Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verzahnen von Werkstücken, wobei in einem Schruppgang ein im Wesentlichen unverzahnter Rohling mit einem Schneidzähne aufweisenden ersten Schneidwerkzeug eine Grobverzahnung erhält, bei dem Zähne erzeugt werden, deren durch den Abstand ihrer Zahnflanken definierte Zahnbreite größer ist als das Sollmaß, wobei in einem sich daran anschließenden Entgratgang einhergehend mit der Entfernung eines Stirnseitengrates in die Stirnrandkante der Zahnflanken eine Fase eingearbeitet wird und wobei schließlich in einem Schlichtgang durch Bearbeiten der Zahnflanken die Zahnbreite der Zähne auf das Sollmaß gebracht wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen dazu geeigneten Werkzeugsatz.

Bei einem Verzahnen von im Wesentlichen zylinderförmigen Rohlingen, wie es bspw. die DE 10249 039 B4 beschreibt, wird ein Rohling zunächst mit einem Verzahnwerkzeug, welches Schneidzähne aufweist, verzahnt. Die Verzahnung kann durch Wälzfräsen und bevorzugt durch Wälzschälen erfolgen. Ein Wälzschälverfahren zum Verzahnen von innen- oder außen verzahnten Werkstücken beschreibt die DE 10 2005 049 528 Al. Beim gattungsgemäßen Verfahren wird zunächst mit dem Schneidwerkzeug eine Grobverzahnung gefertigt. Dies erfolgt in einem Schruppgang. Im Anschluss an diesen ersten Verfahrensschritt werden die Zahnflanken insbesondere im Bereich ihrer stirnseitigen Kanten entgratet. Das Entgraten kann mit einem Verfahren erfolgen, wie es die oben genannte DE 10249 039 B4 oder aber auch die DE 103 09 116 Al beschreibt. Dabei wird in dem Kantenbereich zwischen Zahnflanke und Stirnseite des Werkstücks eine Fase eingedrückt. Das dabei verdrängte Material wird zum großen Teil in die Stirnfläche geschoben, wo es mit einem Entgratrad entfernt wird. Im Flankenbereich kann ein Sekundärgrat verbleiben. Dieser Sekundärgrat wird in einem dritten Verfahrensschritt, einem sog. Schlichtgang entfernt. Schruppgang und Schlichtgang werden mit denselben Schneidwerkzeugen durchgeführt, deren Form so gestaltet ist, dass mit ihnen die Zahnlücken bzw. die Zähne des Werkstücks auf Sollmaß gefertigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit weiterzubilden und hierzu eine geeignete Vorrichtung sowie einen geeigneten Werkzeugsatz anzugeben.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der zugehörigen nebengeordneten Ansprüche sind, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.

Zunächst und im Wesentlichen ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren verschiedene Werkzeuge verwendet werden. Für den Schruppgang wird ein insbesondere zahnradförmiges Schneidwerkzeug verwendet, welches in Form von Schruppzähnen Schneidzähne ausbildet. Für den Schlichtgang wird ein bevorzugt ebenfalls zahnradförmiges Schlichtwerkzeug verwendet, welches von den Schruppzähnen verschieden gestaltete Schlichtzähne aufweist. Die Schruppzähne des Schruppwerkzeuges besitzen eine Zahnhöhe, die eine Zahnlücke fertigt, die eine Zahnlückenhöhe aufweist, die im Wesentlichen dem Sollmaß entspricht. Mit dem Kopf des Schruppzahnes wird somit bereits im Schruppgang der Zahnfuß des zu fertigenden Zahnes gefertigt. Die dem Schlichtwerkzeug zugeordneten Schlichtzähne haben eine geringere Zahnhöhe. Die vom

