EP4638047A1 - Abrichtwerkzeug zum abrichten einer schleifschnecke für die wälzbearbeitung vorverzahnter werkstücke - Google Patents
Abrichtwerkzeug zum abrichten einer schleifschnecke für die wälzbearbeitung vorverzahnter werkstückeInfo
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- EP4638047A1 EP4638047A1 EP23824923.9A EP23824923A EP4638047A1 EP 4638047 A1 EP4638047 A1 EP 4638047A1 EP 23824923 A EP23824923 A EP 23824923A EP 4638047 A1 EP4638047 A1 EP 4638047A1
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- dressing
- flank
- tool
- worm
- modification
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- B23F23/1225—Arrangements of abrasive wheel dressing devices on gear-cutting machines
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- B24B53/085—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of profiled abrasive wheels controlled by information means, e.g. patterns, templets, punched tapes or the like for workpieces having a grooved profile, e.g. gears, splined shafts, threads, worms
Definitions
- the present invention relates to a dressing tool for dressing a grinding worm for the hobbing machining of pre-toothed workpieces, a method for producing such a dressing tool, and a conditioning device which is designed to carry out such a method for production.
- the invention further relates to a method for dressing a grinding worm for the hobbing machining of pre-toothed workpieces with such a dressing tool, and a method for producing a modified surface structure on a tooth flank of a pre-toothed workpiece by means of a grinding worm dressed using such a dressing tool.
- NVH noise-vibration-harshness
- Whether a workpiece meets these requirements is usually checked randomly on an end-of-line test bench (EOL). If the measured amplitudes of individual noise frequencies are above the predefined limit value, the corresponding workpiece is rejected.
- EOL end-of-line test bench
- These dominant noise frequencies usually result from rotational path deviations, which arise as a result of the engagement stiffness varying over the engagement distance.
- the course of the The meshing stiffness as a function of the position along the meshing path repeats itself periodically with the meshing pitch and leads to the dominant noise frequencies mentioned above.
- Another cause can be a "rolling hole" that has arisen during production, i.e. material that is set back with respect to the desired profile line.
- All rotational path deviations of a gear under load can lead to noise excitation that is perceived as a disturbing noise. If, for example, a dressing tool has a certain waviness across the profile height, this is transferred to the worm flank and then leads to a profile shape deviation on the workpiece. Constant vibrations in the periphery of the machine tool used to machine the pre-toothed workpiece can also lead to tooth flank waviness on the tooth flank, which can be measured and result in disturbing noise characteristics of the gear. Grooves running across the width of the gear can also lead to noise excitation.
- any periodic surface structure in particular in a direction perpendicular to the line of contact of paired spur gears, can lead to the excitation of a noise frequency that is dominant in the noise frequency spectrum of the gearing.
- There are several approaches to improving the noise excitation behavior of a gearing Rotational path deviations that result from deformation of the gearing under load can be effectively reduced by a targeted modification of the tooth flank.
- a rolling hole can be almost completely eliminated by optimized process control.
- DE 102012015846 A1 discloses a generating grinding method in which a workpiece is machined with a grinding worm, whereby by means of targeted generation of an unbalance-related wobbling movement of the grinding worm and/or an eccentricity of the grinding worm, a modification, in particular a profile modification or profile waviness and/or a defined periodic flank waviness, is generated on the active surface of the workpiece machined thereby in order to modify or prevent unwanted flank waviness.
- a flank waviness on the workpiece resulting from imbalance or eccentricity of a grinding worm always has order one with respect to the worm rotation frequency, ie it is not possible to generate a flank waviness in this way which has a higher order with respect to the worm rotation frequency.
- DE 102013003795 A1 discloses a method for hard finishing of tooth flanks with corrections and/or modifications on a gear cutting machine, wherein gear pairs which are in engagement with one another within a gear or a testing device are machined taking into account the respective counter flanks and wherein the tooth flanks of the workpieces concerned are provided with periodic waviness corrections or modifications.
- the rotation error profile is determined by means of rotational path error measurement of the gear pairs in a gear measuring device and/or gearbox.
- This measurement result serves as an input variable for defining the amplitude, frequency and phase position for the periodic flank waviness corrections on the tooth flanks of the gear pairs for production in the gear cutting machine.
- a periodically repeating surface structure tends to lead to excitation in a relatively narrow noise frequency band.
- Such a noise frequency spectrum in which the dominance of individual noise frequencies tends to be reduced, is perceived psychoacoustically as less disturbing and is therefore advantageous.
- the entire excitation energy is distributed over a large frequency range, so that the noise amplitude of each individual frequency component tends to be lower than with excitations in a narrow frequency band.
- periodically repeating surface structures can occur on a tooth flank, which originate, for example, from the dressing of the grinding worm with which the tooth flank is machined:
- the dressing wheel used for dressing can have grain size and shape differences as well as a different grain distribution over the circumference due to the technology, which leads to a dressing pattern on the surface of the dressing wheel.
- the above-mentioned grooves can be broken by carefully selecting the shift feed. Although the periodicity of the tooth flank surface structure is thus broken and in principle a more pleasant noise behavior is achieved, the structure transferred to the tooth flank is strongly dependent on the stochastic dressing pattern on the surface of the dressing wheel due to production and can therefore only be influenced via the shift feed during grinding of the workpiece.
- This object is achieved by a method according to claim 1. Further embodiments are specified in the dependent claims.
- a dressing tool is therefore proposed for dressing a grinding worm for the rolling machining of pre-toothed workpieces, wherein the dressing tool is designed to rotate about a dressing axis of rotation and has a dressing flank surface which forms a circular ring in a projection plane perpendicular to the dressing axis of rotation, the circular ring defining a radial direction with a radial coordinate and a circumferential direction with an angular coordinate, the dressing flank surface being provided with a specifically generated dressing flank modification, the dressing flank modification projected onto the circular ring being able to be described as a two-dimensional Fourier series depending on the radial coordinate and the angular coordinate.
- the Fourier series has at least one Fourier coefficient not equal to zero for a circumferential frequency component not equal to zero with respect to the angular coordinate.
- the dressing flank modification has a waviness in the circumferential direction.
- the waviness of the dressing tool in the circumferential direction can be transferred to a grinding worm flank of a worm thread during dressing by appropriately specifying the speed ratio or the angle of rotation coupling between the dressing tool and the grinding worm to be dressed, so that a worm modification with a thread waviness is formed on this grinding worm flank.
- This thread waviness can in turn be used to generate targeted tooth flank waviness on the tooth flanks of a pre-toothed workpiece that is machined with the grinding worm.
- the dressing tool proposed here therefore represents a particularly simple and elegant way of dressing a grinding worm in such a way that targeted tooth flank waviness can be generated on a workpiece with this grinding worm, with great flexibility in terms of wavelength and phase position of the tooth flank waviness.
- a waviness in the circumferential direction can be transmitted in a desired manner to a grinding worm to be dressed by specifying a speed ratio or a rotation angle coupling between the dressing tool and the grinding worm to be dressed accordingly.
- the dressing flank modification preferably has a 2 ⁇ periodicity with respect to the angular coordinate, i.e. the dressing flank modification has an integer number of wave periods with respect to the angular coordinate.
- wave fronts is understood below to mean lines of constant phase position or, in other words, lines along which no amplitude modulations occur.
- the Fourier series has no Fourier coefficient other than zero for a radial frequency component other than zero in the radial direction, such that the specifically generated dressing flank modification is wave-shaped with respect to the circumferential direction and has wave fronts in the form of lines of constant phase position, which are projected onto the circular ring and are radially aligned.
- the dressing flank modification has a waviness that occurs exclusively in the circumferential direction.
- the two-dimensional Fourier series has at least one Fourier coefficient not equal to zero for a radial frequency component and for a circumferential frequency component not equal to zero, such that the dressing flank modification projected onto the circular ring forms a checkerboard-like structure with wave crests and wave troughs offset from one another in a checkerboard-like manner.
- Neighboring wave troughs and wave crests can be offset in such a way that they each form a radial waviness along radial paths running parallel to the radial direction.
- a circumferential waviness is created along circumferential paths running parallel to the circumferential direction, wherein the circumferential paths are spaced apart from one another in the radial direction by half a radial wavelength of the radial waviness.
- Such a checkerboard-like structure can be described mathematically as an additive superposition of two partial waves, wherein the partial waves projected onto the unrolled circular ring have obliquely running wave fronts, i.e.
- the obliquely running wave fronts of the first partial wave have a positive slope ( ⁇ > 0°) and the obliquely running wave fronts of the second partial wave have a negative slope ( ⁇ ⁇ 0°), and wherein the first partial wave has the same order (i.e. the same number Wave periods) in the circumferential direction and the same order in the radial direction as the second partial wave.
- the checkerboard-like structure on the circular ring is aligned in such a way that adjacent wave troughs and wave crests are arranged in the circumferential direction along a spiral branch running spirally on the circular ring, wherein the number of wave periods along the spiral branch in an angular coordinate range of 2 ⁇ (i.e. counted over one revolution of the dressing tool) is referred to in the present context as the order in the spiral branch direction.
- the checkerboard-like structure can also be aligned and/or distorted in such a way that two or more spiral branches occur.
- the transition of the spiral branch or branches after one revolution of the dressing tool is preferably continuous.
- Such a structure with spiral branches running spirally can also be described mathematically as an additive superposition of two partial waves, wherein the partial waves have obliquely running wave fronts projected onto the circular ring. If the number of spiral branches is less than twice the order in the spiral branch direction, the structure can be described using an additive superposition in which the obliquely running wave fronts of the first partial wave have a positive slope and the obliquely running wave fronts of the second partial wave have a negative slope, the first partial wave having an order in the circumferential direction that is greater by the number of spiral branches than the order in the circumferential direction of the second partial wave.
- the structure can be described using an additive superposition in which the obliquely running wave fronts of the first partial wave and the second partial wave either both have a positive or both a negative slope, the first partial wave having an order in the circumferential direction that is greater by twice the order in the spiral branch direction than the order in the circumferential direction of the second partial wave.
- the present invention provides a method for producing a dressing tool as described above.
- the manufacturing process comprises: producing a coated base body of the dressing tool in a positive process, and targeted creation of the dressing flank modification by means of a conditioning tool, in particular a dressing flank surface perpendicular to the stationary rotating conditioning disk.
- a narrow rotating conditioning disk is used, e.g. a conditioning disk which has a head rounding on its outer circumference (ie a crowning of a lateral surface of the conditioning disk in the axial direction) with a rounding radius which corresponds to at most a quarter of a radial wave length in the radial direction, wherein the radial wave length of the wave period corresponds to the waviness in the radial direction.
- the targeted generation of the dressing flank modifications can in particular comprise: driving the dressing tool to rotate about the dressing axis of rotation; driving the conditioning tool to rotate about a conditioning axis of rotation of the conditioning tool, and advancing the conditioning tool relative to the dressing tool in a direction which has a portion running normal to the dressing flank surface, to generate the dressing flank modifications by removing material from the dressing flank surface.
- a conditioning track can be created in the dressing flank surface, which corresponds to a wave trough and has a width that corresponds to half the radial wave length in the radial direction.
- the width of the conditioning track can also be smaller than half the radial wave length of the desired dressing flank modification in the radial direction.
- the creation of several adjacent conditioning tracks may be necessary to create a complete wave trough.
- the conditioning tool can also have a ribbed outer circumference with at least two conditioning ribs, whereby the conditioning ribs each have a head rounding with a rounding radius that corresponds to a maximum of a quarter of the radial wave length in the radial direction, and whereby each conditioning rib can create a conditioning track in the dressing flank surface.
- the conditioning tool can create several conditioning tracks at the same time and thus, depending on the number of conditioning ribs, create the entire pattern of dressing flank modifications in a single pass.
- the orientation of the wave fronts can be adjusted, as in the case of a conditioning disk (which corresponds to a conditioning tool with a single conditioning rib), via a kinematic movement of the conditioning tool relative to the dressing tool.
- the feed movement of the conditioning tool relative to the dressing tool can be carried out by a movement of the conditioning tool in space and/or a movement of the dressing tool in space.
- the feed movement or the resulting feed position of the conditioning tool in the direction normal to the dressing flank surface can oscillate with a feed frequency that is in a predetermined fixed ratio to the rotation frequency of the dressing tool. This allows the material removal along the conditioning track to be varied, which leads to a corresponding waviness along the conditioning track.
- the targeted generation of said dressing flank modification can alternatively or in addition to the oscillating feed movement include: generating a discontinuous or continuous conditioning axial movement along the conditioning axis of rotation.
- Continuous in the present context means that the conditioning axial movement is carried out while the conditioning tool is in contact with the dressing tool and thus material removal takes place during the conditioning axial movement.
- discontinuous means that the conditioning axial movement is carried out while the conditioning tool is not in contact with the dressing tool and thus no material removal takes place during the conditioning axial movement.
- the conditioning axial movement is to be understood as a relative movement between the dressing tool and the conditioning tool along the conditioning axis of rotation.
- the conditioning tool and/or the dressing tool can be driven to carry out the conditioning axial movement.
- the targeted creation of said dressing flank modification can further include: Creating a plurality of conditioning tracks crossing at a predetermined angle with the conditioning tool on the dressing flank surface by a discontinuous and/or continuous conditioning axial movement along the conditioning axis of rotation, wherein the feed position of the conditioning tool to the dressing flank surface in the direction normal to the dressing flank surface can have a constant value or wherein the feed movement or feed position of the conditioning tool can oscillate with a feed frequency.
- a structure can be created in which wave troughs intersect and intermediate material areas of the dressing flank surface form elevations.
- the method for producing the dressing tool can comprise: producing the dressing tool in a negative process, wherein the negative process comprises: producing a negative mold by turning out a negative base body; Turning a targeted negative modification into the turned negative form such that the negative modification causes the dressing flank modification and/or generating a mechanical and/or hydraulic clamping of the negative base body during turning such that the turned negative form has a negative modification after the mechanical clamping is released, which causes the dressing flank modification.
- Turning the targeted negative modification into the turned negative form can be carried out using a suitable machining tool, in particular a turning tool, which is preferably movable along a negative form rotation axis of the negative form relative to the negative form.
- the targeted generation of the negative modifications can include: driving the negative form to rotate about a negative form rotation axis at a rotation frequency; positioning the turning tool such that it generates a negative track in at least one inner flank of the negative form.
- the invention provides a method for dressing a Grinding worm for the generating machining of pre-toothed workpieces.
- the method for dressing a grinding worm for the generating machining of pre-toothed workpieces includes: dressing the grinding worm with a dressing tool as shown above, such that the dressing flank modification causes a worm modification on a grinding worm flank of a worm thread of the grinding worm.
- the dressing flank modification causes a worm modification on a grinding worm flank of a worm thread of the grinding worm.
- the worm modification represents a compressed image of the dressing flank modification with a constant compression factor, whereby the compression factor depends on the speed ratio between the rotation of the dressing tool and the rotation of the grinding worm.
- the dressing tool there can be a predetermined, time-variable angle of rotation coupling between the dressing tool and the grinding worm in order to specifically generate a non-periodic worm modification on the grinding worm flank along the worm thread.
- the dressing flank modification is mapped into the worm modification with a non-constant compression factor.
- the invention provides a method for dressing a grinding worm for the generating machining of a pre-toothed workpiece, in particular comprising the method described above, comprising: defining a desired worm modification on a grinding worm flank of a worm thread of the grinding worm; calculating the desired worm modification back to a corresponding dressing flank modification of a dressing tool for a selected fixed or variable angle of rotation coupling between the dressing tool and the grinding worm; producing the dressing tool having the corresponding dressing flank modifications, in particular with a method as described above; Dressing the grinding worm with the dressing tool, with the selected fixed or variable angle coupling, whereby the dressing flank modification along the worm thread produces the desired worm modification.
- the invention provides a method for producing a modified surface structure on a tooth flank of a pre-toothed workpiece.
- the method for producing a modified surface structure on a tooth flank of a pre-toothed workpiece comprises: dressing a grinding worm suitable for generating pre-toothed workpieces using the method described above; driving the grinding worm to rotate about a worm axis; driving the pre-toothed workpiece to rotate about a workpiece axis; Generating a relative movement between the grinding worm and the pre-toothed workpiece in a shift direction parallel to the worm axis ("shift movement") with a shift feed rate, and generating a relative movement between the grinding worm and the pre-toothed workpiece in an axial direction parallel to the workpiece axis ("axial feed movement") with an axial feed rate, wherein the grinding worm and the pre-toothed workpiece are in rolling engagement and wherein the shift feed rate and the axial feed rate are in a
- the diagonal ratio refers to the ratio of the shift feed rate of the grinding worm in the shift direction to the axial feed rate of the grinding worm in the axial direction parallel to the workpiece axis.
- the diagonal ratio can be zero or not equal to zero. If the diagonal ratio is zero, a profile modification occurs on the tooth flank along a height direction of the tooth flank. If the diagonal ratio is not equal to zero, the resulting modification of the surface structure of the tooth flank can be a topological modification, i.e. a modification that has components in both the height direction and the width direction of the tooth flank.
- the method can also include generating a relative movement between the grinding worm and the pre-toothed workpiece in a radial direction perpendicular to the workpiece axis ("radial feed movement").
- radial feed movement a relative movement between the grinding worm and the pre-toothed workpiece in a radial direction perpendicular to the workpiece axis. This allows further modifications to be superimposed on the above-described modification of the surface structure of the tooth flank.
- the radial feed movement and the axial feed movement can be coupled depending on a cone angle of the conical toothing.
- the worm modification leads to a variation of a penetration depth between the grinding worm and the pre-toothed workpiece during generating machining and thus creates a tooth flank waviness along a contact track on the tooth flank, whereby the contact track corresponds to a line on which the point of contact between the grinding worm and the pre-toothed workpiece in rolling engagement moves on the tooth flank during generating machining.
- the dressing tool has a checkerboard-like structure that is aligned in such a way that adjacent wave troughs and wave crests in the circumferential direction are arranged along a spiral branch that runs spirally on the circular ring and thus form a spiral waviness
- a fixed angle coupling can be selected during dressing between the dressing tool and the grinding worm such that the spiral branch is mapped onto a worm contact path on the grinding worm flank, whereby the worm contact path corresponds to a line on which a point of contact between the grinding worm and the pre-toothed workpiece in rolling engagement moves on the grinding worm flank during rolling machining.
- the spiral waviness that occurs along the spiral branch on the dressing flank surface can thus be transferred from the dressing tool via the grinding worm in a targeted manner along the contact track to the tooth flank.
- the targeted movements of the grinding worm in the shift direction and in the axial direction relative to the pre-toothed workpiece are superimposed with non-controlled, in particular stochastically occurring additional movements, which lead to non-controlled variations in the penetration depth.
- Such non-controlled additional movements can be caused, for example, by unavoidable vibrations of the generating grinding machine used to carry out the generating machining.
- a suitable carrier pattern can be created on the tooth flank, which can be made more diffuse by superimposing the non-controlled variations in the penetration depth, which can lead to an optimization of the noise behavior.
- unavoidable vibrations can specifically contribute to improving the noise behavior.
- the targeted variation of the penetration depth due to the grinding worm dressed as described above has a modulation amplitude which lies in a range between 0.2 times and 5 times a fluctuation measure for the non-controlled deviations of the penetration depth, wherein the fluctuation measure corresponds in particular to a standard deviation or an interquartile range of the non-controlled deviations of the penetration depth, in particular wherein the fluctuation measure of the non-controlled variations of the penetration depth is determined and the modulation amplitude, and thereby in particular an amplitude of the worm modifications and thereby in turn in particular an amplitude of the dressing flank modifications, is specifically selected depending on the determined fluctuation measure.
