DAFÜR

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Verzahnung an einem Werkstück, bei dem die Werkstückverzahnung um ihre Verzahnungsachse drehend angetrieben unter Ausbildung eines Eingriffsbereichs in materialabtragenden Bearbeitungseingriff mit einem verzahnten, um seine unter einem von Null verschiedenen Achskreuzwinkel zu der Werkstückverzahnungsdrehachse stehenden Verzahnungsdrehachse drehend angetriebenen Werkzeug, insbesondere in Form eines innenverzahnten Honrings, unter abrasivem Materialabtrag mit geometrisch unbestimmter Schneide gebracht wird.

Derartige Verfahren, auch Verzahnungshonen genannt, sind dem Fachmann selbstverständlich gut bekannt; beispielsweise zeigt Bild 17.3-1 auf Seite 592 des Lehrbuchs „Innovative Zahnradfertigung“, Thomas Bausch, dritte Auflage, den Eingriff eines Werkzeugs in Form eines innenverzahnten Honrings zur Hartfeinbearbeitung eines zahnradförmigen Werkstücks. Die Breite der Innenverzahnung des Honrings ist ausreichend groß bemessen, um trotz des eingestellten Achskreuzwinkels die Werkstückverzahnung in ihrer vollen Breite noch zu überdecken. Demnach kann das Verzahnungshonen in einem reinen Tauchhonen ausgeführt werden, also ohne Veränderung der axialen Relativlage nur einem Radialvorschub unterworfen sein. In einer ebenfalls bekannten Variante des sogenannten Längshonens wird der radialen Vorschubbewegung eine oszillierende axiale Bewegung überlagert.

Gegenüber anderen Hartfeinbearbeitungsverfahren von bereits in der Weichbearbeitung erzeugten und anschließend gehärteten Verzahnungen wie etwa dem Profilschleifen oder Wälzschleifen mit einer Schleifschnecke bietet das Verzahnungshonen in der Regel eine höhere erreichbare Oberflächengüte. Das Verzahnungshonen kommt demnach als Alternative zum schleifenden Hartfeinbearbeiten mittels Profil- oder Schleifschnecke zum Einsatz, oder auch als zusätzliche letzte Bearbeitung.

Da der Bearbeitungseingriff zwischen Honwerkzeug und Verzahnung üblicherweise bei vergleichsweise hohen Drehzahlen ausgeführt wird und üblicherweise mehrere Werkstückzähne gleichzeitig in Eingriff mit dem Werkzeug sind, ist das Verzahnungshonen von der Bearbeitungszeit her ein vergleichsweise durchaus schnelles Verfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art in einer Weise weiterzubilden, die eine zufriedenstellende Oberflächenqualität der Zahnflanken mit einer zufriedenstellend geringen Abweichung von der angestrebten Zielgeometrie kombiniert.