Schruppwerkzeug gebildeten Schruppzähne sind schmaler gestaltet als die vom Schlichtwerkzeug gebildeten Schlichtzähne. Letztere haben eine derartige Gestalt, dass mit ihnen die Weite der Zahnlücken auf Sollmaß gebracht werden kann. Mit den Schruppzähnen des Schruppwerkzeuges werden im Werkstück Zähne gefertigt, die zwar die Sollhöhe aber ein Flankenaufmaß hinsichtlich ihrer Breite besitzen. In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mit einem Drückzähne aufweisenden Rolldrückwerkzeug Fasen in den Kantenbereich der Zahnflanken eingedrückt, die im Fußbereich des zu fertigenden Zahnes eine geringere Breite aufweisen als im Kopfbereich des zu fertigenden Zahnes. Diese verbreiterte Fase erstreckt sich kommaförmig vom Kopf des zu fertigenden Zahnes bis über einen mittleren Abschnitt hinaus. Im Schlichtgang wird der kommaförmig verbreiterte Abschnitt der Fase durch Materialabtrag an den Zahnflanken wieder verschmälert, so dass nach dem Schlichtgang die komma- förmige Fase hin zu einer Parallelfase reduziert ist. Mit dem Schlichtwerkzeug wird bevorzugt nur derjenige Bereich der Flanke des zu fertigenden Zahnes bearbeitet, der beim bestimmungs gemäßen Gebrauch des fertigen Werkstücks an einer kraftübertragenden Abrollbewegung an den Zahnflanken eines anderen Zahnes teilnimmt. Während beim Schruppgang mit einem hohen Vorschub und einer hohen Spantiefe, also mit einer hohen Zerspanungsleistung gearbeitet wird, wird beim Schlichtgang mit einem geringen Vorschub und einer vermin- derten Spantiefe gearbeitet, also mit einer geringen Zerspanleistung. Während das Schruppwerkzeug die Zahnlücke bis auf volle Tiefe bearbeitet, wobei ein Schlichtaufmaß auf der Zahnflanke verbleibt, ist das Schlichtwerkzeug im Zahnkopfbereich zurückgenommen, so dass der Zahnfuß im Schlichtgang nicht mehr bearbeitet wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt einen Maschinen- grundkörper, auf dem eine Werkstückspindel linear verlagerbar angeordnet ist. Die Verlagerungsrichtung der Werkstückspindel verläuft im Wesentlichen quer zur Spindeierstreckung der Werkstückspindel. Die Werkstückspindel ist bevor- zugt von einem Elektromotor drehantreibbar. Das Maschinenbett trägt in einer ersten Variante insgesamt drei Werkzeugspindeln. In einer zweiten Variante sind nur zwei Werkzeugspindeln vorgesehen. Bei der ersten Variante wird das Schruppwerkzeug und das Schlichtwerkzeug jeweils von einer individuell diesem Werkzeug zugeordneten Werkzeugspindel aufgenommen. Bei der zweiten Variante sitzen Schruppwerkzeug und Schlichtwerkzeug auf einer gemeinsamen Werkzeugspindel. Zur Vermeidung möglicher Kollisionen ist das vordere, der axial hintereinander liegenden Werkzeuge durchmessergeringer als das dahinter liegende Werkzeug. Die beiden Werkzeuge unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Zähnezahl. Das vordere Werkzeug kann das Schlichtwerkzeug oder das Schruppwerkzeug sein. Die Werkzeugspindeln können parallel zueinander angeordnet sein, wobei sich ihre Achsen im Wesentlichen quer zur Verlagerungsrichtung der Werkstückspindel erstrecken. Je nach Art der Verzahnung stehen die Spindelachsen aber in einem Achskreuzwinkel zueinander. Die Werkzeugspindeln sind im Wesentlichen ortsfest dem Maschinengrund- körper zugeordnet. Sie können jedoch zur Einstellung des Achskreuzwinkels gegenüber der Zustellbewegungsrichtung der Werkstückspindel verdreht werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Werkzeugspindeln eine Vorschubbewegung durchführen können. Es ist aber auch möglich, dass die Werkstückspindel die Vorschubbewegung durchführt. Die erste Werkzeugspindel trägt das Schruppwerkzeug. Die zweite Werkzeugspindel das Rolldrückwerk- zeug. Die dritte Werkzeugspindel trägt das Schlichtwerkzeug. Die dem Rolldrückwerkzeug zugeordnete Werkzeugspindel kann darüber hinaus mit einem Schneidrad kombiniert sein. Die das Rolldrückwerkzeug tragende Werkzeugspindel braucht nicht drehangetrieben zu sein. Durch den Zahneingriff des Rolldrückwerkzeuges in die Verzahnung des grobverzahnten Werkstücks kann das Rolldrückwerkzeug drehmitgeschleppt werden. Sofern sowohl Werkstückspindel als auch Werkzeugspindel jeweils von einem Motor drehangetrieben werden, sind die Motoren über eine elektronische Steuerung synchronisiert, so dass sie in einem festen Drehzahlverhältnis zueinander laufen.

