Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine vorrichtung zum Einzentrieren von Zahnlücken eines verzahnten Werkstücks gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 3.

Die Erfindung betrifft insbesondere das Einzentrieren von Zahnlücken vorverzahnter Werkstücke in Bezug zu einem Bearbeitungswerkzeug, die zur Feinbearbeitung auf der Werkstückspindel einer Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschine gespannt sind, verbunden mit der Prüfung von für die Prozesssicherheit relevanten Werkstückeigenschaften vor der Bearbeitung.

Gestiegene Ansprüche an die Laufqualität von Zahnradgetrieberädern erfordern in zunehmendem Masse die Präzisionsfeinbearbeitung der Verzahnungen. In den meisten Fällen werden die vorbearbeiteten Werkstücke einsatzgehärtet und danach an allen ihren Funktionsflächen auf das Fertigmass feinbearbeitet. Dabei ist insbesondere das Feinbearbeiten der Zahnflanken eine komplizierte, aufwendige und daher auch teure Operation. Es wird deshalb im Interesse einer wirtschaftlichen Fertigung, aber auch, um die Einhärtetiefe nicht unnötig gross auslegen zu müssen sowie den Verschleiss auf den Linkes- und Rechtsflanken des Feinbearbeitungswerkzeugs zu vergleichmässigen und zu minimieren, danach getrachtet, das Aufmass für die Fertigbearbeitung möglichst klein zu halten. Für die Feinbearbeitung der Verzahnung bedeutet dies in der Praxis, dass pro Flanke eine Tiefe von nur wenigen Hundertstel- bis höchstens zwei Zehntelmillimeter abzutragen ist. Werden, wie allgemein üblich, die Links- und die Rechtsflanke in derselben Operation bearbeitet, so erfordert dies ein sehr genaues Ausrichten der vorgearbeiteten Verzahnung gegenüber dem Feinbearbeitungswerkzeug, das so genannte Einzentrieren, damit das Werkzeug zur Erreichung eines gleichmässigen Spanabtrags auf den Links, und Rechtsflanken des Werkstücks exakt in die Mitte der zu bearbeitenden Zahnlücken eingebracht werden kann. Bei dem auf Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschinen in der Praxis am häufigsten anzutreffenden Einzentrierverfahren wird an einem räumlich hierfür geeigneten Ort im Arbeitsraum der Maschine nahe dem Aussendurchmesser der vorbearbeiteten Verzahnung des auf die Werkstückspindel aufgespannten Werkstücks eine berührungslos arbeitende Messsonde, die Einzentriersonde, angeordnet, die auf induktivem, optischem oder magnetischem Prinzip beruht. Mittels Drehung der Werkstückspindel wird die Winkellage aller Zahnflanken gemessen und der Mittelwert aller Zahnlückenmitten berechnet. Dieser wird mit dem in der Maschinensteuerung gespeicherten Sollwert verglichen und mittels entsprechender Verdrehung der Werkstückspindel mit ihm in Übereinstimmung gebracht. Neben dem Einzentrieren ermöglicht der beschriebene Messvorgang zugleich auch die Prüfung des Rohteils auf das Vorhandensein der Zahnlücken sowie auf die geforderte Zähnezahl.

Die Erfahrungen in der industriellen Zahnradfertigung haben zu der Erkenntnis geführt, dass neben der Zähnezahl und dem Vorhandensein der Verzahnungsvorbearbeitung vor dem Beginn der Bearbeitungsoperation zusätzliche Eigenschaften des Rphlings geprüft werden müssten, um die geforderte Prozesssicherheit zu gewährleisten. Hierzu zählen die Rundlaufqualität der Vorverzahnung, das Zahnflankenaufmass, der Schrägungswinkel und eventuelle Störstellen der Vorbearbeitung über der gesamten Werkstückbreite an sämtlichen Zähnen. Diese Eigenschaften können mit den bekannten Einzentriervorrichtungen nicht erfasst werden. Ihre Prüfung erfordert daher entweder eine vorausgehende Messung auf einem separaten geeigneten Messgerät als zusätzlichen Arbeitsgang oder zusätzliche Messvorrichtungen im Arbeitraum der Maschine, welche wegen der beengten Platzverhältnisse schwer unterzubringen sind und die Kosten erhöhen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einzentrieren von Zahnlücken eines vorverzahnten Werkstücks zu schaffen, nach welchen das Werkstück zugleich ausser auf die Richtigkeit seiner Zähnezahl ohne grossen Mehraufwand auch auf die Einhaltung von Qualitätsforderungen wie beispielsweise Rundlaufqualität, Schrägungswinkel und Aufmass sowie auf das Vorhandensein von Störstellen der Vorbearbeitung geprüft werden kann.

Diese Aufgabe lösen ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 respektive 3.

Erfindungsgemäss werden das Werkstück und ein Pilotzahnrad mit gleicher Durchmesserteilung (d.h. mit gleichem Modul) in spielfreien Zweiflankeneingriff gebracht, und während der Drehung des Werkstücks werden sowohl die Winkellage der Pilotzahnradflanken als auch der Achsabstand zwischen Pilotzahnrad und Werkstück gemessen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Die Zeichnungen beinhalten

1 eine schematische Darstellung einer Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschine in einer ersten Ausführungsform,

2 die in 1 dargestellte Maschine in einer ersten Teilansicht von oben,

3 die in 1 dargestellte Maschine in einer zweiten Teilansicht von oben;

4 die in 1 dargestellte Maschine in einer zweiten Ausführungsform und

5 eine Teilansicht der erfindungsgemässen Maschine in einer dritten Ausführungsform.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Maschine zur Feinbearbeitung von Zahnflanken eines Rohteils, genauer eines vorverzahnten Werkstücks 1 mittels eines gegenüber diesem radial und axial verschieblich angeordneten Werkzeugs 2. Aas Werkzeug 2 ist beispielsweise eine Schleifschnecke.