Diese Aufgabe wird von der Erfindung in verfahrenstechnischer Hinsicht durch eine Weiterbildung des Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Ausdehnung und/oder axiale Lage des Eingriffsbereichs in Abhängigkeit der Werkzeugdrehlage ändert.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Änderung des Eingriffsbereichs in Abhängigkeit von der Werkzeugdrehlage wird eine bei den üblichen hohen Drehzahlen hochfrequente Änderung der in einem vorgegebenen bearbeiteten Bereich der Werkzeugverzahnung auftretenden Belastungsverhältnisse erreicht. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass diese Beeinflussung der im Verzahnungshonprozess auftretenden Kräfte vernünftigen Bearbeitungsqualitäten hinsichtlich Zielgeometrie und Oberflächengüte führen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Drehlagenabhängigkeit durch eine in das Werkzeug eingearbeitete Abweichung von einer homogenen Ausdehnung seiner Verzahnung bewirkt ist. Mit anderen Worten gibt es eine Abweichung der Werkzeugverzahnung von einer insbesondere axialen und/oder radialen gleichförmigen Gestaltung über die Dimensionierung des Werkzeugs. Die Änderung koppelt demnach nicht nur an die Werkzeugdrehung, sondern ist mit ihr über die Werkzeuggestaltung mechanisch zwangsgekoppelt. Ober die Abweichung von der homogenen Ausdehnung der Werkzeugverzahnung, welche homogene Ausdehnung der üblichen regulären Erstreckung der Werkzeugzähne über die volle Breite des Verzahnungswerkzeugs entspricht, kann die Änderung besonders vorteilhaft bewirkt werden und erfordert insbesondere keine zusätzlichen Maschinenachsbewegungen. Beispielsweise könnte ein wie üblich gefertigter und vorprofilierter Honstein materialabtragend bearbeitet werden, indem die darin eingebrachte Verzahnung bereichsweise wieder entfernt wird oder jedenfalls so modifiziert wird, dass diese Bereiche keine Arbeitsbereiche des Honsteins mehr darstellen. Beispielsweise könnte die eingebrachte Verzahnung seitlich diagonal abgedreht werden, so dass die effektive Breite der Werkzeugverzahnung verringert wird, oder andere Leerbereiche in der eingebrachten Verzahnung erzeugt werden. Es kann sich z.B. auch die Zahnhöhe ändern, etwa über eine exzentrische Gestaltung, so dass über die bei Werkstückdrehung unterschiedlichen Zahnhöhen eine insbesondere wenigstens teilweise kontinuierliche Eingriffsänderung erfolgt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Änderung eine axiale Verlagerung des Eingriffsbereichs. So verschiebt sich beispielsweise der Eingriffsbereich bei fortlaufender Werkzeugdrehung axial. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass diese Verlagerungsbewegung kontinuierlich ist. Die jedenfalls nach einer vollen Werkzeugumdrehung wiederhergestellte Lage des Ausgangseingriffsbereichs erfolgt dann durch eine Verlagerungsbewegung, die nach Erreichen eines Umkehrpunkts in reziproker Art und Weise zurückkehrt. Die Verlagerungsbewegung kann beispielsweise eine sinusoidale Bewegung sein, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Alternativ oder zusätzlich kann die Änderung der Ausdehnung eine radiale Änderung des Eingriffsbereichs umfassen, etwa über die z.B. durch exzentrische Gestaltung bewirkte Zahnhöhenmodifikation des Honwerkzeugs.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die axiale Ausdehnung der Werkzeugverzahnung geringer als die axiale Ausdehnung der Hüllkurve der über eine volle Werkzeugumdrehung überlagerten axialen Ausdehnungen. Das heißt, dass die an einer Azimutalstelle bestehende effektive Breite der Werkzeugverzahnung die axiale Ausdehnung des momentanen Eingriffsbereichs mitbestimmt, welche jedoch in axialer Ausdehnung geringer ist als der sich über eine volle Werkzeugdrehung ergebende gesamte (Hüll- )Eingriffsbereich. Die gegenüber beispielsweise der Breite eines Honrings schmalere Verzahnung führt, betrachtet im Durchgang durch die Bearbeitungszone bei einem Werkzeug- umlauf, eine Pendelbewegung aus, welche eine Veränderung des Eingriffsbereichs auf einer sehr geringen Zeitskala bewirkt. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass die Werkzeugdrehzahl bei der Bearbeitung größer ist als 600 U/min, bevorzugt als 900 U/min, insbesondere als 1200 U/min, durchaus auch höher als 1500 U/min.

Der Verlagerungsbewegung könnte noch eine zusätzlich bevorzugt wenigstens um einen Faktor zwei niederfrequentere reziproke Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück überlagert werden, etwa wie beim Längshonen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die axiale Ausdehnung der Werkzeugverzahnung geringer als der Quotient aus der Breite der Werkstückverzahnung und dem Cosinus des Achskreuzwinkels, insbesondere um einen Faktor von wenigstens 1 ,2, bevorzugt wenigstens 1 ,4, insbesondere wenigstens 1 ,6 geringer. Dadurch verringert sich im Vergleich zum herkömmlichen Eingriff die Größe des durch Eingriff auf die Kräfte im Verzahnungshonprozess einwirkenden Bereichs (es befinden sich weniger aktive Zähne gleichzeitig im Honprozess). Dies kommt besonders bei Schrägverzahnungen mit tendenziell größerem Schrägungswinkel zum vorteilhaften Einsatz und ist insbesondere unabhängig vom Größenverhältnis zwischen Honwerkzeug und Werkstück, welches ansonsten das Maß an Umschlingung beeinflusst. Vereinfacht gesprochen wird der abrasive Materialabtrag an den noch im Eingriff befindlichen Werkstückzähnen weniger durch Einflüsse der aus erfindungsgemäß nicht mehr im Eingriff befindlichen Werkstückzähne beeinflusst. Dies verringert die Prozesskräfte und vermindert somit auch das Risiko eines Honsteinbruches. Eine zu erwartende geringere Lebensdauer des Honsteins wird jedoch wenigstens zum Teil durch die gegenüber dem herkömmlichen Honprozess geringeren Prozesskräfte und damit lebensdauersteigernden Effekten kompensiert.

