VERFAHREN ZUR BEARBEITUNG EINES ZAHNRAD-WERKSTÜCKS UND ENTSPRECHENDE ZAHNRADPAARUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur (Fein-)Bearbeitung eines Zahnrad-Werkstücks. Die Erfindung betrifft auch eine Zahnradpaarung, bei der mindestens eines der Zahnrad-Werkstücke unter Einsatz dieses Verfahrens (fein-)bearbeitet wurde.

Stand der Technik

[0002] Die Optimierung des Lauf- und Geräuschverhaltens von Getrieben ist neben der Tragfähigkeitsoptimierung ein wichtiges Ziel bei der Auslegung von Zahnrädern, respektive von Zahnradpaarungen. Das Getriebegeräusch spielt sowohl bei Industriegetrieben aber sicherlich noch mehr bei KFZ-Getrieben eine wesentliche Rolle. Durch die erwartete Zunahme an Elektrofahrzeugen wird das Getriebegeräusch noch mehr an Bedeutung gewinnen, da der Elektromotor gegenüber einem Verbrennungsmotor eine vergleichsweise geringe Geräuschanregung in den Antrittsstrang einbringt. [0003] Bei Getriebegeräuschen ist nicht nur die absolute Lautstärke, wie z.B. der A-bewertete Schalldruckpegel, sondern auch die psychoakustische bzw. subjektive Bewertung des Geräuschverhaltens von Bedeutung. Beispielsweise kann das Rauschen eines Baches bezüglich seines A- bewerteten Schalldruckpegels deutlich lauter sein als ein vorbeifahrendes Auto und dennoch wird das Autogeräusch subjektiv deutlich unangenehmer bewertet als das Geräusch das Rauschen des Wassers.

[0004] Geräuschuntersuchungen an Kraftfahrzeuggetrieben haben gezeigt, dass insbesondere eine tonale Charakteristik des Getriebegeräusches als störend empfunden wird. Tonale Geräusche sind dadurch gekennzeichnet, dass ihr Frequenzspektrum deutlich ausgeprägte Amplituden einzelner Frequenzen (d.h. bestimmter Töne) aufweist, die über dem Amplitudenniveau des Grundrauschens liegen. Bei Verzahnungen sind es insbesondere die Frequenz des Zahneingriffes und dessen Höherharmonische, die im Wesentlichen die Tonalität des Getriebegeräusches bestimmen.

[0005] Es wurde bei Geräuschuntersuchungen an Kegelradverzahnungen festgestellt, dass die Art der Hartfeinbearbeitung nach dem Härten von Verzahnungen einen Einfluss auf deren Geräuschtonalität haben könnte.

[0006] Aus Fig. 1A ist zu ersehen, dass eine geläppte Verzahnung zwar auch einzelne Frequenzen mit überhöhten Körperschallamplituden aufweist, dass diese jedoch nicht so deutlich aus dem Gesamtspektrum hervorstechen wie bei der konventionell geschliffenen Verzahnung, deren Spektrum in Fig. 1B gezeigt ist.

[0007] Es wurde gezeigt, dass man durch die Gestaltung der Ease-Off Topographie der Kegelradverzahnungen im Prinzip diejenigen Amplituden geschliffener Radsätze, die aus dem Gesamtspektrum hervortreten, reduzieren kann. Allerdings bleibt dabei die tonale Charakteristik des Geräusches nach wie vor erhalten.

[0008] Bei weiterführenden Geräuschuntersuchungen an Kegelradverzahnungen konnte nun anhand von detaillierten Vergleichsmessungen verschieden hartfeinbearbeiteter Verzahnungen und unter Zuhilfenahme von umfangreichen begleitenden Untersuchungen die Ursachen für die unterschiedlichen Geräuschcharakteristiken der Hartfeinbearbeitungsverfahren herausgearbeitet werden.

[0009] Eine wesentliche Erkenntnis ist, dass die Verzahnungsqualität nach DIN hinsichtlich Teilung und Rundlauf bei den geläppten Radsätzen deutlich geringer ist als die von schälwälzgefrästen und geschliffenen Verzahnungen. Außerdem konnte beobachtet werden, dass die Verzahnungsgeometrie und die Zahnflankentopographie der geläppten Radsätze deutlich stärker streut, als die der geschliffenen und schälwälzgefrästen Varianten. Wenn man also aufgrund des etwas besseren Geräuschverhaltens auf geläppte Verzahnungen setzt, so handelt man sich Nachteile in Sachen Teilung und Rundlauf ein.

[0010] Es stellt sich daher die Aufgabe einen verbesserten Ansatz zur (Fein-)Bearbeitung von Kegelrädern zu suchen, der dabei hilft die als unangenehm empfundenen Geräusche zu unterbinden oder wenigstens deren Einfluss auf das gesamte Geräuschverhalten einer Zahnradpaarung zu reduzieren.

[0011] Insbesondere stellt sich daher die Aufgabe einen verbesserten Ansatz zur Optimierung des Geräuschverhaltens von Zahnradpaarungen, insbesondere von Kegelradverzahnungen, zu finden, der darauf abzielt die subjektiv als unangenehm empfundenen Geräuschanteile, d.h. vor allem stark tonale Geräuschanteile zu unterbinden oder wenigstens deren Einfluss auf das gesamte Geräuschverhalten eines Getriebes zu reduzieren.

[0012] Gemäß Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, mit dem man das subjektiv als angenehmer empfundene Geräusch von geläppten Kegelradverzahnungen mittels anderen Hartfeinbearbeitungsverfahren, wie z.B. Schleifen oder Schälwälzfräsen, reproduzierbar nachbilden kann, obwohl es sich bei dem Schleifen und auch dem Schälwälzfräsen um Prozesse handelt, die deutlich anders sind als das Läppen.

