Wäl zverfahren, insbesondere Wäl z fräsverfahren und das aus der DE 243514 bekannte Wäl zschälverfahren, spielen bei der spanenden Herstellung von Verzahnungen eine wichtige Rolle . Dabei werden mit einem Wäl zwerkzeug, das Schneidzähne aufweist , in ein Werkstück in einer Sequenz von Schnittvorgängen, bei denen die Schneidzähne j eweils in der Regel einen Span des Materials des Werkstückrohlings abtragen, die Zahnzwischenräume in den Werkstückrohling eingearbeitet , so dass die Verzahnung entsteht . Bei einer gegebenen Bearbeitungsgeometrie ist dabei die Form der Schneidzähne des Wäl zwerkzeugs , die durch den nachfolgend als Schneidzahngeometrie bezeichneten Verlauf ihrer Schneidkanten definiert wird, durch die Form des in den Werkstückrohling einzuarbeitenden Zahnzwischenraums vorgegeben .

Grundsätzlich sind bei allen Wäl zverfahren die erreichbare Präzision und die Qualität der Oberflächen der hergestellten Verzahnung durch die Spanbildung beeinflusst . Bisher hat man insbesondere versucht , diese zu optimieren, indem man die Schneiden der Schneidzähne zu verbessern versucht hat . Beispielsweise hat man versucht , verrundete Schneiden zu verwenden, um die Konsequenzen unkontrollierter Krafteinwirkung der Schneide zu minimieren und Werkzeuge mit verbesserter Standzeit zu erhalten . Allerdings zeigt sich, dass dabei neue Probleme entstehen insbesondere im Hinblick auf die exakte Positionierung der Schneide und des Zerspanungsbeginns der eingreifenden Schneide . Die Oberflächenbeschaf fenheit wird durch ein Aufgleiten der Schneide auf dem zu zerspanenden Material und/oder ein „Abreißen" des Materials Undefiniert ; zudem kommt es zu Materialveränderungen durch das „Abreißen" und durch ein Stauchen der Schneide auf das Material , einen damit verbundenen unerwünschten Wärmeeintrag und Reibungsverluste .

Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Wäl zwerkzeugs , ein Wäl zwerkzeug und einer Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung durch Wäl zen mit einem solchen Wäl zwerkzeug bereitzustellen, das die Verzahnungsqualität von Verzahnungen verbessert .

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch ein Wäl zwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der j eweiligen abhängigen Ansprüche .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Wäl zwerkzeugs mit Schneidzähnen weist insbesondere die auch bisher schon nötigen Schritte ,

- Festlegen eines mit dem Wäl zwerkzeug aus einem zu bearbeitenden Werkstück heraus zuarbeitenden Zahnprofils ,

- Bestimmen einer Schneidzahngeometrie einschließlich der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie , mit der das festgelegte aus dem zu bearbeitenden Werkstück zur Herstellung einer Verzahnung heraus zuarbeitende Zahnprofil in einem Wäl zverfahren herausgearbeitet werden kann,

- Bereitstellen eines Werkzeugrohlings , und

- Herausarbeiten von Schneidzähnen aus dem Werkzeugrohling auf .

Erfindungswesentlich ist , dass die Schneidzahngeometrie in mindestens zwei unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufgeteilt wird, wobei die unterschiedlichen Teilschneidzahn- geometrien so gestaltet sind, dass mindestens eine der Teilschneidzahngeometrien Abschnitte aufweisen, die hinter die Außenkontur der Schneidzahngeometrie zurückspringen und so gestaltet sind, dass die Überlagerung der unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien die Schneidzahngeometrie reproduziert . Bevorzugt weist j ede der Teilschneidzahngeometrien solche Abschnitte auf .

Jeder Abschnitt der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie , die zum Herausschneiden eines gegebenen Zahnzwischenraums benötigt wird, ist also Bestandteil mindestens einer Teilschneidzahngeometrie , während es umgekehrt mindestens eine Teilschneidzahngeometrie gibt , die mindestens einen dieser Abschnitte nicht aufweist . Bevorzugt ist es , wenn in j eder der Teilschneidzahngeometrien mindestens ein Abschnitt der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie fehlt .

Die Schneidkanten der identisch geformten Schneidzähne des Wäl zwerkzeugs gemäß dem Stand der Technik, mit denen Zahnzwischenräume der gewünschten Form in das Werkstück eingebracht werden, werden also erf indunsgemäß auf mehrere Schneidzähne verteilt , von denen mindestens einer, bevorzugt mehrere neben einem oder mehreren solchen Schneidkantenabschnitten weitere Schneidkantenabschnitte aufweisen, welche aber innerhalb der Schneidzahngeometrie liegen, deren Konturlinie durch die Schneidkanten vorgegeben ist .