- the invention provides a conditioning device comprising: a conditioning tool clamped on a conditioning spindle, in particular a narrow conditioning disk, ie a conditioning disk which has a head rounding on its outer circumference with a rounding radius which corresponds to at most a quarter of a radial wavelength in the radial direction, wherein the radial wavelength of the wave period corresponds to the waviness in the radial direction; a dressing spindle which is designed to accommodate a dressing tool for rotation about the dressing axis of rotation; a conditioning control which is designed to move the conditioning tool relative to the dressing tool in such a way that the dressing tool is provided with the dressing flank modifications as shown above.
- Fig. 1A shows a schematic front view of a dressing tool in a projection plane perpendicular to a dressing axis of rotation of the dressing tool
- Fig.1B a projection of a dressing flank surface in developed form
- Fig.2 a first example pattern of a dressing flank modification
- Fig.3 a second example pattern of a dressing flank modification
- Fig.4 a third example pattern of a dressing flank modification
- Fig.5 a fourth example pattern of a dressing flank modification
- Fig.6A a fifth example pattern of a dressing flank modification
- Fig.6B a first partial wave pattern for the additive mathematical description of the fifth example pattern of Fig.6A
- Fig.6C a second partial wave pattern for the additive mathematical description of the fifth example pattern of Fig.6A
- Fig.7A a first example arrangement of
- FIG. 1A shows a schematic front view of a dressing tool 33, wherein the dressing tool 33 has a dressing flank surface 331 which forms a circular ring in a projection plane perpendicular to a dressing rotation axis A of the dressing tool 33, wherein the circular ring defines a radial direction with a radial coordinate r and a circumferential direction with an angular coordinate ⁇ and wherein the circular ring has an inner radius r A.
- this circular ring which has a profile height d in the radial direction and a length of 2 ⁇ in the circumferential direction, is shown schematically in developed form.
- Figures 2 - 6A schematically show various wave-shaped patterns by way of example, which the deliberately produced dressing flank modifications can have on the dressing flank surface shown in Fig. 1B, wherein wave peaks are schematically shown in light shade and wave troughs are shown in dark shade.
- the following explains how these two-dimensional wave-like patterns can be described mathematically.
- a pattern rectangle with a pattern height ⁇ ′ in the height direction, which is referred to as the radial direction below, and a pattern length 2 ⁇ in the longitudinal direction, which is referred to as the circumferential direction below, is used.
- the angular coordinate ⁇ of the pattern rectangle corresponds in this definition to the angular coordinate ⁇ of the circular ring mentioned above.
- the Fourier coefficients, which indicate the amplitude and phase of the corresponding frequency components, are referred to as ⁇ ⁇ , ⁇ .
- the complex conjugate coefficient is The imaginary part determines in particular the phase position of the pattern. If, as here, a continuous transition is assumed after one revolution of the dressing tool (2 ⁇ periodicity), the phase position of the pattern in the circumferential direction is irrelevant. Due to the definition of the radial fundamental frequency chosen above, the pattern repeats itself periodically in the radial direction with a pattern period of ⁇ ′.
- the phase position of the dressing flank modifications ⁇ ( ⁇ , ⁇ ) on the dressing flank surface 331 in the radial direction can be chosen arbitrarily and expressed as a corresponding linear coordinate translation from the radial coordinate ⁇ ⁇ of the pattern rectangle to the radial coordinate of the dressing flank surface ⁇ , ⁇ ( ⁇ , ⁇ ′ ) ⁇ , where the profile height d over which the dressing flank modifications extend can correspond to the pattern period ⁇ ⁇ , or can be selected to be smaller or larger (since the pattern continues periodically with a pattern period of ⁇ ′).
- the dressing flank modification can be described as a section of a wave-shaped pattern on the pattern rectangle or a superposition of two or more wave-shaped sub-patterns on the pattern rectangle, where each of these wave-shaped sub-patterns can have a periodic waviness in the radial direction and/or in the circumferential direction.
- a wave period in the radial direction has a radial wavelength ⁇ ⁇ and a wave period in the circumferential direction is expressed in the following context as an offset angle ⁇ U ("wavelength in the circumferential direction").
- the pattern has wave fronts in the form of lines of constant phase position, whereby the wave fronts projected onto the unrolled circular ring form continuous, straight lines. These lines are, as shown in Fig. 2, inclined by an inclination angle ⁇ relative to the unrolled circumferential direction and spaced apart from one another in the circumferential direction by an offset angle ⁇ U.
- the following frequency component pairs ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ have a Fourier coefficient not equal to zero: and ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇
- the following frequency component pairs have a Fourier coefficient other than zero: and ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇
- the waveform does not necessarily have to be a pure sinusoid, so other Fourier coefficients may also be nonzero.
- the higher harmonics of the above Fourier coefficients may be nonzero, that is, the Fourier coefficients for which ⁇ is an integer multiple of ⁇ and ⁇ is an integer multiple of ⁇ .
- ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 0, while all other Fourier coefficients are zero.
- the inclination angle ⁇ is exactly 90°, i.e. the wave fronts of the dressing flank modification are projected onto the circular ring and are radially aligned. This case corresponds to a complex Fourier series, which has no coefficient other than zero for a radial frequency component ⁇ ⁇ other than zero in the radial direction.
- the dressing flank modification shown here runs continuously in the circumferential direction, i.e. the wave-shaped dressing flank modification has an integer number of wave periods related to a single revolution of the dressing tool (2 ⁇ periodicity).
- the wave fronts extend in a straight line parallel to the circumferential direction and form a radial ripple with a radial wavelength ⁇ r in the radial direction.
- This case corresponds to a complex Fourier series which has no non-zero coefficient for a circumferential frequency component ⁇ ⁇ non-zero in the circumferential direction.
- Fig.5 adjacent wave troughs and wave crests are offset from one another and thus each form a radial waviness along radial paths R1, R2 running parallel to the radial direction.
- the radial waviness of adjacent radial paths are offset by exactly 180° in the example shown in Fig.5, whereby a circumferential waviness is formed along circumferential paths U1, U2 running parallel to the circumferential direction, where the circumferential paths U1, U2 are spaced apart from one another in the radial direction by half the radial wavelength ⁇ ⁇ /2.
- Fig.6A shows a spiral pattern that can be mathematically described as an additive superposition of a first partial wave ⁇ ⁇ ( ⁇ , ⁇ ′ ) shown in Fig.6B and a second partial wave shown in Fig.6C.
- Partial wave ⁇ ⁇ ( ⁇ , ⁇ ′ ) can be described:
- the radial undulations of the adjacent radial paths R1, R2 in Fig. 6A are offset from each other by a value other than 180°, whereby adjacent wave troughs and wave crests are arranged in the circumferential direction along a spiral branch S1 running spirally on the circular ring and thus form a spiral undulation.
- the number of wave periods along the spiral branch S1 is referred to below as the order in the spiral branch direction L.
- the pitch of a spiral branch over one revolution of the dressing tool is determined as a function of half the radial wavelength ⁇ ⁇ /2 and the number of spiral branches ⁇ ⁇ ⁇ N ⁇ .
- the spiral branches form straight lines on the unwound circular ring that are inclined relative to the circumferential direction, whereby the angle of inclination ⁇ (analogous to the situation in Fig.2) can be expressed as: In order for the pattern of the dressing flank modification to be able to be continued periodically after one revolution, only discrete values for the pitch are possible.
- the pattern can always be continued periodically if the pitch corresponds to a multiple of half the radial wavelength ⁇ ⁇ /2.
- the freely selected order in the spiral branch direction L is an integer: in this case, the pitch of the spiral branch must correspond to an even multiple of half the radial wavelength ⁇ ⁇ /2, i.e. the number of spiral branches ⁇ ⁇ is even.
- the freely selected order in the spiral branch direction L is a half-integer: in this case, the pitch of the spiral branch must correspond to an odd multiple of half the radial wavelength ⁇ ⁇ /2, i.e. the number of spiral branches ⁇ ⁇ is odd.
- Fig.7B two spiral branches S1,S2 are formed on the dressing flank surface 331, i.e.
- ⁇ ⁇ 2
- the spiral branches S1,S1 are offset in the circumferential direction by an offset angle ⁇ , which in this example is ⁇ .
- Figures 7D and 7E show another example pattern using concrete numbers.
- the radial wavelength ⁇ ⁇ 15 mm
- the spiral branches S1,S2 run anti-clockwise.
- 49
- Production of the dressing tool Dressing tools with the dressing flank modifications explained above can be produced both in a positive process and in a negative process.
- Positive process In the positive process, a base body, preferably made of steel, is provided, which is coated with hard material particles, typically diamond particles, preferably galvanically.
- FIG. 8A shows a schematic of a conditioning device 50 according to an embodiment of the present invention.
- the conditioning device comprises a dressing tool 33 (here in sectional view), wherein the base body 330 has a hollow cylinder which is clamped onto a dressing spindle 32 and can be driven to rotate around the dressing axis of rotation A.
- a circular disk extends around the hollow cylinder with dressing flanks tapering in the radial direction with respect to the dressing axis of rotation A.
- the hard material particles applied to the dressing flanks form the dressing flank surface 331.
- the dressing flank surface is machined with a conditioning tool 51.
- this conditioning tool 51 is a narrow conditioning disk which can be rotated about a conditioning axis of rotation K which runs parallel to the dressing flank to be machined and can be moved in a direction normal to the dressing flank surface 331 and parallel to the conditioning axis of rotation K.
- the conditioning disk preferably has an abrasive coating with bound hard material particles which have a comparable or higher hardness than the hard material particles of the dressing tool coating.
- the dressing tool is driven to rotate about the dressing axis of rotation A, while the conditioning tool 51 is driven to rotate about the conditioning axis of rotation K.
- the rotating conditioning disk is then fed in such a way that it comes into contact with the dressing flank surface 331 and material is thereby removed from the dressing flank surface 331.
- the feed movement takes place parallel to a normal of the dressing flank surface 331.
- the feed movement of the conditioning tool 51 or the feed position perpendicular to the dressing flank surface caused thereby can oscillate with a feed frequency fK, which is coordinated with a rotational frequency of the dressing tool fA in order to produce the desired undulations, while in addition a discontinuous or continuous conditioning axial movement can take place along the conditioning rotation axis K.
- a feed frequency fK which is coordinated with a rotational frequency of the dressing tool fA in order to produce the desired undulations
- a discontinuous or continuous conditioning axial movement can take place along the conditioning rotation axis K.
- ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- the conditioning device comprises a conditioning control 53, which is designed to control the rotational frequency of the dressing tool and the feed frequency f K to be coordinated with one another, and to control the feed movement of the conditioning tool 51 relative to the dressing tool 33.
- the conditioning tool 51 can also have a ribbed outer circumference.
- Fig. 8B shows an example of an enlarged section of a cross section through a conditioning tool 51 that has three conditioning ribs 511, wherein the conditioning ribs 511 each have a head rounding with a rounding radius that corresponds to a quarter of the radial wavelength in the radial direction ⁇ r', and wherein each conditioning rib 511 can produce a conditioning track in the dressing flank surface. Examples: The following explains how the dressing flank modifications shown as examples in Figures 2-6A are created.
- the wave fronts on the unrolled circular ring that are inclined by the angle of inclination ⁇ relative to the circumferential direction can be created as follows: Feeding the conditioning tool in the direction normal to the dressing flank surface to a constant feed value; generating a continuous conditioning axial movement of the conditioning tool with a constant axial speed along the conditioning axis of rotation K during at least one revolution of the dressing tool 33.
- the continuous conditioning axial movement can take place either from the inside out or from the outside in with respect to the radial direction of the dressing tool 33.
- An increase in the desired angle of inclination ⁇ is accompanied by an increase in the constant axial speed at a constant rotational frequency fA of the dressing tool.
- a conditioning track is created in the dressing flank surface that runs diagonally over the entire length of the unwound circular ring, which corresponds to a wave trough (dark shaded in Fig.2) and thus has a width that corresponds to half the radial wave length ⁇ ⁇ /2.
- the conditioning tool is repositioned after each revolution of the dressing tool, however, in relation to the unwound circular ring, it is shifted in the circumferential direction by the circumferential wavelength ⁇ U. If a conditioning tool 51 with several conditioning ribs 511 is used so that all the desired conditioning tracks are created in a single rotation, the renewed attachment of the conditioning tool 51 can also be omitted.
- the feed position of the conditioning tool oscillates normal to the dressing flank surface with a feed frequency fK which is matched to the rotation frequency fA of the dressing tool, whereby no conditioning axial movement takes place along the conditioning rotation axis K.
- ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- the conditioning tool 51 thus produces a conditioning track running in the circumferential direction with a corresponding waviness of order M.
- the conditioning tool Depending on the profile height d of the circular ring over which the dressing flank modification is to extend and depending on the width of the individual conditioning track, the conditioning tool must be repositioned at a plurality of different positions along the conditioning axis of rotation K. In order for conditioning tracks running adjacent in the radial direction to form continuous, radially straight wave fronts, it must be ensured when positioning the conditioning tool at the new position that the oscillating feed movement of the conditioning tool has a phase position which is synchronized with the rotation of the dressing tool 33 in such a way that the waviness of the new conditioning track runs in phase with the waviness of the previously generated conditioning track.
- the conditioning tool 4 can be created by feeding the conditioning tool in the direction normal to the dressing flank surface to a constant feed value, whereby (in contrast to the creation of the dressing flank modification in Fig. 2) no continuous conditioning axial movement takes place along the conditioning axis of rotation K, whereby a conditioning track running parallel to the circumferential direction is created.
- the conditioning tool is repositioned at a plurality of different positions along the conditioning axis of rotation K to create new conditioning tracks adjacent in the radial direction, whereby wave fronts are created which, projected onto the unrolled circular ring, extend in a straight line parallel to the circumferential direction.
- a conditioning tool 51 with several conditioning ribs 511 is used so that all the desired conditioning tracks are created in a single rotation, the renewed attachment of the conditioning tool 51 can also be omitted.
- the dressing flank modification shown in Fig. 5 can be created by superimposing the steps required to create the dressing flank modification shown in Fig. 3 and Fig. 4: To create the dressing flank modification shown in Fig. 5, the feed position of the conditioning tool oscillates normal to the dressing flank surface with a feed frequency fK which is coordinated with the rotation frequency fA of the dressing tool, with no conditioning axial movement taking place along the conditioning rotation axis K.
- the conditioning tool 51 thus produces a conditioning track running in the circumferential direction with a circumferential waviness of order M.
- the conditioning tool 51 is repositioned at a plurality of different positions along the conditioning axis of rotation K to generate new conditioning tracks adjacent in the radial direction, each with a width of half a radial wavelength ⁇ ⁇ /2. This forms the circumferential waviness along circumferential paths U1, U2 running parallel to the circumferential direction.
- the oscillating feed movement of the conditioning tool has a phase position which is synchronized with the rotation of the dressing tool 33 in such a way that the resulting circumferential wavinesses are shifted by 180° relative to one another. If a conditioning tool 51 with several conditioning ribs 511 is used, so that all the desired conditioning tracks are generated in a single rotation, the renewed positioning of the conditioning tool 51 can also be omitted.
- Creating the dressing flank modification of Fig.6A To create the dressing flank modification shown in Fig.6A, as in the case of the dressing flank modification in Fig.2, a continuous conditioning axial movement of the conditioning tool along the conditioning rotation axis K is also created over at least one revolution of the dressing tool 33 at a constant axial speed, however, the conditioning tool is not fed to a constant feed value in the direction normal to the dressing flank surface (in contrast to the situation in Fig.2), but the feed position of the conditioning tool instead oscillates normal to the dressing flank surface at a feed frequency fK which is matched to the rotation frequency of the dressing tool fA .
- the steps used to create the examples explained can of course be combined to create further dressing flank modifications not explicitly shown here.
- patterns are also conceivable in which continuous wave troughs intersect at any predetermined angle. Purely radially aligned wave troughs can, for example, intersect wave troughs aligned purely in the circumferential direction at an angle of 90° projected onto the circular ring.
- the intersecting wave troughs can also run diagonally across the dressing flank surface.
- the rotation frequency of the dressing tool and/or the feed frequency fK of the conditioning tool and/or the conditioning axial movement can be varied over time during processing in order to produce targeted dressing flank modifications which have more complex patterns.
- Negative process Dressing tools with the dressing flank modifications explained above can alternatively also be produced in a negative process.
- a negative base body preferably made of aluminum or graphite, is provided, which is turned into a negative form of the desired dressing tool using a turning tool.
- Negative processes for producing dressing tools are known from the prior art, for example from the publication EP 1110671 A2, the disclosure of which is fully incorporated herein by reference.
- Fig. 9 shows a schematic sectional view of a negative mold 60, wherein the negative mold 60 is mounted rotatably about a negative mold rotation axis D and has inner flanks 61 tapering radially outward with respect to the negative mold rotation axis D.
- Fig. 9 schematically shows a turning tool 70 which is introduced into the negative mold 60 and which has a turning tool tip 71 which projects radially with respect to the negative mold rotation axis D and with which material is removed from the inner flanks 61 to produce the negative modifications, while the negative mold rotates at a rotational frequency f N about the negative mold rotation axis D.
- the turning tool tip 71 By superimposing an axial movement of the turning tool tip 71 along the negative mold rotation axis D and a radial movement with respect to the negative mold rotation axis D, the turning tool tip 71 can be moved along the entire at least one inner flank 61.
- a turning tool frequency f D (as shown schematically in Fig. 9 by a sine curve)
- negative tracks are turned into the negative mold which have a circumferential waviness in the circumferential direction which corresponds to a negative impression of the desired dressing flank modification of the dressing tool produced using this negative mold.
- the rotational frequency fN of the negative form and the turning tool frequency fD can each be constant over time, but can also be varied over time.
- all of the dressing flank modifications shown as examples in Figures 2-6A, as well as further modifications thereof, can be produced by appropriate superposition of the axial and radial movements of the turning tool tip 71 with respect to the negative form rotation axis D, as well as by appropriate synchronization with the rotation of the negative form 60.
- the turning tool frequency fD and/or the rotational frequency fN of the negative form and/or an axial and/or radial feed movement of the turning tool tip along the inner flank 61 can be varied over time during machining in order to produce targeted dressing flank modifications which have more complex patterns.
- the targeted generation of the negative modifications can also include a targeted generation of tensions in the negative mold, as will now be explained with reference to Figures 10A and 10B.
- Figure 10A shows a schematic sectional view of the negative mold 60 with the turning tool 70, wherein in this embodiment a deformation device 80 is attached to the negative mold 60 is attached and clamps it.
- the deformation device 80 exerts a force on the negative mold 60 in the axial direction with respect to the negative mold rotation axis D, such that it is slightly compressed. As a result, areas of the inner flanks 61 are pressed axially closer to one another. If these areas of the inner flanks 61 pressed together now pass the fixed turning tool tip 71 during the rotation of the negative mold, more material is removed in the areas pressed together than in other areas of the negative mold 60 that are not pressed together by the pre-forming device 80.
- the deformation device 80 preferably has force application areas arranged periodically in the circumferential direction of the negative mold. To generate the force on these force application areas, the deformation device 80 can, for example, have mechanical or hydraulic clamping elements.