[0013] Die Erfindung betrifft auch eine Zahnradpaarung, bei der mindestens eines der Zahnrad-Werkstücke unter Einsatz dieses Verfahrens (fein-)bearbeitet wurde. Vorzugsweise werden beide Zahnrad- Werkstücke einer solchen Zahnradpaarung mit dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeitet.

[0014] An dieser Stelle ist anzumerken, dass die Erfindung auf jedwede Art von Verzahnungen übertragbar ist, d.h. z.B. auch bei der Geräuschoptimierung von Stirnrad- oder Zykloidenverzahnungen angewendet werden kann. Im Folgenden ist daher allgemein von Zahnrad- Werkstücken die Rede.

[0015] Gemäß Erfindung kommt im Rahmen der Feinbearbeitung (auch als Endbearbeitung nach dem Härten bezeichnet) eine optimierte Schleifbearbeitung und/oder Schälwälzfräsbearbeitung und/oder eine Wälzschälbearbeitung der Zahnflanken von Zahnrädern zum Einsatz. Dabei geht es darum sich periodisch wiederholende „Störungen" der Zahnflanken zu verhindern oder, falls diese in einem Zwischenschritt der Produktion auftreten, durch eine solche Nachbearbeitung zu reduzieren.

[0016] Vorzugsweise geht es bei mindestens einigen Ausführungsformen um ein Verfahren zur Feinbearbeitung eines Zahnrad-Werkstücks oder mehrerer Zahnrad-Werkstücke einer Serie, wobei das Zahnrad-Werkstück mehrere Zahnlücken, definiert durch je zwei Zahnflanken, umfasst, und wobei ein Verzahnungswerkzeug zum Einsatz kommt, um mindestens eine Teilmenge aller Zahnflanken mit einer nicht-periodisch verteilten Modifikation der Flankentopografie zu versehen. Dieses Verfahren wird in einer mehrachsigen Verzahnungsmaschine durchgeführt und es werden nach der Feinbearbeitung des Zahnrad-Werkstücks für mindestens ein Teil der Zahnflanken die folgenden Schritte durchgeführt:

- Durchführen einer Messung, um die Ist-Topografie der Zahnflanke zu ermitteln,

- Durchführen eines rechnerbasierten Vergleichs der Ist-Topografie mit der Solltopografie, und, falls der Vergleich ergibt, dass Abweichungen zwischen der Ist-Topografie und der Solltopografie vorliegen,

- Durchführen einer Korrekturbearbeitung mindestens eines Teils der

Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks oder, falls mehrere Zahnrad- Werkstücke in Serie in der Verzahnungsmaschine bearbeitet werden, Durchführen einer Korrekturbearbeitung mindestens eines Teils der Zahnflanken eines nachfolgenden Zahnrad-Werkstücks der Serie.

[0017] Der Vorteil der auf diesem Weg angestrebten Nachbildung der geläppten Verzahnungsgeometrie, vorzugsweise mittels Schleifen, aber auch mit jedem anderen Verfahren zur Hartfein- bzw. Endbearbeitung von Verzahnungen (z.B. Schälwälzfräsen) liegt darin begründet, dass durch die geometrische Genauigkeit dieser Hartfeinbearbeitungsverfahren das Bearbeitungs-ergebnis im Vergleich zum Läppen gezielt beeinflusst werden kann und somit reproduzierbar ist.

[0018] Hauptziel bei der Optimierung des Geräuschverhaltens der Zahnradpaarungen durch eine Veränderung der Verzahnungsgeometrie ist dabei die Vermeidung jedweder Periodizitäten, bzw. es werden durch den Einsatz der Erfindung periodische Geometrieanteile durch gezielte Überlagerung von stochastischen Elementen eliminiert. [0019] Durch die Vermeidung, bzw. Reduzierung periodischer Muster in der Verzahnungsgeometrie lässt sich das Geräuschverhalten, bzw. das subjektive Empfinden des Geräusches deutlich verbessern.

[0020] Ein wesentlicher Effekt des Verfahrens gemäß Erfindung ist ein Anheben des Grundrauschpegels, respektive eine Absenkung der Amplituden der tonalen, respektive periodischen Geräuschanteile, wie beispielsweise der Zahneingriffsfrequenzen, gegenüber den Amplituden des Grundrauschens des Verzahnungsgeräusches.

[0021] Da insbesondere die Geräuschanregung aus dem Zahneingriff einen entscheidenden Einfluss auf das Geräuschverhalten von Verzahnungen besitzt, wird gemäß Erfindung ein Verfahren bereitgestellt, bei dem im Rahmen der (Hart-)Feinbearbeitung der Zahnflanken mindestens eines Zahnrad-Werkstücks eines Zahnradpaares eine stochastisch variierende Flankenmodifikation mindestens über einen Teil aller konkaven und/oder konvexen Zahnflanken gelegt. Vorzugsweise wird eine stochastisch variierende Flankenmodifikation über alle konkaven und/oder konvexen Zahnflanken mindestens eines Zahnrad-Werkstücks eines Zahnradpaares gelegt.

[0022] Es wird also gemäß Erfindung die Soll-Topografie mindestens eines Zahnrad-Werkstücks eines Zahnradpaares durch stochastische, zahnindividuelle Flankenmodifikationen angepasst, um beim Zahneingriff mit dem zweiten Zahnrad des Zahnradpaares für einen Ease-Off zu sorgen, der bei jedem Zahneingriff etwas anders ist als beim jeweils vorausgegangenen Zahneingriff.

[0023] Es ist wichtig zu verstehen, dass sich diese zahnindividuellen Flankenmodifikationen von den Grundmodifikationen der Zahnflanken unterscheiden, die im Rahmen der Auslegung typischerweise vorgegeben werden. Diese Grundmodifikationen sind für alle Zahnflanken gleich, wohingegen die zahnindividuellen Flankenmodifikationen von Zahn zu Zahn stochastisch verteilt variieren. Solche Grundmodifikationen werden im Rahmen der Auslegung zum Beispiel vorgegeben, um der Verlagerungsempfindlichkeit der beiden Räder eines Zahnradpaares Rechnung zu tragen.