Die Maschine weist eine Werkstückspindel 3 auf, welche in einem Maschinenbett 4 drehbar gelagert ist. Auf der Werkstückspindel 3 ist das Werkstück 1 auf spannbar.

Die Maschine weist ferner eine Einzentrier- und Prüfvorrichtung 5 auf, mittels welcher das Werkstück 1 einzentriert und vor der weiteren Bearbeitung geprüft werden kann, Erfindungsgemäss wird in dieser Einzentrier- und Prüfvorrichtung 5 ein Pilotzahnrad 6 verwendet, welches den gleichen Modul wie das Werkstück 1 aufweist, jedoch mit inversem Schrägungswinkel verzahnt ist.

In 1 ist eine Messposition dargestellt, in der sich das Werkstück 1 und das Pilotzahnrad 6 in spielfreiem Zweiflankeneingriff befinden. Das Pilotzahnrad 6 ist auf einer Pilotradspindel 7 gespannt. Diese Pilotradspindel 7 ist vorzugsweise in einem Pilotradträger 8 um eine zur Werkstückspindelachse 9 parallele Pilotradachse 10 drehbar gelagert.

Der Pilotradträger 8 ist mit einem Trägerarm 11 um eine ebenflls zur Werkstückspindelachse 9 parallele Schwenkarmachse 12 schwenkbar verbunden. Der Trägerarm 11 ist an einem Klemmschaft 14 angeordnet und so verschiebbar und klemmbar mit einer Schwenkspindel 15 verbunden. Die Schwenkspindel 15 ist im Maschinenbett 4 um eine zur Werkstückspindelachse vorzugsweise parallele Schwenkachse 16 schwenkbar und axial verschieblich und klemmbar gelagert. Eine Druckfeder 13 zwischen Pilotradträger 8 und Trägerarm 11 sorgt in einer Messposition der Einzentrier- und Prüfvorrichtung 5 für spielfreie Zweiflankenanlage zwischen Werkstück 1 und Pilotzahnrad 6.

3 zeigt die Einzentrier- und Prüfvorrichtung 5 in ihrer Ruheposition nach dem Ausschwenken, aus der Messposition. Verschiedene andere Mittel für das Zu- und Wegfahren der Einzentrier- und Prüfvorrichtung 5 sind ahne weiteres denkbar.

Nach dem Einschwenken der Einzentrier- und Prüfvorrichtung 5 in die Messposition gemäss 2 wird während kontinuierlicher Drehung des Werkstücks 1 mittels einer mit dem Pilotradträger 8 fest verbundenen Einzentriersonde 17 in bekannter Weise die Winkellage der Pilotradzahnflanken gemessen. Der Vorteil gegenüber der üblichen Messung an den Werkstückflanken besteht in der vergleich weise hohen Oberflächenqualität und Gleichförmigkeit der geschliffenen Pilotradzahnflanken, wodurch eine genauere Messung ermöglicht wird. Zugleich wird mittels einer mit dem Trägerarm 11 fest verbundenen Messsonde 18 der Achsabstand zwischen der Werkstückspindelachse 9 und der Pilotradachse gemessen. Grösse und zeitlicher Verlauf dieses Masses während einer Werkstückumdrehung geben Aufschluss über die Qualität der Vorbearbeitung der Verzahnung sowie über Sollabweichungen von Aufmass, Schrägungswinkel und Störstellen der Vorbearbeitung.

Zur Messung der Winkellage der Zahnlückenmitten des Pilotzahnrades 6 kann anstelle der Einzentriersonde 17 auch ein Winkelschrittgeber 19 verwendet werden, dessen Achse mit der Pilotradspindel 7 drehfest verbunden ist. Dies ist in 4 dargestellt. Ebenso kann der Achsabstand zwischen Werkstüek 1 und Pilotzahnrad 6 statt mittels der Messsonde 18 mittels eines Winkelschrittgebers 20 in der Schwenkachse 16 ermittelt werden, welcher den Schwenkwinkel des Pilotradträgers 8 gegenüber dem Trägerarm 11 misst. Diese Variante ist in 5 dargestellt. Die Varianten gemäss 4 und 5 lassen sich auch miteinander kombinieren.

Statt der Anordnung des Pilotzahnrades 6 auf einem schwenkbaren Pilotradträger 8 ist auch eine beliebige andere Vorrichtung denkbar, die das Pilotzahnrad, gehalten in einem Pilotradträger, mit vorwählbarer Kraft radial gegen die zu vermessende Verzahnung drückt, wobei das Pilotzahnrad bzw. der Pilotradträger in Umfangsrichtung zu der Verzahnung vollkommen spielfrei gehalten sein muss.

Mittels der Vorprüfung der Werkstücke vor dem Beginn der Feinbearbeitungsoperation können unzulässige Sollabweichungen für den Prozess relevanter Werkstückeigenschaften wie Rundlaufqualität, Flankenaufmass, Schrägungswinkel sowie Störstellen der Vorbearbeitung frühzeitig erkannt und die betreffenden Werkstücke aus dem Fertigungsprozess entfernt werden. Gleichermassen können in einer Wiederholung des Prüfvorgangs nach der Feinbearbeitung des Werkstücks 1 allfällige Profilabweichungen der bearbeiteten Zahnflanken erkannt werden, wie sie beispielsweise bei einer Beschädigung des Bearbeitungswerkzeugs 2 entstehen. Mittels der erfindungsgemässen vorrichtung wird somit die Prozesssicherheit erhöht, was eine Senkung der Produktionskosten zur Folge hat.