- the force can be exerted directly on the force application area by a screw.
- the force on the force application area can also be generated by a hydraulic piston.
- the deformation device can have a two-part device which at least partially surrounds the negative mold and is held together by screws and/or hydraulic pistons.
- the negative mold In a relaxed state (Fig. 10B), the negative mold then has a negative track with a circumferential waviness, with wave troughs in the negative mold occurring where a force has been applied by the deformation device 80. These wave troughs in the negative mold 60 then correspond to the wave crests on the dressing flank surface of the dressing tool produced using this negative mold.
- the use of a deformation device can of course also be combined with the use of a turning tool tip 71 moved relative to the negative mold to produce any negative modification/dressing flank modification.
- Dressing the grinding worm The invention also includes a method for dressing a grinding worm 16 for the generating machining of pre-toothed workpieces, in which the dressing modifications of the dressing tool 33 are mapped onto a grinding worm flank 161 of the grinding worm, whereby a worm modification is produced on the grinding worm flank 161.
- the dressing tool 33 and the grinding worm flank 161 are in line contact.
- Fig.11 shows a circular projection of a grinding worm flank 161 in a plane perpendicular to a worm rotation axis B in developed form, wherein the circular projection defines a worm circumferential direction with a worm circumferential coordinate ⁇ S and a worm radial direction with a worm radial coordinate r S.
- worm modifications in the form of three spiral branches S1', S1'',S1''' are shown schematically, wherein the three spiral branches S1', S1'',S1''' on the grinding worm flank 161 correspond to the same spiral branch S1 on the dressing flank surface 331, which was, however, transferred to the grinding worm flank 161 with different speed ratios between the dressing tool 33 and the grinding worm.
- the dashed arrow shown in Fig.11 points in the direction of an increasing speed ratio between the dressing tool 33 and the grinding worm: the greater the speed ratio, the steeper the spiral branch S1', S1'', S1'''' shown on the unwound grinding worm flank 161.
- the worm modification produced by transferring the dressing flank modification to the grinding worm flank 161 has a number of wave periods related to one revolution of the grinding worm, this number being referred to here as the worm waviness order LS.
- This worm waviness order LS can be influenced by varying the speed ratio between the dressing tool 33 and the grinding worm: the greater the speed ratio, the greater the worm waviness order LS. Typically, the speed ratio is between 10 and 60.
- the speed ratio can be constant over time, or it can be changed during the dressing of the grinding worm, in which case the spiral branch S1' shown no longer forms a straight line on the unwound grinding worm flank, but is bent (in the case of an abrupt change in the speed ratio) or curved (in the case of a continuous change in the speed ratio).
- the spiral branch S1' shown no longer forms a straight line on the unwound grinding worm flank, but is bent (in the case of an abrupt change in the speed ratio) or curved (in the case of a continuous change in the speed ratio).
- the spiral branch S1' shown no longer forms a straight line on the unwound grinding worm flank, but is bent (in the case of an abrupt change in the speed ratio) or curved (in the case of a continuous change in the speed ratio).
- several revolutions of the dressing tool are required to map the complete spiral branch S1 onto the grinding worm flank 161: the flatter the pitch, the more revolutions are required.
- a desired worm modification can therefore be defined on a grinding worm flank 161 of a worm thread of the grinding worm 16, which can be calculated back to a corresponding dressing flank modification for a selected fixed speed ratio between the dressing tool 33 and the grinding worm, whereby the corresponding dressing flank modification can then be specifically produced according to the manufacturing processes described above.
- Production of a targeted tooth flank modification on a pre-toothed workpiece The worm modifications produced by the dressing tool as explained above can be transferred to a tooth flank of a pre-toothed workpiece in a generating machining process.
- the generating machining process is carried out on a generating grinding machine 1, which is shown as an example in Fig. 12 and which is also referred to below as "machine" for short.
- the machine 1 has a machine bed 11 on which a tool carrier 12 is guided so as to be displaceable along a radial feed direction X.
- the tool carrier 12 carries an axial slide 13, which is guided so as to be displaceable along a feed direction Z relative to the tool carrier 12.
- a grinding head is mounted on the axial slide 13, which can be pivoted about a pivot axis running parallel to the X direction (the so-called A axis) in order to adapt to the helix angle of the gearing to be machined.
- the grinding head in turn carries a shift slide 14, on which a tool spindle 15 can be displaced along a shift direction Y relative to the grinding head.
- a helically profiled grinding disk (grinding worm) 16 is clamped on the tool spindle 15.
- the grinding worm 16 is driven by the tool spindle 15 to rotate about a worm axis B.
- the machine bed 11 also carries a pivotable workpiece carrier 20 in the form of a turret, which can be pivoted about a pivot axis C3 between at least three positions.
- Two identical workpiece spindles are mounted diametrically opposite one another on the workpiece carrier 20, of which only one workpiece spindle 21 is visible in Fig.1.
- a workpiece can be clamped onto each of the workpiece spindles and driven to rotate around a workpiece axis.
- the workpiece spindle 21 visible in Fig.1 can be driven around the workpiece axis C1 and is in a machining position in which a workpiece 23 clamped onto it can be machined with the grinding worm 16.
- the other workpiece spindle, arranged offset by 180°, and the workpiece spindle, which is not visible in Fig. 1, is in a workpiece change position in which a finished workpiece can be removed from this spindle and a new blank can be clamped on.
- a dressing device 30 is mounted offset by 90° to the workpiece spindles.
- the machine 1 therefore has a large number of movable components such as slides or spindles which can be moved under the control of corresponding drives.
- NC axes These drives are often referred to in the specialist world as “NC axes", “machine axes” or, for short, as “axes”. In some cases, this term also includes the components driven by the drives, such as slides or spindles.
- the machine 1 also has a large number of sensors. As an example, only two sensors 18 and 19 are shown schematically in Fig. 12.
- the sensor 18 is a vibration sensor for detecting vibrations of the housing of the grinding spindle 15.
- the sensor 19 is a position sensor for detecting the position of the axial slide 13 relative to the tool carrier 12 along the Z direction.
- the machine 1 comprises a large number of other sensors.
- All driven axes of the machine 1 are digitally controlled by a machine control system 40.
- the machine control 40 comprises several axis modules 41, a control computer 42 and an operating panel 43.
- the control computer 42 receives operator commands from the operating panel 43 as well as sensor signals from various sensors of the machine 1 and calculates control commands for the axis modules 41 from them. It also outputs operating parameters to the operating panel 43 for display.
- the axis modules 41 provide control signals for one machine axis at each of their outputs.
- a monitoring device 44 is connected to the control computer 42 and carries out various monitoring tasks during operation of the machine 1.
- Fig. 13 shows an enlarged section of Fig. 1.
- the dressing device 30 can be seen particularly well here.
- a swivel drive 31 is provided with a
- a dressing spindle 32 is arranged on which a disk-shaped dressing tool 33 is clamped, which is provided with specifically produced dressing flank modifications.
- a helical gear as is the case with a pairing of an externally toothed spur gear (the pre-toothed workpiece 23) and the grinding worm, there is point contact when the axes of the pre-toothed workpiece 23 and the grinding worm 16 are not parallel.
- the contact point moves along a path geometrically determined by the pairing over the tooth flank of the pre-toothed workpiece 23 and over the grinding worm flank 161 of the grinding worm 16.
- the path on the tooth flank is referred to as the contact track
- the path on the grinding worm flank is referred to as the worm contact path.
- the grinding worm 16 is first dressed using a dressing method described above with a dressing tool 33 that has a spiral waviness along a spiral branch S1.
- the speed ratio between the dressing tool 33 and the grinding worm is selected such that the spiral waviness is reproduced exactly along the worm contact path that is predetermined by the pairing between the pre-toothed workpiece 23 to be machined and the grinding worm 16.
- the speed ratio is selected such that the spiral branch S1' reproduced on the grinding worm flank 161 comes to lie on the worm contact path.
- This worm modification in the form of a worm waviness along the spiral branch S1' is now specifically transferred to the tooth flank of the pre-toothed workpiece 23:
- the grinding worm 16 is driven to rotate around the worm axis B, while the pre-toothed workpiece 23 is driven to rotate around the workpiece axis C1, whereby the grinding worm and the pre-toothed workpiece are in rolling engagement.
- both a movement of the grinding worm 16 relative to the pre-toothed workpiece 23 in the shift direction Y parallel to the worm axis B and a movement of the grinding worm 16 in an axial direction parallel to the workpiece axis C1 are generated.
- the movements of the grinding worm in the axial direction and in the shift direction Y are in a diagonal ratio selected in such a way that the worm waviness is specifically mapped onto the tooth flank of the pre-toothed workpiece and thus specifically the Surface structure of the tooth flank is modified.
- a desired tooth flank modification can therefore be defined on the tooth flank of the pre-toothed workpiece 23, which can be calculated back for a selected diagonal ratio to a corresponding worm waviness along a spiral branch S1' on the grinding worm flank 161, which can then in turn be calculated back for a selected speed ratio to a corresponding dressing flank modification, whereby the corresponding dressing flank modification can then be specifically produced according to the manufacturing processes described above.
Landscapes
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Abstract
Ein Abrichtwerkzeug zum Abrichten einer Schleifschnecke für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke ist zur Rotation um eine Abrichtdrehachse (A) ausgebildet und weist eine Abrichtflankenoberfläche auf, welche in einer senkrecht zu einer Abrichtdrehachse des Abrichtwerkzeugs stehenden Projektionsebene einen Kreisring bildet, wobei der Kreisring eine Radialrichtung mit einer Radialkoordinate (r) und eine Umfangrichtung mit einer Winkelkoordinate (φ) definiert. Die Abrichtflankenoberfläche ist mit einer gezielt erzeugten Abrichtflankenmodifikation versehen, wobei sich die Abrichtflankenmodifikation auf den Kreisring projiziert als zwei-dimensionale Fourier-Reihe in Abhängigkeit der Radialkoordinate (r) und der Winkelkoordinate (φ) beschreiben lässt und wobei die Fourier-Reihe mindestens einen Fourier-Koeffizienten ungleich Null für eine Umfangfrequenzkomponente ungleich Null bezüglich der Winkelkoordinate aufweist.
Description
TITEL ABRICHTWERKZEUG ZUM ABRICHTEN EINER SCHLEIFSCHNECKE FÜR DIE WÄLZBEARBEITUNG VORVERZAHNTER WERKSTÜCKE TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abrichtwerkzeug zum Abrichten einer Schleifschnecke für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Abrichtwerkzeugs, sowie eine Konditioniervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein derartiges Verfahren zur Herstellung auszuführen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke mit einem solchen Abrichtwerkzeug, sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer modifizierten Oberflächenstruktur auf einer Zahnflanke eines vorverzahnten Werkstücks mittels einer anhand eines solchen Abrichtwerkzeugs abgerichteten Schleifschnecke. STAND DER TECHNIK Insbesondere im Kontext der Elektromobilität gewinnt das Thema NVH (Noise-Vibration- Harshness) speziell im Bereich des Getriebes eines Fahrzeugs aufgrund der fehlenden dominanten Geräuschkulisse des Verbrennungsmotors an Bedeutung. Die Anforderungen an das Geräuschanregungsverhalten werden häufig in Form von vordefinierten Grenzwerten in einem Geräuschfrequenzspektrum vorgegeben. Ob ein Werkstück diesen Anforderungen genügt, wird in der Regel stichprobenartig auf einem End-of-Line-Prüfstand (EOL) überprüft. Liegen die gemessenen Amplituden vereinzelter Geräuschfrequenzen über dem vordefinierten Grenzwert, wird das entsprechende Werkstück beanstandet. Ein typisches Geräuschfrequenzspektrum eines rotierenden Zahnrades weist dominante Amplituden bei Geräuschfrequenzen auf, welche der Zahneingriffsfrequenz (fZE = Zahnraddrehfrequenz x Zähnezahl) und den dazugehörigen höheren Harmonischen bei den entsprechenden Zahneingriffsordnungen (ZEO) entsprechen. Diese dominanten Geräuschfrequenzen resultieren in der Regel aus Drehwegabweichungen, welche infolge einer über die Eingriffsstrecke variierende Eingriffssteifigkeit entstehen. Der Verlauf der
Eingriffssteifigkeit als Funktion der Position entlang der Eingriffsstrecke wiederholt sich periodisch mit der Eingriffsteilung und führt zu den oben genannten dominanten Geräuschfrequenzen. Eine andere Ursache kann ein während der Fertigung entstandenes "Wälzloch", d.h. bezüglich der gewünschten Profillinie zurückstehendes Material, sein. Insgesamt können alle Drehwegabweichungen einer Verzahnung unter Last zu einer Geräuschanregung führen, die als störendes Geräusch wahrnehmbar ist. Weist beispielsweise ein Abrichtwerkzeug über die Profilhöhe eine gewisse Welligkeit auf, überträgt sich diese auf die Schneckenflanke und führt anschliessend zu einer Profilformabweichung am Werkstück. Konstante Schwingungen in der Peripherie der zur Bearbeitung des vorverzahnten Werkstücks verwendeten Werkzeugmaschine können ebenfalls zu Zahnflankenwelligkeiten auf der Zahnflanke führen, die messtechnisch erfassbar sind, und störende Geräuscheigenschaften der Verzahnung zur Folge haben. Auch über die Breite der Verzahnung verlaufende Riefen können zu einer Geräuschanregung führen. Insgesamt kann jede periodische Oberflächenstruktur, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Eingriffslinie gepaarter Stirnräder, zu einer Anregung einer Geräuschfrequenz führen, welche im Geräuschfrequenzspektrum der Verzahnung dominant auftritt. Es existieren mehrere Ansätze, um das Geräuschanregungsverhalten einer Verzahnung zu verbessern. Drehwegabweichungen, die aus einer Verformung der Verzahnung unter Last resultieren, können effektiv durch eine gezielte Modifikation der Zahnflanke reduziert werden. Ein Wälzloch kann durch eine optimierte Prozessführung nahezu vollständig beseitigt werden. DE 102012015846 A1 offenbart ein Wälzschleifverfahren, bei dem ein Werkstück mit einer Schleifschnecke bearbeitet wird, wobei mittels gezielter Erzeugung einer unwuchtbedingten Taumelbewegung der Schleifschnecke und/oder einer Exzentrizität der Schleifschnecke erreicht wird, dass eine Modifikation, insbesondere eine Profilmodifikation oder Profilwelligkeit und/oder eine definierte periodische Flankenwelligkeit, auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt wird, um eine ungewollte Flankenwelligkeit zu modifizieren oder zu verhindern.
Eine aus Unwucht oder Exzentrizität einer Schleifschnecke resultierende Flankenwelligkeit auf dem Werkstück hat stets bezüglich der Schneckendrehfrequenz die Ordnung eins, d.h. es ist nicht möglich, auf diese Weise eine Flankenwelligkeit zu erzeugen, welche bezüglich der Schneckendrehfrequenz eine höhere Ordnung aufweist. DE 102013003795 A1 offenbart ein Verfahren zum Hartfeinbearbeiten von Zahnflanken mit Korrekturen und/oder Modifikationen auf einer Verzahnmaschine, wobei jeweils Zahnradpaarungen, die miteinander innerhalb eines Getriebes oder einer Prüfeinrichtung im Eingriff sind, unter Berücksichtigung der jeweiligen Gegenflanken bearbeitet werden und wobei die Zahnflanken der betroffenen Werkstücke mit periodischen Welligkeitskorrekturen oder -modifikationen versehen werden. Erfindungsgemäss wird mittels Drehwegfehlermessung der Zahnradpaarungen in einer Verzahnungsmesseinrichtung und/oder Getriebe der Drehfehlerverlauf bestimmt. Dieses Messergebnis dient als Eingangsgrösse zur Definition der Amplitude, Frequenz und Phasenlage für die periodischen Flankenwelligkeitskorrekturen auf den Zahnflanken der Zahnradpaarungen für die Fertigung in der Verzahnungsmaschine. Eine sich periodisch wiederholende Oberflächenstruktur führt tendenziell zu einer Anregung in einem relativ engen Geräuschfrequenzband. Eine möglichst unregelmässige Oberflächenstruktur führt wiederum zu einem sehr breiten Geräuschfrequenzspektrum, das sich "weissem" Rauschen, d.h. einem Geräuschfrequenzspektrum mit gleicher Amplitude aller Geräuschfrequenzen, annähert. Ein derartiges Geräuschfrequenzspektrum, bei welchem tendenziell die Dominanz einzelner Geräuschfrequenzen reduziert ist, wird psychoakustisch als weniger störend wahrgenommen und ist somit vorteilhaft. Zudem verteilt sich bei Anregungen mit einem breiten Geräuschfrequenzspektrum die gesamte Anregungsenergie über einen grossen Frequenzbereich, so dass die Geräuschamplitude jeder einzelnen Frequenzkomponente tendenziell niedriger ist als bei Anregungen in einem engen Frequenzband. Wenn das Werkstück durch ein Wälzschleifverfahren mit einer Schleifschnecke bearbeitet wird, können sich periodisch wiederholende Oberflächenstrukturen auf einer Zahnflanke auftreten, die beispielsweise vom Abrichten der Schleifschnecke stammen, mit welcher die Zahnflanke bearbeitet wird: Die beim Abrichten verwendete Abrichtscheibe kann über den Umfang technologiebedingt Korngrössen- und Formunterschiede, sowie eine unterschiedliche Kornverteilung aufweisen, was zu einem Abrichtmuster auf der Oberfläche der Abrichtscheibe führt. Da die Abrichtscheibe in der Regel während einer Umdrehung der
Schleifschnecke eine Vielzahl von Umdrehungen ausführt, wird dieses Abrichtmuster beim Abrichten in Schneckengangrichtung periodisch auf die Schleifschnecke abgebildet. Beim anschliessenden Schleifen des Werkstücks können dann wiederum auf den Zahnflanken des Werkstücks periodische Schwankungen in der Zahnflankenoberfläche in Form von Riefen entstehen, welche sich über die Zahnbreite erstrecken. DE 19905136 A 1 offenbart ein Verfahren, bei welchem der Drehwinkel der Abrichtscheibe mit dem Drehwinkel der Schleifschnecke mit einem einstellbaren festen oder programmierbar variablen oder einem gespeicherten stochastisch ändernden Verhältnis gekoppelt wird, wobei die Schleifschnecke während des Schleifens längs ihrer Achse relativ zum Werkstück bewegt wird (Shift-Vorschub), so dass jedem Punkt der Zahnflanken der Verzahnung des Werkstücks genau ein Punkt der Flanken des Schleifschneckenganges entspricht. Durch gezielte Wahl des Shift-Vorschubs können die oben genannten Riefen gebrochen werden. Somit wird zwar die Periodizität der Zahnflankenoberflächenstruktur gebrochen und dadurch prinzipiell ein angenehmeres Geräuschverhalten erzielt, allerdings ist die auf die Zahnflanke übertragene Struktur stark vom herstellungsbedingten stochastischen Abrichtmuster auf der Oberfläche der Abrichtscheibe abhängig und kann daher nur über den Shift-Vorschub während des Schleifens des Werkstücks beeinflusst werden. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG In einem ersten Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abrichtwerkzeug anzugeben, mit dem eine Schleifschecke für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke so abgerichtet werden kann, dass die Schleifschnecke gezielt eine modifizierte Oberflächenstruktur auf einer Zahnflanke eines vorverzahnten Werkstücks erzeugt, wobei diese modifizierte Oberflächenstruktur geeignet ist, das Geräuschverhalten des Werkstücks zu beeinflussen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird also ein Abrichtwerkzeug zum Abrichten einer Schleifschnecke für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke vorgeschlagen, wobei das Abrichtwerkzeug zur Rotation um eine Abrichtdrehachse ausgebildet ist
und eine Abrichtflankenoberfläche aufweist, welche in einer senkrecht zur Abrichtdrehachse stehenden Projektionsebene einen Kreisring bildet, wobei der Kreisring eine Radialrichtung mit einer Radialkoordinate und eine Umfangrichtung mit einer Winkelkoordinate definiert, wobei die Abrichtflankenoberfläche mit einer gezielt erzeugten Abrichtflankenmodifikation versehen ist, wobei sich die Abrichtflankenmodifikation auf den Kreisring projiziert als zwei-dimensionale Fourier-Reihe in Abhängigkeit der Radialkoordinate und der Winkelkoordinate beschreiben lässt. Die Fourier-Reihe weist mindestens einen Fourier-Koeffizienten ungleich Null für eine Umfangfrequenzkomponente ungleich Null bezüglich der Winkelkoordinate auf. Bildlich gesprochen bedeutet dies, dass die Abrichtflankenmodifikation eine Welligkeit in Umfangrichtung aufweist. Die Welligkeit des Abrichtwerkzeugs in Umfangrichtung kann beim Abrichten durch geeignete Vorgabe des Drehzahlverhältnisses bzw. der Drehwinkelkopplung zwischen dem Abrichtwerkzeug und der abzurichtenden Schleifschnecke auf eine Schleifschneckenflanke eines Schneckengangs übertragen werden, so dass sich auf dieser Schleifschneckenflanke eine Schneckenmodifikation mit einer Gangwelligkeit ausbildet. Diese Gangwelligkeit kann wiederum genutzt werden, gezielte Zahnflankenwelligkeiten auf den Zahnflanken eines vorverzahnten Werkstücks zu erzeugen, das mit der Schleifschnecke bearbeitet wird. Das hier vorgeschlagene Abrichtwerkzeug stellt somit eine besonders einfache und elegante Möglichkeit dar, eine Schleifschnecke so abzurichten, dass mit dieser Schleifschnecke gezielte Zahnflankenwelligkeiten auf einem Werkstück erzeugt werden können, bei grosser Flexibilität hinsichtlich Wellenlänge und Phasenlage der Zahnflankenwelligkeiten. Im Gegensatz zu einer rein radial auftretenden Welligkeit des Abrichtwerkzeugs, welche unabhängig von einem Drehzahlverhältnis zwischen dem Abrichtwerkzeug und der abzurichtenden Schleifschnecke übertragen wird, kann eine Welligkeit in Umfangrichtung auf eine gewünschte Weise auf eine abzurichtende Schleifschnecke übertragen werden, indem ein Drehzahlverhältnis bzw. eine Drehwinkelkopplung zwischen dem Abrichtwerkzeug und der abzurichtenden Schleifschnecke entsprechend gezielt vorgegeben wird. Eine Welligkeit in Umfangrichtung auf der Abrichtwerkzeugoberfläche bietet somit einen zusätzlichen Freiheitsgrad im Hinblick auf eine gezielte Übertragung der Abrichtflankenmodifikationen.
