ZWEIFLANKEN-WÄLZPRÜFEN EINER VERZAHNUNG

Die Erfindung betrifft eine Wilzprüfeinrichtung für eine Zweiflanken-Wälzprüfung einer von einer freilaufenden Welle getragenen, eine Drehachse aufweisenden Verzahnung, mit einer Halterung zum Halten der Welle während der Wälzprüfung, und mit einer drehend angetriebenen, bei der Wälzprüfung mit der Verzahnung abwälzenden Gegenverzahnung, sowie ein eine solche Wälzprüfeinrichtung aufweisendes Verzahnungsbearbeitungssystem

Die Zweiflanken-Wälzprüfung ist dem Fachmann als solche gut bekannt als Prüfmethode, mit der beispielsweise das Laufverhalten einer Verzahnung überprüft werden kann. Neben stichprobenartigen Überprüfungen werden diese auch dazu eingesetzt, um jedes später weiter zu bearbeitende Zahnrad oder Verzahnung, beispielsweise durch Honen, im Wege einer Aufmaßkontrolle vorab zu überprüfen. Messgröße der Zweiflanken- Wälzprüfung ist dabei die Achsabstandsschwankung. All dies ist bekannt und beispielsweise auf S. 676 des Lehrbuchs „Innovative Zahnradfertigung“ von Thomas Bausch, 3 Auflage, beschrieben.

Im Weiteren kann man bei der Zweiflanken-Wälzprüfung entweder die zu überprüfende Verzahnung drehend antreiben, die dann über den Eingriff mit dem Gegenrad auch das Gegenrad in Drehung versetzt, oder umgekehrt. Der erstere Fall bietet sich besonders dann an, wenn die Wälzprüfung bereits in einer Aufspannung stattfindet, in der dann eine Bearbeitung der geprüften Verzahnung stattfindet, so dass ein Spindelantrieb für die spätere Bearbeitung gleich als Antrieb für die Wälzprüfung herangezogen werden kann. Ist dagegen das Gegenrad angetrieben, kann die Verzahnung mit üblichen Spannvorrichtungen freidrehend gelagert sein. Im Falle von Wellen ist üblicherweise ein Reitstock vorgesehen, der mit einem Dom (Körner) in ein Zentrum am freien axialen Wellenende eingreift und somit dazu beiträgt, dass sich die Verzahnung genau um die zentrale Wellenachse (= Verzahnungsachse) dreht Auch kann die Welle an beiden axialen Enden mittels in das jeweilige Zentrum eingreifenden Körnern gehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzprüfeinrichtung der eingangs genannten Art insbesondere im Hinblick auf eine einfachere Handhabung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird von der Erfindung in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch eine Weiterentwicklung einer Wälzprüfeinrichtung einer eingangs genannten Art gelöst, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass die Halterung die Welle an zwei {im Sinne von mindestens zwei) axial voneinander beabstandeten zylindrischen Wellenabschnitten, deren Zylinderachse mit der Verzahnungsachse übereinstimmt, in Radialrichtung gesehen lateral von außen gegen die Schwerkraft abstützt.

