Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen der Verzahnung oder des Profils eines Werkstücks, insbesondere eines Zahnrads, wobei das Werkstück eine Drehachse aufweist und wobei von der Oberfläche der Zahnflanken der Verzahnung oder des Profils ein Aufmaß abgeschliffen wird.

Bei einem Schleifverfahren der gattungsgemäßen Art, insbesondere beim Verzahnungsschleifen, werden die Werkstücke bei der serienmäßigen Pro duktion in jedem Hub mit einer vorgegebenen konstanten Vorschubgeschwin digkeit bearbeitet. In verschiedenen Hüben können sich die Vorschub geschwindigkeiten aber unterscheiden (insbesondere beim Schuppen und beim Schlichten).

Die für den Schleifprozess vorgegebenen Maschinenparameter basieren dabei auf vorab definierten bzw. vorgegebenen Werten, wobei insbesondere das Aufmaß (pro Hub) an den Zahnflanken von besonderer Bedeutung ist und darüber entscheidet, wie die Maschinenparameter und insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit gewählt werden. Die vorgegebene Vorschubge schwindigkeit sowie die (radiale) Zustellung zwischen Werkstück und Werkzeug ergeben bei gegebenem Aufmaß das Zerspanvolumen pro Zeit (d. h. das Zeitspanvolumen), welches von den Zahnflanken beim Schleifprozess abgetragen wird.

In der Praxis kann sich das tatsächliche Aufmaß auf dem Werkstück, das abzuschleifen ist, allerdings vom vorgegebenen Aufmaß unterscheiden, und zwar sowohl konstant über die gesamte Breite der Verzahnung als auch nur lokal über axiale Abschnitte der Zahnflanke.

Um dieser Problematik zu begegnen, ist es bereits bekannt, den Schleifprozess adaptiv zu gestalten und die Leistung des Schleifmotors bzw. die Stromaufnahme des Schleifmotors als zu regelnde Größe heranzuziehen. Steigt die Leistungsaufnahme bzw. der Strom an, wird die Vorschub geschwindigkeit entsprechend reduziert. Demgemäß wird hiernach die Schleifmaschine mit einem variablen Zeitspanvolumen über den Schleifhub betrieben. Nachteilig sind hier allerdings variable Zustände unter dem Gesichtspunkt des Werkzeugverschleißes und der thermischen Zahnflankenschädigungen über der Zahnradbreite.

Nachteilig ist bei dieser vorbekannten Lösung weiterhin, dass der auf diese Weise betriebene Prozess zu ungenau ist uns somit nicht immer zu einem befriedigenden Schleifergebnis führt. Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiterzubilden, dass der Schleifvorgang optimiert wird. Dabei sollen insbesondere die maßgeblichen Schleifparameter so angepasst werden, dass sich ein gutes Schleifergebnis sowie ein wirtschaftlicher Prozess ergeben. Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass das Verfahren die Schritte umfasst: a) Vermessen der Lage der Oberfläche der Zahnflanken der Verzahnung oder des Profils, wobei das Vermessen an mindestens zwei Positionen des Werkstücks erfolgt, die in Richtung der Drehachse versetzt angeordnet sind; b) Ermittlung des tatsächlich vorhandenen Aufmaßes des noch nicht geschliffenen Werkstücks auf der Basis der in Schritt a) ermittelten Messwerte; c) Festlegen mindestens eines Schleifparameters, so dass beim Schleifen das Zerspanvolumen pro Zeit einen vorgegebenen Wert annimmt oder nicht übersteigt; d) Schleifen des Werkstücks mit den gemäß Schritt c) festgelegten Schleifparametern.

Der gemäß obigem Schritt c) festgelegte Schleifparameter ist dabei bevorzugt die Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Schleifwerkzeug beim Schleifen der Verzahnung oder des Profils bewegt wird. Somit kann das Zeitspanungs volumen (Zerspanvolumen pro Zeit) in Abhängigkeit des tatsächlich vorhandenen Aufmaßes (ohne Änderung der Zustellung und somit bei gleichbleibender Anzahl der Schleif-Hübe und hierdurch wiederum bei günstigen Bearbeitungszeiten pro Werkstück) konstant gehalten werden. In der Maschinensteuerung wird hierfür auch mitunter als Eingabe der Vorschub pro Umdrehung verwendet, d. h. die Vorschubgeschwindigkeit in Ab hängigkeit der Gangzahl und Drehzahl des Werkstücks.

Möglich ist es aber alternativ generell auch, dass der festgelegten Schleif- parameter die Zustellung des Schleifwerkzeugs relativ zum Werkstück ist. Auch können beide Möglichkeiten kombiniert werden.

