu bearbeitenden Planfläche am Radflansch erfolgt. Die Relativbewegung zwischen Bearbeitungswerkzeug und Radflansch kann dabei (neben der in jedem Fall stattfindenden Rotation des Radflanschs um das Radlager) durch Bewegung entweder des Bearbeitungswerkzeugs oder der Spannvorrichtung (mit der darin eingespannten Radflanscheinheit) relativ zum Maschinenrahmen erfolgen. Auch eine Bewegung sowohl des Bearbeitungswerkzeugs als auch der Spannvorrichtung relativ zum Maschinenrahmen ist vom Bereich der Erfindung umfasst.
Unter der ”temporären Festlegung” des Lagerinnenrings in der Ausrichtungsposition ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Festlegung des Lagerinnenrings in der Ausrichtungsposition durch die Ausrichtungseinheit nur vorübergehend und solange erforderlich ist und erfolgt, bis die Halteeinheit den Radträger und die darin aufgenommene Radflanscheinheit mittels der Klemmanordnung relativ zur Bearbeitungsmaschine in der (durch die Ausrichtungseinheit bestimmten) Relativposition zur Werkzeug-Vorschubebene festgespannt hat.
Unter der ”variablen Einspannung” des Radträgers relativ zur Bearbeitungsmaschine durch die Klemmanordnung ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Klemmanordnung so eingerichtet ist, dass der Radträger – innerhalb eines begrenzten Bereichs – durch die Klemmanordnung in beliebig unterschiedlicher (= variabler) Relativposition relativ zur Bearbeitungsmaschine festgelegt bzw. eingespannt werden kann. Dabei entspricht die jeweilige Relativposition zwischen dem dergestalt eingespannten Radträger und der Bearbeitungsmaschine derjenigen Relativposition, die zuvor durch die Ausrichtungseinheit bestimmt wurde, also derjenigen Position, die sich durch die parallele Ausrichtung zwischen Lagerinnenring und Werkzeug-Vorschubebene (aufgrund der Wirkungskette ”Ausrichtungseinheit -> Lagerinnenring -> Lageraußenring -> Radträger”) ergibt.
Die Spannvorrichtung erlaubt es mit anderen Worten, den zu bearbeitenden Radflansch sowie das zugehörige Radlager bereits vor der Fertigbearbeitung in denjenigen Radträger zu montieren, welcher das Radlager und den Radflansch später am fertigen Fahrzeug tatsächlich tragen wird. Dabei findet die spanende Bearbeitung des Radflanschs bereits in der endgültigen Montageposition des Radflanschs und des Radlagers im Radträger selbst statt.
Hierzu wird – mittels der Ausrichtungseinheit – zunächst die gesamte montierte Baugruppe aus Radträger, Radlager und Radflansch in derjenigen Position ausgerichtet, in welcher das Radlager (bzw. der Lagerinnenring) exakt parallel zur Werkzeug-Vorschubebene positioniert ist. Erst daraufhin wird der Radträger – in genau dieser Ausrichtungsposition des Lagerinnenrings – relativ zur Bearbeitungsmaschine festgespannt. Mit anderen Worten bildet der Radträger (mit der darin bereits montierten Radflanscheinheit) selbst die Aufspannung, in welcher (unter Rotation des Radflanschs um das Radlager) anschließend die spanende Bearbeitung des Radflansches erfolgt. Dabei definiert sich die Lage und Ausrichtung der Rotationsachse des Radlagers jedoch nicht aus der Einspannposition des Radträgers, sondern es wird umgekehrt die Einspannposition des Radträgers der – zuvor durch die Ausrichtungseinheit festgelegten – Position und Lage des Lagerinnenrings und damit auch der Rotationsachse des Radlagers angepasst.
Die mit den Spannvorrichtungen bzw. Verfahren zur Bearbeitung von Radflanschen aus dem Stand der Technik verbundenen Plan- bzw. Rundlauffehler, die insbesondere dadurch entstehen, dass die Radflanscheinheit im Stand der Technik zunächst in eine Bearbeitungsmaschine gespannt, dort bearbeitet, dann aus der Maschinenaufspannung wieder entnommen und schließlich in einen Radträger montiert wird, entfallen somit dank der Erfindung vollständig.
Die Erfindung erreicht dies dadurch, dass hier einerseits der Radträger selbst als Halteeinheit zur Aufspannung des Radlagers und des zu bearbeitenden Radflanschs eingesetzt wird, wodurch die bei einer ansonsten später erfolgenden Montage von Radflanscheinheit und Radträger entstehenden Plan- bzw. Rundlauffehler entfallen. Andererseits ist die mit der Erfindung erreichte Genauigkeit bei der Bearbeitung des Radflanschs besonders hoch auch aus dem Grund, dass hier nicht der – potentiell Ungenauigkeiten aufweisende – Radträger als Einspannung die Bearbeitungsposition der Radflanscheinheit bestimmt. Vielmehr legt bei der Erfindung umgekehrt die Radflanscheinheit (bzw. der Lagerinnenring) zunächst diejenige Position fest, in welcher der Radträger anschließend relativ zur Bearbeitungsmaschine ausgerichtet und festgespannt wird, wodurch somit alle Ungenauigkeiten und Toleranzen auch des Radträgers eliminiert werden.
Auf diese Weise lassen sich infolge der Erfindung sowie anhand der Spannvorrichtung Toleranzen – insbesondere bezüglich des Planlaufs am Radflansch – erreichen, die um bis zu eine Größenordnung geringer sind als die mit den Vorrichtungen bzw. Verfahren aus dem Stand der Technik erreichten Planlaufgenauigkeiten, mit den entsprechenden vorteilhaften Auswirkungen bezüglich des Rund- und Planlaufs der Räder und insbesondere der Bremsscheiben eines Kraftfahrzeugs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Ausrichtungseinheit ein Ausrichtungselement mit einer Ausrichtungsfläche, wobei die Ausrichtungsfläche parallel zur Werkzeug-Vorschubebene positionierbar ist. Das Ausrichtungselement ist dabei zur Festlegung des Lagerinnenrings in der Ausrichtungsposition eingerichtet dergestalt, dass eine Stirnseite des Lagerinnenrings an der Ausrichtungsfläche des Ausrichtungselements zur Anlage bringbar ist. Vorzugsweise umfasst die Spannvorrichtung dabei eine Spanneinheit, welche zur Verspannung von Radflansch und Lagerinnenring eingerichtet ist.