Die oben genannten Aspekte werden von der Erfindung auch unabhängig von einer Änderung der Ausdehnung und/oder der axialen Lage des Eingriffsbereichs in Abhängigkeit von der Werkzeugdrehlage als eigenständig vorteilhafte Lehre offenbart. Die Erfindung betrifft somit ebenfalls ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass die effektiv wirksame Verzahnungsbreite des Honwerkzeugs geringer ist als die ihrer Hüllkurve über eine volle Werkzeugdrehung, und/oder geringer ist als der Quotient aus Breite der Werkstückverzahnung und Cosinus des Achskreuzwinkels.

In einer möglichen Gestaltung ist bei der Erfindung vorgesehen, dass das Verhältnis aus wirksamer Breite der Werkzeugverzahnung zu dem Modul der bearbeiteten Verzahnung geringer ist als 16, bevorzugt als 12, insbesondere als 8. In einer weiteren Ausgestaltung ist zusätzlich und/oder alternativ daran gedacht, das Zusammenwirken insbesondere einer Schrägverzahnung und des Achskreuzwinkels zu einer Verringerung der Umschlingung dadurch zu nutzen, dass die Verzahnung des Honsteins azimutal Lücken aufweist. Dies ist insbesondere bei größeren Achskreuzwinkeln wirkungsvoll.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die axiale Ausdehnung der Hüllkurve größer ist als der Quotient aus Breite der Werkstückverzahnung und Cosinus des Achskreuzwinkels, insbesondere um einen Faktor von wenigstens 1 ,01, bevorzugt wenigstens 1 ,05, insbesondere wenigstens 1,10 größer. Dadurch lässt sich die gesamte Verzahnungsbreite in einer Relativpositionierung von Werkzeug zu Werkstück bearbeiten. Es versteht sich jedoch, dass trotz dieser Gestaltung zusätzliche Maschinenachsbewegungen ausgeführt werden können, entweder hinsichtlich speziell gerichteter Korrekturen, oder etwa einer zusätzlichen Überlagerung einer Maschinenachsbewegung wie beim herkömmlichen Längshonen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Arbeitsbereich des Werkzeugs axial gesehen die Stimkante(n) der Werkzeugverzahnung mit umfasst. Dies und/oder die oben erläuterte Verringerung der Umschlingung kann zudem vorteilhaft zur Verringerung eines Summenteilungsfehlers der dem Verfahren unterworfenen Verzahnung beitragen. Dies sorgt zum einen für ein größeres Anwendungsspektrum des Verfahrens auch auf Verzahnungen mit unerwünscht hohen Summenteilungsfehlern, ohne dass sich das Verfahren oder eine Verfahrensvorbereitung komplexer und/oder arbeitsreicher gestaltet. Insbesondere ist es nicht zwingend erforderlich, den Summenteilungsfehler an der zu bearbeitenden Verzahnung ermitteln zu müssen, beispielsweise wie in DE 4321448 A1 offenbart, oder den insbesondere auf diese Weise festgestellten Summenteilungsfehler „mit umgekehrten Vorzeichen“ der Kopplung der Drehachsen von Werkzeug und Werkstück als Störgröße auszuschalten, wie etwa in DE 4317306 beschrieben ist. Die elektronische Kopplung von Werkzeug- und Werkstückumdrehung kann somit wie beim herkömmlichen Verzahungshonen erfolgen, um das abbildende Verfahren zu gewährleisten, d.h. dass z.B. die Innenverzahnung des Honrings bei Berücksichtigung der Drehbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück gemäß NC-gesteuerter elektronischer Kopplung genau der Gegenkontur des zu bearbeitenden Werkstückverzahnungsprofils entspricht.

In einer bevorzugten Gestaltung ist die axiale Ausdehnung des Eingriffsbereichs in einer Momentaufnahme geringer als der einer Hüllkurve über eine volle Werkzeugumdrehung entsprechende Eingriffsbereich bzw. die Gesamtaxialausdehnung des Eingriffsbereichs auf einer einer durch die Zeit der Werkzeugumdrehung definierten Zeitskala. ln einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die axiale Ausdehnung der Hüllkurve größer ist als der Quotient aus Breite der Werkstückverzahnung und Cosinus des Achskreuzwinkels, insbesondere um einen Faktor von wenigstens 1,01 , bevorzugt wenigstens 1 ,05, insbesondere wenigstens 1,10 größer. Diese Ausgestaltung vereinigt demnach Vorteile des herkömmlichen Längshonens mit den erfindungsgemäß erreichten Vorteilen.