Der Werkzeugsatz zur Durchführung des Verfahrens besteht im Wesentlichen aus einem zahnradf örmigen Schruppwerkzeug, einem zahnradförmigen Rolldrückwerkzeug und einem zahnradförmigen Schlichtwerkzeug. Dabei können die Schneidzähne vom Schruppwerkzeug bzw. Schlichtwerkzeug auf einer Wendelgangkurve liegen oder schräg verlaufen oder aber auch gerade verlau- fen. Die Zähne des Schruppwerkzeuges sind länger als die Zähne des Schlichtwerkzeuges. Die Zähne des Schlichtwerkzeuges sind schmaler als die Zähne des Schrupp Werkzeuges. Die Zähne des Rolldrückwerkzeuges haben schräge, sich gegenüberliegende Druckflanken, die in der Lage sind, in die vom Schruppwerkzeug gefertigten Zahnflanken kommaförmige Fasen einzudrücken, wobei die Breite der Fasen im Bereich des Kopfes des zu fertigenden Zah- nes und im Bereich des mittleren Flankenabschnittes des zu fertigenden Zahnes breiter ist als die im Fußbereich des zu fertigenden Zahnes gefertigte Fase.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Draufsicht auf die Stirnseite, also mit senkrecht zur Zeichenebene sich erstreckender Drehachse, einen Abschnitt eines zu verzahnenden Werkstücks 1, bei dem ein Schruppzahn 3 eines Schruppwerkzeuges 2 sich im Eingriff befindet,

Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 2 nach einem Schruppgang,

Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 2 nach einem auf den Schruppgang folgenden Entgratgang mit in den Zahnflanken im Kantenbereich zur Stirnseite herausgedrückten Fasen 11,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Zahnlücke zwischen zwei Werkstückzähnen I ¹ mit im Eingriff befindlichen Rolldrückzahn 31 eines Rolldrückwerkzeuges 26 zur Erzeugung der Fasen 11,

Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 1 mit im Eingriff befindlichen Schlichtzahn 13 eines Schlichtwerkzeuges 12,

Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 3 des fertigen Werkstücks,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie VII - VII in Fig. 5, Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf eine Werkzeugmaschine,

Fig. 9 eine schematische Darstellung auf eine Werkzeugmaschine eines weite- ren Ausführungsbeispiels.

Die Fig. 8 zeigt grob schematisch den Aufbau einer Werkzeugmaschine. Ein Grundgestell 20 trägt eine Linearführung 21, auf der ein Schlitten 22 in Richtung des Doppelpfeiles 29 verlagerbar ist. Der Schlitten 22 trägt eine von einem Elektromotor angetriebene Werkstückspindel 23, die in ihrer Werkstückaufnahme ein zylinderförmiges Werkstück 1 trägt, welches auf der Werkzeugmaschine mit einer Verzahnung versehen werden soll. Die Werkstückspindel 23 kann in ihrer Achsrichtung entlang des Doppelpfeiles 30 zum Zwecke des Vorschubs verlagert werden. Es ist ferner angedeutet, dass die Werkstückspin- del 23 auch bezogen auf die Zustellrichtung 29 in eine Drehstellung gebracht werden kann.

Eine erste Werkzeugspindel 24 ist ortsfest am Maschinenbett 20 befestigt. Diese Werkzeugspindel 24 trägt ein Schruppwerkzeug 2 und kann in eine Verdrehtstellung gebracht werden bzw. zum Zwecke des Vorschubs in ihre Achsrichtung verlagert werden.

Eine zweite Werkzeugspindel 25 ist ebenfalls ortsfest am Maschinengestell 20 befestigt. Die zweite Werkzeugspindel 25 kann ebenfalls in eine Drehstellung gebracht werden bzw. zum Zwecke des Vorschubs in ihre Achsrichtung verlagert werden. Die zweite Werkzeugspindel 25 trägt ein Rolldrückwerkzeug 26, welches mit einem Schneidrad 27 kombiniert ist. Ein Rolldrückwerkzeug 26 wird in der DE 103 09 116 Al im Detail beschrieben, weshalb hierzu auf die dortigen Ausführungen Bezug genommen wird. Diese Druckschrift beschreibt auch das mit dem Rolldrückwerkzeug zusammenwirkende Schneidrad. Eine dritte Werkzeugspindel 28 ist ebenfalls ortsfest am Maschinenbett 20 befestigt, ist verdrehbar und zum Zwecke des Vorschubs in Richtung ihrer Achse verlagerbar. Diese Werkzeugspindel 28 trägt ein Schlichtwerkzeug 12.