[0024] D.h., gemäß Erfindung werden alle Zahneingriffe einer Zahnradpaarung gezielt mit einem Ease-Off versehen, der eine nichtperiodische bzw. stochastische Verteilung hat. Da sich der Ease-Off einer Zahnradpaarung aus dem Zusammenspiel, bzw. Abwälzen der Flankentopographien von Rad und Gegenrad ergibt, kann man eine stochastische Verteilung des Ease-Off durch eine stochastische, zahnindividuelle Variation der Zahnflankentopgraphien an einem der beiden Räder oder an beiden Rädern erzielen. Die zahnindividuelle Variation der Zahnflankentopgraphien kann bei einem der beiden Räder, oder bei beiden Rädern, auch nur an einer Teilmenge der Zahnflanken vorgenommen werden.

[0025] Die Erzeugung solcher von Zahn zu Zahn variierenden Zahnflankentopographien kann entweder durch eine Variation des Werkzeugprofils oder durch eine Variation der Werkzeugbewegung relativ zur Zahnflanke mittels Beeinflussung der Maschinenkinematik während der Erzeugung oder der (Fein-)Bearbeitung der Zahnflanke erreicht werden oder durch eine Kombination der Variation von Werkzeuggeometrie und Maschinenkinematik.

[0026] Für den praktischen Anwendungsfall wird bei allen Ausführungsformen bevorzugt eine reine Variation der Maschinenkinematik eingesetzt, da man ansonsten die Geometrie des Werkzeuges zwischen der Bearbeitung einer jeder Zahnlücke verändern müsste, was die Bearbeitungszeit und die Produktionskosten extrem erhöhen würde. [0027] Um gemäß Erfindung bei allen Ausführungsformen eine aperiodische, bzw. stochastische Zahnflanken-Topographie (hier als zahnindividuelle Variation der Zahnflankentopgraphien bezeichnet) von Zahnlücke zu Zahnlücke mittels Variation der Maschinenkinematik erzeugen zu können, bieten sich vorzugsweise die sogenannten Einzelteilverfahren zur Feinbearbeitung von Verzahnungen an.

[0028] Das Verfahren gemäß Erfindung lässt sich zwar allgemein auch auf die kontinuierlich teilenden (Hart-Fein)Bearbeitungsverfahren von Verzahnungen anwenden, jedoch gestaltet sich dies aufgrund des meistens bei diesen Verfahren auftretenden Mehrfacheingriffes zwischen Werkzeug und Werkstück deutlich schwieriger, bzw. birgt die Gefahr, dass man sehr stark in der Bewegungsfreiheit respektive Variation der Maschinenkinematik eingeschränkt wird.

[0029] Bei Anwendung des Verfahrens gemäß Erfindung im Einzelteilverfahren kommt vorzugsweise bei allen Ausführungsformen das Schleifen von Kegelradverzahnungen mit topfförmiger Schleifscheibe oder das Profilschleifen von Zylinderradverzahnungen mit scheibenförmiger Schleifscheibe zum Einsatz. Für die aperiodische bzw. stochastische Variation der Zahnflankentopographie mittels Maschinenkinematik kann die gemäß Grundauslegung der Verzahnung vorgegebene Basiskinematik zwischen Werkzeug und Werkstück durch eine überlagerte Zusatzbewegung sämtlicher Maschinenachsen erzeugt werden. Welche der Achsen vorzugsweise eingesetzt werden, hängt von dem individuellen Achsaufbau der Verzahnungsmaschine ab.

[0030] Sinnvollerweise ist die aperiodische bzw. stochastische Variation der Zahnflankentopographien bei allen Ausführungsformen so auszuführen, dass die Amplituden des Drehfehlers der Grundauslegung nur soweit modifiziert werden, wie es für die Erzeugung des Effektes der Grundrauschverstärkung erforderlich ist. Weiterhin ist darauf zu achten, dass bei den Übergängen zwischen den einzelnen Zahneingriffen keine Sprünge im Verlauf des Drehfehlers entstehen, da solche Unstetigkeiten zu einer impulsartigen Geräuschanregung führen und ein subjektiv unangenehmes Geräusch erzeugen können.

[0031] Gemäß Erfindung wird unter anderem ein Verfahren bereit gestellt, bei dem im Rahmen der Feinbearbeitung - vorzugsweise im Rahmen der Hartfeinbearbeitung - der konkaven und/oder konvexen Zahnflanken eines Zahnrad-Werkstücks eine stochastisch variierende Topografieanpassung über alle Zahnflanken gelegt wird. D.h., vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen alle Zahneingriffe eines Zahnradpaares mit einem Ease-Off versehen, der eine nicht-periodische Verteilung hat.

[0032] Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen, basierend auf einer festgelegten Grundtopografie einer Verzahnung bzw. dem Ease-Off eines Radsatzes, eine zahnindividuelle Topografievariation vorgenommen, die sich von Zahn zu Zahn unterscheidet, um einen Radsatz zu erzeugen, der gegenüber einer für jede Flanke gleichen Topografie eine reduzierte tonale Geräuschanregung aufweist.

[0033] Diese Variation erfolgt bei allen Ausführungsformen bevorzugt ohne Änderung des Werkzeugprofils sondern lediglich durch eine gezielte Bewegungsanpassung (hier durch die Vorgabe einer stochastisch verteilten Zusatzbewegung) des Werkzeugs relativ zu den Zahnflanken des vorverzahnten Zahnrad-Werkstücks.

[0034] Vorzugsweise findet die Erfindung Anwendung auf Zahnrad- Werkstücke nach dem Härten. Daher wird das Verfahren der Erfindung auch als Verfahren zur optimierten Hartfeinbearbeitung bezeichnet. [0035] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass durch den Einsatz der optimierten Schleif- und/oder Schälwälzfräsbearbeitung die Schwingungsund Geräuschanregung des Zahneingriffes eines Zahnradpaares reduziert oder zumindestens subjektiv verbessert werden kann.