Beim Herausarbeiten der Schneidzähne werden dann Schneidzähne , die die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufweisen, aus dem Wäl zwerkzeugrohling herausgearbeitet .

Es gibt also an dem erfindungsgemäß hergestellten Wäl zwerkzeug unterschiedlich geformte Schneidzähne , die bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit diesem Wäl zwerkzeug bei der Herstellung einer Verzahnung zum Herausarbeiten einer Zahnlücke mit dem festgelegten Zahnprofil aus dem Werkstück nacheinander j eweils zumindest abschnittsweise zum Eingri f f gebracht werden, was beispielsweise durch die Anpassung des Verhältnisses der Zahnzahlen von Werkzeug und herzustellender Verzahnung sichergestellt werden kann, und dabei spanend Material abtragen können .

Dies kann insbesondere dazu führen, dass zumindest bei einigen Wechselwirkungen dieser Schneidzähne mit dem Werkstück j eweils nur an einem Teil des bereits partiell herausgearbeiteten Zahnprofils des heraus zuarbeitenden Zahnzwischenraums weitergearbeitet , also nur dort Material abgetragen wird . In diesem Fall gibt es dann mindestens einen Abschnitt einer Zahnflanke des bereits teilweise aus dem Werkstück herausgearbeiteten Zahnzwischenraums , der nach seiner Fertigstellung das Zahnprofil aufweist , der unbearbeitet bleibt .

Intuitiv könnte man annehmen, dass durch das Aufteilen der Schneidzahngeometrie in Teilschneidzahngeometrien die Bearbeitungs zeit verlängert wird . Tatsächlich zeigt sich aber, dass dies nicht in signi fikantem Ausmaß der Fall ist . Die Bearbeitungsgeschwindigkeit wird nämlich dadurch positiv beeinflusst , dass mit einer Reduktion der Zahl der Zahnflanken bzw . der Länge der Zahnflankenabschnitte des Wäl zwerkzeugs , die gleichzeitig mit dem von ihm bearbeiteten Werkstück in Wechselwirkung gebracht werden, einerseits der benötigte Kraftaufwand beim Zerspanen reduziert werden kann und andererseits die Fließeigenschaften des Spans verbessert werden können .

Gleichzeitig kann diese Vorgehensweise zu einer deutlichen

Verbesserung der Bearbeitungsqualität insbesondere im Hinblick auf die Zahnflankenqualität führen . Nach Erkenntnissen der Erfinder ist dies auf mit dieser Aufteilung einhergehenden Änderungen im Prozess der Spanbildung zurückzuführen .

Die Verbesserung der Bearbeitungsqualität und insbesondere der Zahnflankenqualität wird dadurch bewirkt , dass die Aufteilung der Schneidzahngeometrie in Teilschneidzahngeometrien es ermöglicht , den Eingri f f der einzelnen Abschnitte der Schneide beim Eintritt ins Material zu beeinflussen und die Spandicke bzw . deren Variation in unterschiedlichen Abschnitten des Spans zu kontrollieren .

Um hier zu belastbaren Vorhersagen zu kommen, die zu optimierten Teilschneidzahngeometrien führen, ist es bevorzugt , wenn das Verfahren zusätzlich den Schritt des Berechnens eines theoretischen Materialabtrags bei den Wechselwirkungen eines Schneidzahns mit einer gegebenen Schneidzahngemometrie und/oder Teilschneidzahngeometrie mit einem Werkstück aufweist .

Insbesondere kann bei einem erfindungsgemäß hergestellten Wäl zwerkzeug und bei dem erfindungsgemäßen Wäl zwerkzeug sichergestellt werden, dass abgehobene Späne an j eder Stelle eine Mindestdicke aufweisen, indem die Teilschneidzahngeometrien so angepasst werden, dass Zahnflanken, an denen nur ein sehr zarter Span abzutragen wäre , in (mindestens ) einer Teilschneidzahngeometrie freigestellt sind und damit bei den Schnittprozessen, die der Schneidzahn mit dieser Teilschneidzahngeometrie aus führt , übersprungen werden .