Um insbesondere beim Abrichten der Schleifschnecke einen stetigen Übergang nach einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs zu erhalten, weist die Abrichtflankenmodifikation bevorzugt bezüglich der Winkelkoordinate eine 2π-Periodizität auf, d.h. die Abrichtflankenmodifikation weist bezüglich der Winkelkoordinate eine ganzzahlige Anzahl Wellenperioden auf. Unter dem Begriff "Wellenfronten" werden im Folgenden Linien konstanter Phasenlage verstanden oder, anders ausgedrückt, Linien entlang welchen keine Amplitudenmodulationen auftreten. In einer Ausführungsform weist die Fourier-Reihe keinen Fourier-Koeffizienten ungleich Null für eine Radialfrequenzkomponente ungleich Null in der Radialrichtung auf, derart, dass die gezielt erzeugte Abrichtflankenmodifikation bezüglich der Umfangrichtung wellenförmig ist, und Wellenfronten in Form von Linien konstanter Phasenlage aufweist, welche auf den Kreisring projiziert radial ausgerichtet sind. Anders ausgedrückt, weist in dieser Ausführungsform die Abrichtflankenmodifikation eine ausschliesslich in Umfangrichtung auftretende Welligkeit auf. In einer anderen Ausführungsform weist die zwei-dimensionale Fourier-Reihe mindestens einen Fourier-Koeffizienten ungleich Null für eine Radialfrequenzkomponente und für eine Umfangfrequenzkomponente ungleich Null auf, derart, dass die Abrichtflankenmodifikation auf den Kreisring projiziert eine schachbrettartige Struktur mit schachbrettartig zueinander versetzt angeordneten Wellenbergen und Wellentälern bildet. Dabei können jeweils benachbarte Wellentäler und Wellenberge derart versetzt sein, dass sie jeweils eine Radialwelligkeit entlang parallel zur Radialrichtung verlaufende Radialpfaden bilden. Sind die Radialwelligkeiten benachbarter Radialpfade genau um 180° versetzt, entsteht eine Umfangwelligkeit entlang parallel zur Umfangrichtung verlaufender Umfangpfade, wobei die Umfangpfade um eine halbe Radialwellenlänge der Radialwelligkeit in Radialrichtung voneinander beabstandet sind. Eine derartige schachtbrettartige Struktur kann sich mathematisch als additive Überlagerung von zwei Teilwellen beschreiben lassen, wobei die Teilwellen auf den abgewickelten Kreisring projiziert schräg verlaufende Wellenfronten aufweisen, d.h. Wellenfronten, die gegenüber der abgewickelten Umfangrichtung um einen Neigungswinkel α ungleich 0°, ±90° oder ±180° geneigt sind, wobei die schräg verlaufenden Wellenfronten der ersten Teilwelle eine positive Steigung aufweisen (^ > 0°) und die schräg verlaufenden Wellenfronten der zweiten Teilwelle eine negative Steigung (^ < 0°) aufweisen, und wobei die erste Teilwelle jeweils dieselbe Ordnung (d.h. dieselbe Anzahl
Wellenperioden) in Umfangrichtung und dieselbe Ordnung in Radialrichtung wie die zweite Teilwelle aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die schachbrettartige Struktur auf dem Kreisring derart ausgerichtet, dass in Umfangrichtung jeweils benachbarte Wellentäler und Wellenberge entlang eines auf dem Kreisring spiralförmig verlaufenden Spiralasts angeordnet sind, wobei die Anzahl Wellenperioden entlang des Spiralasts in einem Winkelkoordinatenbereich von 2π (d.h. über eine Umdrehung des Abrichtwerkzeugs gezählt) im vorliegenden Kontext als Ordnung in Spiralastrichtung bezeichnet wird. Die schachbrettartige Struktur kann auch derart ausgerichtet und/oder verzerrt sein, dass zwei oder mehrere Spiraläste auftreten. Bevorzugt ist der Übergang des Spiralastes resp. der Spiraläste nach einer Umdrehung der Abrichtwerkzeugs stetig. Eine derartige Struktur mit spiralförmig verlaufenden Spiralästen kann sich mathematisch ebenfalls als additive Überlagerung von zwei Teilwellen beschreiben lassen, wobei die Teilwellen auf den Kreisring projiziert schräg verlaufende Wellenfronten aufweisen. Ist die Anzahl der Spiraläste kleiner als das Zweifache der Ordnung in Spiralastrichtung, so lässt sich die Struktur anhand einer additiven Überlagerung beschreiben, bei der die schräg verlaufenden Wellenfronten der ersten Teilwelle eine positive Steigung aufweisen und die schräg verlaufenden Wellenfronten der zweiten Teilwelle eine negative Steigung aufweisen, wobei die erste Teilwelle eine Ordnung in Umfangrichtung aufweist, welche um die Anzahl der Spiraläste grösser ist als die Ordnung in Umfangrichtung der zweite Teilwelle. Ist die Anzahl der Spiraläste grösser als das Zweifache der Ordnung in Spiralastrichtung oder gleich dem Zweifachen der Ordnung in Spiralastrichtung, so lässt sich die Struktur anhand einer additiven Überlagerung beschreiben, bei der die schräg verlaufenden Wellenfronten der ersten Teilwelle und der zweiten Teilwelle entweder beide eine positive oder beide eine negative Steigung aufweisen, wobei die erste Teilwelle eine Ordnung in Umfangrichtung aufweist, welche um das Zweifache der Ordnung in Spiralastrichtung grösser ist als die Ordnung in Umfangrichtung der zweiten Teilwelle. In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines voranstehend dargestellten Abrichtwerkzeugs zur Verfügung. Das Verfahren zur Herstellung umfasst: Herstellen eines beschichteten Grundkörpers des Abrichtwerkzeugs in einem Positivverfahren, und gezieltes Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation mittels eines Konditionierwerkzeugs, insbesondere einer zur Abrichtflankenoberfläche senkrecht
stehenden rotierenden Konditionierscheibe. Bevorzugt wird dabei eine schmale rotierende Konditionierscheibe verwendet, z.B. eine Konditionierscheibe, welche an ihrem Aussenumfang eine Kopfrundung (d.h. eine Balligkeit einer Mantelfläche der Konditionierscheibe in axialer Richtung) mit einem Rundungsradius aufweist, welcher höchstens einem Viertel einer Radialwellenlänge in Radialrichtung entspricht, wobei die Radialwellenlänge der Wellenperiode der Welligkeit in Radialrichtung entspricht. Das gezielte Erzeugen der Abrichtflankenmodifikationen kann insbesondere umfassen: Antreiben des Abrichtwerkzeugs zu einer Drehung um die Abrichtdrehachse; Antreiben des Konditionierwerkzeugs zu einer Drehung um eine Konditionierdrehachse des Konditionierwerkzeugs, und Zustellen des Konditionierwerkzeugs relativ zum Abrichtwerkzeug in einer Richtung, die einen normal zur Abrichtflankenoberfläche verlaufenden Anteil hat, zur Erzeugung der Abrichtflankenmodifikationen durch Materialabtragung von der Abrichtflankenoberfläche. Durch die Materialabtragung kann eine Konditionierspur in der Abrichtflankenoberfläche erzeugt werden, welche einem Wellental entspricht und eine Breite aufweist, die einer halben Radialwellenlänge in Radialrichtung entspricht. Die Breite der Konditionierspur kann allerdings auch kleiner sein als die halbe Radialwellenlänge der gewünschten Abrichtflankenmodifikation in Radialrichtung. In einem solchen Fall kann zur Erzeugung eines vollständigen Wellentals die Erzeugung mehrerer benachbarter Konditionierspuren notwendig sein. Anstelle einer schmalen Konditionierscheibe kann das Konditionierwerkzeug auch einen gerippten Aussenumfang mit mindestens zwei Konditionierrippen aufweisen, wobei die Konditionierrippen jeweils eine Kopfrundung mit einem Rundungsradius aufweisen, welcher höchstens einem Viertel der Radialwellenlänge in Radialrichtung entspricht, und wobei jede Konditionierrippe jeweils eine Konditionierspur in der Abrichtflankenoberfläche erzeugen kann. In einem solchen Fall kann das Konditionierwerkzeug mehrere Konditionierspuren gleichzeitig erzeugen, und somit je nach Anzahl der Konditionierrippen das gesamte Muster der Abrichtflankenmodifikationen in einem einzigen Durchgang erzeugen. Die Orientierung der Wellenfronten kann dabei, wie auch im Falle einer Konditionierscheibe (welche einem Konditionierwerkzeug mit einer einzigen Konditionierrippe entspricht), über eine kinematische Bewegung des Konditionierwerkzeugs relativ zum Abrichtwerkzeug justiert
werden. Die Zustellbewegung des Konditionierwerkzeugs relativ zum Abrichtwerkzeug kann durch eine Bewegung des Konditionierwerkzeugs im Raum und/oder eine Bewegung des Abrichtwerkzeugs im Raum erfolgen. Die Zustellbewegung bzw. die dadurch bewirkte Zustellposition des Konditionierwerkzeugs in der normal zur Abrichtflankenoberfläche verlaufenden Richtung kann dabei mit einer Zustellfrequenz oszillieren, welche in einem vorgegebenen festen Verhältnis zur Drehfrequenz des Abrichtwerkzeugs steht. Dadurch kann die Materialabtragung entlang der Konditionierspur variiert werden, was zu einer entsprechenden Welligkeit entlang der Konditionierspur führt. Je nach Abrichtflankenmodifikation kann das gezielte Erzeugen besagter Abrichtflankenmodifikation alternativ oder zusätzlich zur oszillierenden Zustellbewegung umfassen: Erzeugen einer diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Konditionieraxialbewegung entlang der Konditionierdrehachse. "Kontinuierlich" bedeutet im vorliegenden Kontext, dass die Konditionieraxialbewegung durchgeführt wird, während das Konditionierwerkzeug mit dem Abrichtwerkzeug in Berührung steht und somit während der Konditionieraxialbewegung Materialabtragung stattfindet. "Diskontinuierlich" bedeutet im vorliegenden Kontext, dass die Konditionieraxialbewegung durchgeführt wird, während das Konditionierwerkzeug nicht mit dem Abrichtwerkzeug in Berührung steht und somit während der Konditionieraxialbewegung keine Materialabtragung stattfindet. Die Konditionieraxialbewegung ist als relative Bewegung zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Konditionierwerkzeug entlang der Konditionierdrehachse zu verstehen. Es können dabei das Konditionierwerkzeug und/oder das Abrichtwerkzeug dazu angetrieben werden, die Konditionieraxialbewegung durchzuführen. Je nach Abrichtflankenmodifikation kann das gezielte Erzeugen besagter Abrichtflankenmodifikation weiter umfassen: Erzeugen einer Mehrzahl sich unter einem vorgegebenen Winkel kreuzender Konditionierspuren mit dem Konditionierwerkzeug auf der Abrichtflankenoberfläche durch
eine diskontinuierliche und/oder kontinuierliche Konditionieraxialbewegung entlang der Konditionierdrehachse, wobei die Zustellposition des Konditionierwerkzeugs zur Abrichtflankenoberfläche in der normal zur Abrichtflankenoberfläche verlaufenden Richtung einen konstanten Wert haben kann oder wobei die Zustellbewegung bzw. Zustellposition des Konditionierwerkzeugs mit einer Zustellfrequenz oszillieren kann. So kann beispielsweise eine Struktur erzeugt werden, bei welcher sich Wellentäler kreuzen und dazwischenliegende Materialbereiche der Abrichtflankenoberfläche Erhebungen bilden. Je nach Orientierung der sich kreuzenden Wellentäler auf der Abrichtflankenoberfläche können diese Erhebungen entlang eines auf dem Kreisring spiralförmig verlaufenden Spiralasts angeordnet sein. Alternativ kann das Verfahren zur Herstellung des Abrichtwerkzeugs umfassen: Herstellen des Abrichtwerkzeugs in einem Negativverfahren, wobei das Negativverfahren umfasst: Herstellen einer Negativform durch Ausdrehen eines Negativgrundkörpers; Drehen einer gezielten Negativmodifikation in die ausgedrehte Negativform derart, dass die Negativmodifikation die Abrichtflankenmodifikation bewirkt und/oder Erzeugen einer mechanischen und/oder hydraulischen Verspannung des Negativgrundkörpers während des Ausdrehens derart, dass die ausgedrehte Negativform nach einem Lösen der mechanischen Verspannung eine Negativmodifikation aufweist, welche zu die Abrichtflankenmodifikation bewirkt. Das Drehen der gezielten Negativmodifikation in die ausgedrehte Negativform kann mit einem geeigneten Bearbeitungswerkzeug, insbesondere einem Drehmeissel, erfolgen, welcher bevorzugt entlang einer Negativformdrehachse der Negativform relativ zur Negativform bewegbar ist. Insbesondere kann das gezielte Erzeugen der Negativmodifikationen umfassen: Antreiben der Negativform zu einer Drehung um eine Negativformdrehachse mit einer Drehfrequenz; Positionieren des Drehmeissels derart, dass dieser eine Negativspur in mindestens einer Innenflanke der Negativform erzeugt. In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Abrichten einer
Schleifschnecke für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke zur Verfügung. Das Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke umfasst: Abrichten der Schleifschnecke mit einem voranstehend dargestellten Abrichtwerkzeug, derart, dass die Abrichtflankenmodifikation eine Schneckenmodifikation auf einer Schleifschneckenflanke eines Schneckengangs der Schleifschnecke bewirkt. Dabei kann zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke eine vorgegebene feste Drehwinkelkopplung bestehen, um gezielt auf der Schleifschneckenflanke entlang des Schneckengangs eine periodische Schneckenmodifikation zu erzeugen. Die Schneckenmodifikation stellt in diesem Fall ein gestauchtes Abbild der Abrichtflankenmodifikation mit einem konstanten Stauchungsfaktor dar, wobei der Stauchungsfaktor vom Drehzahlverhältnis zwischen der Drehung des Abrichtwerkzeugs und der Drehung der Schleifschnecke abhängt. Alternativ kann zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke eine vorgegebene zeitlich variable Drehwinkelkopplung bestehen, um auf der Schleifschneckenflanke entlang des Schneckengangs gezielt eine nicht-periodische Schneckenmodifikation zu erzeugen. Die Abrichtflankenmodifikation wird in diesem Fall mit einem nicht-konstanten Stauchungsfaktor in die Schneckenmodifikation abgebildet. In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke für die Wälzbearbeitung eines vorverzahnten Werkstücks zur Verfügung, insbesondere umfassend das voranstehend dargestellte Verfahren, umfassend: Definieren einer gewünschten Schneckenmodifikation auf einer Schleifschneckenflanke eines Schneckengangs der Schleifschnecke; Zurückrechnen der gewünschten Schneckenmodifikation auf eine entsprechende Abrichtflankenmodifikation eines Abrichtwerkzeugs für eine gewählte feste oder variable Drehwinkelkopplung zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke; Herstellen des die entsprechenden Abrichtflankenmodifikationen aufweisenden Abrichtwerkzeugs, insbesondere mit einem Verfahren wie voranstehend beschrieben; Abrichten der Schleifschnecke mit dem Abrichtwerkzeug, mit der gewählten festen oder variablen Drehwinkelkopplung, wobei die Abrichtflankenmodifikation entlang des Schneckengangs die gewünschte Schneckenmodifikation erzeugt. In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer
modifizierten Oberflächenstruktur auf einer Zahnflanke eines vorverzahnten Werkstücks zur Verfügung. Das Verfahren zur Erzeugung einer modifizierten Oberflächenstruktur auf einer Zahnflanke eines vorverzahnten Werkstücks umfasst: Abrichten einer zur Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke geeigneten Schleifschnecke mit dem voranstehend dargestellten Verfahren; Antreiben der Schleifschnecke zu einer Drehung um eine Schneckenachse; Antreiben des vorverzahnten Werkstücks zu einer Drehung um eine Werkstückachse; Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Schleifschnecke und dem vorverzahnten Werkstück in einer Shift-Richtung parallel zur Schneckenachse ("Shiftbewegung") mit einer Shiftvorschubgeschwindigkeit, und Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Schleifschnecke und dem vorverzahnten Werkstück in einer Axial-Richtung parallel zur Werkstückachse ("axiale Vorschubbewegung") mit einer Axialvorschubgeschwindigkeit, wobei die Schleifschnecke und das vorverzahnte Werkstück in einem Wälzeingriff stehen und wobei die Shiftvorschubgeschwindigkeit und die Axialvorschubgeschwindigkeit in einem derart vorgegebenen Diagonalverhältnis stehen, dass die Schneckenmodifikation auf die Zahnflanke des vorverzahnten Werkstücks abgebildet wird und dadurch gezielt die Oberflächenstruktur der Zahnflanke modifiziert wird. Das Diagonalverhältnis bezeichnet dabei das Verhältnis der Shiftvorschubgeschwindigkeit der Schleifschnecke in der Shift-Richtung zur Axialvorschubgeschwindigkeit der Schleifschnecke in der Axial-Richtung parallel zur Werkstückachse. Das Diagonalverhältnis kann Null oder ungleich Null sein. Wenn das Diagonalverhältnis Null ist, entsteht auf der Zahnflanke eine Profilmodifikation entlang einer Höhenrichtung der Zahnflanke. Bei einem Diagonalverhältnis ungleich Null kann die entstehende Modifikation der Oberflächenstruktur der Zahnflanke eine topologische Modifikation sein, d.h. ein Modifikation, die Anteile sowohl in Höhenrichtung als auch in Breitenrichtung der Zahnflanke aufweist. Zusätzlich kann das Verfahren auch das Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Schleifschnecke und dem vorverzahnten Werkstück in einer Radial-Richtung senkrecht zur Werkstückachse ("radiale Zustellbewegung") umfassen. Dadurch können der vorstehend geschilderten Modifikation der Oberflächenstruktur der Zahnflanke weitere Modifikationen überlagert werden. Im Fall eines konischen Werkstücks können die radiale Zustellbewegung und die axiale Vorschubbewegung abhängig von einem Konuswinkel der konischen Verzahnung gekoppelt sein.