[0036] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass aufgrund der stochastischen Verteilung der Topografievariation die Mittelwerte (z.B. des Eingriffswinkels, Spiralwinkels, der Verwindung, der Höhen- und Längsballigkeit) des fertig bearbeiteten Zahnrad-Werkstücks, falls diese über alle Zähne gemessen werden, keine oder nahezu keine Änderungen gegenüber Zahnrad-Werkstücken zeigen, die nicht mittels der Erfindung feinbearbeitet wurden.

[0037] Gemäß Erfindung kommt die optimierte Schleifbearbeitung vorzugsweise nach dem Weichverzahnen und der anschliessenden Wärmebehandlung (Härten) zum Einsatz.

[0038] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

ZEICHNUNGEN

[0039] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

FIG. 1A zeigt beispielhaft und schematisch das Körperschallspektrum einer Kegelradpaarung, deren Zahnräder nach den Härten durch Läppen feinbearbeitet wurden;

FIG. 1B zeigt beispielhaft und schematisch das Körperschallspektrum einer Kegelradpaarung, deren Zahnräder nach den Härten durch Schleifen feinbearbeitet wurden; FIG. IC zeigt beispielhaft und schematisch das Körperschallspektrum einer Kegelradpaarung, deren Zahnräder gemäß Erfindung nach den Härten durch Schleifen feinbearbeitet wurden;

FIG. 2A zeigt eine stark schematisierte Ansicht einer

Topfschleifscheibe, die in bekannter Art und Weise gelagert ist und die eine konkave Flanke einer Zahnlücke eines Tellerrad- Werkstücks bearbeitet;

FIG. 2B zeigt eine stark schematisierte Schnittansicht der

Topfschleifscheibe nach Fig. 2A entlang der Schnittlinie Xl-Xl ;

FIG. 3 zeigt eine schematisierte Ansicht eines Teils einer ersten erfindungsgemäßen Schleifmaschine mit einer Topfschleifscheibe, die auf einer Werkzeugspindel drehbar gelagert ist, und mit einem zu bearbeitenden Kegelradwerkstück, das auf einer Werkstückspindel drehbar gelagert ist, wobei sich im gezeigten Moment die Topfschleifscheibe und das Kegelradwerkstück nicht im Eingriff befinden;

FIG. 4 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Schleifmaschine mit einer hängend angeordneten Topfschleifscheibe, die auf einer Werkzeugspindel drehbar gelagert ist, und mit einem zu bearbeitenden Kegelradwerkstück, das auf einer Werkstückspindel drehbar gelagert ist, wobei sich im gezeigten Moment die Topfschleifscheibe und das Kegelradwerkstück nicht im Eingriff befinden;

FIG. 5A zeigt beispielhaft und schematisch die Ist-Topografie der

Zahnflanken eines ersten Zahnes eines Zahnrad-Werkstücks (hier ein Ritzel) gegenüber der Solltopografie dieses ersten Zahnes, wobei diese Solltopografie Grundmodifikationen aufweist;

FIG. 5B zeigt beispielhaft und schematisch die Ist-Topografie der

Zahnflanken eines weiteren Zahnes des Zahnrad-Werkstücks (hier ein Ritzel) gegenüber der Solltopografie dieses weiteren Zahnes, wobei diese Solltopografie Grundmodifikationen aufweist.

Detaillierte Beschreibung

[0040] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet, die auch in einschlägigen Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen soll. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Schutzansprüche soll durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden. Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäss anzuwenden.

[0041] Die Erfindung lässt sich beispielweise auf das Einzelteilverfahren anwenden, wie eingangs erwähnt. Daher werden im Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2B Details hierzu beschrieben.

[0042] In Fig. 2A ist eine schematische Darstellung eines Ansatzes der Erfindung gezeigt, bei dem sich ein Schleifwerkzeug 1 (hier eine Topfschleifscheibe 1) um einen Scheibenmittelpunkt M l dreht. Die Rotationsachse Rl der Werkzeugspindel (nicht gezeigt) steht senkrecht zur Zeichenebene und verläuft durch den Scheibenmittelpunkt M l . Die Rotation der Topfschleifscheibe 1 um die Rotationsachse Rl ist in Fig. 2A mit ωΐ bezeichnet. Der entsprechende Achsantrieb wird im Folgenden mit AI bezeichnet. Im gezeigten Moment wird eine konkave Zahnflanke 5.1 eines Zahnes 5 des Zahnrad-Werkstücks 100 geschliffen. Mit dem Bezugszeichen 5.2 ist eine konvexe Zahnflanke bezeichnet. Jeweils eine konkave Zahnflanke 5.1 und eine konvexe Zahnflanke 5.2 definieren eine Zahnlücke 6.

[0043] Fig. 2B zeigt einen schematisch vereinfachten Schnitt entlang der Linie Xl-Xl durch einen Teil der Topfschleifscheibe 2, wobei keinerlei in der Praxis notwendigen und auch vorhandenen Abrundungen der Ecken dargestellt sind. In Fig. 2B kann man das Profil 8 der Topfschleifscheibe 1 erkennen. Zum Schleifen der konkaven Zahnflanken 5.1 des Werkstücks 100 kommt die äußere Flanke am Außenumfang der Topfschleifscheibe 1 zum Einsatz. Zum Schleifen der konvexen Zahnflanken 5.2 des Werkstücks 100 kommt die innere Flanke am Innenumfang der Topfschleifscheibe 1 zum Einsatz.

[0044] In Fig. 2A kann man im Prinzip einen Teilschritt der Hartfeinbearbeitung eines Zahnrad-Werkstücks 100 erkennen, wobei das Überlagern oder die Vorgabe einer stochastisch verteilten Zusatzbewegung nicht in dieser statischen Darstellung sichtbar gemacht werden kann.