Dank der Ausrichtungseinheit lässt sich der Lagerinnenring und damit auch die gesamte Einheit aus Radflansch, Radlager und Radträger – mittels Anlage an der Ausrichtungsfläche der Ausrichtungseinheit – exakt in die gewünschte Bearbeitungsposition bringen, in welcher der Radträger anschließend mittels der Klemmanordnung festgelegt wird, und in welcher die spanende Bearbeitung insbesondere der Planfläche des Radträgers erfolgt.
Dank der Spanneinheit kann zudem eine axiale Verspannung von Radträger und Radlager erfolgen, welche bezüglich der aufgebrachten Spannkraft mit der später am Fahrzeug tatsächlich vorhandenen axialen Verspannung von Radträger und Radlager übereinstimmt. Dies bedeutet, dass bei der Bearbeitung des Radflanschs unter Verwendung der Spannvorrichtung in der Radflanscheinheit dieselben Spannungsverhältnisse und damit elastischen Verformungen vorhanden sind, wie sie später der Montagesituation der Radflanscheinheit am Fahrzeug entsprechen. Hierdurch ergibt sich eine weitere Verbesserung der Genauigkeit bei der spanenden Bearbeitung des Radträgers.
Bevorzugt umfasst die Spanneinheit dabei ein hydraulisch entspannbares Tellerfederpaket zur Verspannung von Radflansch und Lagerinnenring. Ein Tellerfederpaket hat den Vorteil einer hohen axialen Kraftentwicklung auf geringem Bauraum, und eignet sich daher gut zur Erzeugung der hohen axialen Kräfte, wie sie auch später am Fahrzeug der Montagesituation des Radlagers im Radträger entsprechen. Der Vorteil der hydraulischen Entspannbarkeit des Tellerfederpakets der Spanneinheit liegt darin, dass somit der Hydraulikdruck nur zum Entspannen der Spanneinheit (beim Laden bzw. Entladen der Spannvorrichtung) aufgebracht werden muss, während die eigentliche spanende Bearbeitung des Radflanschs unter konstanter Federkraft des Tellerfederpakets und ohne Notwendigkeit der Zuführung von Hydraulikdruck erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Spannvorrichtung eine mit dem Maschinenrahmen in einer definierten Position verbundene Stützeinheit. Die Stützeinheit dient zur exakten (vorübergehenden) Stützung und damit Festlegung der Ausrichtungseinheit in derjenigen Relativstellung zur Bearbeitungsmaschine, die der späteren Ausrichtungsposition von Radlager, Radflansch und Radträger entspricht. Die Stützeinheit richtet somit die Ausrichtungseinheit vorübergehend so aus, dass die Ausrichtungsfläche der Ausrichtungseinheit exakt parallel zur Werkzeug-Vorschubebene ausgerichtet ist. Dadurch, dass die Spannvorrichtung mit dem Maschinenrahmen definiert verbunden ist, kann die (relativ zum Maschinenrahmen bekannte) Lage der Werkzeug-Vorschubebene somit über die Ausrichtungseinheit auf die Stützeinheit übertragen werden. Mit anderen Worten, die Ausrichtungseinheit lässt sich anhand der Stützeinheit (vorübergehend) so positionieren, dass die Ausrichtungsfläche der Ausrichtungseinheit exakt parallel zur Werkzeug-Vorschubebene ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist dabei die Spanneinheit zur Verspannung nicht nur von Radflansch und Lagerinnenring, sondern zur Verspannung sowohl von Radflansch, Lagerinnenring als auch Ausrichtungseinheit eingerichtet. Letzteres bedeutet, dass bei der Verspannung des zu bearbeitenden Radflanschs mit dem Lagerinnenring zusätzlich auch die Ausrichtungseinheit mit dem Lagerinnenring verspannt wird. Die spanende Bearbeitung des Radflanschs erfolgt somit unter gemeinsamer Rotation der starr verspannten Einheit aus Radflansch, Lagerinnenring und Ausrichtungseinheit. Durch die Verspannung des Lagerinnenrings nicht nur mit dem Radflansch, sondern auch mit der Ausrichtungseinheit wird bei der Ausrichtung des Lagerinnenrings durch die Ausrichtungseinheit zunächst einmal eine zuverlässige, feste und exakte Anlage zwischen Lagerinnenring und der Ausrichtungsfläche an der Ausrichtungseinheit erreicht.
Dadurch, dass die mit dem Maschinenrahmen verbundene Stützeinheit die Ausrichtungseinheit nur vorübergehend festlegt (und zwar solange, bis die Verspannung von Ausrichtungseinheit, Lagerinnenring und Radflansch durch die Spanneinheit erfolgt ist), lässt sich bei der spanenden Bearbeitung des Radflanschs ferner eine unbeeinflusste, freie Rotation des Radflanschs und des Lagerinnenrings – einschließlich der mit dem Lagerinnenring verspannten Ausrichtungseinheit – um die tatsächliche Achse des Radlagers sicherstellen.
Nur aufgrund der hierdurch erreichten freien und (insbesondere durch die Stützeinheit) unbeeinflussten Rotation des Radflanschs um die tatsächliche Achse des Radlagers (einschließlich deren Rund- bzw. Planlaufabweichungen) wird gewährleistet, dass die Auswirkungen dieser Rund- bzw. Planlaufabweichungen auf den Rund- bzw. Planlauf des Radflanschs bei dessen Bearbeitung vollständig abgetragen und somit eliminiert werden können.