Die Schneckenmodifikation führt während der Wälzbearbeitung zu einer Variation einer Durchdringungstiefe zwischen der Schleifschnecke und dem vorverzahnten Werkstück und erzeugt somit eine Zahnflankenwelligkeit entlang einer Kontaktspur auf der Zahnflanke, wobei die Kontaktspur einer Linie entspricht, auf welcher sich der Berührungspunkt zwischen der Schleifschnecke und dem im Wälzeingriff stehenden vorverzahnten Werkstück während der Wälzbearbeitung auf der Zahnflanke bewegt. Weist das Abrichtwerkzeug eine schachbrettartige Struktur auf, die derart ausgerichtet ist, dass in Umfangrichtung jeweils benachbarte Wellentäler und Wellenberge entlang eines auf dem Kreisring spiralförmig verlaufenden Spiralasts angeordnet sind und somit eine Spiralwelligkeit bilden, kann während des Abrichtens zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke eine feste Drehwinkelkopplung derart gewählt werden, dass der Spiralast auf einen Schneckenkontaktpfad auf der Schleifschneckenflanke abgebildet wird, wobei der Schneckenkontaktpfad einer Linie entspricht, auf welcher sich ein Berührungspunkt zwischen der Schleifschnecke und dem im Wälzeingriff stehenden vorverzahnten Werkstück während der Wälzbearbeitung auf der Schleifschneckenflanke bewegt. Somit kann die entlang des Spiralastes auf der Abrichtflankenoberfläche auftretende Spiralwelligkeit vom Abrichtwerkzeug via die Schleifschnecke gezielt entlang der Kontaktspur auf die Zahnflanke übertragen werden. In einigen Ausführungsformen sind den gezielten Bewegungen der Schleifschnecke in Shift-Richtung und in Axial-Richtung relativ zum vorverzahnten Werkstück nicht- kontrollierte, insbesondere stochastisch auftretenden Zusatzbewegungen überlagert, welche zu nicht-kontrollierten Variationen der Durchdringungstiefe führen. Solche nicht- kontrollierten Zusatzbewegungen können z.B. durch unvermeidbare Vibrationen der Wälzschleifmaschine bedingt sein, mjt der die Wälzbearbeitung durchgeführt wird. Durch die gezielte Variation der Durchdringungstiefe anhand der Schneckenmodifikationen der wie vorstehend beschrieben abgerichteten Schleifschnecke kann ein geeignetes Trägermuster auf der Zahnflanke erzeugt werden, welches durch die Überlagerung mit den nicht-kontrollierten Variationen der Durchdringungstiefe diffuser gemacht werden kann, was zu einer Optimierung des Geräuschverhaltens führen kann. Auf diese Weise können z.B. unvermeidbare Vibrationen gezielt dazu beitragen, das Geräuschverhalten zu verbessern.
Bevorzugt weist die gezielte Variation der Durchdringungstiefe aufgrund der wie vorstehend beschrieben abgerichteten Schleifschnecke eine Modulationsamplitude auf, welche in einem Bereich zwischen dem 0.2-Fachen und 5-Fachen eines Schwankungsmasses für die nicht-kontrollierten Abweichungen der Durchdringungstiefe liegt, wobei das Schwankungsmass insbesondere einer Standardabweichung oder einem Interquartilsabstand der nicht-kontrollierten Abweichungen der Durchdringungstiefe entspricht, insbesondere, wobei das Schwankungsmass der nicht-kontrollierten Variationen der Durchdringungstiefe ermittelt wird und die Modulationsamplitude, und dadurch insbesondere eine Amplitude der Schneckenmodifikationen und dadurch wiederum insbesondere eine Amplitude der Abrichtflankenmodifikationen, gezielt in Abhängigkeit von dem ermittelten Schwankungsmass gewählt wird. In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Konditioniervorrichtung zur Verfügung, umfassend: ein auf einer Konditionierspindel aufgespanntes Konditionierwerkzeug, insbesondere eine schmale Konditionierscheibe, d.h. eine Konditionierscheibe, welche an ihrem Aussenumfang eine Kopfrundung mit einem Rundungsradius aufweist, welcher höchstens einem Viertel einer Radialwellenlänge in Radialrichtung entspricht, wobei die Radialwellenlänge der Wellenperiode der Welligkeit in Radialrichtung entspricht; eine Abrichtspindel, die dazu ausgebildet ist, ein Abrichtwerkzeug zu einer Drehung um die Abrichtdrehachse aufzunehmen; eine Konditioniersteuerung, welche dazu ausgebildet ist, das Konditionierwerkzeug relativ zum Abrichtwerkzeug zu bewegen, derart, dass das Abrichtwerkzeug mit den Abrichtflankenmodifikationen wie voranstehend dargestellt versehen wird. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen: Fig.1A eine schematische stirnseitige Ansicht eines Abrichtwerkzeugs in einer senkrecht zu einer Abrichtdrehachse des Abrichtwerkzeugs stehenden Projektionsebene;
Fig.1B eine Projektion einer Abrichtflankenoberfläche in abgewickelter Form; Fig.2 ein erstes Beispielmuster einer Abrichtflankenmodifikation; Fig.3 ein zweites Beispielmuster einer Abrichtflankenmodifikation; Fig.4 ein drittes Beispielmuster einer Abrichtflankenmodifikation; Fig.5 ein viertes Beispielmuster einer Abrichtflankenmodifikation; Fig.6A ein fünftes Beispielmuster einer Abrichtflankenmodifikation; Fig.6B ein erstes Teilwellenmuster zur additiven mathematischen Beschreibung des fünften Beispielmusters der Fig.6A; Fig.6C ein zweites Teilwellenmuster zur additiven mathematischen Beschreibung des fünften Beispielmusters der Fig.6A; Fig.7A eine erste bespielhafte Anordnung eines Spiralasts auf der Abrichtflankenoberfläche; Fig.7B eine zweite bespielhafte Anordnung zweier Spiraläste auf der Abrichtflankenoberfläche; Fig.7C eine dritte bespielhafte Anordnung dreier Spiraläste auf der Abrichtflankenoberfläche; Fig.7D ein sechstes Beispielmuster einer Abrichtflankenmodifikation mit zwei Spiralästen; Fig.7E das sechste Beispielmuster übertragen auf die Projektion der Abrichtflankenoberfläche; Fig.8A eine Konditioniervorrichtung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig.8B eine vergrösserte Querschnittansicht eines Ausschnitts eines Konditionierwerkzeugs mit mehreren Konditionierrippen; Fig.9 eine ausgedrehte Negativform zur Herstellung eines Abrichtwerkzeugs gemäss der vorliegenden Erfindung; Fig.10A eine anhand einer Verformungsvorrichtung verspannte Negativform; Fig.10B eine entspannte und ausgedrehte Negativform zur Herstellung eines Abrichtwerkzeugs gemäss der vorliegenden Erfindung; Fig.11 eine Projektion einer Schleifschneckenflanke eines Schneckengangs einer Schleifschnecke in abgewickelter Form; Fig.12 eine schematische Ansicht einer Wälzschleifmaschine, und Fig.13 ein vergrösserter Ausschnitt aus Fig.12. BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Abrichtwerkzeug In Fig.1A zeigt schematisch eine stirnseitige Ansicht eines Abrichtwerkzeugs 33, wobei das Abrichtwerkzeug 33 eine Abrichtflankenoberfläche 331 aufweist, welche in einer senkrecht zu einer Abrichtdrehachse A des Abrichtwerkzeugs 33 stehenden Projektionsebene einen Kreisring bildet, wobei der Kreisring eine Radialrichtung mit einer Radialkoordinate r und eine Umfangrichtung mit einer Winkelkoordinate φ definiert und wobei der Kreisring einen Innenradius rA aufweist. In Fig. 1B ist dieser Kreisring, welcher in Radialrichtung eine Profilhöhe d und in Umfangrichtung eine Länge von 2π aufweist, schematisch in abgewickelter Form dargestellt. Die Figuren 2 – 6A stellen beispielhaft schematisch verschiedene wellenförmige Muster dar, welche die gezielt erzeugten Abrichtflankenmodifikationen auf der in Fig.1B gezeigten Abrichtflankenoberfläche aufweisen können, wobei Wellenberge hier schematisch hell schattiert und Wellentäler dunkel schattiert dargestellt sind. Im Folgenden wird dargelegt, wie diese zwei-dimensionalen wellenförmigen Muster mathematisch beschrieben werden können. Dazu wird ein Musterrechteck mit einer Musterhöhe Δ^′ in Höhenrichtung, die im Folgenden als Radialrichtung bezeichnet wird und einer Musterlänge 2π in Längsrichtung, die im Folgenden als Umfangrichtung bezeichnet wird, verwendet. Die Muster lassen sich jeweils als eine zwei-dimensionale reellwertige Fourier-Reihe f(φ, r′) (d.h. eine reellwertige Fourier-Reihe in zwei reellwertigen Variablen ^ und ^′) in Abhängigkeit von der Winkelkoordinate ^ ∈ [0,2π] und einer Radialkoordinate des Musterrechtecks ^′ ∈ [0, Δ^′] beschreiben:
wobei die Umfangfrequenzkomponenten ^^ = ^^^ einheitenlos ist und die Radialfrequenzkomponenten ^^ = ^^^ die Einheit [1/mm] aufweisen. Die Winkelkoordinate φ des Musterrechtecks entspricht in dieser Definition der Winkelkoordinate φ des voranstehend erwähnten Kreisrings. Die Radialkoordinate ^' des Koordinatensystem des Musterrechtecks lässt sich anhand einer linearen Transformation auch als Radialkoordinate ^ im Koordinatensystems des Kreisrings ausdrücken, z.B. über die Beziehung ^ = ^^ + ^^,
wobei ^^ den Innenradius des Kreisrings bezeichnet. Die Indices ^ ∈ ℤ und ^ ∈ ℤ sind ganze Zahlen, wodurch die Umfangfrequenzkomponenten ^^ resp. die Radialfrequenzkomponenten ^^ ganzzahlige ^ Vielfache einer Umfanggrundfrequenz
= 1 bzw. einer Radialgrundfrequenz ^^ =
sind. Die Fourier-Koeffizienten, welche Amplitude und Phasenlage der entsprechenden Frequenzkomponenten angeben, werden als ^^,^ bezeichnet. Die Fourier-Koeffizienten lassen sich allgemein in komplexer Form schreiben als ^^,^ = ^^,^ + ^^^,^ = ^^,^ ∙ ^^^^,^ , wobei ^^,^ der Realteil, ^^,^ der Imaginärteil,
die Amplitude und ^^,^ die Phase ist. Der komplex konjugierte Koeffizient ist
Der Imaginärteil bestimmt insbesondere die Phasenlage des Musters. Setzt man wie hier einen stetigen Übergang nach einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs voraus (2π-Periodiziät), so ist die Phasenlage des Musters in Umfangrichtung irrelevant. Durch die voranstehend gewählte Definition der Radialgrundfrequenz wiederholt sich das Muster in Radialrichtung periodisch mit einer Musterperiode von ∆^′. Die Phasenlage der Abrichtflankenmodifikationen ^(^, ^) auf der Abrichtflankenoberfläche 331 in Radialrichtung kann beliebig gewählt werden und als eine entsprechende lineare Koordinatentranslation von der Radialkoordinate ^^ des Musterrechtecks auf die Radialkoordinate der Abrichtflankenoberfläche ^ ausgedrückt werden, ^(^, ^′) →
, wobei die Profilhöhe d, über welche sich die Abrichtflankenmodifikationen erstrecken, der Musterperiode ∆^^ entsprechen kann, oder aber kleiner oder grösser (da sich das Muster mit einer Musterperiode von ∆^′ periodisch fortsetzt) gewählt werden kann. Anders formuliert bedeutet dies, dass ein beliebiger radialer Ausschnitt der im Folgenden mathematisch beschriebenen periodischen Beispielmuster als Abrichtflankenmodifikation auf dem Abrichtwerkzeug aufgebracht sein kann. Somit ist die Phasenlage des Musters auf dem Musterrechteck irrelevant und es können zur vereinfachten Beschreibung auf dem Musterrechteck die Fourier-Koeffizienten ^^,^ und ^^^,^^ komplex konjugiert gewählt werden, d.h. ^^,^ = ^^^^^^^,^^^^^^ =
∙ ^^^^,^. Bildlich gesprochen lässt sich die Abrichtflankenmodifikation als Ausschnitt eines
wellenförmigen Musters auf dem Musterrechteck oder einer Überlagerung von zwei oder mehr wellenförmigen Teilmustern auf dem Musterrechteck beschreiben, wobei jedes dieser wellenförmigen Teilmuster eine periodische Welligkeit in Radialrichtung und/oder in Umfangrichtung aufweisen kann. Es gilt zu beachten, dass nur die absolute Phasenlage des resultierenden Musters irrelevant ist. Werden mehrere wellenförmige Teilmuster zur Beschreibung des resultierenden Musters überlagert, so ist die relative Phasenlage der Teilmuster zueinander hingegen relevant. Die Anzahl Wellenperioden auf dem Musterrechteck in Radialrichtung wird im Folgenden für jedes dieser wellenförmigen Muster/Teilmuster als Ordnung in Radialrichtung N und die Anzahl Wellenperioden in Umfangrichtung als Ordnung in Umfangrichtung M bezeichnet. Eine Wellenperiode in Radialrichtung hat eine Radialwellenlänge ^^^ und eine Wellenperiode in Umfangrichtung wird im folgenden Kontext als Versatzwinkel ∆φU ausgedrückt ("Wellenlänge in Umfangrichtung"). Da die Umfanggrundfrequenz ^^ = 1 gewählt wurde, entspricht die Ordnung in Umfangrichtung M dem Indexbetrag |^|, und da ^ die Radialgrundfrequenz ^^ =
gewählt wurde, entspricht die Ordnung in Radialrichtung N dem Indexbetrag |^|. In der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform weist das Muster Wellenfronten in Form von Linien konstanter Phasenlage auf, wobei die Wellenfronten auf den abgewickelten Kreisring projiziert durchgehende, gerade Linien bilden. Diese Linien sind, wie in Fig. 2 gezeigt, gegenüber der abgewickelten Umfangrichtung um einen Neigungswinkel α geneigt und in der Umfangrichtung um einen Versatzwinkel ∆φU voneinander beabstandet. Damit das Muster der Abrichtflankenmodifikation nach einer Umdrehung periodisch fortsetzbar ist, sind nur diskrete Werte für den Neigungswinkel α möglich, d.h. ^ = ± arctan
wobei ^^ ∈ ℕ, wobei die Linien konstanter Phasenlage für ^ < 0° eine negative Steigung aufweisen (d.h. auf dem Musterrechteck wie in Fig.2 von links oben nach rechts unten verlaufen) und wobei die Linien konstanter Phasenlage für ^ > 0° eine positive Steigung aufweisen (d.h. auf dem Musterrechteck von links unten nach rechts oben verlaufen). Weisen die Linien konstanter Phasenlage eine negative Steigung auf, so haben folgende Frequenzkomponentenpaare {^^, ^^} einen Fourier-Koeffizient ungleich Null:
und {^^^^^ , ^^^^^ }
Weisen die Linie konstanter Phasenlage hingegen eine positive Steigung auf, so haben folgende Frequenzkomponentenpaare einen Fourier-Koeffizient ungleich Null:
und {^^^^^ , ^^^^^ } Die Wellenform muss nicht notwendigerweise eine reine Sinusform sein, daher können auch weitere Fourier-Koeffizienten ungleich Null sein. Insbesondere können die höheren Harmonischen der oben genannten Fourier-Koeffizienten ungleich Null sein, d.h. die Fourier-Koeffizienten, für die ^ ein ganzzahliges Vielfaches von ^ und ^ ein ganzzahliges Vielfaches von ^ ist. In diesem Fall müssen die relativen Phasenwinkel der höheren Harmonischen bzgl. der niedrigsten Frequenz mitberücksichtigt werden, da dies das resultierende Muster entscheidend beeinflusst Folgende Tabelle fasst die Parameter der Abrichtflankenmodifikation aus der Fig. 2 zusammen: Richtung Wellenlänge Ordnung Frequenzkomponentenpaare mit Fourier-Koeffizient ≠ Null ∆ In Radialrichtung ^ ∆^′ ^′ ^^ = ^ = ^ 5 ^^^ = 5 ^^^ = ^^^ , ^^ = 5^ ∆^ 2^ ^ ^ ^ = − , ^ = −5^ In Umfangsrichtung ∆φ ^ ^^ ^ = = ^ = 5 ^ ^^ ^^ 5 5 Konkret gilt für das Muster der Fig.2: ^^,^ = ^^^^^^^,^^^^^ ≠ 0, während alle anderen Fourier-Koeffizienten Null sind. In Fig.3 beträgt der Neigungswinkel α genau 90°, d.h. die Wellenfronten der Abrichtflankenmodifikation sind, auf den Kreisring projiziert, radial ausgerichtet. Dieser Fall entspricht einer komplexen Fourier-Reihe, welche keinen Koeffizienten ungleich Null für eine Radialfrequenzkomponente ^^ ungleich Null in der Radialrichtung aufweist. Die hier dargestellte Abrichtflankenmodifikation verläuft in Umfangrichtung stetig, d.h. die wellenförmige Abrichtflankenmodifikation weist eine ganzzahlige Anzahl Wellenperioden bezogen auf eine einzelne Umdrehung des Abrichtwerkzeugs auf (2π-Periodizität). Folgende Tabelle fasst die Parameter der Abrichtflankenmodifikation aus der Fig. 3
zusammen: Richtung Wellenlänge Ordnung Frequenzkomponentenpaare mit Fourier-Koeffizienten ≠ Null In Radialrichtung ∞ ^ = 0 {^^ = 0 , ^^ = 4} In Umfangrichtung ∆φ ∆^^ 2^ ^ = = ^ = 4 {^^ = 0 , ^^^ = −4} 4 4 Konkret gilt für das Muster der Fig.3: ^^,^ = ^^^^,^^^^^ ≠ 0, während alle anderen Fourier-Koeffizienten Null sind. In Fig. 4 beträgt der Neigungswinkel α genau 0°, d.h. die Wellenfronten erstrecken sich geradlinig parallel zur Umfangrichtung und bilden in der Radialrichtung eine Radialwelligkeit mit einer Radialwellenlänge λr. Dieser Fall entspricht einer komplexen Fourier-Reihe, welche keinen Koeffizienten ungleich Null für eine Umfangfrequenzkomponente ^^ ungleich Null in der Umfangrichtung aufweist. Folgende Tabelle fasst die Parameter der Abrichtflankenmodifikation aus der Fig.4 zusammen: Richtung Wellenlänge Ordnung Frequenzkomponentenpaare mit Fourier-Koeffizienten ≠ Null ∆^ ^ In Radialrichtung ^ ∆^′ ′ ^^ = ^ = = 4 ^ , ^ = 0^ 4 ^^^ ^ ^ = ^ ^^ ^ ^ ^ ^^^ = − , ^^ = 0^ In Umfangrichtung ∞ ^ = 0 ^ ^^ Konkret gilt für das Muster der Fig.4: ^ = ≠ 0, während alle anderen Fourier-Koeffizienten Null In dem in Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zwei-dimensionale komplexe Fourier-Reihe einen Koeffizienten ungleich Null für eine Radialfrequenzkomponente ^^ ungleich Null und für eine Umfangfrequenzkomponente ^^ ungleich Null auf, derart, dass die wellenförmige Abrichtflankenmodifikation auf den abgewickelten Kreisring projiziert eine schachbrettartige Struktur mit zueinander versetzt angeordneten Wellenbergen und Wellentälern bildet. Mathematisch kann das Muster aus Fig. 5 als additive Überlagerung einer ersten Teilwelle ^^^(^, ^′), und einer zweiten Teilwelle ^^^(^, ^′) beschrieben werden,
^(^, ^′)= ^^^ (^, ^′) + ^^^ (^, ^′), wobei die erste Teilwelle und die zweite Teilwelle in Umfangrichtung dieselbe Ordnung M aufweisen und in Radialrichtung dieselbe Ordnung N aufweisen, wobei aber die Linien konstanter Phasenlage bei der ersten Teilwelle eine negative Steigung und bei der zweiten Teilwelle eine positive Steigung aufweisen. In Fig.5 sind jeweils benachbarte Wellentäler und Wellenberge zueinander versetzt und bilden somit jeweils eine Radialwelligkeit entlang parallel zur Radialrichtung verlaufende Radialpfade R1, R2. Die Radialwelligkeiten benachbarter Radialpfade sind in dem in Fig.5 gezeigten Beispiel genau um 180° versetzt, wodurch jeweils eine Umfangwelligkeit entlang parallel zur Umfangrichtung verlaufender Umfangpfade U1, U2 gebildet wird, wobei die Umfangpfade U1,U2 um die halbe Radialwellenlänge ^^^/2 in Radialrichtung voneinander beabstandet sind. Folgende Tabelle fasst die Parameter der Abrichtflankenmodifikation aus der Fig.5 zusammen: Richtung Wellenlänge Ordnung Frequenzkomponenten mit Fourier-Koeffizienten ≠ Null Teilwelle 1: richtung ^ ∆^ ∆^′ In Radial ′ ^^,^^ = ^ = ^ 4 ^^ ^^^,^^ = 4 ^^^ = ^^^,^^ , ^^ = 4 ^ ∆^ ^ In Umfangrichtung ∆φ^,^^ = ^ 2^ = ^ = 4 ^^^^ = − 4 4 ^^ ^^^,^^ , ^^^ = −4^ Teilwelle 2: ∆^′ In Radialrichtung ^ ∆^′ ^,^^ = ^^^ = ^ = 4 ^^ ^ ^ = , ^^^ = −4 ^ 4 ^^,^^ ^^^,^^ In Umfangrichtung ∆φ ^ 1 ∆^ 2^ ^^^^ ^,^^ = = − = ^ , ^^ = 4 ^ 4 4 ^^ = 4 ^^^,^^ Konkret gilt für das Muster der Fig.5: ^^,^ = ^^^^^^^,^^^^^ ≠ 0 und ^^,^^ = ^^^^^^^,^^ ≠ 0 während alle anderen Fourier-Koeffizienten Null sind. Fig.6A zeigt ein spiralförmiges Muster, das mathematisch als additive Überlagerung einer in Fig. 6B gezeigten ersten Teilwelle ^^^ (^, ^′), und einer in Fig. 6C gezeigten zweiten
Teilwelle ^^^ (^, ^′), beschrieben werden kann:
Im Vergleich zu Fig.5 sind die Radialwelligkeiten der benachbarten Radialpfade R1,R2 in Fig. 6A um einen von 180° abweichenden Wert zueinander versetzt, wodurch in Umfangrichtung jeweils benachbarte Wellentäler und Wellenberge entlang eines auf dem Kreisring spiralförmig verlaufenden Spiralasts S1 angeordnet sind und somit eine Spiralwelligkeit bilden. Die Anzahl Wellenperioden entlang des Spiralasts S1 wird im Folgenden als Ordnung in Spiralastrichtung L bezeichnet. Die Steigungshöhe eines Spiralastes über eine Umdrehung des Abrichtwerkzeugs ergibt sich in Abhängigkeit der halben Radialwellenlänge ^^^/2 und der Anzahl der Spiraläste ^^ ∈ ℕ^. Die Spiraläste bilden dabei auf dem abgewickelten Kreisring gegenüber der Umfangrichtung geneigte Geraden, wobei der Neigungswinkel α (analog zur Situation in Fig.2), ausgedrückt werden kann als:
Damit das Muster der Abrichtflankenmodifikation nach einer Umdrehung periodisch fortsetzbar ist, sind nur diskrete Werte für die Steigungshöhe möglich. Das Muster lässt sich immer dann periodisch fortsetzen, wenn die Steigungshöhe einem Vielfachen der halben Radialwellenlänge ^^^/2 entspricht. Um also einen stetigen Übergang des Spiralastes nach einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs sicherzustellen, sind zwei Fälle zu unterscheiden: 1. Die frei gewählte Ordnung in Spiralastrichtung L ist ganzzahlig: In diesem Fall muss die Steigungshöhe des Spiralastes einem geraden Vielfachen der halben Radialwellenlänge ^^^/2 entsprechen, d.h. die Anzahl der Spiraläste ^^ ist gerade. 2. Die frei gewählte Ordnung in Spiralastrichtung L ist halbzahlig: In diesem Fall muss die Steigungshöhe des Spiralastes einem ungeraden Vielfachen der halben Radialwellenlänge ^^^/2 entsprechen, d.h. die Anzahl der Spiraläste ^^ ist ungerade. In Fig.6A beträgt die Ordnung in Spiralastrichtung L= 5.5 und die Steigungshöhe ist genau ^^^/2, da genau ein Spiralast vorhanden ist, d.h. ^^ = 1. Um für die Spiralwelligkeit eine bestimmte Ordnung L in Spiralastrichtung zu erhalten, muss für die Ordnung der Welligkeiten in Umfangsrichtung ^^,^ der ersten Teilwelle
und für die Ordnung der Welligkeiten in Umfangsrichtung ^^,^ der zweiten Teilwelle ^^^ (^, ^′) gelten: ^ ^^,^ = ^ + ^ 2 ^ ^^,^ = ^ ^ − ^^ 2 wobei, falls
gilt, die zweite Teilwelle eine Steigung mit einem Vorzeichen aufweist, das dem Vorzeichen der Steigung der ersten Teilwelle entgegengesetzt ist. Falls − ^^ ≥ 0 gilt, weist die zweite Teilwelle eine Steigung mit demselben Vorzeichen wie die erste Teilwelle auf. Folgende Tabelle fasst die Parameter der Abrichtflankenmodifikation aus der Fig.6A zusammen: Wellenlänge Ordnung Frequenzkomponentenpaare mit Fourier-Koeffizienten ≠ Null Teilwelle 1: ∆^′ In Radialrichtung ^^^,^^ = ∆^′ ^^^ = = 1 ^^^,^^ ^ ^^^ = ^^^,^^ , ^^ = 6^ ∆^ In Umfangrichtung ∆φ ^ ^,^^ = 6 ^ = 6 ^ ^ ^^^ = − ^^^ , ^^^ = −6^ 2^ ^^ ,^^ = 6 Teilwelle 2: In Radialrichtung: ^ ∆^′ ^^,^^ = ∆^′ ^^^ = = 1 ^^^,^^ ^ ^ ^^ = ^^^,^^ , ^^^ = −5^ ∆^ In Umfangrichtung ∆φ ^ ^,^^ = ^ 5 ^ = 5 ^^^^ = − ^^^,^ , ^^ = 5^ 2^ ^^ ^ = 5 Die erste Teilwelle ^^^ (^, ^′) hat Wellenfronten, die eine negative Steigung aufweisen (Fig.6B), während die zweite Teilwelle ^^^ (^, ^′) Wellenfronten hat, die eine positive Steigung aufweisen (Fig.6C). Konkret gilt also für das Muster der Fig.6A: ^ = ^^^^^^^,^^^^^ ≠ 0 und ^^,^^ =
≠ 0 während alle anderen Fourier-Koeffizienten Null
In Figuren 7A-7C ist schematisch dargestellt, wie die Spiraläste auf der Abrichtflankenoberfläche 331 des Abrichtwerkzeugs 33 angeordnet sein können. Fig.7A zeigt ein Beispiel, in welchem genau ein Spiralast S1, d.h. ^^ = 1, auf der Abrichtflankenoberfläche 331 ausgebildet ist. In Fig. 7B sind zwei Spiraläste S1,S2 auf der Abrichtflankenoberfläche 331 ausgebildet, d.h. ^^ = 2, wobei die Spiraläste S1,S1 um einen Versatzwinkel ∆φ in Umfangrichtung versetzt sind, welcher in diesem Beispiel π beträgt. In der Fig.7C sind drei Spiraläste S1,S2,S3 ausgebildet, wobei die Spiraläste S1,S2,S3, d.h. ^^ = 3, hier um einen Versatzwinkel ∆φ in Umfangrichtung versetzt sind, welcher 2π/3 beträgt. In den Figuren 7D und 7E ist ein weiteres Beispielmuster anhand konkreter Zahlen verdeutlicht. In diesem Beispiel beträgt die Anzahl an Spiralästen ^^ = 2, die Radialwellenlänge ^^^ = 15 mm, die Musterperiode beträgt ∆^^ = 30 mm, die Ordnung in Spiralastrichtung beträgt L = 50 und die Spiraläste S1,S2 verlaufen gegen den Uhrzeigersinn. Die Spiralwelligkeit weist eine Amplitude von ^ = 3.5 µm auf. Damit berechnen sich die Ordnungen der Welligkeiten in Umfangsrichtung einer ersten Teilwelle 1 und einer zweiten Teilwelle 2 anhand folgender Gleichungen: Teilwelle 1: ^^,^ = 1 + ^ = 51 Teilwelle 2: ^^,^ = |1 − ^| = 49 Die Ordnung in Radialrichtung betragen: ∆^^ Teilwelle 1: ^^,^ = ^ ^^ = 2 ∆^^ Teilwelle 2: ^^,^ = ^ ^^ = 2 Die Fourier-Koeffizienten ungleich Null, in diesem Fall reelle Fourier-Koeffizienten, sind somit: ^ 3.5 µm ^^^,^^^ = ^^^,^^^ = ^^^,^^^ = ^^^,^^^ = = = 0.875 µm 4 4 Damit lässt sich die schachbrettartige Welligkeit mit der folgenden Gleichung beschreiben:
= + Über die Beziehung (2 ∙ cos(^) = ^^^ + ^^^^) lässt sich f(φ, r′) auch in eine reelle Schreibweise überführen: ^(^, ^′) = 2 ∙ 0.875
Das Muster ^(^, ^′) nach dieser Formel mit den zwei Spiralästen S1,S2 ist in Fig. 7D dargestellt. In der Fig. 7E ist ein Ausschnitt des Musters aus der Fig. 7D als Abrichtflankenmodifikation
auf den Kreisring projiziert zu sehen, wobei sich das Muster hier über eine Profilhöhe d< ∆^^ mit d = 20 mm erstreckt und wobei gilt:
= ^(^, ^^ + ^^ ) mit ^^ = 30 mm. Herstellung des Abrichtwerkzeugs Abrichtwerkzeuge mit den voranstehend erläuterten Abrichtflankenmodifikationen können sowohl in einem Positivverfahren, als auch in einem Negativverfahren hergestellt werden. Positivverfahren Beim Positivverfahren wird ein Grundkörper, vorzugsweise aus Stahl, bereitgestellt, welcher mit Hartstoffpartikeln, typischerweise Diamantpartikeln, bevorzugt galvanisch beschichtet wird. Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers mit einem Hartstoffpartikelbelag im Positivverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus den Veröffentlichungen EP 2535145 A2 und EP 2835220 A1, deren Offenbarung hierin durch Verweis vollständig aufgenommen wird. Fig.8A zeigt schematisch eine Konditioniervorrichtung 50 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Konditioniervorrichtung umfasst ein Abrichtwerkzeugs 33 (hier in Schnittansicht), wobei der Grundkörper 330 einen Hohlzylinder aufweist, welcher auf eine Abrichtspindel 32 aufgespannt und zu einer Drehung um die Abrichtdrehachse A angetrieben werden kann. Um den Hohlzylinder herum erstreckt sich eine Kreisscheibe mit in radialer Richtung bezüglich der Abrichtdrehachse A spitz zulaufenden Abrichtflanken. Die auf den Abrichtflanken aufgebrachten Hartstoffpartikel bilden die Abrichtflankenoberfläche 331. Um die Abrichtflankenoberfläche 331 mit Abrichtflankenmodifikationen zu versehen,
wird die Abrichtflankenoberfläche mit einem Konditionierwerkzeug 51 bearbeitet. Dieses Konditionierwerkzeug 51 ist in dem hier schematisch dargestellten Beispiel eine schmale Konditionierscheibe, welche um eine hier parallel zu der zu bearbeitenden Abrichtflanke verlaufende Konditionierdrehachse K drehbar und dabei in einer Richtung normal zur Abrichtflankenoberfläche 331 sowie parallel zur Konditionierdrehachse K bewegbar ist. Bevorzugt weist die Konditionierscheibe einen Abrasivbelag mit gebundenen Hartstoffpartikeln auf, die eine vergleichbare oder höhere Härte als die Hartstoffpartikel des Abrichtwerkzeugbelags aufweisen. Um die Abrichtflankenmodifikationen zu erzeugen, wird das Abrichtwerkzeug zu einer Drehung um die Abrichtdrehachse A angetrieben, während das Konditionierwerkzeug 51 zu einer Drehung um die Konditionierdrehachse K angetrieben wird. Die rotierende Konditionierscheibe wird dann derart zugestellt, dass sie mit der Abrichtflankenoberfläche 331 in Berührung kommt und dadurch Materialabtragung von der Abrichtflankenoberfläche 331 stattfindet. In dem in Fig.8A dargestellten Beispiel erfolgt die Zustellbewegung parallel zur einer Normalen der Abrichtflankenoberfläche 331. Die Zustellbewegung des Konditionierwerkzeugs 51 bzw. die dadurch bewirkte Zustellposition senkrecht zur Abrichtflankenoberfläche kann dabei mit einer Zustellfrequenz fK oszillieren, welche auf eine Drehfrequenz des Abrichtwerkzeugs fA abgestimmt ist, um die gewünschten Welligkeiten zu erzeugen, während zusätzlich eine diskontinuierliche oder kontinuierliche Konditionieraxialbewegung entlang der Konditionierdrehachse K stattfinden kann. Um eine wellenförmigen Abrichtflankenmodifikation gewünschter Ordnung in Umfangsrichtung M zu erhalten, gilt insbesondere: ^^ = ^^^ Die Konditioniervorrichtung umfasst eine Konditioniersteuerung 53, welche dazu ausgebildet ist, die Drehfrequenz des Abrichtwerkzeugs
und die Zustellfrequenz fK aufeinander abzustimmen, sowie die Zustellbewegung des Konditionierwerkzeugs 51 relativ zum Abrichtwerkzeug 33 zu steuern. Anstelle einer schmalen Konditionierscheibe kann das Konditionierwerkzeug 51 auch einen gerippten Aussenumfang aufweisen. Fig. 8B zeigt beispielhaft einen vergrösserten Ausschnitt eines Querschnitts durch ein Konditionierwerkzeug 51, das drei Konditionierrippen 511 aufweist, wobei die Konditionierrippen 511 jeweils eine Kopfrundung mit einem Rundungsradius aufweisen, welcher einem Viertel der Radialwellenlänge in Radialrichtung λr' entspricht, und wobei jede Konditionierrippe 511 jeweils eine Konditionierspur in der Abrichtflankenoberfläche erzeugen kann.