Bei dem in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei Werkzeugspindeln 24, 25 vorgesehen. Die Werkzeugspindel 24 trägt sowohl das Schruppwerkzeug 2 als auch das Schlichtwerkzeug 12. Beide Werkzeuge 2, 12 werden von einer gemeinsamen Werkzeugspindel 24 drehangetrieben. Um mögliche Kollisionen zu vermeiden, besitzt das vordere Werkzeug einen geringeren Durchmesser als das rückwärtige Werkzeug. Die beiden Werkzeuge unterscheiden sich durch die Zähnezahl. Die Abstände und die Größenverhältnisse der Werkzeuge 2, 12 werden so angepasst, dass es zu keinen Kollisionen mit dem Werkstück 1 kommt. Das vordere Werkzeug kann das Schlichtwerkzeug 12 oder das Schruppwerkzeug 2 sein. In der Fig. 9 ist das vordere Werk- zeug das Schlichtwerkzeug.

Das Schlichtwerkzeug 12 und das Schruppwerkzeug 2 haben beim Ausführungsbeispiel die Form eines Zahnrades. In Betracht kommt die Form solcher Werkzeuge, wie sie die DE 10 2005 049 528 Al beschreibt.

Zum Verzahnen des Rohlings 1 wird dieser zunächst vom Futter der Werkstückspindel 23 aufgenommen. Anschließend fährt die Werkstückspindel 23 durch Verlagerung des Schlittens 22 entlang des Doppelpfeiles 29 in eine Bearbeitungsposition zum Schruppwerkzeug 2. Die Zähne des Schruppwerkzeu- ges 2 besitzen jeweils Zahnflanken 6, die in einen Zahnkopf 6 ¹ übergehen und eine gedachte Zahnfußlinie 6", die sich bei der in Fig. 1 dargestellten Eingriffsstellung des Schruppzahnes 3 im Werkstück 1 entlang der Umfangslinie des Werkstücks 1 erstreckt. Von dieser Schruppzahnfußlinie 6" ist der Schruppzahnkopf 6 ¹ um die Schruppzahnhöhe 4 beabstandet. Bei der in Fig. 1 dargestellten Schrupp-Bearbeitung werden Zähne I ¹ einer Breite B ¹ erzeugt. Die Zahnlückenweiten 9, 9 ¹ der von den Schruppzähnen 3 gefertigten Zahnlücken entsprechen dabei den Schruppzahnbreiten 5, 5 ¹ der Schruppzähne 3 im Kopfbereich 9 bzw. im Fußbereich 9 ¹ . Die Zahnlückentie- fe 8, also der Abstand des Zahnlückenbodens 10 zur gedachten Umfangslinie des Werkstücks 1 entspricht dabei im Wesentlichen der Schruppzahnhöhe 4.

Die Schruppzahnbreiten 5, 5 ¹ und die Schruppzahnhöhe 4 ist so ausgelegt, dass im Schruppgang Zahnlücken zwischen den Zähnen I ¹ gefertigt werden, deren Tiefe 8 dem Sollmaß entspricht. Die Zahnlückenbreite 9 ¹ im Fußbereich des Zahnes V, welche der dortigen Schruppzahnbreite 5 ¹ entspricht, entspricht im Wesentlichen dem Sollmaß der zu fertigenden Zahnlücke. Die Zahnlückenweite 9 im Kopfbereich des zu fertigenden Zahnes I ¹ ist dagegen geringer als das Sollmaß 9". Demzufolge werden mit dem Schruppwerkzeug 2 bzw. den Schruppzähnen 3 Zähne I ¹ gefertigt, deren Breite B ¹ größer ist als das Sollmaß B.

In dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten zweiten Verfahrens schritt werden die Randkanten der Zahnflanken 7 zur Stirnseite 33 des Werkstücks 1 bearbeitet. Mit dem Rolldrückwerkzeug 26 und dessen Rolldrückzähnen 31 werden im Bereich dieser Kanten Fasen 11 in das Material des Werkstücks 1 eingedrückt. Hierzu besitzt der Rolldrückzahn 31 schräg verlaufende, sich gegenüber liegende Drückflanken 32. Die dabei auf der Stirnseite 33 entstehenden Sekundärgrate werden von einem oder mehreren Schneidrädern 27 entfernt. Das hier verwendete Werkzeug kann grundsätzlich eine Ausgestaltung besitzen, wie sie die DE 10249 039 B4 beschreibt. Es können somit auch zwei Rolldrückwerkzeuge und zwei Schneidräder vorgesehen sein. Hinsichtlich des Rolldrückverfahrens wird deshalb auf die DE 10249 039 B4 verwiesen.