Es ist zunächst unerheblich, auf welche Weise die Ausrichtungseinheit durch die Stützeinheit (vorübergehend) festgelegt wird, solange eine exakte und spielfreie Positionierung und Festlegung der Ausrichtungseinheit relativ zur Stützeinheit (und damit relativ zum Maschinenrahmen bzw. relativ zur Werkzeug-Vorschubebene) gewährleistet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Festlegung der Ausrichtungseinheit jedoch durch eine Zentriereinheit, wobei die Zentriereinheit eine Mehrzahl von (vorzugsweise drei) Radialkolben aufweist. Durch den Einsatz von insbesondere drei Radialkolben lässt sich eine statisch weder unter- noch überbestimmte und damit exakte Positionierung und Festlegung der Ausrichtungseinheit relativ zur Stützeinheit erreichen, was ebenfalls der hohen Genauigkeit der anschließenden spanenden Bearbeitung des Radflanschs zugute kommt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Spannvorrichtung zur Betätigung der Radialkolben einen koaxial zur Drehachse des Radlagers angeordneten Ringkolben mit einer stirnseitigen Betätigungsfase, während die Radialkolben jeweils eine Betätigungsschräge aufweisen, an der die Betätigungsfase des Ringkolbens gleitend zur Anlage gebracht ist. Auf diese Weise kann eine gleichzeitige und bezüglich der Bewegung der Radialkolben exakt synchronisierte Betätigung der Radialkolben mittels der Betätigungsfase des Ringkolbens erfolgen. Der Einsatz eines ringförmigen Kolbens ist vorteilhaft insofern, als auf diese Weise in dem freien Innenraum des Ringkolbens weitere Komponenten der Spannvorrichtung angeordnet werden können, insbesondere die Spanneinheit und deren vorzugsweise hydraulische Betätigung bzw. Zuleitung.
Die Erfindung lässt sich unabhängig davon verwirklichen, welcher Werkzeugtyp gewählt wird, bzw. auf welche Art die spanende Bearbeitung des Radflanschs erfolgt, so beispielsweise auch auf einer Drehmaschine. Bevorzugt jedoch weist die Bearbeitungsmaschine, in welche die Spannvorrichtung eingesetzt werden kann, eine Einrichtung zur fräsenden Bearbeitung des Radflanschs auf, wobei die fräsende Bearbeitung insbesondere entlang der Werkzeug-Vorschubebene erfolgt. Vorzugsweise umfasst die Spannvorrichtung eine Antriebseinrichtung zum rotatorischen Antrieb der Radflanscheinheit während der spanenden, besonderen fräsenden Bearbeitung.
Auf diese Weise lässt sich die Spannvorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur in Drehmaschinen, sondern auch in CNC-Bearbeitungszentren einsetzen, bei denen die Werkzeugebearbeitung mittels eines Fräserkopfs, insbesondere Stirnfräsers erfolgt. Die Bearbeitung des Radflanschs durch Fräsen in einem Bearbeitungszentrum anstelle (wie im Stand der Technik üblich) durch Abdrehen in einer Drehmaschine ist vorteilhaft insofern, als damit die (beim Einsatz einer Drehmaschine) erforderlichen speziellen Bearbeitungswerkzeuge entfallen können einerseits, und andererseits durch das einfachere und schnellere Be- und Entladen des Werkstücks in einem Bearbeitungszentrum, im Vergleich zu einer Drehmaschine. Dadurch, dass der Radflansch – mittels der Antriebseinrichtung zum rotatorischen Antrieb der Radflanscheinheit – während der fräsenden Bearbeitung in Rotation um die Achse des Radlagers versetzt werden kann, ist zudem (außer der relativen Vorschubbewegung zwischen der zu bearbeitenden Radflanscheinheit und dem Fräserkopf entlang der zumindest einen Werkzeug-Vorschubebene) keine weitere Relativbewegung zwischen dem Radflansch und dem Fräserkopf erforderlich. Damit werden die Rund- und Planlauffehler der Einheit aus Radlager und Radflansch bei der Fräsbearbeitung zuverlässig abgetragen und eliminiert.
Im Hinblick auf den rotatorischen Antrieb der Radflanscheinheit während der fräsenden Bearbeitung ist es vorteilhaft und gemäß einer weiteren Ausführungsform der Spannvorrichtung vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung eine Kupplungseinrichtung zur elastischen rotatorischen Kopplung der Antriebseinrichtung mit der Ausrichtungseinheit aufweist. Dabei ist zudem zwischen der Ausrichtungseinheit und der Stützeinheit radiales und/oder axiales Spiel vorhanden. Auf diese Weise kann der rotatorische Antrieb der Radflanscheinheit zur fräsenden Bearbeitung des Radflanschs erfolgen, ohne dass die freie Rotation von Radflansch und Lagerinnenring um die Lagerachse des Radlagers – etwa durch die Antriebseinrichtung der Spannvorrichtung – beeinflusst werden könnte. So lässt sich gewährleisten, dass die Rotation insbesondere des Radflanschs tatsächlich um die (ggf. Rundlauf- bzw. Planlauffehler aufweisende) Achse des Radlagers erfolgt, wodurch die Auswirkungen auch dieser etwaigen Rundlauf- bzw. Planlauffehler des Radlagers auf Rund- bzw. Planlauf des Radflanschs abgetragen und somit eliminiert werden können.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Radflanschs einer Radflanscheinheit in einer Bearbeitungsmaschine. Dabei umfasst die Radflanscheinheit ein Radlager mit Innenring und Außenring sowie einen mit dem Innenring verbundenen Radflansch. Ferner ist die Radflanscheinheit bereits in einen Radträger eingebaut, und die Bearbeitungsmaschine umfasst einen Maschinenrahmen, ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung des Radflanschs, (zumindest) eine Werkzeug-Vorschubebene sowie eine Spannvorrichtung mit Ausrichtungseinheit, Spanneinheit und Stützeinheit wie vorstehend beschrieben. Das Verfahren umfasst die nachfolgend angegebenen Verfahrensschritte.
Zunächst wird in einem Verfahrensschritt a) der Radträger mit der darin eingebauten Radflanscheinheit in die Spannvorrichtung eingelegt.
Daraufhin erfolgt in einem Verfahrensschritt b) eine Anlage des Lagerinnenrings an der Ausrichtungseinheit. Dabei ist die Ausrichtungseinheit mittels der Stützeinheit in derjenigen Ausrichtungsposition (relativ Spannvorrichtung bzw. zum Maschinenrahmen der Bearbeitungsmaschine) festgelegt, in welcher die Anlage der Ausrichtungseinheit für den Lagerinnenring parallel zur Werkzeug-Vorschubebene ausgerichtet ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt c) erfolgt sodann das Klemmen von Radflansch, Lagerinnenring und Ausrichtungseinheit mittels der Spanneinheit der Spannvorrichtung. Hierdurch richtet sich der Radträger (anhand der Bauteilkette ”Maschinenrahmen/Spannvorrichtung -> Stützeinheit -> Ausrichtungseinheit -> Lagerinnenring -> Lageraußenring -> Radträger”) entsprechend der Ausrichtungsposition der Ausrichtungseinheit aus, welche der Ausrichtungseinheit wiederum durch die (mit dem Maschinenrahmen verbundene) Stützeinheit mitgeteilt wird.