Das Festlegen des mindestens einen Schleifparameters kann dabei nach einer Ausführungsform der Erfindung unter Zugrundelegung des maximal ermittelten Aufmaßes des Werkstücks erfolgen. Dieser Wert für den Schleifparameter kann dann für das Schleifen des konkreten Werkstücks konstant gehalten werden.

Eine vorteilhafte Alternative hierzu sieht allerdings vor, dass das Festlegen des mindestens einen Schleifparameters in Form eines Verlaufs erfolgt, der sich in Richtung der Drehachse ändert und das jeweils lokal vorhandene Aufmaß berücksichtigt.

Die Vermessung der Lage der Oberfläche der Zahnflanken der Verzahnung oder des Profils gemäß obigem Schritt a) kann mit mindestens zwei Sensoren erfolgen, die in Richtung der Drehachse versetzt, aber an derselben Umfangsposition des Werkstücks angeordnet sind.

Alternativ kann vorgesehen werden, dass die Vermessung der Lage der Oberfläche der Zahnflanken der Verzahnung oder des Profils gemäß obigem Schritt a) mit mindestens zwei Sensoren erfolgt, die in Richtung der Drehachse versetzt und an unterschiedlichen Umfangspositionen des Zahnrades angeordnet sind. Dies kann sich aus Gründen des zur Verfügung stehenden Bauraums als sehr vorteilhaft erweisen. Eine weitere alternative Möglichkeit sieht vor, dass die Vermessung der Lage der Oberfläche der Zahnflanken gemäß obigem Schritt a) mit einem einzigen Sensor erfolgt, der in Richtung der Drehachse beweglich angeordnet ist.

Als Sensor kann ein optisch wirkender Sensor verwendet werden, wobei hierbei insbesondere ein Laser eingesetzt werden kann. Gleichermaßen tauglich sind induktiv oder kapazitiv wirkende Sensoren. Auch Sensoren, die Wirbelströme nutzen, sind generell geeignet.

Als Schleifwerkzeug wird vorzugsweise eine Schleifschnecke verwendet. Gleichermaßen ist aber auch der Einsatz einer Schleifscheibe möglich.

Bei dem zu bearbeitenden Werkstück handelt es sich bevorzugt um ein Zahnrad mit einer Außen Verzahnung.

Somit wird eine adaptive Regelung insbesondere des Vorschubs beim Schleifen realisiert, so dass der Schleifprozess stets im optimalen Bereich gehalten werden kann. Schwankungen des Aufmaßes können effektiv ausgeglichen werden.

Die Erfindung stellt somit auf das Konzept ab, dass bereits vor dem Schleifprozess eine Vermessung des Aufmaßes an mindestens zwei, vorzugsweise an einer noch größeren Anzahl an axialen Positionen der Verzahnung bzw. des Profils erfolgt und dann aufgrund der Messung die Vorschubgeschwindigkeit für das sich anschließende Schleifen festgelegt wird. Dabei kann sich die Vorgabe der Vorschubgeschwindigkeit am maximal gemessenen Wert des Aufmaßes orientieren.

Möglich ist es aber auch, dass ein Verlauf für die Vorschubgeschwindigkeit über die axiale Erstreckung der Verzahnung festgelegt und dann dem Schleifprozess zu Grunde gelegt wird.

Demgemäß wird das Werkstück über die Zahnradbreite bzw. Profilbreite vor der Bearbeitung vermessen und darauf basierend eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit (konstant oder variabel) vorgenommen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 schematisch die Darstellung des Vermessen des Aufmaßes eines Zahnrads gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 schematisch die Darstellung des Vermessen des Aufmaßes eines Zahnrads gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 schematisch die Darstellung des Vermessen des Aufmaßes eines Zahnrads gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 schematisch ein Zahnrad, für dessen Verzahnung über der axialen Erstreckung (d. h. in Richtung der Drehachse a) das Aufmaß A ermittelt wurde, woraus der Verlauf einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit v beim Schleifen abgeleitet wurde, und Fig. 5 schematisch ein Zahnrad, für dessen Verzahnung wiederum über der axialen Erstreckung das Aufmaß A ermittelt wurde, woraus der Verlauf einer variablen Vorschubgeschwindigkeit v beim Schleifen abgeleitet wurde.

In Fig. 1 ist ein Zahnrad 2 zu sehen, welches eine Drehachse a aufweist sowie eine zu schleifende Verzahnung 1.

Das Zahnrad 2 hat vor seiner Hartfeinbearbeitung auf den Zahnflanken ein Aufmaß, welches durch den Schleifprozess abgeschliffen wird, um das fertige Teil herzustellen. Das noch nicht bearbeitete Zahnrad 2 ist häufig betreffend das Aufmaß unregelmäßig, d. h. das Aufmaß schwankt in gewissen Grenzen.