In einer diesbezüglich weiteren Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Frequenz einer reziproken zweiten Änderungsbewegung durch die zweite Änderung und die Frequenz der Änderungsbewegung durch die Änderung wenigstens um einen Faktor 2, bevorzugt wenigstens 4, insbesondere wenigstens 8 auseinanderliegen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Zähnezahlen der Verzahnungen von Werkstück und Werkzeug ein nicht teilbares Verhältnis haben. Dies symmetrisiert den Gesamtbearbeitungsprozess, da einzelne Zähne der Werkstückverzahnung von immer wieder anderen Zähnen des Werkzeugs bearbeitet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei der Bearbeitung Gleich- und Gegenlauf (in Analogie zur Fräsbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide), also der Bezug zwischen Achskreuzwinkel-bedingtem Schneiden und der einem schnellen Vorschub entsprechenden (axialen) Verlagerungsbewegung, ohne Drehrichtungsänderung allein durch die Werkzeugdrehung abwechseln.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht stellt die Erfindung bereit ein Honwerkzeug zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Aspekte, sowie eine Steuersoftware zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Aspekte, wie auch eine Verzahnungshonmaschine mit einem solchen Honwerkzeug und/oder einer derartigen Steuerung.

Die Maschinenachsen der Verzahnungshonmaschine können dabei angeordnet sein wie dem Fachmann von üblichen Verzahnungshonmaschinen bekannt ist. In die Werkzeugaufnahme kann ein Honwerkzeug, besonders bevorzugt ein innenverzahnter Honring mit den Eigenschaften nach einem der oben beschriebenen Aspekte angeordnet sein. Die Maschinensteuerung verfügt über Steuerbefehle, die die Verzahnungshonmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der oben genannten Aspekte steuern.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren, von denen Fig. 1A einen innenverzahnten Honring und ein außenverzahntes Werkstück in einem Bearbeitungseingriff bei einer ersten Drehtage des Honrings zeigt,

Fig. 1 B den Honring und das Werkstück aus Fig. 1A im Bearbeitungseingriff in einer anderen Drehtage des Honrings zeigt,

Fig. 1 C den Honring und das Werkstück aus Fig. 1A in einer nochmals anderen Drehtage des Honrings zeigt,

Fig. 2 die Anordnung eines verzahnten Arbeitsbereichs im Honring in einer abgerollten Darstellung zeigt,

Fig. 3 einen anderen Honring mit Zahnhöhenmodifikation zeigt, und

Fig. 4 einen vergrößerten Abschnitt aus Fig. 3 zeigt.

Wie aus der perspektivischen Ansicht von Fig. 1 A zu erkennen ist, wird ein Werkrad, das mit einer Außenverzahnung 2 versehen ist, von einem Honring 10 verzahnungsgehont. Der verzahnte Arbeitsbereich 4 des Honrings 10 erstreckt sich jedoch (siehe Fig. 2) nicht über die volle axiale Breite 102 des Honrings, sondern nur über eine geringere Breite 42. Die Anordnung des verzahnten Arbeitsbereichs 4 in Azimutalrichtung ist dabei nicht konstant, sondern ändert sich nach etwa der Art einer sinusoidalen Gestalt in Abhängigkeit der Drehlage des Honrings 10. In die verbleibenden Bereiche 6 des Honrings 10 erstreckt sich der verzahnte Bearbeitungsbereich nicht hinein. Herstellungstechnisch könnte dies beispielsweise so realisiert sein, dass man zunächst den Honring 10 in herkömmlicher Art und Weise über die volle Breite 102 fertigt und profiliert, und anschließend in einer Drehoperation durch seitliches diagonales Drehen die Verzahnung von den Bereichen 6 abdreht.

In Fig. 1A ist die Drehlage des Honrings die, bei der sich der verzahnte Arbeitsbereich 4 in Fig. 1A gesehen rechts befindet, wie in Fig. 2 durch das A angegeben. Es befinden sich dementsprechend nur die in Fig. 1A nahe der rechten Werkstückseite gelegenen Werkstückzähne im Bearbeitungseingriff, der somit ungestört durch Prozesskräfte ablaufen kann, welche andernfalls durch Bearbeitungseingriff der Werkstückzähne links davon stattfinden würde, wäre auch der arbeitsbereichfreie Bereich 6 des Honrings 10 mit der Verzahnung 4 versehen.