[0045] Das Verfahren der Erfindung wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen in einer Zahnrad-Schleifmaschine oder in einer Schälwälzfräsmaschine durchgeführt, wobei die Steuerung 50, oder ein Softwaremodul, oder eine Software SW für das Vorgeben der stochastisch verteilten Zusatzbewegung der Erfindung sorgt. Generell ist hier von mehrachsigen Verzahnungsmaschinen 20 die Rede, wobei vorzugsweise bei allen Ausführungsformen CNC-gesteuerte Maschinen 20 zum Einsatz kommen.

[0046] In den Figuren 3 und 4 sind Verzahnungsmaschinen 20 gezeigt, die zum Schleifen ausgerüstet sind. Diese Verzahnungsmaschinen 20 können auch anders bestückt werden. [0047] Eine Verzahnungsmaschine 20 der Erfindung umfasst beispielweise, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, eine Werkstückspindel 22, die zur Aufnahme eines Kegelradwerkstücks 100 (hier in Form eines stilisiert dargestellten Tellerrads) ausgelegt ist. Ausserdem umfasst sie eine Werkzeugspindel 21 zur Aufnahme eines Schleifwerkzeugs 1 (hier in Form einer Topfschleifscheibe 1) sowie mehrere Antriebe (z.B. AI, Bl und weitere Antriebe, die nicht in den Figuren gezeigt sind) zum Bearbeiten des Kegelradwerkstücks 100 mit dem Schleifwerkzeug 1. Das Schleifwerkzeug 1 führt beim (Fein-)Bearbeiten des Kegelradwerkstücks 100 eine Rotation ωΐ um die Rotationsachse Rl der Werkzeugspindel 21 aus. Der entsprechende Achsantrieb ist, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2A erwähnt, mit AI bezeichnet. Das Schleifwerkzeug 1 greift in das Kegelradwerkstück 100 ein, wie z.B. in Fig. 2A anhand eines spiralverzahnten Tellerrads gezeigt, um im Rahmen der (Fein-) Bearbeitung gezielt Material abzutragen.

[0048] Da es in diesem Ausführungsbeispiel um ein sogenanntes Einzelteil-Schleifverfahren geht, führt das Kegelradwerkstück 100 nach jeder Bearbeitung einer Flanke einer Zahnlücke eine Teilungsdrehung B um die Rotationsachse R2 aus. Es handelt sich also um ein diskontinuierliches Verfahren. So werden z.B. alle konkaven Flanken 5.1 aller Zähne 5 Schritt für Schritt (fein-)bearbeitet (siehe Fig. 2A). Weiterhin ist eine CNC-Steuerung 50 gezeigt, die dazu ausgelegt ist die Bewegungsabläufe in der Maschine 20 zu steuern, wie durch die Steuersignale II, 12 angedeutet.

[0049] Weiterhin kann bei allen Ausführungsformen ein Rechner 10 vorhanden sein, der speziell dazu ausgelegt (programmiert) ist das Verfahren der Erfindung zur Anwendung zu bringen. Der Rechner 10 ist kommunikationstechnisch mit der Maschine 20 und/oder der Steuerung 50 verbunden, wie in Fig. 3 durch die Verbindung 11 angedeutet. Der Rechner 10 muss nicht zwingend bei den Ausführungsformen der Erfindung als vollständiger Rechner ausgeführt sein. Es kann auch bei allen Ausführungsformen ein Rechnermodul, ein Chipmodul oder eine Steckkarte mit Prozessor oder dergleichen eingesetzt werden. Der Rechner 10 kann bei allen Ausführungsformen auch Teil der Steuerung 50 sein, oder die Steuerung 50 kann Teil des Rechners 10 sein.

[0050] Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Schleifmaschine 20 mit einer hängend angeordneten Topfschleifscheibe 1, die auf einer Werkzeugspindel 21 drehbar gelagert ist, und mit einem zu bearbeitenden Kegelradwerkstück 100, das auf einer Werkstückspindel 22 drehbar gelagert ist, wobei sich im gezeigten Moment die Topfschleifscheibe 1 und das Kegelradwerkstück 100 nicht im Eingriff befinden. Die Aussagen, die zuvor in Bezug auf den Rechner 10 gemacht wurden, sind auch hier anzuwenden.

[0051] Die in Fig. 4 beispielhaft gezeigte Einspindel-Schleifmaschine 20 umfasst weiterhin einen Werkzeugschlitten 23, der parallel zur Linearachse Y und zur Linearachse Z verschiebbar an einem Maschinenständer 24 gelagert ist. Die Maschine 20 weist eine weitere Linearachse auf, die als X-Achse bezeichnet ist. Zusätzlich umfasst diese Maschine 20 eine Schwenkachse C, die ein Schwenken der Werkstückspindel 22 samt Werkstück 1 ermöglicht. Weiterhin ist eine CNC-Steuerung 50 gezeigt, die dazu ausgelegt ist die Bewegungsabläufe in der Maschine 20 zu steuern, wie durch die Steuersignale II, 12 angedeutet. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein Rechner 10 Teil der Steuerung 50 sein, oder die Steuerung 50 kann Teil eines Rechners 10 sein.

[0052] Die Einspindel-Schleifmaschine 20 der Fig. 4 ist speziell zum Schleifen spiralverzahnter Kegelräder ausgelegt. In dieser Maschine 20 kann das Verfahren der Erfindung besonders vorteilhaft implementiert werden. [0053] Durch den Einsatz einer geeigneten Steuerung 50 und/oder einer geeigneten Software bzw. eines Software-Moduls SW, kann die geometrische Genauigkeit des Hartfeinbearbeitungsverfahrens (z.B des Schleifens oder des Schälwälzfräsens) das Bearbeitungsergebnis im Vergleich zum Läppen gezielt beeinflusst werden. Dadurch wird die Hartfeinbearbeitung reproduzierbar und eignet sich daher vor allem auch für die Feinbearbeitung, gemäß Erfindung, in der Serienproduktion von Zahnrädern und Zahnradpaarungen.