Dies folgt daraus, dass nach dem Härten die Verzahnungen häufig verzogen sind und somit unsystematische Fehler im Verzahnungsprofil, in der Verzahnungslinie und im Verzahnungsmaß aufweisen. Ferner kann bezüglich der Spannbohrung ein Taumel vorliegen.

Beim Schleifen kann dies zu Unterschieden hinsichtlich des abzuschleifenden Materials über der Zahnradbreite und zu entsprechenden Unterschieden in der Werkzeugbelastung über den Hub führen.

Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung vor, entsprechend dem tat sächlichen Aufmaß insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit adaptiv noch vor dem Schleifhub aufgrund des vermessenen Aufmaßes festzulegen.

Für das nominelle bzw. theoretische Aufmaß liegen für das Zahnrad zunächst entsprechend der Konstruktionszeichnung Daten vor, die zu einer ent sprechenden Abfolge von Schleifoperationen führen (Anzahl der Schleifhübe, Zustellungen, etc.). Diese nominellen Werte berücksichtigen allerdings nicht das tatsächlich vorliegende Aufmaß auf der Zahnflanke, welches abzuschleifen ist. Somit werden zunächst die Bearbeitungsparameter (insbesondere Vorschubgeschwindigkeit oder Vorschub pro Umdrehung in jedem Hub) mit einem konstanten, nominellen Wert festgelegt.

Werden allerdings durch die erfindungsgemäß vorgesehene Messung Schwankungen im Aufmaß über der axialen Erstreckung des Zahnrad (d. h. in Richtung der Drehachse a) festgestellt, werden diese Erkenntnisse verwendet, um insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit oder den Vorschub pro Umdrehung anzupassen.

Für das Vermessen der Lage der Oberfläche der Zahnflanken, d. h. des tatsächlichen Aufmaßes, des noch nicht geschliffenen Zahnrads sind in den Figuren 1 bis 3 mögliche Lösungen illustriert:

Hiernach wird erfindungsgemäß an mindestens zwei axial versetzten Positionen PI und P2 eine Messung vorgenommen, wie es Figur 1 zeigt. Die beiden Sensoren 3 und 4 befinden sich hier etwa in den beiden axialen Endbereichen der Verzahnung 1 und vermessen hier das effektiv vorliegende Aufmaß auf den Zahnflanken.

Die Signale der Sensoren 3 und 4 werden von der (nicht dargestellten) Maschinensteuerung aufgenommen, die bei Rotation des Werkstücks 2 unter Berücksichtigung der zugehörigen Signale der Sensoren 3 und 4 ermitteln kann, wie hoch das tatsächlich vorhandene Aufmaß an den beiden Messstellen PI und P2 ist. Natürlich können auch mehr Messstellen vorgesehen werden, um bezüglich des tatsächlich vorhandenen Aufmaßes genauere Informationen zu gewinnen. Aus den gemessenen Werten der Lage der Oberfläche der Zahnflanken ist durch den Vergleich mit der Form der Zahnflanke nach dem Schleifprozess in einfacher Weise das Aufmaß als Differenz zwischen Ist-Maß und Soll-Maß zu ermitteln.

Somit liegen nunmehr Informationen über die Verteilung des Aufmaßes über die Verzahnungsbreite vor (was durch Einsatz einer entsprechenden Anzahl von Sensoren hinreichend genau erfolgen kann).

Wesentlich ist also, dass generell der Verlauf des Aufmaßes A über der axialen Erstreckung der Verzahnung 1 ermittelt wird.

In Figur 2 ist zu sehen, das mit mehreren Sensoren, hier mit den drei Sensoren 3, 4 und 5, in Richtung der Drehachse a versetzt und gleichzeitig auch in

Umfangsrichtung versetzt die Messung durchgeführt wird. Die drei Sensoren 3, 4, 5 sind nämlich an unterschiedlichen Umfangspositionen Ul, U2 und U3 angeordnet. Hierdurch kann insbesondere bei engem Bauraum erreicht werden, dass dennoch alle benötigten Sensoren platzsparend untergebracht werden können. Dies gilt insbesondere im Falle einer geringen Zahnbreite.

In Figur 3 ist eine Variante zu sehen, bei der in mehreren Ebenen mit nur einem einzigen Sensor 3 eine Messung erfolgen kann. Hierzu wird der Sensor 3 in Richtung des Doppelpfeils axial bewegt und gleichzeitig die gemessenen Signale aufgenommen. Somit wird hier dann ein spiralförmiges Signal aufgenommen, welches von der Maschinensteuerung in das effektive Aufmaß an den Zahnflanken umgerechnet werden kann. Natürlich ist es auch möglich, die Messung bei ortsfestem Sensor durchzuführen und diesen dann sukzessive zur Vermessung in mehreren Ebenen jeweils axial zu verschieben. Die Sensoren 3, 4, 5 können entweder separat oder in einem Gehäuse untergebracht werden. Für alle Messungen gilt, dass die Maschinensteuerung aus der (aktuellen) Position des Sensors bzw. der Sensoren und der Drehlage der Verzahnung 1 ermitteln kann, wo die Oberfläche der vermessenen Zahnflanke liegt, so dass die benötigte Information über das effektiv vorhandene Aufmaß gewonnen werden kann.