Der Radträger erhält in Verfahrensschritt c) somit jeweils diejenige Relativposition zum Maschinenrahmen, die der parallelen Ausrichtung des Innenrings des Radlagers zur Werkzeug-Vorschubebene entspricht, wobei diese Relativposition des Radträgers je nach den an der Radflanscheinheit oder am Radträger vorhandenen Toleranzen und Ungenauigkeiten unterschiedlich ausfällt.
Nachfolgend wird der Radträger in einem Verfahrensschritt d) in der (zuvor durch die Ausrichtungseinheit 10, 11 festgelegten) Relativposition relativ zum Maschinenrahmen eingespannt. In Verfahrensschritt d) erfolgt somit die Festlegung des Radflanschs und der darin angeordneten Radflanscheinheit dergestalt, dass der Innenring des Radlagers die ihm in den Verfahrensschritten b) bzw. c) mitgeteilte parallele Ausrichtung zur Werkzeug-Vorschubebene beibehält auch dann, wenn nachfolgend die Verbindung zwischen Ausrichtungseinheit und Stützeinheit getrennt wird, was in Verfahrensschritt e) geschieht.
Schließlich erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt f) ein rotatorischer Antrieb der Radflanscheinheit durch die Spannvorrichtung (oder durch die Bearbeitungsmaschine). Dabei erfolgt die spanende Bearbeitung des Radflanschs unter Rotation von Radflansch und Lagerinnenring um die Achse des Radlagers.
Durch das Verfahren wird somit sichergestellt, dass die spanende Bearbeitung, welche verfahrensgemäß in der Werkzeug-Vorschubebene und unter gleichzeitiger Rotation des Radflanschs um die Rotationsachse des Radlagers stattfindet, wobei das Radlager parallel zur Werkzeug-Vorschubebene ausgerichtet ist, mit höchster Genauigkeit im Hinblick insbesondere auf den Planlauf der zu bearbeitenden Fläche bzw. Flächen am Radflansch erfolgt.
Das Verfahren lässt sich prinzipiell zunächst unabhängig von der Art der verwendeten Bearbeitungsmaschine verwirklichen, somit beispielsweise auch auf einer Drehmaschine. Bevorzugt weist die Bearbeitungsmaschine jedoch eine Fräseinrichtung auf, die relativ zum Werkstück in der Werkzeug-Vorschubebene relativbeweglich ist, wobei für die Verwirklichung der Relativbeweglichkeit im Sinne der Erfindung entweder die Fräseinrichtung, oder das Werkstück, oder beides bewegt werden kann. Dabei erfolgt im Verfahrensschritt f) eine fräsende Bearbeitung des Radflanschs in bzw. entlang der Werkzeug-Vorschubebene.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft dahingehend, dass die Bearbeitung des Radflanschs somit in einer Fräsmaschine bzw. in einem Bearbeitungszentrum erfolgen kann. Die beim Einsatz einer Drehmaschine gegebene Notwendigkeit für Sonderwerkzeuge und die damit verbundenen erhöhten Werkzeugkosten können somit entfallen. Gleichzeitig ergibt sich durch die Einsatzmöglichkeit eines Bearbeitungszentrums im Vergleich zur Drehmaschine ein erleichtertes Be- und Entladen der Radflanscheinheit, wodurch sich Vorteile bezüglich Taktzeit sowie weitere Kostenvorteile ergeben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die spanende Bearbeitung des Radflanschs im Verfahrensschritt f) mit bereits im Radflansch eingepressten Radbolzen. Durch das Einpressen von Radbolzen in den Radflansch wird dieser im Kontaktbereich mit dem Radbolzen zumeist nicht nur plastisch ebenso wie elastisch verformt, sondern erhält zudem auch ein gegenüber dem Ausgangszustand verändertes Eigenspannungsbild, wodurch sich wiederum erhöhte Toleranzen bzw. Ausschläge auch beim Planlauf des Radflanschs ergeben.
Durch die Bearbeitung des Radflanschs mit bereits eingepressten Radbolzen, wie dies Gegenstand der genannten Ausführungsform des Verfahrens ist, lassen sich somit auch die beim Einpressen der Radbolzen entstehenden plastischen und elastischen Verformungen des Radflanschs eliminieren. Auch diese Ausführungsform steht demnach im Dienst einer – im Einbauzustand am Fahrzeug – extrem geringen Planlaufabweichung der Radflanscheinheit.
Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der rotatorische Antrieb der Radflanscheinheit mittels elastischer rotatorischer Kopplung zwischen einer rotatorischen Antriebseinrichtung der Spannvorrichtung (oder der Bearbeitungsmaschine) und der Ausrichtungseinheit erfolgt.
Diese Ausführungsform erlaubt eine weitestgehend freie Rotation des Radflanschs um die dem Radlager eigene Rotationsachse auch dann, wenn Radflansch, Lagerinnenring und Ausrichtungseinheit mittels der Spanneinheit zusammen geklemmt sind, wie dies in den Verfahrensschritten c) bis f) der Fall ist. Mit anderen Worten, falls das Radlager Ungenauigkeiten bezüglich seiner Rotationsachse aufweisen sollte, so kann die (durch die Spanneinheit klemmend verbundene) Einheit aus Radflansch, Lagerinnenring, Ausrichtungseinheit und Spanneinheit aufgrund der elastischen rotatorischen Kopplung zwischen Antriebseinrichtung und Ausrichtungseinheit auch dann frei um die Rotationsachse des Radlagers rotieren, wenn diese von der Rotationsachse der Maschinen-Antriebseinrichtung in Lage und/oder Winkel geringfügig abweicht.
Die Erfindung betrifft ferner eine Radflanscheinheit für ein Kraftfahrzeug. Die Radflanscheinheit ist in einen Radträger eingebaut, umfasst einen Radflansch und ein Radlager, und zeichnet sich dadurch aus, dass – im eingebauten Zustand am Radträger bzw. Kraftfahrzeug – am Radflansch eine gefräste Planfläche mit einem Planlauffehler von weniger als 20 μm vorhanden ist. Die Planfläche am Radflansch ist dabei mittels einer Bearbeitungsmaschine und der vorstehend beschriebenen Spannvorrichtung, bzw. mittels eines Bearbeitungsverfahrens wie vorstehend beschrieben durch Fräsen erzeugt oder erzeugbar.