[0054] Gemäß Erfindung wird durch die Steuerung 50 und/oder durch eine geeignete Software bzw. durch ein Software -Modul SW das Geräuschverhalten von Zahnrädern und Zahnradpaarungen durch die gezielte Veränderung der Verzahnungsgeometrie verbessert, wobei dies durch die Vermeidung störender Periodizitäten erzielt wird. D.h. es werden bei allen Ausführungsformen periodische Geometrieanteile durch Überlagerung von stochastischen Elementen eliminiert.

[0055] Durch die Vermeidung, bzw. durch die Reduzierung periodischer Muster in der Verzahnungsgeometrie lässt sich gemäß Erfindung das Geräuschverhalten, bzw. das subjektive Empfinden des Geräusches deutlich verbessern.

[0056] Das Verfahren gemäß Erfindung basiert unter anderem auf dem Anheben des Grundrauschpegels, wobei es dadurch zu einer Absenkung der Amplituden der tonalen, respektive periodischen Geräuschanteile, wie beispielsweise der Zahneingriffsfrequenzen, gegenüber den Amplituden des Grundrauschens des Verzahnungsgeräusches kommt.

[0057] Die Erzeugung solcher von Zahn zu Zahn variierenden Zahnflankentopographien kann gemäß Erfindung entweder durch eine Variation des Werkzeugprofils (z.B. der Profils 8 einer Topfschleifscheibe 2) oder durch eine Variation der Werkzeugbewegung relativ zur Zahnflanke des Zahnrad-Werkstücks mittels Beeinflussung der Maschinenkinematik während der Erzeugung oder Nachbearbeitung der Zahnflanke erreicht werden. Gemäß Erfindung kann bei allen Ausführungsformen aber auch eine Kombination der Variation von Werkzeuggeometrie und Maschinenkinematik zum Einsatz kommen.

[0058] Für den praktischen Anwendungsfall wird eine reine Variation der Maschinenkinematik eingesetzt, wie bereits eingangs beschrieben.

[0059] Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen beim Verfahren der Erfindung nur die Maschinenachsen verwendet, die bereits bei der Basiskinematik zur Erzeugung der Geometrie nach der Grundauslegung verwendet werden, oder die beim konventionellen Feinhartbearbeiten sowieso zum Einsatz kommen.

[0060] Das Verfahren der Erfindung dient speziell zur Bearbeitung eines Zahnrad-Werkstücks 100, das mehrere Zahnlücken 6 umfasst, die durch je zwei Zahnflanken 5.1, 5.2 definiert sind (siehe Fig. 2A). Es kommt stets ein Verzahnungswerkzeug 1 zum Einsatz kommt, um mindestens eine Teilmenge aller Zahnflanken 5.1, 5.2 mit einer nicht-periodisch verteilten Modifikation der Flankengeometrie zu versehen.

[0061] Es können z.B. alle konkaven Zahnflanken 5.1 und/oder alle konvexen Zahnflanken 5.2 gemäß Erfindung bearbeitet oder nachbearbeitet werden.

[0062] Es können z.B. alle konkaven Zahnflanken 5.1 einer Teilmenge der Zahnflanken und/oder alle konvexen Zahnflanken 5.2 einer Teilmenge der Zahnflanken gemäß Erfindung bearbeitet oder nachbearbeitet werden.

[0063] Das Verfahren der Erfindung kommt vorzugsweise auf einer mehrachsigen Verzahnungsmaschine 20 zur Anwendung, wie beispielhaft in den Figuren 3 und 4 gezeigt. Durch den Einsatz einer CNC Steuerung 50 der Verzahnungsmaschine 20 wird dem Werkzeug 1 eine Relativbewegung in Bezug zu den Zahnflanken 5.1, 5.2 vorgegeben, die so räumlich und zeitlich variiert wird, dass mindestens jede Zahnflanke 5.1, 5.2 der Teilmenge der Zahnflanken in Bezug auf eine darauffolgende Zahnflanke dieser Teilmenge eine minimal unterschiedliche Flankengeometrie erhält.

[0064] Vorzugsweise wird vor dem Ausführen des Verfahrens der Erfindung, z.B. im Rahmen einer Auslegung der Verzahnung, durch den Einsatz einer Software oder eines Software-Moduls SW rechnerisch der Zahnkontakt zwischen dem Zahnrad-Werkstück 100 und einem damit zu paarenden weiteren Zahnrad-Werkstück ermittelt. Dann wird die nichtperiodisch verteilte Modifikation des Zahnkontaktes für den Kontakt einer jeden Zahnflanke des Zahnrad-Werkstücks 100 mit einer jeden Gegenflanke des weiteren Zahnrad-Werkstücks vorgeben.

[0065] Das Verfahren kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung nur auf die Zugseite aller, oder eines Teils aller Zähne, beschränkt sein. Das Verfahren kann bei allen Ausführungsformen zusätzlich aber auch auf die Schubseite angewendet werden.

[0066] Die nicht-periodisch verteilte Modifikation kann bei allen Ausführungsformen z.B. mittels einer Flankengenerator-Software ermittelt wird, bevor das Verfahren zur (Fein-)Bearbeitung ausgeführt wird.

[0067] Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen die Bearbeitung so ausgeführt, dass sich für eine Paarung des Zahnrad-Werkstücks 100 mit einem zweiten Zahnrad-Werkstück eine effektive Momentanübersetzung ergibt, die keine sich periodisch wiederholende Schwingungsanteile aufweist. [0068] Gemäß Erfindung werden vorzugsweise bei allen Ausführungsformen Parameter der Verzahnung definiert, die variiert werden sollen, sowie Variationsgrenzen für jeden Parameter. Um die variierten Topografien der Zahnflanken ohne Änderung des Werkzeugprofils herstellen zu können, bietet sich für Tellerräder, die im Tauchverfahren hergestellt werden, eine Beschränkung auf die Parameter Eingriffswinkel und Spiralwinkel an.