In Fig. 1 B ist die Drehlage des Honrings 10 dagegen derart, dass der verzahnte Arbeitsbereich 4 im linken Endbereich des Honrings 10 angeordnet ist, wie auch aus Fig. 2 durch das Bezugszeichen B angedeutet ist. In diesem Moment sind demnach nur die dem Honring zugewandten Werkstückzähne nahe der linken Werkstückstirnseite im Eingriff. Innerhalb einer Werkstückdrehung oszilliert demnach der Eingriffsbereich im Wesentlichen zwischen den in Fig. 1A und Fig. 1 B dargestellten Eingriffsbereichen, die axiale Lage des Eingriffsbereichs ändert sich somit auf einer Zeitskala, die derzeit einer Werkzeugumdrehung entspricht. Aufgrund der verzahnungsfreien Bereiche 6 am Honring 10 sind während des momentanen Bearbeitungseingriffs Verzahnungsbereiche des Werkstücks, die dem Honring zugewandt sind, nicht in Bearbeitungseingriff.

In der Darstellung von Fig. 1C ist die Drehlage so, dass der Arbeitsbereich 4 etwa im mittleren Bereich des Honrings 10 angeordnet ist.

Die sinusoidale Form des verzahnten Arbeitsbereichs 4 an der Honring-Innenseite ist lediglich ein Ausführungsbeispiel, ein Raster des Verzahnungsbereichs 4 könnte auch anders gestaltet sein, beispielsweise sinusoidal mit mehr als nur einer Schwingung pro Umfang, es könnte mehrgängig ausgestaltet sein, so könnten beispielsweise auch der verzahnte Arbeitsbereich 4 und der Nicht-Arbeitsbereich 6 in Streifenmustern abwechseln, z.B. in unter einem Winkel von z.B. 10° oder mehr zur Ebene orthogonal zur Werkzeugdrehachse abwechselnden Streifen (4-6-4-6), die sich diagonal über die Innenseite des Honrings erstrecken.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Bei dem hier herangezogenen Honring 10‘ verändert sich die Höhe h der Verzahnung 4 über den Umfang des Honrads. Dies ist beispielsweise durch eine exzentrische Gestaltung beim Fertigen der Honradverzahnung 4 erreicht. Man erkennt bei der Darstellung von Fig. 3, dass im Bereich 4' die Verzahnung eine Zahnhöhe h (Fig. 4) hat, die sich über einen Bereich von etwas mehr als 180° mit dieser (vollen) Zahnhöhe h erstreckt, um sich dann etwa im Bereich 4“ kontinuierlich zu verringern bis hin zu einem Bereich 4‘“, in dem gar keine Verzahnung mehr gebildet sein muss. Es versteht sich, dass die Art der Variation nicht auf das in Fig. 3 gezeigte Beispiel eingeschränkt ist, beispielsweise könnte die Zahnhöhe auch über den gesamten azimutalen Bereich kontinuierlich ab- und wieder zunehmen. Im abtragenden Eingriff unter Drehung des Honrings 10‘ sind ausgehend vom Bereich 4‘ die Zahnhöhe und dementsprechend die Ausdehnung (radial) des Eingriffsbereichs in kontinuierlicher oder abgestufter Weise.

Auch bei dieser Gestaltung, die sich auch mit der Axialmodifikation des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2 kombinieren ließe, ändern sich die Bearbeitungskräfte in schneller Reihenfolge gekoppelt an die Drehzahl des Honrings 10‘. Da sich die Zahnhöhe kontinuierlich oder stufenweise erhöht, wirkt auch das volle Drehmoment der Antriebsspindel auf das jeweilige Teilsegment zur aktuellen Zahnhöhe. Auf diese Weise kann einem Teilungsfehler der Vorverzahnung gut entgegengewirkt werden. In einer Verfahrensgestaltung kann auch daran gedacht werden, zwei Honringe, insbesondere in einer gemeinsamen Werkzeughalterung eingespannt, zum Einsatz zu bringen, wobei einer oder beide der Honringe erfindungsgemäß modifiziert sind. So könnte mit einem modifizierten Honring eine erste Honbearbeitung an einem Werkstück mit dem Ziel erfolgen, beispielsweise einen Summenteilungsfehler unter eine vorgegebene Schwelle zu bringen. Eine weitere Bearbeitung auf Endzustelltiefe könnte dann mit einem (auch unmodifizierten) Honring mit homogener Verzahnung erfolgen.

Die Verzahnungen 4, 4‘ können jedoch auch bereits auf die Endgeometrie der Werkstückverzahnung abgestimmt sein, so dass die volle Honbearbeitung mit einem einzigen Honring 10, 10‘ ausgeführt werden kann.

Die Erfindung ist somit nicht auf die in der obigen Beschreibung anhand der Figuren oder ohne Bezug auf Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt, vielmehr können die einzelnen Merkmale der nachfolgenden Ansprüche wie auch der vorstehenden Beschreibung einzeln und in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.