Das heißt, ist die relative Positionierung der Sensoren zueinander bekannt, ist es möglich, die Aufmaßverteilung der Verzahnung durch entsprechende Umrechnung der Signale der Sensoren unter Berücksichtigung der Geometrie des Zahnrad (insbesondere des Schrägungswinkels bei Schrägverzahnung) zu ermitteln.

In Figur 4 ist das vorgeschlagene Verfahren nochmals illustriert:

Die Verzahnung 1 des Zahnrads 2 wird entlang der axialen Richtung, d. h. in Richtung der Drehachse a, von den Sensoren vermessen. In Figur 4 ist oberhalb des dargestellten Zahnrads der so ermittelte Verlauf des Aufmaßes A über die axiale Richtung (Richtung a) dargestellt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wurde aus dem aufgezeichneten Verlauf des Aufmaßes A der maximale Wert für das Aufmaß A _max bestimmt. Ausgehend hiervon wurde der Wert der Vorschubgeschwindigkeit v für das Schleifen bestimmt (dies kann durch eine in der Maschinesteuerung gespeicherte Korrelationstabelle erfolgen, in der für einen gegebenen Wert des Aufmaßes in Millimeter ein korrespondierender (optimaler) Wert für die Vorschubgeschwindigkeit in mm/min hinterlegt ist). Die Vorschubgeschwindigkeit ist hier als konstanter Wert über die gesamte Zahnbreite vorgegeben.

Das Schleifen mit der so ermittelten Vorschubgeschwindigkeit stellt eine hohe Qualität des Zahnrads 2 sicher.

In Figur 5 ist eine alternative Vorgehensweise dargestellt. Wiederum wurde die Verzahnung des Zahnrads 2 vermessen und das Aufmaß A über den axialen Verlauf ermittelt (siehe Diagramm oberhalb des dargestellten Zahnrads in Figur 5). Im Unterschied zur Vorgehensweise nach Figur 4 wurde nunmehr allerdings für jeden ermittelten Wert des Aufmaßes an einer axialen Position der Verzahnung 1 ein zugehöriger Wert für die Vorschub geschwindigkeit ermittelt (wiederum zum Beispiel über die erwähnte Korrelationstabelle). Hieraus ergibt sich ein variabler Verlauf der Vorschubgeschwindigkeit über der axialen Richtung (Richtung a), wie es sich aus dem oben in Figur 5 wiedergegebenen Diagramm ergibt.

Beim Schleifen wird also nun mit dem ermittelten Verlauf für die Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet und so stets gleichbleibende Schleif- konditionen über der Breite der Verzahnung sichergestellt.

Zu der in Figur 5 dargestellten und beschriebenen Vorgehensweise sei noch folgendes angemerkt: Hinsichtlich der Maschinensteuerung ist eine solche Vorgehensweise mitunter relativ aufwendig. Daher kommt es als Variante zu der in Figur 5 dargestellten Verfahrensweise vorteilhaft in Betracht, den ermittelten Verlauf für das Aufmaß oder den daraus resultierenden Verlauf der Vorschubgeschwindigkeit zu glätten bzw. zu approximieren. Hierbei wird dann insbesondere ein „eckiger“ Verlauf der Vorschubgeschwindigkeit vermieden und stattdessen mit einem Ersatzverlauf der Vorschub- geschwindigkeit über die axiale Richtung a gearbeitet, der geglättet ist und so ein flüssigeres Arbeiten erlaubt. Insofern kommt als weitere Variante dann auch in Betracht, dass die gemessenen bzw. ermittelten Werte für das Aufmaß bzw. für die Vorschubgeschwindigkeit mittels einer Ausgleichsfunktion angepasst werden.

Durch die an die aktuelle Aufmaßsituation angepassten Bearbeitungs parameter, insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit, beim Schleifen können optimale Schleifbedingungen gewährleistet werden, so dass sich eine hohe Qualität der Verzahnung bei bestmöglichen Materialeigenschaften ergibt.

Bezusszeichenliste:

1 Verzahnung 2 Werkstück (Zahnrad)

3 Sensor

4 Sensor

5 Sensor a Drehachse des Werkstücks

PI erste axiale Position

P2 erste axiale Position

Ul erste Umfangsposition U2 zweite Umfangsposition U3 dritte Umfangsposition

A Aufmaß

A max maximales Aufmaß v Schleifparameter (Vorschubgeschwindigkeit v _f )