[0069] Anhand der folgenden Tabelle werden Beispiele für die Parameter und deren Variationsgrenzen angeben:

[0070] Anhand dieser beispielhaften Tabelle kann man erkennen, dass beim Feinbearbeiten der Zahnflanken im Tauchverfahren hergestellter Tellerräder die Eingriffswinkel im Bereich von plus/minus 0,02 Grad und der Spiralwinkel im Bereich von plus/minus 0,005 Grad, geändert werden können. D.h. innerhalb dieser Variationsgrenzen lassen sich zahlreiche verschiedene Modifikationen der Zahnflanken definieren, die sich nicht periodisch wiederholen.

[0071] Innerhalb der Variationsgrenzen der einzelnen Parameter werden individuelle Parameterkombinationen festgelegt, die jeweils eine Topografievariante definieren. Die Festlegung kann z.B. zufällig erfolgen.

[0072] Wie der Tabelle zu entnehmen ist, können bei Ritzeln, die gemäß Erfindung feinbearbeitet werden, neben dem Eingriffswinkel und dem Spiralwinkel auch die Höhenballigkeit und/oder die Längsballigkeit und/oder die Verwindung zur Variation der Flankentopografie herangezogen werden, da die Ritzel nicht durch Tauchen im Einzelteilverfahren bearbeitet werden.

[0073] Bei gewälzten Tellerrädern sind Variationen analog zu Ritzeln möglich.

[0074] Fig. 5A zeigt beispielhaft und schematisch die Ist-Topografie der Zahnflanken eines ersten Zahnes eines Zahnrad-Werkstücks 1 (hier ein Ritzel) gegenüber der Solltopografie dieses ersten Zahnes, wobei es sich hier um die Solltopografie mit Grundmodifikationen handelt.

[0075] Fig. 5B zeigt beispielhaft und schematisch die Ist-Topografie der Zahnflanken eines weiteren Zahnes des Zahnrad-Werkstücks 1 der Fig. 5A gegenüber der Solltopografie dieses weiteren Zahnes, wobei es sich hier um die Solltopografie mit Grundmodifikationen handelt.

[0076] Um die stochastische Verteilung der Flankenmodifikationen darstellen zu können, müssten eigentlich mehr als nur zwei Zähne eines entsprechend modifizierten Zahnrad-Werkstücks 1 gezeigt werden. Da eine Darstellung gemäß Fig. 5A und 5B von zahlreichen Zähnen jedoch keinen wichtigen Inhalt vermitteln würde - ausser der Tatsache, dass sich z.B. alle konvexen Zahnflanken voneinander unterscheiden, wurde hier auf eine Darstellung aller Zahnflanken und der Messungen verzichtet. Der Fachmann ist problemlos in der Lage die Aussage der Figuren 5A und 5B auch auf weitere Zahnflanken zu übertragen.

[0077] Bei dem in den Figuren 5A und 5B gezeigten Beispiel konzentriert sich die Flankenmodifikation primär auf die konvexen Zahnflanken, die jeweils in der unteren Bildhälfte gezeigt sind. Die konkaven Zahnflanke (jeweils in der oberen Bildhälfte gezeigt) sind hier bei dem ersten Zahn in Fig. 5A und dem weiteren Zahn in Fig. 5B nahezu identisch. [0078] Die Grafiken der Figuren 5A und 5B basieren auf einer Messung, die in der Maschine 20 durchgeführt wurde ohne das Zahnrad-Werkstück 1 umzuspannen. Insgesamt wurde die Ist-Topografie der Zahnflanken nach der Feinbearbeitung an 7 x 15 Punkten gemessen. Zu diesem Zweck wurden die Flanken in 7 Spalten A bis G und in 15 Zeilen 1 - 15 unterteilt. Die Istwerte der Ist-Topografie sind in jedem Punkt des 7 x 15 Gitters als Normale zur Sollebene aufgetragen. Um so stärker der Istwert gegenüber dem Sollwert (Solltopografie der Flanke mit Grund-Modifikation) abweicht, um so länger sind diese Normalen.

[0079] Links sind neben dem konvexen Zahn der Fig. 5A beispielhafte Zahlenwerte angebracht. Am Punkt (G,l) des Rasters ist der entsprechende Zahn um 11,3 pm dicker als der Sollwert. Der Punkt (G,l) liegt innen am Zahnrad-Werkstück 1 direkt in Fußnähe. Am Punkt (G,15) des Rasters ist der entsprechende Zahn um 11,3 pm dünner (daher -11,3 in Fig. 5A) als der Sollwert. Der Punkt (G,15) liegt innen am Zahnrad- Werkstück 1 direkt in Kopfnähe.

[0080] Entsprechend sind auch links neben dem konvexen Zahn der Fig. 5B beispielhafte Zahlenwerte angebracht. Am Punkt (G,l) des Rasters ist der entsprechende Zahn um 4,7 pm dicker als der Sollwert. Am Punkt (G,15) des Rasters ist der entsprechende Zahn um 13,9 pm dünner (daher -13,9 in Fig. 5B) als der Sollwert.

[0081] Bereits an diesen beispielhaften Zahlen kann man erkennen, dass die konvexe Zahnflanke des ersten Zahnes sich von der konvexen Zahnflanke des weiteren Zahnes unterscheidet.

[0082] Wie bereits erwähnt, werden vorzugsweise bei allen Ausführungsformen mindestens die Zahnflanken auf der Zugseite der Zähne beim Feinbearbeiten mit einer stochastisch verteilten Flankenmodifikation belegt. [0083] Falls sowohl die Zug- als auch die Schubseite der Flanken stochastisch verändert werden, so wird darauf geachtet, dass die Werte für die beiden Flanken einer Zahnlücke betragsmäßig gleich sind, wobei sie für den Spiralwinkel und die Längsballigkeit das gleiche Vorzeichen aufweisen und für den Eingriffswinkel, die Höhenballigkeit und die Verwindungen entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen, um eine optimale Herstellbarkeit ohne Änderung des Werkzeugprofils zu ermöglichen.