Somit wird die Welle erfindungsgemäß nicht über eine Spannvorrichtung eingespannt. Auch wird erfindungsgemäß kein beidseitiges Halten über in Zentren der Welle eingreifende Körner bewirkt. Vielmehr kann die Welle bei der Erfindung beispielsweise mittels eines Greifers auf der Halterung abgelegt werden. Es gibt wenigstens eine Richtung radial zur Welienachse, bezüglich der die Halterung die Welle nicht festhält. Es versteht sich, dass die Halterung derart ausgelegt ist, dass die Verzahnungsachse dann bei der Wälzprüfung im Rahmen der üblich zugelassenen Toleranzen parallel zur Drehachse der Gegenverzahnung verläuft. Die Erfindung nimmt aus diesem Grund im Vergleich zu den üblichen bisher herangezogenen Spannvorrichtungen bzw. Halterungen über Körner den Nachteil in Kauf, mit einer werkstückgebundenen Halterung arbeiten zu müssen. Denn die Durchmesser der zylindrischen Wellenabschnitte mögen von Anwendungsfail zu Anwendungsfall verschieden sein, auch können die beiden zur Abstützung herangezogenen Wellenabschnitte untereinander bereits unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Es ist jedoch erkannt worden, dass bei Inkaufnahme dieses Nachteils eine einfachere Handhabung erreicht werden kann, da weder ein Einspannen noch ein axiales Verschieben von Körnern zur Herbeiführung der Halterung der Welle erforderlich ist. Die Erfindung stellt somit eine Halterung bereit, die passiv wirkt, indem zwischen Bearbeitungszustand der gehaltenen Welle und einem Freigabezustand für ein Entnehmen der Welle aus der Wälzprüfeinrichtung keine aktive Bewegung oder Betätigung der Halterung erforderlich ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Halterung für die Abstützung zwei Haltearme auf. Die können als Halteschalen ausgeführt sein und insbesondere voneinander getrennte Bauteile sein. Auf diese Weise liegt die Werkstückgebundenheit der Halterung lediglich in der werkstückgebundenen Ausgestaltung der Haltearme.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der axiale Abstand der Haltearme einstellbar ist, insbesondere deren jeweilige Axialposition einstellbar ist. Dies erhöht die Flexibilität der Wälzprüfeinrichtung.

In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass eine Verfahrbarkeit der Haltearme insbesondere über eine gemeinsame Schiene gegeben ist. Die gemeinsame Schiene vereinfacht hierbei die Realisierung der Achsparallelität von Verzahnungsachse und Achse der Gegenverzahnung. ln einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist ein Lösen bzw. Arretieren der Haltearme von/an der Schiene werkzeugfrei erreichbar, beispielsweise über übliche Schnellspanneinrichtungen.

Zum Abstützen gegen jedenfalls einen überwiegenden Anteil der Schwerkraft weist/weisen einer oder mehrere der Haltearme eine erste Anlagefläche auf. Diese kann insbesondere horizontal liegen. Bevorzugt ist eine planare Ausgestaltung der ersten Anlagefläche insgesamt oder jedenfalls in dem Kontaktbereich. Die Anlagefläche bildet eine Tangentenebene an die Zylindermantelfläche des abgestützten Wellenabschnitts.

Des Weiteren ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass einer oder mehrere der Haltearme eine zweite Anlagefläche aufweist/aufweisen, die die Welle jedenfalls gegen einen Teil einer über die Gegenverzahnung angebrachten Andruckkraft abstützt. Das üblicherweise bei der Wälzprüfung herangezogene Andrücken der Gegenverzahnung gegen die zu prüfende Verzahnung wird bevorzugt überwiegend von der zweiten Anlagefläche aufgenommen. Diese ist bevorzugt ebenfalls als planare Fläche gestaltet und kann für eine einfache Geometrie senkrecht auf der ersten Anlagefläche stehen.

Eine derartige Anordnung von erster und zweiter Anlagefläche ist ebenfalls vorteilhaft für die nachfolgend beschriebene Realisierung einer Planparallelität zwischen diesen Anlageflächen und Montageflächen der Haltearme an beispielsweise der gemeinsamen Schiene. So ist bevorzugt vorgesehen, dass einer der oder mehrere der Haltearme eine dritte und/oder eine vierte Aniagefläche aufweist/aufweisen, mit deren Anliegen an der Schiene die Lage des Haltearms im Raum bestimmt ist, wobei insbesondere die dritte Anlagefläche (erste Montagefläche) parallel zur ersten Anlagefläche und/oder die vierte Anlagefläche (zweite Montagefläche) parallel zur zweiten Anlagefläche liegt. Auf diese Weise können die werkstückgebundenen Haltearme besonders einfach hergestellt werden, da bei gegebener Planparallelität als Bestimmungsgrößen bei der Herstellung lediglich die Abstände zwischen erster und driter bzw. zweiter und vierter Anlagefläche eingehalten werden müssen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese geometrischen Gegebenheiten eingeschränkt, auch andere Orientierungen von erster und zweiter Anlagefläche zueinander wie auch grundsätzlich andere Arten der Montage der Haltearme in der Wälzprüfeinrichtung sind denkbar.