Beispiele: Im Folgenden wird die Erzeugung der in den Figuren 2-6A beispielhaft aufgeführten Abrichtflankenmodifikationen erläutert. Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation der Fig.2: Die auf dem abgewickelten Kreisring gegenüber der Umfangrichtung um den Neigungswinkel α geneigt verlaufenden Wellenfronten können folgendermassen erzeugt werden: Zustellen des Konditionierwerkzeugs in der Richtung normal zur Abrichtflankenoberfläche auf einen konstanten Zustellwert; Erzeugen einer kontinuierlichen Konditionieraxialbewegung des Konditionierwerkzeugs mit einer konstanten Axialgeschwindigkeit entlang der Konditionierdrehachse K während mindestens einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs 33. Die kontinuierliche Konditionieraxialbewegung kann dabei bezogen auf die Radialrichtung des Abrichtwerkzeugs 33 entweder von innen nach aussen oder von aussen nach innen erfolgen. Eine Vergrösserung des gewünschten Neigungswinkels α geht bei gleichbleibender Drehfrequenz fA des Abrichtwerkzeugs mit einer Erhöhung der konstanten Axialgeschwindigkeit einher. Für das in Fig. 2 konkret gezeigte Beispiel, bei welchem der Neigungswinkel α derart gewählt ist, dass die Wellenfronten auf den abgewickelten Kreisring projiziert eine Steigung mit einem Betrag von ∆r'/2π aufweisen, muss die Axialgeschwindigkeit somit für einen festen Wert der Drehfrequenz
des Abrichtwerkzeugs eine auf die Radialrichtung des Abrichtwerkzeugs projizierte Geschwindigkeitskomponente von ^^ = ∆^′^^ aufweisen. In dem in Fig.2 gezeigten Beispiel wird pro Umdrehung des Abrichtwerkzeugs eine über die gesamte Länge des abgewickelten Kreisrings schräg verlaufende Konditionierspur in der Abrichtflankenoberfläche erzeugt, welche einem Wellental (dunkel schattiert in Fig.2) entspricht und somit eine Breite aufweist, die der halben Radialwellenlänge ^^^/2 entspricht. Um die weiteren in Fig. 2 dargestellten Wellentäler zu erzeugen, wird das Konditionierwerkzeug nach jeder Umdrehung des Abrichtwerkzeugs neu angesetzt,
allerdings in Bezug auf den abgewickelten Kreisring um die Umfangwellenlänge ∆φU in Umfangrichtung verschoben. Wird ein Konditionierwerkzeug 51 mit mehreren Konditionierrippen 511 eingesetzt, so dass in einer einzigen Umdrehung sämtliche gewünschten Konditionierspuren erzeugt werden, kann das erneute Ansetzen des Konditionierwerkzeug 51 auch entfallen. Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation der Fig.3: In Fig.3 weist die wellenförmige Abrichtflankenmodifikation Wellenfronten auf, welche auf den Kreisring projiziert radial ausgerichtet sind. Zur Erzeugung dieser Abrichtflankenmodifikation oszilliert die Zustellposition des Konditionierwerkzeugs normal zur Abrichtflankenoberfläche mit einer Zustellfrequenz fK, welche auf die Drehfrequenz fA des Abrichtwerkzeugs abgestimmt ist, wobei währenddessen keine Konditionieraxialbewegung entlang der Konditionierdrehachse K stattfindet. Um eine wellenförmige Abrichtflankenmodifikation gewünschter Ordnung in Umfangsrichtung M zu erhalten, muss folgende Beziehung erfüllt sein: ^^ = ^^^ Das Konditionierwerkzeug 51 erzeugt somit eine in Umfangrichtung verlaufende Konditionierspur mit einer entsprechenden Welligkeit der Ordnung M. Je nach Profilhöhe d des Kreisrings, über welche sich die Abrichtflankenmodifikation erstrecken soll, und je nach Breite der einzelnen Konditionierspur muss das Konditionierwerkzeug an einer Mehrzahl verschiedener Positionen entlang der Konditionierdrehachse K neu angesetzt werden. Damit in Radialrichtung benachbart verlaufende Konditionierspuren durchgehende, radial geradlinig verlaufende Wellenfronten bilden, muss jeweils beim Ansetzen des Konditionierwerkzeugs an der neuen Position sichergestellt werden, dass die oszillierende Zustellbewegung des Konditionierwerkzeugs eine Phasenlage aufweist, welche derart mit der Drehung des Abrichtwerkzeugs 33 synchronisiert ist, dass die Welligkeit der neuen Konditionierspur gleichphasig zur Welligkeit der vorangehend erzeugten Konditionierspur verläuft. Alternativ ist es auch denkbar, eine kontinuierlichen Konditionieraxialbewegung des Konditionierwerkzeugs mit einer konstanten Axialgeschwindigkeit entlang der Konditionierdrehachse K zu erzeugen, anstatt nach einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs das Konditionierwerkzeug entlang der Konditionierdrehachse jeweils neu anzusetzen. Damit aber in Radialrichtung im Wesentlichen geradlinig verlaufende
Wellenfronten gebildet werden, muss die Axialgeschwindigkeit derart gewählt werden, dass das Konditionierwerkzeug nach einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs entlang der Konditionierdrehachse K eine Distanz zurückgelegt hat, welche maximal der Breite der Konditionierspur entspricht. Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation der Fig.4: Die in Fig. 4 gezeigte Abrichtflankenmodifikation kann erstellt werden, indem das Konditionierwerkzeug in der Richtung normal zur Abrichtflankenoberfläche auf einen konstanten Zustellwert zugestellt wird, wobei (im Gegensatz zur Erzeugung der Abrichtflankenmodifikation in Fig. 2) keine kontinuierlichen Konditionieraxialbewegung entlang der Konditionierdrehachse K stattfindet, wodurch eine parallel zur Umfangrichtung verlaufende Konditionierspur erzeugt wird. Das Konditionierwerkzeug wird nach mindestens einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs an einer Mehrzahl verschiedener Positionen entlang der Konditionierdrehachse K zur Erzeugung in radialer Richtung benachbarter neuer Konditionierspuren neu angesetzt, wodurch Wellenfronten erzeugt werden, welche sich, auf den abgewickelten Kreisring projiziert, geradlinig parallel zur Umfangrichtung erstrecken. Wird ein Konditionierwerkzeug 51 mit mehreren Konditionierrippen 511 eingesetzt, so dass in einer einzigen Umdrehung sämtliche gewünschten Konditionierspuren erzeugt werden, kann das erneute Ansetzen des Konditionierwerkzeug 51 auch entfallen. Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation der Fig.5: Die in Fig.5 gezeigte Abrichtflankenmodifikation kann durch eine Überlagerung der für die Erzeugung der jeweils in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Abrichtflankenmodifikation erforderlichen Schritte erzeugt werden: Zur Erzeugung der in Fig. 5 gezeigten Abrichtflankenmodifikation oszilliert die Zustellposition des Konditionierwerkzeugs normal zur Abrichtflankenoberfläche mit einer Zustellfrequenz fK, welche auf die Drehfrequenz fA des Abrichtwerkzeugs abgestimmt ist, wobei währenddessen keine Konditionieraxialbewegung entlang der Konditionierdrehachse K stattfindet. Um eine wellenförmigen Abrichtflankenmodifikation gewünschter Ordnung in Umfangsrichtung M zu erhalten, muss folgende Beziehung erfüllt sein: ^^ = ^^^ Das Konditionierwerkzeug 51 erzeugt somit eine in Umfangrichtung verlaufende Konditionierspur mit einer Umfangwelligkeit der Ordnung M.
Das Konditionierwerkzeug 51 wird nach einer Umdrehung des Abrichtwerkzeugs 33 an einer Mehrzahl verschiedener Positionen entlang der Konditionierdrehachse K zur Erzeugung in Radialrichtung benachbarter neuer Konditionierspuren mit einer jeweiligen Breite einer halben Radialwellenlänge ^^^/2 neu angesetzt. Dadurch werden die Umfangwelligkeit entlang parallel zur Umfangrichtung verlaufender Umfangpfade U1, U2 gebildet. Die oszillierende Zustellbewegung des Konditionierwerkzeugs weist dabei eine Phasenlage auf, welche derart mit der Drehung des Abrichtwerkzeugs 33 synchronisiert ist, dass die resultierenden Umfangwelligkeiten um 180° zueinander verschoben sind. Wird ein Konditionierwerkzeug 51 mit mehreren Konditionierrippen 511 eingesetzt, so dass in einer einzigen Umdrehung sämtliche gewünschten Konditionierspuren erzeugt werden, kann das erneute Ansetzen des Konditionierwerkzeug 51 auch entfallen. Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation der Fig.6A: Zur Erzeugung der in Fig. 6A gezeigten Abrichtflankenmodifikation wird, wie im Fall der Abrichtflankenmodifikation in Fig. 2, ebenfalls eine kontinuierliche Konditionieraxialbewegung des Konditionierwerkzeugs entlang der Konditionierdrehachse K über mindestens eine Umdrehung des Abrichtwerkzeugs 33 mit einer konstanten Axialgeschwindigkeit erzeugt, allerdings wird dabei das Konditionierwerkzeugs in der Richtung normal zur Abrichtflankenoberfläche (im Gegensatz zur Situation in Fig.2) nicht auf einen konstanten Zustellwert zugestellt, sondern die Zustellposition des Konditionierwerkzeugs oszilliert stattdessen normal zur Abrichtflankenoberfläche mit einer Zustellfrequenz fK, welche auf die Drehfrequenz des Abrichtwerkzeugs fA abgestimmt ist. Daraus resultiert eine Abrichtflankenmodifikation, bei welcher in Umfangrichtung jeweils benachbarte Wellentäler und Wellenberge entlang auf dem Kreisring spiralförmig verlaufenden Spiralasts S1 angeordnet sind, wobei der Spiralast S1 auf dem abgewickelten Kreisring eine gegenüber der Umfangrichtung geneigte Gerade bilden. Um eine wellenförmigen Abrichtflankenmodifikation gewünschter Ordnung in Spiralastrichtung L zu erhalten, muss folgende Beziehung erfüllt sein:
Um weitere Spiraläste S2,S3… zu erzeugen, wird das Konditionierwerkzeug nach der Erzeugung eines Spiralasts jeweils neu angesetzt, allerdings in Bezug auf den abgewickelten Kreisring um einen Versatzwinkel ∆φ in Umfangrichtung φ verschoben. In einer bevorzugten Variante wird der Versatzwinkel ∆φ derart gewählt, dass folgende Beziehung erfüllt ist:
^^∆φ = 2π, wobei ^^ die Anzahl der Spiraläste darstellt. Wird ein Konditionierwerkzeug 51 mit mehreren Konditionierrippen 511 eingesetzt, so dass in einer einzigen Umdrehung sämtliche gewünschten Konditionierspuren erzeugt werden, kann das erneute Ansetzen des Konditionierwerkzeug 51 auch entfallen. Die zur Erzeugung der erläuterten Beispiele angewendeten Schritte lassen sich selbstverständlich zur Erzeugung weiterer, hier nicht explizit bildlich dargestellter Abrichtflankenmodifikationen kombinieren. Insbesondere sind beispielsweise auch Muster denkbar, bei welchen sich durchgehende Wellentäler unter einem beliebig vorgegebenen Winkel kreuzen. Rein radial ausgerichtete Wellentäler können beispielsweise rein in Umfangrichtung ausgerichtet Wellentäler unter einem auf den Kreisring projizierten Winkel von 90° kreuzen. Alternativ können die sich kreuzenden Wellentäler auch schräg über die Abrichtflankenoberfläche verlaufen. Die Drehfrequenz des Abrichtwerkzeugs
und/oder die Zustellfrequenz fK des Konditionierwerkzeugs und/oder die Konditionieraxialbewegung können während der Bearbeitung zeitlich variiert werden, um gezielte Abrichtflankenmodifikationen zu erzeugen, welche komplexere Muster aufweisen. Negativverfahren Abrichtwerkzeuge mit den voranstehend erläuterten Abrichtflankenmodifikationen können alternativ auch in einem Negativverfahren hergestellt werden. Dafür wird ein Negativgrundkörper, bevorzugt aus Aluminium oder Graphit, bereitgestellt, welcher anhand eines Drehwerkzeugs zu einer Negativform des gewünschten Abrichtwerkzeugs ausgedreht wird. Negativverfahren zur Herstellung von Abrichtwerkzeugen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Veröffentlichung EP 1110671 A2, deren Offenbarung hierin durch Verweis vollständig aufgenommen wird. Um die gewünschten Abrichtflankenmodifikationen auf der Abrichtflankenoberfläche 331 zu erhalten, kann gezielt eine entsprechende Negativmodifikation in die Negativform gedreht werden. Fig. 9 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Negativform 60, wobei die Negativform 60 um eine Negativformdrehachse D drehbar gelagert ist und bezüglich der Negativformdrehachse D radial nach aussen spitz zulaufenden Innenflanken 61 aufweist.
In Fig. 9 ist schematisch ein Drehmeissel 70 dargestellt, welcher in die Negativform 60 eingeführt wird und welcher eine bezüglich der Negativformdrehachse D radial abstehende Drehmeisselspitze 71 aufweist, mit welcher zur Erzeugung der Negativmodifikationen Material von den Innenflanken 61 abgetragen wird, während sich die Negativform mit einer Drehfrequenz fN um die Negativformdrehachse D dreht. Durch Überlagerung einer axialen Bewegung der Drehmeisselspitze 71 entlang der Negativformdrehachse D und einer radialen Bewegung bezüglich der Negativformdrehachse D kann die Drehmeisselspitze 71 entlang der ganzen mindestens einen Innenflanke 61 bewegt werden. Indem die axiale Bewegung der Drehmeisselspitze 71 entlang der Negativformdrehachse D mit einer Drehmeisselfrequenz fD oszilliert (wie in Fig.9 schematisch durch eine Sinuskurve dargestellt), werden Negativspuren in die Negativform gedreht, welche in Umfangrichtung eine Umfangwelligkeit aufweisen, die einem Negativabdruck der gewünschten Abrichtflankenmodifikation des anhand dieser Negativform hergestellten Abrichtwerkzeugs entsprechen. Die Drehfrequenz fN der Negativform sowie die Drehmeisselfrequenz fD können jeweils zeitlich konstant sein, können aber auch zeitlich varriiert werden. Analog zu den voranstehend erläuterten Beispielen zur direkten Bearbeitung der Abrichtflanken mit einem Konditionierwerkzeug können durch entsprechende Überlagerungen der axialen und radialen Bewegungen der Drehmeisselspitze 71 bezüglich der Negativformdrehachse D, sowie durch entsprechende Synchronisierung mit der Drehung der Negativform 60 sämtliche in den Figuren 2-6A beispielhaft gezeigten Abrichtflankenmodifikationen, sowie weitere Abwandlungen davon erzeugt werden. Die Drehmeisselfrequenz fD und/oder die Drehfrequenz fN der Negativform und/oder eine axiale und/oder radiale Zustellbewegung der Drehmeisselspitze entlang der Innenflanke 61 können während der Bearbeitung zeitlich variiert werden, um gezielte Abrichtflankenmodifikationen zu erzeugen, welche komplexere Muster aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das gezielte Erzeugen der Negativmodifikationen auch ein gezieltes Erzeugen von Verspannungen der Negativform umfassen, wie nun anhand der Figuren 10A und 10B erläutert wird. Fig.10A zeigt eine schematische Schnittansicht der Negativform 60 mit dem Drehmeissel 70, wobei in dieser Ausführungsform eine Verformungsvorrichtung 80 an der Negativform
60 angebracht ist und diese verspannt. In dem hier gezeigten Beispiel übt die Verformungsvorrichtung 80 in axialer Richtung bezüglich der Negativformdrehachse D eine Kraft auf die Negativform 60 aus, derart, dass diese leicht zusammengedrückt wird. Dadurch werden Bereiche der Innenflanken 61 axial näher zueinander gedrückt. Passieren nun diese zueinander gedrückten Bereiche der Innenflanken 61 während der Drehung der Negativform die fix stehende Drehmeisselspitze 71, so findet an den zueinander gedrückten Bereichen eine grössere Materialabtragung statt als in anderen Bereichen der Negativform 60, welche nicht von der Vorformungsvorrichtung 80 zusammengedrückt werden. Bevorzugt weist die Verformungsvorrichtung 80 periodisch in Umfangrichtung der Negativform angeordneter Krafteinwirkungsbereiche auf. Zur Erzeugung der Kraft auf diese Krafteinwirkungsbereiche kann die Verformungsvorrichtung 80 beispielsweise mechanische oder hydraulische Verspannungselemente aufweisen. Insbesondere kann die Kraft durch eine Schraube direkt auf den Krafteinwirkungsbereich ausgeübt werden. Ebenso kann die Kraft auf den Krafteinwirkungsbereich durch einen hydraulischen Kolben erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verformungsvorrichtung eine zweiteilige Vorrichtung aufweisen, welche die Negativform zumindest teilweise umgreift und durch Schrauben und/oder hydraulische Kolben zusammengehalten wird. In einem entspannten Zustand (Fig. 10B) weist die Negativform dann eine Negativspur mit einer Umfangwelligkeit auf, wobei Wellentäler in der Negativform da auftreten, wo eine Krafteinwirkung durch die Verformungsvorrichtung 80 stattgefunden hat. Diese Wellentäler in der Negativform 60 entsprechen dann den Wellenbergen auf der Abrichtflankenoberfläche des anhand dieser Negativform hergestellten Abrichtwerkzeugs. Die Verwendung einer Verformungsvorrichtung kann natürlich auch mit der Verwendung einer relativ zur Negativform bewegten Drehmeisselspitze 71 zur Erzeugung beliebiger Negativmodifikation/Abrichtflankenmodifikationen kombiniert werden. Abrichten der Schleifschnecke Die Erfindung umfasst ebenfalls ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke 16 für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke, bei welchem die Abrichtmodifikationen des Abrichtwerkzeugs 33 auf eine Schleifschneckenflanke 161 der Schleifschnecke abgebildet werden, wodurch auf der Schleifschneckenflane 161 eine Schneckenmodifikation erzeugt wird. Das Abrichtwerkzeug 33 und die Schleifschneckenflanke 161 stehen dabei im Linienkontakt.
Fig.11 zeigt eine kreisringförmige Projektion einer Schleifschneckenflanke 161 in einer zu einer Schneckendrehachse B senkrecht stehenden Ebene in abgewickelter Form, wobei die kreisringförmige Projektion eine Schneckenumfangrichtung mit einer Schneckenumfangkoordinate φS und eine Schneckenradialrichtung mit einer Schneckenradialkoordinate rS definiert. Auf der abgewickelten Schleifschneckenflanke 161 sind schematisch Schneckenmodifikationen in Form dreier Spiraläste S1', S1'',S1''' dargestellt, wobei die drei Spiraläste S1', S1'',S1''' auf der Schleifschneckenflanke 161 demselben Spiralast S1 auf der Abrichtflankenoberfläche 331 entsprechen, der allerdings mit unterschiedlichen Drehzahlverhältnissen zwischen dem Abrichtwerkzeug 33 und der Schleifschnecke auf die Schleifschneckenflanke 161 übertragen wurde. Der in Fig.11 eingezeichnete gestrichelte Pfeil weist in Richtung eines zunehmenden Drehzahlverhältnisses zwischen dem Abrichtwerkzeug 33 und der Schleifschnecke: Je grösser das besagte Drehzahlverhältnis, desto steiler verläuft der abgebildete Spiralast S1', S1'', S1''' auf der abgewickelten Schleifschneckenflanke 161. Die durch Übertragung der Abrichtflankenmodifikation auf die Schleifschneckenflanke 161 erzeugte Schneckenmodifikation weist eine Anzahl Wellenperioden bezogen auf eine Umdrehung der Schleifschnecke auf, wobei hier diese Anzahl als Schneckenwelligkeitsordnung LS bezeichnet wird. Durch Variieren des Drehzahlverhältnisses zwischen dem Abrichtwerkzeug 33 und der Schleifschnecke kann diese Schneckenwelligkeitsordnung LS beeinflusst werden: je grösser das besagte Drehzahlverhältnis, desto grösser die Schneckenwelligkeitsordnung LS. Typischerweise beträgt das Drehzahlverhältnis zwischen 10 und 60. Das Drehzahlverhältnis kann zeitlich konstant sein, oder aber während des Abrichtens der Schleifschnecke verändert werden, wobei der abgebildete Spiralast S1' in einem solchen Fall auf der abgewickelten Schleifschneckenflanke keine Gerade mehr bildet, sondern geknickt (bei einem abrupten Wechsel des Drehzahlverhältnisses) oder bogenförmig ausgebildet ist (bei kontinuierlichem Wechsel des Drehzahlverhältnisses). Abhängig von einer Steigung des Spiralastes S1 auf der Abrichtflankenoberfläche 33 und der Profilhöhe d, über welchen sich der Spiralast S1 auf der Abrichtflankenoberfläche 33 erstreckt, werden mehrere Umdrehungen des Abrichtwerkzeugs benötigt, um den kompletten Spiralast S1 auf die Schleifschneckenflanke 161 abzubilden: Je flacher die Steigung, desto mehr Umdrehungen werden benötigt.