In der Praxis kann dies erfolgen, indem bei der Aufteilung der Schneidzahngeometrie in die Teilschneidzahngeometrien diej enigen Schneidflanken oder diej enigen Abschnitte von Schneidf lan- ken der Schneidzahngeometrie in einer Teilschneidzahngeometrie freigestellt werden, für die der theoretische Materialabtrag einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Herausarbeiten von Schneidzähnen, die die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufweisen, aus dem Wäl zwerkzeugrohling mit einer Schlei fscheibe mit standardisiertem Profil oder Standardschlei fscheibe , so dass unterschiedliche Schneidzahnprofile mit derselben Schlei fscheibe bearbeitet/ hergestellt werden können, und zwar vorzugsweise in zellender Bearbeitung . Im Gegensatz zu dem bislang üblichen Einsatz von individuell pro Schneidzahnprofil herzustellende Formschlei fscheibe ist dies preisgünstiger und erlaubt zudem auf einfache Weise die Individualisierung der Schneidzähne mit unterschiedlichen Teil schneidzahngeometrien .

Das erfindungsgemäße Wäl zwerkzeug zur Herstellung einer Verzahnung in einem zu bearbeitenden Werkstück durch Herausarbeiten eines Zahnprofils im Wäl zverfahren zeichnet sich dadurch aus , dass das Wäl zwerkzeug Schneidzähne mit mindestens zwei unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufweist , welche gemeinsam die Schneidzahngeometrie einschließlich der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie , mit der das festgelegte aus dem zu bearbeitenden Werkstück heraus zuarbeitende Zahnprofil im Wäl zverfahren herausgearbeitet werden kann, bilden, wobei die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien so gestaltet sind, dass bei der Wechselwirkung mindestens eines Schneidzahns mit einer der Teilschneidzahngeometrien mit dem zu bearbeitenden Werkstücks nur eine Untermenge der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie mit dem zu bearbeitenden Werkstück wechselwirkt . Besonders bevorzugt ist es , wenn die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien so gestaltet sind, dass bei der Wechselwirkung eines Schneidzahns mit der j eweiligen Teilschneidzahngeometrien mit dem zu bearbeitenden Werkstücks nur eine Untermenge der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie mit dem zu bearbeitenden Werkstück wechselwirkt .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung in einem zu bearbeitenden Werkstück durch Herausarbeiten eines Zahnprofils durch Wäl zen unter Verwendung eines solchen Wäl zwerkzeugs zeichnet sich dadurch aus , dass beim sequentiellen Herausarbeiten einer gegebenen Lücke zwischen zwei Zähnen des Zahnprofils Schneidzähne des Wäl zwerkzeugs mit unterschiedlicher Teilschneidzahngeometrie nacheinander zum Einsatz kommen . Dies kann insbesondere durch eine Anpassung der Zahnzahlen der Verzahnung und des Wäl zwerkzeugs geschehen, wenn diese geeignet gewählt werden .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Aus führungsbeispiele darstellen, näher erläutert . Es zeigt :

Fig . la : Ein Werkstück mit einer Außenverzahnung und ein

Werkzeug mit einer Schneidzahngeometrie , mit der diese Verzahnung in einem Wäl zverfahren in das Werkstück eingebracht werden kann;

Fig . 1b : Ein Werkstück mit einer Innenverzahnung und ein

Werkzeug mit einer Schneidzahngeometrie , mit der diese Verzahnung in einem Wäl zverfahren in das Werkstück eingebracht werden kann;

Fig . 2a : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Verzahnung in das Werkstück gemäß Figur la mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen mit der Schneidzahngeometrie gemäß Figur la ;

Fig . 2b : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Verzahnung in das Werkstück gemäß Figur 1b mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen mit der Schneidzahngeometrie gemäß Figur 1b ;

Fig . 3a : eine Darstellung der Schneidzahngeometrie aus Figur la und einer Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Aufteilung auf zwei Teilschneidzahngeometrien;

Fig . 3b : eine überlagerte Darstellung der beiden Teilschneidzahngeometrien aus Figur 3a ;

Fig . 4a : eine Darstellung der Schneidzahngeometrie aus Figur

1b und einer Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Aufteilung auf zwei Teilschneidzahngeometrien;

Fig . 4b : eine überlagerte Darstellung der beiden Teilschneidzahngeometrien aus Figur 4a ;

Fig . 5a : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Außenverzahnung in das Werkstück gemäß Figur la mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen, die erfindungsgemäß in die Teilschneidzahngeometrien gemäß Figur 3b ; und