Die gehaltenen zylindrischen Abschnitte können für einen späteren Einsatz als Lagersitze, z.B. mit Toleranzfeld H4, H5, H6, ausgebildete Abschnitte sein.

Die Haltearme sind nicht nur werkstückgebunden, sondern auch Verschleißteile. Dies liegt daran, dass durch fortlaufenden Einsatz der Wälzprüfeinrichtung ein Abrieb an deren Kontaktbereichen der Anlagefläche auftritt. Um diesen möglichst gering zu halten, sind die Haltearme aus einem möglichst verschleißfähigen Material gebildet wie beispielsweise Werkzeugstahl. Besonders bevorzugt ist an den Anlageflächen eine verschleißfestigkeitserhöhende Beschichtung vorgesehen, geeignet sind hier beispielsweise Wolframcarbid, Titancarbonitrid, im Dünnschicht-Chrom-Verfahren hergestellte Beschichtungen wie etwa von ATC, oder PVD oder PACVD Beschichtungen wie etwa die BALINIT-Dünnfiimbeschichtung von Oerlikon basierend z.B. auf AICrN, TiAIN, CrN oder TiM. Liegen die für eine bestimmte Werkstückcharge ausgelegten Haltearme vor, werden diese, auf den axial passenden Abstand eingestellt, an beispielsweise einer gemeinsamen Schiene der Wälzprüfeinrichtung befestigt. Sodann kann die Welfe auf den Haltearmen abgelegt werden. In einer bevorzugten Gestaltung kann ein Haltearm bzw. beide Haltearme an der bezüglich der Welle der zweiten Aniagefläche entgegengesetzten Seite noch einen Umgriff bezüglich des Höhenniveaus der ersten Anlagefläche aufweisen. Auf diese Weise kann geeignet ein Herabroilen der Welle vermieden werden. Durch Eingriff des Gegenrads wird die Welle dann in ihrer endgültigen Lage während der Wälzprüfung gegen die Anlagefläche(n) der Haltearme gedrückt gehalten. Insoweit trägt die Andruckkraft der Gegenverzahnung zur Lagefixierung der Wellenachse bei.

Liegt die zu prüfende Verzahnung nicht zwischen den beiden zylindrischen Wellenabschnitten sondern außerhalb, so legt man die zweiten Anlageflächen der Haltearme auf jeweils unterschiedliche Seiten der Welle, so dass die lagefixierende

Wirkung erhalten bleibt.

Insbesondere im Falle von schrägverzahnten Verzahnungen können noch insbesondere axial verschiebliche Anschläge (Stopper) vorgesehen sein, die eine Axialbewegung der Welle begrenzen (über den abrollenden Eingriff zwischen Schrägverzahnung und Gegenverzahnung bei der Wälzprüfung entstehen geringe Axialkräfte). ln einer bevorzugten Gestaltung liegt die Achse der Gegenverzahnung höher als die Wellenachse und/oder die für die Messgröße herangezogene Achsabstandsachse verläuft unter einem 90° nicht überschreitenden Winkel zur zweiten Anlagefläche. Auf diese Weise wird in einfacher Weise sichergestellt, dass die Wellenachse ihre Orientierung beibehält.

Hinsichtlich der Prüfseite mit Gegenzahnrad und seinem Antrieb ist bevorzugt vorgesehen, dass dieses verschiedene Axialpositionen bezüglich einer axialen Referenz der Haltearmbefestigung einnehmen kann. Bevorzugt ist es dazu über einen Schlitten axialparallel zu der insbesondere gemeinsamen Schiene für die Haltearme verschiebbar. Auch eine solche Verschiebbarkeit kann bevorzugt werkzeugfrei durchgeführt werden, insbesondere durch Lösen eines Schnellspanners, gewünschte Axialpositionierung und Arretierung durch den Schnellspanner. Die Wälzprüfeinrichtung kann durch zusätzliche Halteelemente auch für Scheiben genutzt werden. Diese Halteelemente können eine die Scheibe über deren Zentrum drehend lagern (übliche Lagerung wie im Stand der Technik), und sind bevorzugt montageseitig wie die Haltearme ausgeiegt.