Die Radflanscheinheit weist dank der Erfindung damit – im montierten Zustand am Fahrzeug bzw. im Radträger – einen Planlauffehler auf, der um etwa einen Faktor fünf kleiner ist als bislang im Stand der Technik erreicht. Zudem lassen sich die zu bearbeitenden Flächen am Radflansch mit der genannten Genauigkeit erstmalig zeit- und kostensparend mittels fräsender Bearbeitung (vorzugsweise mit einem Stirnfräser) erzeugen, wie dies somit anhand kreisringförmig verlaufender Frässpuren z. B. durch einen Stirnfräsers auf den Anlageflächen für das Rad bzw. die Bremsscheibe am Radträger erkennbar ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1: in isometrischer Darstellung eine Ausführungsform einer Spannvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem eingespannten Radträger; und
2: eine teilweise geschnittene seitliche Ansicht der Spannvorrichtung gemäß 1.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Spannvorrichtung 1 gemäß der Erfindung. In die Spannvorrichtung 1 ist ein Radträger 2 für ein Kraftfahrzeug eingespannt. Die dargestellte Spannvorrichtung 1 eignet sich dabei durch eine geeignet angeordnete Anzahl von Spannpratzen 3 sowohl für rechte als auch für linke Radträger 2 einer Achse, die üblicherweise eine spiegelbildliche Geometrie aufweisen.
In den Radträger 2 ist bereits eine Radflanscheinheit 4 mit einem Radflansch 5 eingebaut. Der dargestellte Radflansch 5 besitzt zwei Planflächen 6, 7, an denen später am Fahrzeug entsprechende Kontaktflächen einer Bremsscheibe zur Anlage kommen. Daher kommt dem exakten Planlauf der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 – insbesondere im Hinblick auf einen sicheren und vibrationsfreien Betrieb der Scheibenbremse des Kraftfahrzeugs – eine hohe Bedeutung zu.
In 1 wird ebenfalls erkennbar, dass in den Radflansch 5 bereits Radbolzen 8 eingesetzt, beispielsweise eingepresst sind. Da sich der Radflansch 5 einschließlich seiner Planflächen 6, 7 beim Einpressen von Radbolzen üblicherweise sowohl plastisch als auch elastisch verformt, kommt dem Einpressen der Radbolzen 8 vor der spanenden Bearbeitung der Planflächen 6, 7 erhebliche Bedeutung zu. Wenn wie dargestellt die spanende Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 bei bereits eingepressten Radbolzen 8 erfolgt, dann werden die beim Einpressen der Radbolzen entstandenen plastischen und elastischen Verformungen der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 durch die spanende Bearbeitung der Planflächen 6, 7 wieder abgetragen, und damit im Hinblick auf die ansonsten mögliche Beeinträchtigung des Planlaufs der Bremsscheibe eliminiert.
Die spanende Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 erfolgt durch eine (nicht dargestellte) Bearbeitungsmaschine mit einem Fräskopf unter gleichzeitiger Rotation des Radflanschs 5 um die Rotationsachse des (in 1 nicht sichtbaren) Radlagers, dessen Außenring in den Radträger 2 eingepresst ist, während der Innenring den Radflansch 5 aufnimmt. Dabei erfolgt der Vorschub des Fräskopfs relativ zur Radflanscheinheit 4 in die Bearbeitungsposition durch Relativbewegung zwischen Fräskopf und Maschinentisch bzw. Spannvorrichtung 1 in radialer und ggf. in axialer Richtung bezüglich des Radflanschs 5, während der eigentliche Materialabtrag an den Planflächen 6, 7 lediglich unter Rotation des Radflanschs 5 um die Rotationsachse des Radlagers stattfindet.
Da die spanende Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 dank der Erfindung somit im bereits montierten Zustand des Radflanschs 5 – einschließlich Radbolzen 8, Radlager und Radträger 2 – erfolgen kann, wobei die tatsächliche Rotationsachse des Radlagers (und nicht etwa eine Rotationsachse der Bearbeitungsmaschine oder der Spannvorrichtung) die Ebene des Materialabtrags bestimmt, ergibt sich mit der Erfindung eine bislang unerreicht genaue, insbesondere Fräsbearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5.
Dabei werden nicht nur die beim Einpressen der Radbolzen 8 entstandenen plastischen und/oder elastischen Verformungen des Radflanschs 5 eliminiert, sondern auch Verformungen bzw. Ungenauigkeiten, die bei der Montage des Lageraußenrings im Radträger 2 und oder bei der Montage von Radflansch 5 und Lagerinnenring entstehen, ebenso wie etwaige Rundlauf- bzw. Planlauffehler des Radlagers selbst.
2 zeigt die Spannvorrichtung 1 gemäß 1 in einer teilweise aufgeschnittenen seitlichen Darstellung. Man erkennt den Radträger 2, der in 2 teilweise strichliert dargestellt ist, da die Darstellung des Radträgers 2 hier aus einer Überlagerung eines rechten und eines linken Radträgers besteht, um zu verdeutlichen, dass sowohl der rechte als auch der linke Radträger in ein und dieselbe Spannvorrichtung 1 eingespannt werden können. Ferner erkennbar wird der (teilweise aufgeschnitten dargestellte) Radflansch 5 mit den eingepressten Radbolzen 8 sowie dessen Aufnahme im Innenring 9 des Radlagers 9, 9'.
Der Außenring 9' des Radlagers ist bereits in der entsprechenden Ausnehmung des Radträgers 2 in der endgültigen Lage (entsprechend dem späteren Einsatz im Kraftfahrzeug) montiert.
In 2 erkennt man ferner die Ausrichtungseinheit 10, 11, welche zur exakt vertikalen Ausrichtung der Rotationsachse des Radlagers 9, 9' – vor der Einspannung des Radträgers 2 in der Spannvorrichtung 1 – dient. Die Ausrichtungseinheit 10, 11 umfasst hierzu ein bei der dargestellten Ausführungsform topfförmiges Ausrichtungselement 10 mit einem Anschlagring 11. Ferner weist die Spannvorrichtung 1 eine Spanneinheit 12, 13, 14, 15 mit einem hydraulischen Kolben 12, einer Tellerfederanordnung 13, einer Kolbenstange 14 und einer Spannmutter 15 auf. Der hydraulische Kolben 12 ist dabei mit der Kolbenstange 14 verbunden, auf welche die Spannmutter 15 aufgeschraubt ist.