Fig . 5b : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Innenverzahnung in das Werkstück gemäß Figur 1b mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen, die erfindungsgemäß in die Teilschneidzahngeometrien gemäß Figur 4b . Figur la zeigt auf der linken Seite ein Werkstück 1 mit einer bereits durch Herausarbeiten von Zahnlücken la vollständig in das Werkstück 1 eingebrachten Außenverzahnung und auf der rechten Seite ein Wäl zwerkzeug 100 mit einer Viel zahl von identischen Schneidzähnen 101 , deren Schneidzahngeometrie durch die Konturlinie ihrer Schneidkanten bestimmt ist . Die Tatsache , dass die Schneidzähne 101 die Zahnlücken la in das Werkstück 1 einbringen können, obwohl die Schneidzähne , wie man in Figur 1 deutlich sieht , deutlich schmaler als die Zahnlücken la sind, ist eine Folge des für Wäl zverfahren typischen Ablaufens des Wäl zwerkzeugs 100 auf dem Werkstück 1 , bei dem sukzessive die Zahnlücken la in das Werkstück 1 eingeschnitten werden .

Figur 1b zeigt auf der rechten Seite ein Werkstück 2 mit einer bereits vollständig durch Herausarbeiten von Zahnlücken 2a in das Werkstück 2 eingebrachten Innenverzahnung und auf der rechten Seite ein Wäl zwerkzeug 200 mit einer Viel zahl von identischen Schneidzähnen 201 , deren Schneidzahngeometrie durch die Konturlinie ihrer Schneidkanten bestimmt ist . Wie man beim Vergleich der Figuren la und 1b erkennt , sind die Radienverhältnisse der Innenverzahnung und des Wäl zwerkzeugs 2 einander deutlich ähnlicher, als im Fall von Außenverzahnung und Wäl zwerkzeug 1 , was dazu führt , dass die Breite der Schneidzähne 201 der Breite der Zahnlücken 2a deutlich ähnlicher zueinander ist .

In den Figuren 2a bzw . 2b ist j eweils eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Verzahnung in das Werkstück gemäß Figur la bzw . 1b mit einem Wäl zwerkzeug nach dem Stand der Technik, welches nur Schneidzähne mit der Schneidzahngeometrie gemäß Figur la bzw . 1b aufweist . Die Darstellungen sind j eweils erheblich vergrößert ; in der hier dargestellten Simulation wird j eweils die Entstehung einer Zahnlücke mit einer Gesamttiefe von 4mm dargestellt , welche durch eine Sequenz von etwa 80 Schnitten realisiert werden .

In Figur 2a wird dabei die Zahnlücke schrittweise von rechts nach links eingeschnitten, so dass nach dem ersten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 11 einen Teil der Werkstückoberfläche bildet , nach dem zweiten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 12 , usw . In Figur 2b wird die Zahnlücke schrittweise von links nach rechts eingeschnitten, so dass nach dem ersten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 21 einen Teil der Werkstückoberfläche bildet , nach dem zweiten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 22 , usw .

Dementsprechend stellt der Bereich zwischen zwei benachbarten Schnittlinien j eweils den aus dem j eweils zu der weiter in Richtung auf den Zahngrund der Zahnlücke hin führenden nächsten Schnitt resultierenden Zahn in seiner „Ideal form" , d . h . ohne Beeinflussung des Spans während er abgehoben wird, dar . Sowohl im Fall des in Figur 2a gezeigten Einschneidens der Außenverzahnung als auch im Fall das in Figur 2b gezeigten Einschneidens der Innenverzahnung erkennt man, dass es eine Vielzahl von Schnittlinien gibt , die sehr dicht beieinander liegen . Dementsprechend entnimmt man den Figuren 2a und 2b unmittelbar, dass es beim Einbringen der Zahnlücke mit einem Wäl zwerkzeug wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist , zur Entstehung einer Viel zahl von Spänen kommt , die sehr feine Abschnitte haben und deshalb einerseits beim Abheben leicht verformt werden und andererseits nicht definiert abgehoben werden, was zu einer suboptimalen Spanbildung und in dessen Folge zu einer suboptimalen Verzahnungsqualität führt . Die Figuren 3a und 3b zeigen ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Aufteilung der Schneidzahngeometrie 30 für das Herausarbeiten der Außenverzahnung in zwei Teilschneidzahngeometrien 31 , 32 . Das entsprechende Wäl zwerkzeug besitzt in diesem Beispiel nur Schneidzähne , deren Schneidkanten j eweils eine dieser Teilschneidzahngeometrien 31 , 32 aufweisen und die so angeordnet sind, dass aufeinander folgende Schnitte mit Schneidzähnen unterschiedlicher Teilschneidzahngeometrie erfolgen; es könnte aber natürlich auch eine Aufteilung in mehr Teilschneidzahngeometrien vorgenommen werden, sofern sich dies als sinnvoll erweist und es können zusätzlich auch Schneidzähne am Wäl zwerkzeug vorhanden sein, deren Schneidkanten der Schneidzahngeometrie entsprechen, da, wie man insbesondere in den Figuren 2a und 2b erkennt , gerade die ersten abgehobenen Späne das Problem feiner Spanabschnitte noch nicht aufweisen .