Des Weiteren stellt die Erfindung unter Schutz auch ein Bearbeitungssystem mit einer Verzahnungsbearbeitungsmaschine, die insbesondere eine Honmaschine, aber auch eine andere Maschine zur Bearbeitung der Verzahnung sein kann, etwa andere Hartfeinbearbeitungsmaschinen wie Schleifmaschinen oder Hartschälmaschinen, oder auch Verzahnung generierende Maschinen wie Wälzschälmaschinen, Wälzstoßmaschinen , Wälzschälmaschinen, aber auch Sekundärbearbeitungen wie das Anfasen oder Einbringung von Strukturen in die Verzahnung sein, sowie mit einer Wälzprüfeinrichtung nach einem der vorgenannten Aspekte,

Bevorzugt können diese über eine Werkzeugautomation gekoppelt sein, das heißt die Wellen werden automatisch der Wälzprüfeinrichtung zugeführt und nach dem Wälzprüfen automatisch an die Verzahnungsbearbeitungsmaschine übergeben.

In verfahrenstechnischer Hinsicht stellt die Erfindung unter Schutz ein Verfahren zum Zweiflanken-Wälzprüfen einer von einer freilaufenden Welle getragenen, eine Drehachse aufweisenden Verzahnung, bei der die Weile während der Wälzprüfung mit einer drehend angetriebenen, mit der Verzahnung abwälzenden Gegenverzahnung mittels einer Halterung gehalten wird, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass die Welle von der Halterung an zwei axial voneinander beabstandeten zylindrischen Abschnitten, deren Zylinderachse mit der Verzahnungsachse übereinstimmt, in Radialrichtung gesehen lateral von außen gegen die Schwerkraft abgestutzt wird. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen

Fig. 1 eine Wälzprüfeinrichtung zeigt, und

Fig. 2 schematisch ein eine · solche Wälzprüfeinrichtung aufweisendes

Bearbeitungssystem zeigt. ln Fig, 1 ist eine Wälzprüfeinrichtung 100 dargestellt. Geprüft wird in der dargesteilten Situation eine Verzahnung 2, die von einer Welle 1 getragen ist. In der vereinfachenden Darstellung von Fig, 1 sind jedoch die Zähne der Verzahnung nicht dargestellt, genau so wenig wie die Zähne der Gegenverzahnung 20, mit der die Prüfung erfolgt. Die Gegenverzahnung 20 ist auf einer Werkzeugspindel mit Drehachse B aufgespannt und über Spindeiantrieb 40 drehend antreibbar. Durch abwälzenden Verzahnungseingriff mit Verzahnung 2 wird die Welle 1 in Drehung versetzt und dabei über einige, z.B. drei Umläufe der Achsabstand zwischen Achse des Gegenrads 20 und Wetlenachse (= Verzahnungsachse) als Messgröße überwacht.

Vor einer solchen Wälzprüfung wird die Welle 1 beispielsweise von einem nicht dargestellten Greifer in zwei Haltearme 13, 14 eingelegt, die in diesem Ausführungsbeispiel als Halteschalen ausgeführt sind. Diese Halteschalen 13, 14 nehmen zylindrische Wellenabschnitte 3 bzw. 4 auf und stützen diese gegen die Gewichtskraft ab, welche z.B. auch bei der späteren Verwendung der Welle 1 als Sitze für die Lagerung der Welfe dienen könnten.

Zur Einstellung des dazu passenden axialen Abstands sind die Halteschalen 13, 14 über werkzeugfrei bedienbare Schnellspanner 11, 12 von einer Laufschiene 71 lösbar, auf die gewünschte axiale Position verfahrbar und wieder festspannbar.