Solange mittels der Zuleitung 16 hydraulischer Flüssigkeitsdruck auf den Zylinderraum (zeichnungsbezogen unterhalb des Kolbens 12) aufgebracht ist, presst der Kolben 12 die Tellerfederanordnung 13 zusammen, und die Kolbenstange 14 befindet sich in ihrer zeichnungsbezogen oberen Endstellung. In dieser Stellung der Kolbenstange kann der Radträger 2 mit der bereits montierten Radflanscheinheit 4 – hier bestehend aus Radflansch 5, Radbolzen 8 und Radlager 9, 9' – in die Spannvorrichtung 1 eingelegt werden.
Beim Einlegen des Radträgers 2 mit der Radflanscheinheit 4 kommt der Lagerinnenring 9 des Radlagers auf der planen Oberfläche des Anschlagrings 11 der Ausrichtungseinheit 10, 11 zu liegen, wobei der Anschlagring 11 durch das Ausrichtungselement 10 abgestützt wird.
Während des Einlegens und anschließenden Einspannens des Radträgers 2 ist die Ausrichtungseinheit 10, 11 zudem mittels einer Stützeinheit 18, 19, 20, 21 fest mit der Grundplatte 17 der Spannvorrichtung 1 verbunden. Die Stützeinheit 18, 19, 20, 21 umfasst hierzu einen hydraulisch betätigbaren Ringkolben 18, der eine umlaufende ringförmige Fase 19 aufweist. Die ringförmige Fase 19 dient der radial einwärts gerichteten Betätigung von drei gleichmäßig entlang des Umfangs des Ausrichtungselements 10 verteilten Radialkolben 20, die in einer mit der Grundplatte 17 der Spannvorrichtung 1 verbundenen Stützhülse 21 radial gleitend angeordnet sind. Von den drei Radialkolben 20 ist (aufgrund der Lage der Schnittebene in 2) nur ein Radialkolben 20 sichtbar ist.
Die Radialkolben 20 werden somit – durch axiale Bewegung des Ringkolbens 18 zeichnungsbezogen nach oben, und Abgleiten der ringförmigen Fase 19 des Ringkolbens 18 an entsprechenden Betätigungsschrägen der Radialkolben 20 – nach radial innen verdrängt. Hierdurch erfolgt über die Wirkungskette ”Grundplatte 17 -> Stützhülse 21 -> Radialkolben 20 -> Ausrichtungselement 10” eine (vorübergehende) Fixierung der Ausrichtungseinheit 10, 11 relativ zur Grundplatte 17. Damit erhält sowohl das Ausrichtungselement 10 als auch der Anschlagring 11 eine relativ zur Grundplatte 17 und damit zum Maschinenrahmen exakt parallele bzw. horizontale Ausrichtung, welche wiederum ebenfalls parallel zu der Werkzeug-Vorschubebene 22 bei der späteren Bearbeitung des Radflanschs 5 in der (nicht dargestellten) Bearbeitungsmaschine ausgerichtet ist.
Mit anderen Worten, die zeichnungsbezogen obere Fläche des Anschlagrings 11 wird auf diese Weise zunächst exakt horizontal (bzw. exakt parallel zur späteren Werkzeug-Vorschubebene 22) ausgerichtet. Diese Ausrichtung teilt sich beim Einlegen des Radträgers 2 über die Wirkungskette ”Anschlagring 11 -> Radlager 9, 9' -> Radlageraufnahme -> Radträger 2” sodann auch dem Radträger 2 mit.
Nach dem Einlegen des Radträgers 2 wird die Spannmutter 15 lose auf die Kolbenstange 14 aufgeschraubt, wonach der hydraulische Druck in der Leitung 16 deaktiviert wird. Hierdurch erfolgt – durch das dann expandierende Tellerfederpaket 13 – ein Verspannen von Radflanscheinheit und Ausrichtungseinheit 10, 11 entlang der nun geschlossenen Wirkungskette Tellerfederpaket 13 -> Kolbenstange 14 -> Spannmutter 15 -> Radflansch 5 -> Lagerinnenring 9 -> Ausrichtungselement 10 -> Kolben 12”.
Auf diese Weise wird somit der Radträger 2 exakt in derjenigen Relativposition zur Grundplatte 17 ausgerichtet, welche der parallelen Ausrichtung des Lagerinnenrings 9 relativ zur Grundplatte 17 bzw. relativ zur Werkzeug-Vorschubebene 22 der Bearbeitungsmaschine entspricht. In dieser Relativposition (die bei jedem einzuspannenden Radträger bzw. bei jeder zu bearbeitenden Radflanscheinheit aufgrund der diversen Toleranzen und Ungenauigkeiten von Radlager 9, 9', Radträger 2 und Radträger-Lagersitz) geringfügig anders ausfallen kann) wird der Radträger anschließend zunächst durch – beispielsweise hydraulisch in variabler Höhe fixierbare – Stützstempel unterstützt. Anschließend wird der Radträger 2 durch die Spannpratzen 3 gegen die dann starr geschalteten (in den Figuren aufgrund Verdeckung nicht sichtbaren) Stützstempel geklemmt und so relativ zur Grundplatte 17 fixiert.
Nachdem der Radträger 2 mit der darin aufgenommenen Radflanscheinheit 5, 8, 9, 9' auf diese Weise jeweils in derjenigen Relativposition zur Grundplatte 17 eingespannt ist, die der exakt parallelen Ausrichtung des Lagerinnenrings 9 zur Werkzeug-Vorschubebene 22 entspricht, wird durch hydraulische Entlastung und damit axiale Bewegung des Ringkolbens 18 zeichnungsbezogen nach unten, und dadurch ausgelöste radiale Bewegung der Radialkolben 20 nach außen, die klemmende Verbindung zwischen Stützeinheit 18, 19, 20, 21 und Ausrichtungseinheit 10, 11 gelöst. Damit entfällt die vorige feste Verbindung zwischen Stützeinheit 18, 19, 20, 21 und Ausrichtungseinheit 10, 11, wobei jedoch die Klemmung zwischen Ausrichtungselement 10, Anschlagring 11, Lagerinnenring 9 und Radflansch 5 weiterhin (auch während der nachfolgenden spanenden Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 aufrechterhalten bleibt.
