UND VERZAHNUNGSMASCHINE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Verzahnung eines in einer Aufspannung gehaltenen Werkstücks, bei dem ein um seine Drehachse rotierendes, Schneidkanten aufweisendes Verzahnungswerkzeug mit der insbesondere um ihre Dreh achse rotierenden Verzahnung in insbesondere wälzenden spanabtragenden Bearbei tungseingriff gebracht wird, um in einem oder mehreren Bearbeitungsdurchgängen eine vorgegebene Zahnflankenendgeometrie zu erzeugen.

Derartige Verfahren sind bekannt, zu deren bekanntesten Vertretern zählen das Wälzfräsen, Wälzstoßen und Wälzschälen,

Die hergestellten Verzahnungen werden oftmals in Getrieben eingesetzt und für diesen Einsatz in den Getrieben vorab mit Messverfahren überprüft, beispielsweise auf Verzahnungsfehler, die später im Getriebe zu ungewollten Geräuschen oder anderweiti gem Versagen führen können. Wenn beispielsweise eine für die beabsichtigte Tragfähigkeit der Verzahnungsflanken vorgesehenen Zahnflankenmodifikationen etwa in Form einer gewünschten Balligkeit nicht erreicht wird, kann aufgrund der Ergebnisse der Messverfahren beim Herstellungsverfahren nachjustiert werden oder ggf einzelne Werkstücke aussortiert werden. Dennoch kommt es immer wieder vor, dass hergestellte Verzahnungen im späteren Einsatz im Getriebe nicht die gewünschten Eigenschaften aufzeigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art insbesondere im Hinblick auf einen späteren zuverlässigeren Einsatz der Verzahnungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht durch eine Weiterbildung des Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass während des die Zahnflankenendgeometrie erzeugenden Bearbeitungsdurch gangs eine auf das Ereignis eines durch die insbesondere wälzende Bearbeitung bewirkten Einpressens eines bereits abgetragenen Spans in eine bearbeitete Zahnflanke der Ver zahnung ansprechende Überwachung durchgeführt wird und bei Ansprechen der Überwachung insbesondere automatisch eine einen bei eingetretenem Ereignis durch den eingepressten Span gebildeten Materialüberstand über der Zahnflankenendgeometrie beseitigende zusätzliche Verzahnungsbearbeitung ausgeführt wird, die insbesondere in dersel ben Aufspannung des Werkstücks und insbesondere durch das Verzahnungswerkzeug selbst erfolgt.

Dabei beruht die Erfindung zunächst auf der Erkenntnis, dass die nicht zufriedenstellenden Eigenschaften darauf beruhen, dass in dem vorgesehenen letzten Bearbeitungsdurchgang ein umherfliegender Span in einen Spalt zwischen einer Fläche des Verzahnungswerkzeugs und der Verzahnung des Werkstücks gelangen kann und in Folge des Abwälzprozesses des Verzahnungswerkzeugs in die bereits bearbeitete Zahn flanke der Verzahnung eingepresst wird. Diese eingepressten Späne sind mechanisch nicht ohne Weiteres einfach lösbar, da aufgrund der üblicherweise bei der Bearbeitung auftretenden Temperaturen eine Art Kaltverschweißung oder Reibverschweißung mit dem Material des Werkstücks vorliegt. Des Weiteren beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass derartige Ereignisse oftmals im Fußbereich der Verzahnung auftreten und ais Einzelfälie, so dass sie von den üblicherweise durchgeführten Überprüfungen und Messverfahren nicht zuverlässig genug erkannt werden, um eine ausreichend hohe Trefferquote beim Aussortieren nicht geeigneter Verzahnungen sicherstellen zu können.