Man erkennt, dass die Halterung der Welle 1 nicht wie in der Technik üblich über Körner erfolgt, die in bei diesem Ausführungsbeispiel vorhandene Zentren 7 an den axialen Enden 5, 6 der Welle 1 eingreifen (nur das Zentrum 7 an dem in Fig. 1 linken axialen Ende 6 ist gezeigt). Somit kann die Welle 1 in derselben Lage der Halterung 13, 14, in der auch die Wälzprüfung durchgeführt wird, eingebracht und wieder ausgebracht werden, ohne dass hierzu die Halterung 13, 14 (axial) bewegt werden müsste.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine erste Anlagefläche 24 des in Fig. 1 linken Haltearms 14 horizontal angeordnet. Sie stützt gegen die Gewichtskraft der Welle 1 ab und zudem gegen einen geringen Anteil einer Andruckkraft, die über die Gegenverzahnung 20 bei der Wälzprüfung eingebracht wird, da bei radialer Zustellung entlang Achse X über Schiene 01 entlang der Achsabstandsachse diese unter einem in dieser Ausführungsform geringen Winkel zur Horizontalen gerichtet ist und somit die Verzahnung 2 entsprechend anteilig nach„unten drückt“.

Eine zweite Anlagefläche 34, die in diesem Ausführungsbeispief vertikal zur ersten Anlagefläche 24 am in Fig. 1 linken Haltearm 14 angeordnet ist, stützt die Welle gegen den Hauptteil der Andruckkraft ab. Letztere ist so gering, so dass die zylindrischen Abschnitte (Sitze) 3, 4 keine die spätere Sitzeigenschaft negativ beeinflussende Einwirkung erfahren. So wurden in einem Test bei einer Mehrzahl von größenordnungsmäßig einigen hundert Wellenumdrehungen unter Wälzprüfbedingungen keine nennenswerten Abweichungen vom Solldurchmesser der Sitze 3, 4 festgestellt.

Die Flächen 24, 34 und die entsprechenden Flächen 33 auch des anderen Haltearms 13 sind in diesem Ausführungsbeispiel wie auch bevorzugt mit einer verschleißfestigkeitserhöhenden Beschichtung versehen, um die Standzeit der Haltearme 13, 14 zu erhöhen, Sobald die Flächen 24, 14 einem gewissen Abrieb ausgesetzt waren, ist jedoch noch nicht sofort ein Austausch der Haltearme 13, 14 erforderlich, bis zu einer Endabnutzungsgrenze ist es ausreichend, eine Kalibrierwelle mit einer Kalibrierverzahnung zu verwenden, um die Wälzprüf-Messapparatur neu zu kalibrieren.

Wenn es sich bei der Verzahnung 2 um eine Schrägverzahnung handelt (und bei der Gegenverzahnung 20 um eine für Beibehaltung paralleler Achsen entsprechend angepassten Gegenschrägverzahnung), treten im Wälzprüfeingriff geringe axiale Kräfte auf die Welle 1 auf. Um ein dadurch bedingtes axiales Verschieben der Welle 1 zu vermeiden, sind die in Fig 1 mit den Bezugszeichen 15 und 16 bezeichneten Stoppelemente vorgesehen. Die axiale Lage der Stoppelemente 15, 16 ist ebenfalls werkzeugfrei einstellbar.

Ebenfalls werkzeugfrei einstellbar ist die Axialposition der Gegenverzahnung 20 über axiales Verfahren entlang einer Verfahrschiene 51 , deren Längserstreckungsrichtung parallel zur Drehachse der Gegenverzahnung verläuft. Die Zustellachse und Achsabstandsachse X bzw. deren Verstellung bei Positionierung der Gegenverzahnung 20 erfolgt mittels Schlittenbewegung eines Schlittens 62 über Schiene 61. Die Zustellbewegung der Gegenverzahnung 20 ist in ihrer Endphase durch Einrichtung 64 abgedämpft und gebremst.