Das erfindungsgemäße Rolldrückwerkzeug 26 besitzt Rolldrückzähne 31 mit Drückflanken 32, die so gestaltet sind, dass in die im Schruppgang gefertigten Zahnflanken 7 kommaförmige Fasen 11 eingedrückt werden. Die Übergangs- kante II ¹ , mit der die Fase 11 in die Zahnlückenflanke 7 übergeht und die Fasenkante 11'", mit der die Fase 11 in die Stirnseite 33 übergeht, divergieren vom Fuß zum Kopf des Zahnes I ¹ hin. Die Fase 11 ist somit im Kopfbereich 7" der Flanke 7 breiter als im Fußbereich T der Flanke 7.

Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Rolldrückwerkzeug 26 derartige Rolldrückzähne 31 mit Druckflanken 32 besitzt, die so gestaltet sind, dass in die im Schruppgang gefertigten Zahnflanken 7 Fasen 11 mit parallel zueinander verlaufenden Randkanten eingedrückt werden.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten dritten Verfahrens schritt, wird das gemäß Fig. 3 mit einer Fase 11 ausgestatte Werkstück 1 feinbearbeitet. Während der erste Verfahrensschritt, also der Schruppgang, mit einem hohen Vorschub und mit einer hohen Spantiefe, also mit einer großen Zerspanleistung erfolgt, wird der Schlichtgang mit einer geringeren Zerspanleistung durchgeführt.

Bei dem Schlichtwerkzeug 12 handelt es sich ebenfalls um ein zahnradförmiges Werkzeug, wie es bspw. die DE 10 2005 049528 Al beschreibt. Es hat im Gro- ben dieselbe Form, wie das Schruppwerkzeug 2. Es besitzt aber anders gestaltete Schlichtzähne 12. Die von der Fußlinie 16" gemessene Schlichtzahnhöhe 14 bis zum Kopf 16' des Schlichtzahnes 13 ist geringer als die Schruppzahnhöhe 4. Die Schlichtzahnhöhe 14 ist somit auch geringer als die Zahnlückentiefe 8. Demzufolge besitzt die Fläche des Kopfes 16' des in die Zahnlücke eingreifen- den Schlichtzahnes 13 einen Abstand zum Zahnlückenboden 10, welcher vom Schruppzahn 3 erzeugt worden ist. Die kopfseitige Breite 15' des Schlichtzahnes 13 entspricht im Wesentlichen der dortigen Breite 5' des Schruppzahnes und damit in etwa dem Sollmaß 9' der Zahnlückenweite. Die fußseitige Breite 15 des Schlichtzahnes 13 ist allerdings größer als die fußseitige Breite 5 des Schruppzahnes 3, so dass im Kopfbereich 7" der Zahnlückenflanke 7 und in einem darüber hinaus bis hin zum Zahnfußbereich 7' sich erstreckenden Flan- kenabschnitt beim Schlichten ein Materialabtrag erfolgt. Bei diesem Materialabtrag wird der dort die Breite B ¹ aufweisende Zahn I ¹ breiten vermindert bis auf das Sollmaß B. Das beim Schruppgang belassene Aufmaß der Zahnbreite B ¹ wird somit im Schlichtgang zumindest in dem Bereich, in dem die gefertigten Zähne an Zähnen anderer Zahnräder bei ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung abrollen, auf das Sollmaß B reduziert. Die dabei erzeugte Flanke 17 ändert sich im Zahnfußbereich 17' kaum, jedoch im Kopfbereich 17" stark. Der Verlauf der im Schlichtgang gefertigten Flanke 17 belässt eine Übergangs kante II ¹ zur Fase 11, die im Wesentlichen parallel verläuft zur Übergangskante 11'" zur Stirnseite 3.

Der Fig. 6 ist zu entnehmen, dass die Ränder II ¹ , 11" der Fase 11 parallel zueinander verlaufen.

Das mit der in Fig. 9 dargestellten Werkzeugmaschine durchgeführte Verfahren unterscheidet sich von dem mit der in Fig. 8 dargestellten Werkzeugmaschine durchgeführte Verfahren lediglich dadurch, dass das Werkstück 1 nach dem Entgraten wieder zurück zur Werkstückspindel 24 verfahren wird, um an dieser Position die Schlichtbearbeitung durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt eine Standzeiterhöhung der verwendeten Werkzeuge.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offen- barung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.