Schließlich beruht die Erfindung noch auf der Erkenntnis, dass bereits während dieses Bearbeitungsdurchgangs und nicht erst durch eine spätere Überprüfung festgestellt werden kann, ob möglicherweise ein solches schädliches Ereignis eingetreten ist, sowie auf der Erkenntnis, dass bereits im Verdachtsfall reagiert werden kann und dies sogar unmittelbar vor Ort und auch bei Bedarf ohne zusätzliche Werkzeuge. Die zusätzliche Verzahnungsbearbeitung beseitigt somit die Störung durch den eingepressten Span, ohne die Zahnflankenendgeometrie selbst zu modifizieren.

Zwar nimmt man durch die Durchführung der zusätzlichen Verzahnungsbearbeitung einen Zeitverlust in Kauf, wie dadurch bedingt auch unterschiedliche Bearbeitungszeiten für gleiche Werkstücke einer Charge, so dass es zu einer Uneinheitlichkeit im Bearbei tungstakt kommt Die Erfindung beruht jedoch weiter auf der Erkenntnis, dass dieser in Kauf genommene Zeitverlust durch die von der zusätzlichen Verzahnungsbearbeitung erreichten Wirkung und Verbesserung in der Zuverlässigkeit der Werkstücke überwogen werden.

In einer zweckmäßigen Verfahrensgestaltung spricht die Überwachung an, wenn die Amplitude des zeitlichen Verlaufs eines von ihr überwachten Parameters einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Die Einstellung des vorgegebenen Schwellenwerts erfolgt dabei so, dass ein Sicherheitsabstand zu einem Grundrauschen des zeitlichen Ver laufs des Parameters eingehalten wird, um die Gefahr eines Ansprechens trotz nicht eingetretenem Ereignis zu reduzieren. Zudem darf der Schwellenwert nicht so hoch gelegt werden, dass eintretende Ereignisse nicht mehr erfasst werden. Dabei hat es sich heraus gestellt, dass sich die Amplitude im Falle eines Ereignisses so stark vom Grundrauschen unterscheidet, dass die Schwelle über Durchführung von Tests ohne größere Schwierigkeiten geeignet festlegbar ist, beispielsweise im Bereich eines geringen Vielfachen der Standardabweichung des Grundrauschens, wobei je nach eingesetzter Überwachungstechnik und Überwachungsparameter durchaus auch unterschiedliche Schwellen gewählt werden können. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die zusätzliche Verzahnungsbearbeitung wenigstens über einen Breitenabschnitt der Verzahnung eine Wiederholung des das Ansprechen der Überwachung auslösenden Bearbeitungsdurchgangs ist. Auf diese Weise kann der eingeschweißte Span zuverlässig entfernt werden. In einem unglücklichen Fall Ist es denkbar, dass bei der Durchführung der zusätzlichen Verzahnungsbearbeitung erneut ein Span eingepresst wird, was jedoch ebenfalls aufgrund der Überwachung festgestellt würde und behoben werden könnte.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, die zusätzliche Verzahnungsbearbeitung mit einem gegenüber dem das Ansprechen der Überwachung auslösenden Bearbeitungsdurchgang geringerem Abstand zwischen Werkzeug und Verzahnung auszuführen. Beispielsweise wird die Zustellung um einen Wert in der Größenordnung der Schneidkantenverzahnung des Werkzeugs, z.B. im Bereich von 5 40 gm, insbesondere 10-30 pm reduziert gegenüber dem Ereignis auslösenden Bearbeitungsdurchgang. Dies reicht aus, um den eingepressten Span zu erfassen und abzutösen. Insoweit noch ein Eindruck des vormals eingepressten Spans in der Zahnflankengeometrie verbleibt, ist diese für den späteren Einsatz im Getriebe deutlich unschädlicher als ein durch den vormalig eingepressten Span bestehender Materialüberstand über der Zahn flanke.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird aus der Schwellenwertüberschreitung ein Verzahnungsbreitenbereich ermittelt, dem das Ereignis zuzuordnen ist, und die zusätzliche Verzahnungsbearbeitung erfolgt insbesondere in Abhängigkeit des ermittelten Verzahnungsbereichs Insbesondere bei größeren Verzahnungsbreiten kann somit Arbeitszeit für die zusätzliche Verzahnungsbearbeitung eingespart werden, wenn nur der betroffene Bereich, oder etwa nur bis zum betroffenen Bereich, oder nur ab dem betroffenen Bereich bei der zusätzlichen Verzahnungsbearbeitung gearbeitet wird, je nachdem ob der betroffene Bereich näher am bearbeitungseinlaufenden oder am bearbeitungsauslaufenden Ende der Verzahnung liegt.