Wie ebenfalls aus Fig. 1 erkennbar ist, haben die Haltearme 13, 14 eine dritte Anlagefläche, die parallel zur ersten Anlagefläche 24 bzw. der entsprechenden Anlagefläche des in Fig. 1 rechten Haltearms 13 liegt und mit der sie an der in Fig. 1 nach oben gerichteten Lauffläche 23 der Laufschiene 71 aufliegen. Die Laufschiene 71 weist hier eine Führungsnut 74 auf, in der nicht dargestellte Führungselemente der Haltearme 13, 14 entlanglaufen. Des Weiteren haben die Haltearme 13, 14 vierte Anlageflächen, die parallel zu den zweiten Anlageflächen 33, 34 verlaufen und mit denen die Haltearme 13, 14 an der der Welle 1 zugewandten Seitenfläche 72 der Laufschiene 71 anliegen. Dabei sind die Hattearme 13, 14 so dimensioniert, dass der Abstand zwischen der zweiten und vierten Anlagefläche zuzüglich des Radius des gehaltenen zylindrischen Abschnitts 4 bzw. 3 den gleichen Wert annimmt. Ebenfalls ist die Dimensionierung so, dass der Abstand zwischen der ersten und dritten Anlagefläche abzüglich dieses Radius an beiden Haltearmen gleich ist. Sind somit die Radien der Sitze 3 und 4 verschieden groß, sind die Abmessungen des dafür vorgesehenen Haltearms entsprechend unterschiedlich. Die Haltearme 13, 14 sind somit werkstückgebundene Bauteile und auch Verschleißteile, die jedoch wie oben dargelegt in besonders einfacher Form gestaltet und insbesondere bei Heranziehung der Parallelität zwischen ersten und dritten bzw. zweiten und vierten Anlageflächen einfach herstellbar sind.

In dem in Fig. 1 dargestellten Fall ist die zu prüfende Verzahnung 2 zwischen den Sitzen 3, 4 angeordnet. Für den Fall, dass beispielsweise der Sitz 3 anders als in Fig. 1 dargestellt links der Verzahnung 2 angeordnet wäre, würde die der Welle 1 zugewandte Fläche des der Fläche 34 gegenüberliegenden Umgriffs 44 des Haltearms 14 als zweite Anlagefläche gestaltet sein (und somit ein Kippen der Wellenachse aus der Parallelität zur Drehachse der Gegenverzahnung 20 vermeiden).

Auf die Schiene 71 könnte auch ein modifizierter Haltearm aufgebracht werden, der über einen geeigneten Spanndorn zur Aufnahme eines scheibenartigen Werkstücks verfügt. Auf diese Weise lässt sich die primär für Wellen ausgelegte Konstruktion auch für scheibenartige Verzahnungen nutzen.

Auswertungstechnisch arbeitet die dargestellte Wälzprüfmaschine nach dem dem Fachmann vertrauten Prinzip, dass der Achsabstand zwischen den beiden Drehachsen überwacht und ausgewertet wird. Entsprechend werden weitere Erläuterungen hierzu nicht mehr aufgeführt, Informationen zum Messprinzip und Auswertungen sind dem Fachmann geläufig und beispielsweise auf S. 676 im Lehrbuch„Innovative Zahnradfertigung ¹ ' von Thomas Bausch, 3. Auflage beschrieben.

Die in Fig. 1 dargestellte Wälzprüfeinrichtung 100 kann in eine Werkstückautomation eingebettet sein, z.B derart, dass die Wellen 1 der Einrichtung 100 über eine Werkzeugautomation 150 zugeführt werden und von der Werkzeugautomatfon nach Wälzprüfung an eine nachgeschaltete Maschine übergeben werden, beispielsweise eine Feinbearbeitungsmaschine zum Feinbearbeiten der Verzahnung 20 etwa durch Honen. Dies ist in Fig 2 schematisch dargestetlt. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Einzelheiten eingeschränkt. Vielmehr können die einzelnen Merkmale der obigen Beschreibung und der nachstehenden Ansprüche einzeln oder in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.