In Figur 3a sind Schneidzahngeometrie 30 , Teilschneidzahngeometrie 31 und Teilschneidzahngeometrie 32 j eweils mit einem konstanten Of fset gegeneinander verschoben dargestellt . Wie man bereits in dieser Figur erkennt , entsteht die Teilschneidzahngeometrie 31 durch Kürzung der Schneidzahngeometrie 30 um deren Spitze , weist j edoch deren Flanken auf , während die Teilschneidzahngeometrie 32 die Spitze der Schneidzahngeometrie 30 reproduziert , im Flankenbereich aber schmaler ist .

Wie man in Figur 3b erkennt , in der die Teilschneidzahngeometrien 31 , 32 miteinander überlagert dargestellt sind, reproduzieren die Teilschneidzahngeometrien 31 und 32 gemeinsam die Schneidzahngeometrie 30 , die der Außenkontur der überlagerten Teilschneidzahngeometrien 31 und 32 entspricht . Die Abschnitte 31a und 31c der Teilschneidzahngeometrie 31 bilden die Flanken der Schneidzahngeometrie 30 und der Abschnitt 32 b der Teil- schneidzahngeometrie 32 die Spitze der Schneidzahngeometrie 30.

Dementsprechend weist umgekehrt die Teilschneidzahngeometrie 31 den Abschnitt 31b auf, der hinter die Schneidzahngeometrie 30 zurückspringt und die Teilschneidzahngeometrie 32 weist die die Abschnitte 32a und 32 c auf, in denen sie hinter die Schneidzahngeometrie 30 zurückspringen.

Die Figuren 4a und 4b, zeigen den jeweils analogen Sachverhalt für die Schneidzahngeometrie 40, mit der die Innenverzahnung eingebracht wird und die zugehörigen Teilschneidzahngeometrien 41 und 42 mit den Abschnitten 41a, 41b, 41c bzw. 42a, 42b, 42c, weshalb insoweit auf die Beschreibung der Figuren 3a und 3b mit jeweils angepassten Bezugszeichen verwiesen werden kann.

Es wird aber explizit betont, dass auch eine andere Aufteilung der Schneidzahngeometrie 30,40 in zwei oder mehr Teilschneidzahngeometrien 31,32,41,42 möglich ist und nicht zwingend eine Teilschneidzahngeometrie die Spitze und eine zweite Teilschneidzahngeometrie die Flanken der Schneidzahngeometrie reproduzieren muss.

Den Effekt dieser Maßnahme erkennt man an den Figuren 5a und 5b, in denen wie in den Figuren 2a und 2b jeweils eine Sequenz von durch Schnittlinien 51,52, 61, 62 gekennzeichneten Zwischenzuständen beim Einbringen der Außen- bw. Innenverzahnung in das Werkstück 1 bzw. 2 gezeigt ist. Anders als in den Figuren 2a und 2b wird aber nun jeweils mit einem Wälzwerkzeug, das unterschiedliche Arten von Schneidzähnen mit den Teilschneidzahngeometrien 31,32 bzw. 41,42 aufweist, die im gezeigten Beispiel so am Wälzwerkzeug angeordnet sind, dass Schneidzähne mit der Teilschneidzahngeometrie 31 bzw. 41 und Schneidzähne mit der Teilschneidzahngeometrie 32 bzw . 42 abwechselnd zum Einsatz kommen, gearbeitet . Dabei sind die Gesamttiefe der Verzahnung und der Vorschub identisch wie in den Figuren 2a bzw . 2b

Man erkennt bereits auf den ersten Blick, dass die Bereiche , in denen nur sehr feine Späne abgetragen werden, nun deutlich reduziert wurden . In diesen Bereichen ist nun mit einer definierten Spanbildung zu rechnen, was zu einer deutlich höheren Verzahnungsqualität führt .

Bezugszeichenliste

I,2 Werkstück

100,200 Wälzwerkzeug 101,201 Schneidzahn la, 2a Zahnlücke

II,12,21,22,

51, 52, 61, 62 Schnittlinie

30,40 Schneidzahngeometrie 31,32,41,42 Teil schnei dz ahngeome trie

31a, 31b, 31c,

32a, 32b, 32c Abschnitt der Teilschneidzahngeometrie

41a, 41b, 41c,

42a, 42b, 42c Abschnitt der Teilschneidzahngeometrie