Grundsätzlich ist es nicht ausgeschlossen, dass in dem die Zahnflankenendgeometrie erzeugenden Bearbeitungsdurchgang ein Doppelereignis festgestellt wird, in diesem Fall kann insbesondere zur Vereinfachung vorgesehen werden, die zusätzliche Verzahnungsbearbeitung über die volle Breite der Verzahnung laufen zu lassen. In einer denkbaren Ausgestaltung können auch zwei Parameter überwacht werden und die Überwachung spricht an, wenn die Amplitude der zeitlichen Verläufe beider Parameter zeitlich korreliert einen jeweiligen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Dadurch wird eine höhere Redundanz sichergestellt für den Fall, dass eine Überwachung nicht oder aus einem anderen Grund anspricht.

Im überwiegenden Fall wird es sich beim Ansprechen der Überwachung um ein einmaliges auslösendes Ereignis handeln. Eine wiederkehrende Auffälligkeit im überwachten Verlauf des Parameters deutet dagegen auf eine andere Störung hin, die geson dert zu betrachten und zu beseitigen wäre.

Hinsichtlich der Art und Weise, wie die Überwachung durchgeführt wird, sind di verse Möglichkeiten denkbar wie externe Sensoren, etwa Akustiksensoren, bevorzugt werden jedoch Maschinenbetriebsparameter herangezogen, etwa betreffend direkt oder indirekt die Werkstückdrehzahl oder das Drehmoment der Werkstückdrehung, oder auch die Werkzeugdrehzahl oder das Drehmoment der Werkzeugdrehung.

So kann direkt eine Drehzahl überwacht werden, oder Regelabweichungen bei der Drehzahlregelung oder Drehmomentabweichungen herangezogen werden. Dies kann auch indirekt erfolgen, beispielsweise über Strommessungen, die für die Regelung der Drehachsen vorgesehen sind. Auch andere Maschinenachsen können hierfür herangezogen wer den.

Das Verfahren eignet sich für die Bearbeitung von Außenverzahnungen wie von Innenverzahnungen, wobei es insbesondere bei Innenverzahnungen besonders effektreich zur Geltung kommt.

Des Weiteren ist das Verfahren insbesondere für das Wälzfräsen und das Wälzschälen (Power-Skiving) gedacht, besonders bevorzugt für das Wälzschälen von innenverzahnungen. Es kann auch dann herangezogen werden, wenn innerhalb von Verzahnungen weitere Verzahnungen eingearbeitet werden, beispielsweise in Form der Einarbeitung einer Hinterlegung in eine Innenverzahnung und nicht nur bei der Erzeugung der Innenverzahnung selbst. Des Weiteren sind auch das Wälzstoßen und das Schaben Ver- fahrensgestaltungen der Bearbeitung, an die gedacht wird. Zudem lässt sich das Verfahren auch bei der Erzeugung von Kegelrädern anwenden.

Die Überwachung kann auch während vorangehender Schruppgänge ausgeführt werden _» um etwa die Anzahl der erfassten Ereignisse aufzuzeichnen und ggf. in die Entscheidung einfließen zu lassen _» wann das Werkzeug nachgeschärft oder ausgetauscht wird.