Die Klemmung von Lagerinnenring 9 und Radflansch 5 durch das Tellerfederpaket 13 – während der spanenden Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 – ist von Bedeutung insofern, als hierdurch die spätere Verspannung von Lagerinnenring 9 und Radflansch 5 (infolge der Verschraubung mit der Fahrzeug-Antriebswelle, typischerweise unter axialer Vorspannung in Höhe von ca. 100 kN) im tatsächlichen Einbauzustand von Radträger 2 und Radflanscheinheit 4 am Kraftfahrzeug nachgebildet wird. Dies bedeutet, dass auch bezüglich der Verspannung zwischen Radflansch 5 und Lagerinnenring 9 bereits während der spanenden Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 genau diejenigen Spannungsverhältnisse und damit elastischen Verformungen insbesondere des Radflanschs 5 und des Lagerinnenrings 9 vorhanden sind, wie diese im späteren Einbauzustand am Fahrzeug tatsächlich auftreten. Die Auswirkungen auch dieser Verformungen können somit bereits bei der spanenden Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5 dadurch eliminiert werden, dass der diese Verformungen während der spanenden Bearbeitung bereits aufweisende Radflansch 5 entlang der Werkzeug-Vorschubebene 22 entsprechend wieder plan bearbeitet wird.
Um die Einflüsse der Antriebseinrichtung zum rotatorischen Antrieb der – durch das Tellerfederpaket 13 verspannten – Einheit aus Radflansch 5, Lagerinnenring 9 und Ausrichtungselement 10 während der spanenden Bearbeitung zu minimieren, erfolgt die Drehmomentübertragung auf die Ausrichtungseinheit 10, 11 (und damit auf Lagerinnenring 9 und Radflansch 5) über eine kardanisch elastische Kupplung mit Kupplungsstiften 23. Die Kupplungsstifte 23 übertragen das Antriebsdrehmoment von einer – durch die Bearbeitungsmaschine rotatorisch angetriebenen – Hohlwelle 24 auf eine Kupplungsplatte 25, wobei die Kupplungsstifte 23 nicht direkt, sondern über Elastomereinsätze in die Kupplungsplatte 25 eingreifen. Die Kupplungsplatte 25 wiederum ist starr mit dem Ausrichtungselement 10 verbunden (und bildet dabei gleichzeitig den Zylinderraum für den hydraulischen Kolben 12). Durch die starre Verbindung der Kupplungsplatte 25 mit dem Ausrichtungselement 10 überträgt sich die von der angetriebenen Hohlwelle 24 über die elastische Kupplung 23 mitgeteilte Rotation auf das Ausrichtungselement 10, und damit auch auf Lagerinnenring 9 und Radflansch 5, da diese mittels der Spanneinheit 12, 13, 14, 15 mit dem Ausrichtungselement 10 zusammen geklemmt sind.
Auf diese Weise kann der Radflansch 5 somit bei der spanenden Bearbeitung exakt um die dem Radlager 9, 9' eigene Rotationsachse rotieren auch dann, falls diese in Lage und/oder Winkel geringfügig von der Rotationsachse der Antriebseinheit 23, 24 der Spannvorrichtung (bzw. der Bearbeitungsmaschine) abweicht. Hierbei auftretende geringfügige radiale und oder axiale Relativbewegungen zwischen dem (mit dem Radflansch 5 um die Rotationsachse des Radlagers 9 rotierenden) Ausrichtungselement 10 und der Stützeinheit 18, 19, 20, 21 sind dabei – aufgrund eines dementsprechend vorgesehenen radialen und/oder axialen Spiels zwischen Ausrichtungselement 10 und der Stützhülse 21 – weitestgehend reaktionskräftefrei möglich. Auch dies steht im Dienst einer weiteren Verbesserung der Genauigkeit bei der spanenden Bearbeitung der Planflächen 6, 7 des Radflanschs 5.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Radträger
3: Spannpratze
4: Radflanscheinheit
5: Radflansch
6, 7: Planflächen
8: Radbolzen
9: Lagerinnenring
9': Lageraußenring
10: Ausrichtungselement
11: Anschlagring, Ausrichtungsfläche
12: Hydraulikkolben
13: Tellerfederpaket
14: Kolbenstange
15: Spannmutter
16: Hydraulikzuleitung
17: Grundplatte
18: Ringkolben
19: ringförmige Fase
20: Radialkolben
21: Stützhülse
22: Werkzeug-Vorschubebene
23: Kupplungsstift
24: Antriebs-Hohlwelle
25: Kupplungsplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 00/74883 A1 [0004]

Claims

Spannvorrichtung (1) für die spanende Bearbeitung eines Radflansches (5) einer Radflanscheinheit (4) in einer Bearbeitungsmaschine, die Radflanscheinheit (4) umfassend ein Radlager mit Innenring (9) und Außenring (9') sowie einen mit dem Innenring (9) verbundenen Radflansch (5), die Spannvorrichtung (1) umfassend eine Halteeinheit zur Festlegung des Lageraußenrings (9') relativ zur Bearbeitungsmaschine während der spanenden Bearbeitung, die in einer parallel zum Radflansch und senkrecht zur Längsachse des Radlagers liegenden Werkzeug-Vorschubebene (22) der Bearbeitungsmaschine unter Rotation von Radflansch (5) und Lagerinnenring (9) um die Achse des Radlagers (9, 9') erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) eine Ausrichtungseinheit (10, 11) umfasst, die zur temporären Festlegung des Lagerinnenrings (9) in einer Ausrichtungsposition eingerichtet ist, in welcher der Lagerinnenring (9) mittels der Ausrichtungseinheit (10, 11) parallel zur Werkzeug-Vorschubebene (22) ausgerichtet ist, wobei die Halteeinheit einen mit dem Lageraußenring (9') verbundenen Radträger (2) und eine Klemmanordnung (3) umfasst, die zur variablen Einspannung des Radträgers (2) relativ zur Bearbeitungsmaschine in jeweils derjenigen Halteposition eingerichtet ist, welche der mittels der Ausrichtungseinheit (10, 11) festgelegten Ausrichtungsposition des Lagerinnenrings (9) entspricht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungseinheit (10, 11) ein Ausrichtungselement (10) mit einer parallel zur Werkzeug-Vorschubebene (22) positionierbaren Ausrichtungsfläche (11) umfasst, wobei das Ausrichtungselement (10) zur Festlegung des Lagerinnenrings (9) in der Ausrichtungsposition, mittels Anlage einer Stirnseite des Lagerinnenrings (9) an der Ausrichtungsfläche (11), eingerichtet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) eine Spanneinheit (12, 13, 14, 15) aufweist, wobei die Spanneinheit (12, 13, 14, 15) zur Verspannung von Radflansch (5) und Lagerinnenring (9) eingerichtet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit (12, 13, 14, 15) ein hydraulisch entspannbares Tellerfederpaket (13) zur Verspannung von Radflansch (5) und Lagerinnenring (9) umfasst.