[0084] Vorzugsweise ist bei allen Ausführungsformen die Anzahl der Topografievarianten kleiner oder gleich der Zähnezahl des jeweiligen Zahnrad-Werkstücks. Ist die Anzahl kleiner als die Zähnezahl (z.B. 10 Varianten bei 45 Zähnen), so muss für die einzelnen Zahnlücken festgelegt werden, welche Variante verwendet wird. Diese Festlegung kann bei allen Ausführungsformen zufällig erfolgen.

[0085] Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen für jede Topografievariante Maschineneinstellungen (falls nur mit kleinen Änderungen der Maschineneinstellungen gearbeitet wird) und gegebenenfalls die Werkzeuggeometriedaten (falls auch mit Änderungen der Werkzeuggeometrie gearbeitet wird) als Absolutwerte oder Differenzwerte relativ zur Grundauslegung ermittelt, mit denen diese hergestellt werden kann. Gegebenenfalls kann die Topografievariante hierbei nur angenähert werden. Die einzelnen Zahnlücken der Zahnrad- Werkstücke werden gemäß diesen individuellen Maschineneinstellungen und gegebenenfalls Werkzeuggeometriedaten hergestellt.

[0086] Basierend auf den individuellen Maschineneinstellungen und gegebenenfalls Werkzeuggeometriedaten wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen für jede Topografievariante die individuelle Zahneinzel-Solltopografie bestimmt.

[0087] Um das Verfahren der erfindungsgemäßen Feinbearbeitung reproduzierbar und robust zu machen, werden vorzugsweise bei allen Ausführungsformen einzelne, mehrere oder alle Zahnlücken in der Bearbeitungsmaschine 20 gegen die individuellen Solltopografien (Zahneinzel-Solltopografie genannt) vermessen. Falls erforderlich werden dann, wie folgt, Korrekturen der Maschineneinstellungen der Bearbeitungsmaschine 20 und gegebenenfalls der

Werkzeuggeometriedaten durchgeführt:

- individuell für einzelne Zahnlücken oder mehrerer Zahnlücken mit gleicher Solltopografie zur Anpassung dieser Zahnlücken an die zugrunde liegende Solltopografie,

- basierend auf den Abweichungen einzelner, mehrerer oder aller Zahnlücken gegenüber der jeweils individuellen Solltopografie als allgemeingültige Korrektur zur Anpassung aller Einzeltopografien an die jeweiligen Solltopografien.

[0088] Vorzugsweise umfasst das Verfahren der Erfindung bei allen Ausführungsformen die folgenden Schritte:

- Festlegen einer Grundtopografie aller konkaven und/oder konvexen Zahnflanken eines Zahnrad-Werkstücks 1,

- Festlegen einer Topografievariation z.B.

o durch das Laden zuvor gespeicherter Angaben,

o durch das Auswählen (z.B. auf einem Rechner 10) einer geeigneten, zuvor definierten Topografievariation,

o durch das rechnergestützte Bestimmen einer Topografievariation, o durch das Definieren von Parametern und/oder Variationsgrenzen und das rechnergestützte Anwenden eines Algorithmus

- Berechnen/Bereitstellen der individuellen Solltopografien eines Teils oder aller Zahnflanken,

- Berechnen/Bereitstellen der entsprechenden Maschinenkinematik und gegebenenfalls geänderter Werkzeugdaten, für Topografie der Zahnflanke(n) des Teils oder aller Lücke,

- Feinbearbeiten des Teils oder aller Zahnflanken (z.B. durch Schleifen), - Messen - vorzugsweise innerhalb der Bearbeitungsmaschine 20 ohne Umspannen des Zahnrad-Werkstücks 1 - der aktuellen Flankentopografien gegen die individuellen Solltopografien, z.B. um Abweichungen ermitteln zu können, die außerhalb von Toleranzen liegen,

- falls erforderlich, z.B. weil die Isttopografie einer Flanke außerhalb der Toleranz gegenüber der individuellen Solltopografie liegt, Durchführen einer Korrekturbearbeitung mindestens dieser einen Flanke in der Bearbeitungsmaschine 20 ohne Umspannen des Zahnrad-Werkstücks 1.

[0089] Es ist hier anzumerken, dass mindestens ein Teil der Vorfahrensschritte, die vorstehend beschrieben wurden, auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. So kann z.B. in einem Teilschritt die Maschinenkinematik bereitgestellt oder berechnet werden, um dann in einem nachfolgenden Teilschritt basierend auf dieser Maschinenkinematik die individuellen Solltopografien bestimmen zu können. Die individuellen Solltopografien, die aus der Maschinenkinematik bestimmt wurden, können dann exakt in der Maschine 20 bearbeitet werden.

[0090] Bezugszeichen:

Verzahnungswerkzeug / 1 Schleifwerkzeug

Zahn 5

Konkave Zahnflanke 5.1

Konvexe Zahnflanke 5.2

Zahnlücke 6

Profil 8

Rechner (intern oder extern) 10

Kommunikationstechnische 11 Verbindung (z.B. über Netzwerk)

Verzahnungsmaschine/Schleifmaschine 20

Werkzeugspindel 21

Werkstückspindel 22

Werkzeugschlitten 23

Maschinenständer 24

CNC-Steuerung 50

Zahnrad-Werkstück 100

Spalten A bis G

Rotationsantrieb/-achse AI

Antrieb Bl

Steuersignale II, 12

Scheibenmittelpunkt M l

Rotationsachse Rl

Rotationsachse R2

Rotation um R2 / Teilungsdrehung B

Schwenkachse C

Software / Modul sw

Schnittlinie XI - XI

Linearachsen X, Y, z

Winkelgeschwindigkeit um Rl (D l