Das Verfahren wird auch steuerungstechnisch in Form eines zur Steuerung einer Verzahnungsmaschine einsetzbaren Computerprogrammprodukts unter Schutz gestellt _» wie auch in Form einer zur Ausführung dieses Verfahrens steuerbaren Verzahnungsmaschine.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen

Fig, 1 schematische, die Erfindung erläuternde Skizzen einer Verzahnung teils in Eingriff mit einem Werkzeug zeigt,

Fig. 2 in schematischer Weise eine Überwachung erläutert,

Fig. 3 eine reale Messung passend zu Fig. 2 zeigt, und

Fig. 4 eine als Wälzschälmaschine gestaltete Verzahnungsmaschine zeigt.

Anhand von Fig. 1 werden die an der bearbeiteten Verzahnung im Rahmen der Erfindung auftretenden Ereignisse nochmals kurz bildhaft erläutert. So ist in Fig. 1a darge stellt, wie bei der Bearbeitung einer Verzahnung 2 in einem letzten Schlichtdurchgang durch ein Verzahnungswerkzeug 1 , im dargestellten Fall ein Schälrad, ein Span 4 (in Fig. 1a eingerollt dargestellt) in einen Spalt zwischen Schälrad 1 und Verzahnung 2 gerät und bei der Bearbeitung wälzend in die Verzahnung 2 eingepresst wird. Dieser Zustand ist in Fig. 1b gezeigt, in der der eingepresste Span mit 4' bezeichnet ist. fig. 1c stellt schematisch die Situation dar, in der der eingepresste Span 4 in einer zusätzlichen Verzahnungs bearbeitung abgenommen wird. Man erkennt aus Fig. 1c, dass die Entfernung des einge- pressten Spans 4‘ mit dem gleichen Schälrad 1 erfolgt, das zuvor den Span 4 in die Verzahnung 2 eingepresst hatte.

Des Weiteren ist in der in diesem Ausführungsbeispiel zwischen den Fig. 1a, b und 1 c dargestellten Situation keine Änderung der Werkstückaufspannung vorgenommen worden. Vielmehr ist das Werkstück mit der Verzahnung 2 in der gleichen Aufspannung ge halten. Die Präsenz des eingepressten Spans 4‘ wird bereits während des in Fig. 1 a dargestellten Bearbeitungsschrittes durch eine Überwachung festgestellt. Ein Beispiel für eine derartige Überwachung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, so wird etwa die Drehzahl oder ein anderer Parameter des die Verzahnung 2 tragenden Werkstücks über die Zeit aufgezeichnet. Diese bewegt sich in der schematisch dargestellten Situation innerhalb ei nes im Rahmen der Drehzahlregelung erfolgenden Grundrauschens, erfährt jedoch wie in Fig. 2 dargestellt im Moment des Einpressens des Spans 4 einen kurzzeitigen pikartigen Ausschlag (9), auf den die Überwachung anspricht. Die zugrundeliegende Maschinensteuerung erhält ein entsprechendes Signal„Ereignis“, und schaltet daraufhin in eine Betriebsart, in der die zusätzliche, in Fig. 1c dargestellte Bearbeitung vorgenommen wird.

Nach dieser zusätzlichen Bearbeitung liegt die gewünschte Zahnflankenendgeometrie an der Verzahnung 2 ohne Materialüberstände durch den eingepressten Span 4‘ vor, und die Verzahnung sorgt im späteren Einsatz im Getriebe für einen geräuscharmen Lauf und birgt keine erhöhten Risiken eines Getriebeschadens, die andernfalls bestehen würden, wäre der eingepresste Span 4‘ unentdeckt geblieben und die Verzahnung 2 in diesem Zustand in das Getriebe eingesetzt worden.