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung eine mit einem Maschinenrahmen der Bearbeitungsmaschine definiert verbundene Stützeinheit (18, 19, 20, 21) umfasst, die zur vorübergehenden Festlegung der Ausrichtungseinheit (10, 11) in einer Ausrichtungsposition relativ zum Maschinenrahmen der Bearbeitungsmaschine eingerichtet ist, in welcher die Ausrichtungsfläche (10) der Ausrichtungseinheit (10, 11) mittels der Stützeinheit (18, 19, 20, 21) parallel zur Werkzeug-Vorschubebene (22) ausgerichtet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit (12, 13, 14, 15) zur Verspannung von Radflansch (5), Lagerinnenring (9) und Ausrichtungseinheit (10, 11) eingerichtet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Ausrichtungseinheit (10, 11) durch eine Zentriereinheit (18, 19, 20) mit einer Mehrzahl von Radialkolben (20) erfolgt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen koaxial zur Drehachse des Radlagers (9, 9') angeordneten Ringkolben (18) mit einer stirnseitigen Betätigungsfase (19), wobei die Radialkolben (20) jeweils eine zur Betätigung der Radialkolben (20) eingerichtete Betätigungsschräge aufweisen, an der die Betätigungsfase (19) des Ringkolbens (18) zur gleichzeitigen Betätigung der Radialkolben (20) gleitend anliegt.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsmaschine eine Fräseinrichtung zur fräsenden Bearbeitung der Radflanscheinheit (4) entlang der Werkzeug-Vorschubebene (22) aufweist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung eine Antriebseinrichtung (23, 24, 25) zum rotatorischen Antrieb der Radflanscheinheit (4) während der spanenden Bearbeitung aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (23, 24, 25) eine Kupplungseinrichtung (23, 25) zur elastischen rotatorischen Kopplung mit der Ausrichtungseinheit (10, 11) aufweist, wobei zwischen Ausrichtungseinheit (10, 11) und Stützeinheit (18, 19, 20, 21) radiales und/oder axiales Spiel vorhanden ist.
Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Radflansches einer Radflanscheinheit (4) in einer Bearbeitungsmaschine, die Radflanscheinheit (4) umfassend ein Radlager mit Innenring (9) und Außenring (9') sowie einen mit dem Innenring (9) verbundenen Radflansch (5), wobei die Radflanscheinheit (4) in einen Radträger (2) eingebaut ist, die Bearbeitungsmaschine aufweisend einen Maschinenrahmen, eine Werkzeug-Vorschubebene (22), ein Bearbeitungswerkzeug sowie eine Spannvorrichtung (1) mit Ausrichtungseinheit (10, 11), Spanneinheit (12, 13, 14, 15) und Stützeinheit (18, 19, 20, 21) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, mit den Verfahrensschritten a) Einlegen des Radträgers (2) mit der darin eingebauten Radflanscheinheit (4) in die Spannvorrichtung (1); b) Anlage des Lagerinnenrings (9) an der Ausrichtungseinheit (10, 11), wobei die Ausrichtungseinheit (10, 11) mittels der Stützeinheit (18, 19, 20, 21) in einer Ausrichtungsposition relativ zum Maschinenrahmen der Bearbeitungsmaschine festgelegt ist, in welcher die Ausrichtungseinheit (10, 11) für den Lagerinnenring (9) parallel zur Werkzeug-Vorschubebene (22) ausgerichtet ist; c) Klemmen von Radflansch (5), Lagerinnenring (9) und Ausrichtungseinheit (10, 11) mittels der Spanneinheit (12, 13, 14, 15) unter Ausrichtung des Radträgers (2) entsprechend der Ausrichtungsposition der Ausrichtungseinheit (10, 11); d) Einspannen des Radträgers (2) relativ zum Maschinenrahmen in der Halteposition, die der in den Verfahrensschritten b) und c) festgelegten Ausrichtungsposition von Ausrichtungseinheit (10, 11) und Lagerinnenring (9) entspricht; e) Lösen der Verbindung zwischen Ausrichtungseinheit (10, 11) und Stützeinheit (18, 19, 20, 21); f) rotatorischer Antrieb der Radflanscheinheit (4) und spanende Bearbeitung des Radflanschs (5) unter Rotation von Radflansch (5) und Lagerinnenring (9) um die Achse des Radlagers (9, 9').
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsmaschine eine in der Werkzeug-Vorschubebene (22) relativbewegliche Fräseinrichtung aufweist, wobei im Verfahrensschritt f) eine fräsende Bearbeitung des Radflanschs (5) innerhalb der Werkzeug-Vorschubebene (22) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung des Radflanschs (5) mit im Radflansch (5) eingepressten Radbolzen (8) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der rotatorische Antrieb der Radflanscheinheit (4) mittels elastischer rotatorischer Kopplung (23, 25) zwischen einer Antriebseinrichtung und der Ausrichtungseinheit (10, 11) erfolgt.
In einen Radträger (2) eingebaute Radflanscheinheit (4) für ein Kraftfahrzeug, die Radflanscheinheit (4) umfassend einen Radflansch (5) und ein Radlager (9, 9'), dadurch gekennzeichnet, dass die Radflanscheinheit (4) am Radflansch (5) eine gefräste Planfläche (6, 7) mit einem Planlauffehler kleiner als 20 μm aufweist, wobei die Radflansch-Planfläche (6, 7) durch Fräsen mittels einer Bearbeitungsmaschine und einer Spannvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 oder mittels eines Bearbeitungsverfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 15 erzeugt oder erzeugbar ist.