Die in Fig. 2 abstrakt dargestellte Überwachung lässt sich auf vielfältige Weise durchführen, beispielhaft sei auf das in Fig. 3 dargestellte Messdiagramm verwiesen, in dem die entsprechend einer bevorzugten Variante aus dem Regelkreis für die Werkzeugspindel abgeleitete zeitliche Entwicklung des Drehmoments abgebildet ist, denkbar sind jedoch auch andere aus diesem oder dem Regelkreis für die Werkstückspindel abgeleitete Größen, oder andere Messsysteme/Sensoren, etwa die Winkellage von Werkzeugspindel oder Werkstückspindel erfassende Messsysteme, Geschwindigkeitssensoren, Wegmesssysteme oder Körperschallsensoren.

In der in Fig. 1 c dargestellten zusätzlichen Bearbeitung wiederholt das Schälrad 1 hinsichtlich der Zustellungstiefe den letzten Schlichtdurchgang zur Erzeugung der Zahn- flankenendgeometrie. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, ebenso genügt ein Durchlauf mit geringfügig größerem Bearbeitungsabstand, um den eingepressten Span 4‘ zu erfassen und zu entfernen.

Da das Schälrad 1 gegenüber der Verzahnung 2 axial vorgeschoben wird, um die gesamte Verzahnungsbreite zu bearbeiten, lässt sich aus der in Fig, 2 dargestellten Überwachungssituation auch auf die Zeit und somit die in Fig, 1 gesehen Höhe des Ortes be stimmen, an dem der Span 4 eingepresst wurde, wenigstens approximativ. Die zusätzliche Verzahnungsbearbeitung muss somit nicht über die volle Breite der Verzahnung ausgeführt werden, wodurch Zeit gespart werden kann,

Fig. 4 zeigt noch eine Wälzschälmaschine 100 mit einer Steuerung 99, in welcher beispielsweise über die oben genannten Varianten eine Überwachung auf das Ereignis implementiert ist. Es handelt sich um eine CNC-gesteuerte Maschine mit jeweils Einzelantrieben für die dargestellten Bewegungsachsen X, Y, Z, A, C, C2. So weist die Wälzschälmaschine 100 werkstückseitig eine auf einem Maschinenbett 80 angeordnete Werkstückspindel 70 auf, die hier als stehende Spindel gestaltet ist. Werkzeugseitig ist eine in radialer Zustellrichtung X gegenüber dem Maschinenbett 80 beweglicher Radialschlitten 61 vorgesehen, dem ein diesem gegenüber in Axialrichtung Z beweglich gelagerter Axial schlitten 62 schwenkbar den Tangentialschlitten 63 trägt, in welchem der Werkzeugkopf mit Werkzeugspindetachse C2 angeordnet ist. Die Schwenkachse A ist parallel zur Radialachse X und erlaubt ein Verschwenken der Werkzeugspindelachse C2 in der Y-Z-Ebene, zur Einstellung des Achskreuzwinkels S zwischen Werkzeugdrehachse und Werkstückdrehachse für die typische Maschinenachskonfiguration des Wälzschälens.

Obgleich die Erfindung bevorzugt für das Wälzschälen von Innenverzahnungen eingesetzt wird, ist sie jedoch nicht auf Innenverzahnungen beschränkt und auch nicht auf das Wälzschälverfahren. So ist insbesondere daran gedacht, auch Wälzfräsmaschinen, Wälzstoßmaschinen, Schabmaschinen mit Schab Werkzeugen oder Verzahnmaschinen zur Erzeugung von Kegelrädern durch ihre jeweiligen Steuerungen nach einem der oben erläuterten Aspekte zu steuern. Die Verzahnungsmaschinen haben somit wenigstens zwei Betriebsarten, wobei in einer Betriebsart gegenüber der anderen Betriebsart eine zusätzliche Bearbeitung stattfindet, wenn die Überwachung der Steuerung der Maschine auf das potentielle Ereignis der Einpressens eines Spans in die Verzahnung anspricht. Auch im Übrigen ist die Erfindung nicht auf die in der Figurenbeschreibung dargestellten Einzelheiten eingeschränkt. Vielmehr können die Merkmaie der vorstehenden Beschreibung sowie der nachfolgenden Ansprüche einzeln oder in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.