Es kann also eine gewünschte Schneckenmodifikation auf einer Schleifschneckenflanke 161 eines Schneckengangs der Schleifschnecke 16 definiert werden, welche sich für ein gewähltes festes Drehzahlverhältniszwischen dem Abrichtwerkzeug 33 und der Schleifschnecke auf eine entsprechende Abrichtflankenmodifikation zurückrechnen lässt, wobei die entsprechende Abrichtflankenmodifikation sich dann gemäss den voranstehend beschriebenen Herstellungsverfahren gezielt erzeugen lässt. Erzeugung einer gezielten Zahnflankenmodifikation auf einem vorverzahnten Werkstück Die vom Abrichtwerkzeug wie voranstehend erläutert erzeugten Schneckenmodifikationen können in einem Wälzbearbeitungsverfahren auf eine Zahnflanke eines vorverzahnten Werkstücks übertragen werden. Das Wälzbearbeitungsverfahren wird dabei auf einer Wälzschleifmaschine 1 durchgeführt, welche in Fig. 12 beispielhaft dargestellt ist und die im Folgenden auch verkürzt als "Maschine" bezeichnet wird. Die Maschine 1 weist ein Maschinenbett 11 auf, auf dem ein Werkzeugträger 12 entlang einer radialen Zustellrichtung X verschiebbar geführt ist. Der Werkzeugträger 12 trägt einen Axialschlitten 13, der entlang einer Vorschubrichtung Z gegenüber dem Werkzeugträger 12 verschiebbar geführt ist. Auf dem Axialschlitten 13 ist ein Schleifkopf montiert, der zur Anpassung an den Schrägungswinkel der zu bearbeitenden Verzahnung um eine parallel zur X-Richtung verlaufende Schwenkachse (die sogenannte A-Achse) verschwenkbar ist. Der Schleifkopf wiederum trägt einen Shift- Schlitten 14, auf dem eine Werkzeugspindel 15 entlang einer Shift-Richtung Y gegenüber dem Schleifkopf verschiebbar ist. Auf der Werkzeugspindel 15 ist eine schneckenförmig profilierte Schleifscheibe (Schleifschnecke) 16 aufgespannt. Die Schleifschnecke 16 wird von der Werkzeugspindel 15 zu einer Drehung um eine Schneckenachse B angetrieben. Das Maschinenbett 11 trägt des Weiteren einen schwenkbaren Werkstückträger 20 in Form eines Drehturms, der um eine Schwenkachse C3 zwischen mindestens drei Stellungen verschwenkbar ist. Auf dem Werkstückträger 20 sind einander diametral gegenüberliegend zwei identische Werkstückspindeln montiert, von denen in der Fig.1 nur eine Werkstückspindel 21 sichtbar ist. Auf jeder der Werkstückspindeln ist jeweils ein Werkstück aufspannbar und zu einer Rotation um eine Werkstückachse antreibbar. Die in der Fig.1 sichtbare Werkstückspindel 21 ist um die Werkstückachse C1 antreibbar und befindet sich in einer Bearbeitungsposition, in der ein auf ihr aufgespanntes Werkstück 23 mit der Schleifschnecke 16 bearbeitet werden kann. Die andere, um 180° versetzt angeordnete
und in der Fig. 1 nicht sichtbare Werkstückspindel befindet sich in einer Werkstückwechselposition, in der ein fertig bearbeitetes Werkstück von dieser Spindel entnommen und ein neues Rohteil aufgespannt werden kann. Um 90° zu den Werkstückspindeln versetzt ist eine Abrichteinrichtung 30 montiert. Die Maschine 1 weist somit eine Vielzahl beweglicher Komponenten wie Schlitten oder Spindeln auf, die durch entsprechende Antriebe gesteuert bewegbar sind. Diese Antriebe werden in der Fachwelt häufig als "NC-Achsen", "Maschinenachsen" oder verkürzt als "Achsen" bezeichnet. Teilweise schliesst diese Bezeichnung auch die von den Antrieben angetriebenen Komponenten wie Schlitten oder Spindeln ein. Die Maschine 1 weist des Weiteren eine Vielzahl von Sensoren auf. Beispielhaft sind in der Fig.12 nur zwei Sensoren 18 und 19 schematisch angedeutet. Beim Sensor 18 handelt es sich um einen Schwingungssensor zur Erfassung von Schwingungen des Gehäuses der Schleifspindel 15. Der Sensor 19 ist ein Positionssensor zur Erfassung der Position des Axialschlittens 13 relativ zum Werkzeugträger 12 entlang der Z-Richtung. Darüber hinaus umfasst die Maschine 1 aber noch eine Vielzahl weiterer Sensoren. Unter diesen Sensoren befinden sich insbesondere weitere Positionssensoren zur Erfassung einer Ist-Position von jeweils einer Linearachse, Drehwinkelsensoren zur Erfassung einer Drehposition von jeweils einer Drehachse, Stromaufnehmer zur Erfassung eines Antriebsstroms von jeweils einer Achse und weitere Schwingungssensoren zur Erfassung von Schwingungen von jeweils einer angetriebenen Komponente. Alle angetriebenen Achsen der Maschine 1 werden durch eine Maschinensteuerung 40 digital gesteuert. Die Maschinensteuerung 40 umfasst mehrere Achsmodule 41, einen Steuerrechner 42 und eine Bedientafel 43. Der Steuerrechner 42 empfängt Bedienerbefehle von der Bedientafel 43 sowie Sensorsignale von verschiedenen Sensoren der Maschine 1 und errechnet daraus Steuerbefehle für die Achsmodule 41. Er gibt des Weiteren Betriebsparameter an die Bedientafel 43 zur Anzeige aus. Die Achsmodule 41stellen an ihren Ausgängen Steuersignale für jeweils eine Maschinenachse bereit. Mit dem Steuerrechner 42 ist eine Überwachungseinrichtung 44 verbunden, die im Betrieb der Maschine 1 diverse Überwachungsaufgaben wahrnimmt. In der Fig. 13 ist ein Ausschnitt aus der Fig. 1 vergrössert dargestellt. Man erkennt hier besonders gut die Abrichteinrichtung 30. Auf einem Schwenkantrieb 31 ist, um eine
Schwenkachse C4 schwenkbar, eine Abrichtspindel 32 angeordnet, auf der ein scheibenförmiges Abrichtwerkzeug 33 aufgespannt ist, das mit gezielt erzeugten Abrichtflankenmodifikationen versehen ist. In einem Schraubwälzgetriebe, wie es bei einer Paarung aus einem aussenverzahnten Stirnrad (dem vorverzahnten Werkstück 23) und der Schleifschnecke der Fall ist, liegt bei nichtparallelen Achsen des vorverzahnten Werkstücks 23 und der Schleifschnecke 16 eine Punktberührung in vor. Beim Durchwälzen der Paarung wandert der Berührpunkt entlang eines geometrisch durch die Paarung bestimmten Pfads jeweils über die Zahnflanke des vorverzahnten Werkstücks 23 und über die Schleifschneckenflanke 161 der Schleifschnecke 16. Im vorliegenden Kontext wird der Pfad auf der Zahnflanke als Kontaktspur bezeichnet, der Pfad auf der Schleifschneckenflanke als Schneckenkontaktpfad. In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Erzeugung einer modifizierten Oberflächenstruktur auf einer Zahnflanke eines vorverzahnten Werkstücks 23 wird zunächst die Schleifschnecke 16 anhand eines voranstehend beschriebenen Abrichtverfahrens mit einem Abrichtwerkzeug 33 abgerichtet, das eine Spiralwelligkeit entlang eines Spiralasts S1 aufweist. Dabei wird das Drehzahlverhältnis zwischen dem Abrichtwerkzeug 33 und der Schleifschnecke derart gewählt, dass die Spiralwelligkeit genau entlang des Schneckenkontaktpfads abgebildet wird, der durch die Paarung zwischen dem zu bearbeitenden vorverzahnten Werkstück 23 und der Schleifschnecke 16 vorgegebenen ist. In anderen Worten wird das Drehzahlverhältnis derart gewählt, dass der auf die Schleifschneckenflanke 161 abgebildete Spiralast S1' auf dem Schneckenkontaktpfad zu liegen kommt. Diese Schneckenmodifikation in Form einer Schneckenwelligkeit entlang des Spiralasts S1' wird nun gezielt auf die Zahnflanke des vorverzahnten Werkstücks 23 übertragen: Dazu wird die Schleifschnecke 16 zu einer Drehung um die Schneckenachse B angetrieben, während das vorverzahnte Werkstück 23 zu einer Drehung um die Werkstückachse C1 angetrieben wird, wobei die Schleifschnecke und das vorverzahnte Werkstück dabei im Wälzeingriff stehen. Zusätzlich wird nun sowohl eine Bewegung der Schleifschnecke 16 relativ zum vorverzahnten Werkstück 23 in der Shift-Richtung Y parallel zur Schneckenachse B, als auch eine Bewegung der Schleifschnecke 16 in einer Axial-Richtung parallel zur Werkstückachse C1 erzeugt. Die Bewegungen der Schleifschnecke in Axial-Richtung und in Shift-Richtung Y stehen dabei in einem derart gewählten Diagonalverhältnis, dass die Schneckenwelligkeit gezielt auf die Zahnflanke des vorverzahnten Werkstücks abgebildet wird und dadurch gezielt die
Oberflächenstruktur der Zahnflanke modifiziert wird. Es kann also eine gewünschte Zahnflankenmodifikation auf der Zahnflanke des vorverzahnten Werkstücks 23 definiert werden, welche sich für ein gewähltes Diagonalverhältnis auf eine entsprechende Schneckenwelligkeit entlang eines Spiralasts S1' auf der Schleifschneckenflanke 161 zurückrechnen lässt, welche sich dann wiederum für ein gewähltes Drehzahlverhältnis auf eine entsprechende Abrichtflankenmodifikation zurückrechnen lässt, wobei die entsprechende Abrichtflankenmodifikation dann gemäss den voranstehend beschriebenen Herstellungsverfahren gezielt erzeugt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE Wälzschleifmaschine 60 Negativform Maschinenbett 61 Innenflanke Werkzeugträger 70 Drehmeissel Axialschlitten 71 Drehmeisselspitze Shift-Schlitten 80 Verformungsvorrichtung Werkzeugspindel A Abrichtdrehachse Schleifschnecke B Schneckenachse Schleifschneckenflanke C1 Werkstückachse Akustiksensor C3 Schwenkachse Positionssensor C4 Schwenkachse Werkstückträger X Zustellrichtung Werkstückspindel Y Shift-Richtung Werkstückspindelantrieb Z Vorschubrichtung Werkstück K Konditionierdrehachse Abrichteinreichtung D Negativformdrehachse Schwenkeinrichtung r Radialkoordinate Abrichtspindel r' Radialkoordinate des Abrichtwerkzeug Musterrechtecks Grundkörper φ Winkelkoordinate Abrichtflankenoberfläche φS Schneckenumfangkoordinate Maschinensteuerung rS Schneckenradialkoordinate Achsmodule λr' Radialwellenlänge Steuerrechner ∆φU Versatzwinkel Bedientafel α Neigungswinkel Überwachungseinrichtung d Profilhöhe Konditioniervorrichtung rA Innenradius Konditionierwerkzeug R1,R2 Radialpfad Konditionierrippe U1,U2 Umfangpfad Konditionierspindel S1,S2,S3 Spiralast Konditioniersteuerung
Claims
PATENTANSPRÜCHE 1. Abrichtwerkzeug zum Abrichten einer Schleifschnecke (16) für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke (23), wobei das Abrichtwerkzeug (33) zur Rotation um eine Abrichtdrehachse (A) ausgebildet ist und eine Abrichtflankenoberfläche (331) aufweist, welche in einer senkrecht zur Abrichtdrehachse (A) stehenden Projektionsebene einen Kreisring bildet, wobei der Kreisring eine Radialrichtung mit einer Radialkoordinate (r) und eine Umfangrichtung mit einer Winkelkoordinate (φ) definiert, wobei die Abrichtflankenoberfläche (331) mit einer gezielt erzeugten Abrichtflankenmodifikation versehen ist, wobei sich die Abrichtflankenmodifikation auf den Kreisring projiziert als zwei-dimensionale Fourier-Reihe in Abhängigkeit der Radialkoordinate (r) und der Winkelkoordinate (φ) beschreiben lässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Reihe mindestens einen Fourier-Koeffizienten ungleich Null für eine Umfangfrequenzkomponente ungleich Null bezüglich der Winkelkoordinate (φ) aufweist. 2. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Abrichtflankenmodifikation bezüglich der Winkelkoordinate (φ) eine 2π-Periodizität aufweist. 3. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fourier-Reihe keinen Fourier-Koeffizienten ungleich Null für eine Radialfrequenzkomponente ungleich Null in der Radialrichtung aufweist, derart, dass die gezielt erzeugte Abrichtflankenmodifikation bezüglich der Umfangrichtung wellenförmig ist und Wellenfronten in Form von Linien konstanter Phasenlage aufweist, welche auf den Kreisring projiziert radial ausgerichtet sind. 4. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die zwei-dimensionale Fourier- Reihe mindestens einen Fourier-Koeffizienten ungleich Null für eine Radialfrequenzkomponente und für eine Umfangfrequenzkomponente ungleich Null aufweist, derart, dass die Abrichtflankenmodifikation auf den Kreisring projiziert eine schachbrettartige Struktur mit schachbrettartig zueinander versetzt angeordneten Wellenbergen und Wellentälern bildet. 5. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 4, wobei die schachbrettartige Struktur derart ausgerichtet ist, dass in Umfangrichtung jeweils benachbarte Wellentäler und
Wellenberge entlang eines auf dem Kreisring spiralförmig verlaufenden Spiralasts (S1,S2,S3) angeordnet sind. 6. Verfahren zur Herstellung eines Abrichtwerkzeugs (33) nach einem der Ansprüche 1-5, das Verfahren umfassend: Herstellen eines beschichteten Grundkörpers des Abrichtwerkzeugs (33) in einem Positivverfahren, und gezieltes Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation mittels eines Konditionierwerkzeugs (51), insbesondere einer zur Abrichtflankenoberfläche senkrecht stehenden rotierenden Konditionierscheibe. 7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das gezieltes Erzeugen der Abrichtflankenmodifikation umfasst: Antreiben des Abrichtwerkzeugs (33) zu einer Drehung um die Abrichtdrehachse (A); Antreiben des Konditionierwerkzeugs (51) zu einer Drehung um eine Konditionierdrehachse (K) des Konditionierwerkzeugs (51), und Zustellen des Konditionierwerkzeugs (51) relativ zum Abrichtwerkzeug (33) in einer Richtung, die einen normal zur Abrichtflankenoberfläche verlaufenden Anteil hat, zur Erzeugung der Abrichtflankenmodifikationen durch Materialabtragung von der Abrichtflankenoberfläche (331). 8. Verfahren zur Herstellung eines Abrichtwerkzeugs (33) gemäss einem der Ansprüche 1-5, das Verfahren umfassend: Herstellen des Abrichtwerkzeugs (33) in einem Negativverfahren, wobei das Negativverfahren umfasst: Herstellen einer Negativform (60) durch Ausdrehen eines Negativgrundkörpers; Drehen einer gezielten Negativmodifikation in die ausgedrehte Negativform (60) derart, dass die Negativmodifikation die Abrichtflankenmodifikation bewirkt, und/oder Erzeugen einer mechanischen und/oder hydraulischen Verspannung des Negativgrundkörpers während des Ausdrehens derart, dass die ausgedrehte Negativform (60) nach einem Lösen der mechanischen Verspannung eine Negativmodifikation aufweist, welche die Abrichtflankenmodifikation bewirkt. 9. Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke (16) für die Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke, das Verfahren umfassend:
Abrichten der Schleifschnecke (16) mit einem Abrichtwerkzeug (33) nach einem der Ansprüche 1-5, derart, dass die Abrichtflankenmodifikation eine Schneckenmodifikation auf einer Schleifschneckenflanke (161) eines Schneckengangs der Schleifschnecke (16) bewirkt. 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zwischen dem Abrichtwerkzeug (33) und der Schleifschnecke (16) eine vorgegebene feste Drehwinkelkopplung besteht, um gezielt auf der Schleifschneckenflanke (161) entlang des Schneckengangs eine periodische Schneckenmodifikation zu erzeugen. 11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke (16) eine vorgegebene zeitlich variable Drehwinkelkopplung besteht, um auf der Schleifschneckenflanke (161) entlang des Schneckengangs gezielt eine nicht- periodische Schneckenmodifikation zu erzeugen. 12. Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke (16) für die Wälzbearbeitung eines vorverzahnten Werkstücks (23), umfassend: Definieren einer gewünschten Schneckenmodifikation auf einer Schleifschneckenflanke (161) eines Schneckengangs der Schleifschnecke (16); Zurückrechnen der gewünschten Schneckenmodifikation auf eine entsprechende Abrichtflankenmodifikation eines Abrichtwerkzeugs (33) für eine gewählte feste oder variable Drehwinkelkopplung zwischen dem Abrichtwerkzeug (33) und der Schleifschnecke (16); Herstellen des die entsprechenden Abrichtflankenmodifikationen aufweisenden Abrichtwerkzeugs (33) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8; Abrichten der Schleifschnecke (16) mit dem Abrichtwerkzeug (33), mit der gewählten festen oder variablen Drehwinkelkopplung, wobei die Abrichtflankenmodifikation entlang des Schneckengangs die gewünschte Schneckenmodifikation erzeugt. 13. Verfahren zur Erzeugung einer modifizierten Oberflächenstruktur auf einer Zahnflanke eines vorverzahnten Werkstücks (23), umfassend: Abrichten einer zur Wälzbearbeitung vorverzahnter Werkstücke (23) geeigneten Schleifschnecke mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 9-12; Antreiben der Schleifschnecke (16) zu einer Drehung um eine Schneckenachse (B); Antreiben des vorverzahnten Werkstücks (23) zu einer Drehung um eine Werkstückachse (C1);
Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Schleifschnecke (16) und dem vorverzahnten Werkstück (23) in einer Shift-Richtung (Y) parallel zur Schneckenachse mit einer Shiftvorschubgeschwindigkeit, und Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Schleifschnecke und dem vorverzahnten Werkstück in einer Axial-Richtung parallel zur Werkstückachse (C1) mit einer Axialvorschubgeschwindigkeit, wobei die Schleifschnecke (16) und das vorverzahnte Werkstück (23) in einem Wälzeingriff stehen und wobei die Shiftvorschubgeschwindigkeit und die Axialvorschubgeschwindigkeit in einem derart vorgegebenen Diagonalverhältnis stehen, dass die Schneckenmodifikation auf die Zahnflanke des vorverzahnten Werkstücks (23) abgebildet wird und dadurch gezielt die Oberflächenstruktur der Zahnflanke modifiziert wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Abrichtwerkzeug ein Abrichtwerkzeug (33) nach Anspruch 5 ist und wobei während des Abrichtens zwischen dem Abrichtwerkzeug (33) und der Schleifschnecke (16) eine vorgegebene feste Drehwinkelkopplung besteht, die derart gewählt ist, dass der Spiralast (S1) auf einen Schneckenkontaktpfad abgebildet wird, wobei der Schneckenkontaktpfad einer Linie entspricht, auf welcher sich ein Berührungspunkt zwischen der Schleifschnecke (16) und dem im Wälzeingriff stehenden vorverzahnten Werkstück (23) während der Wälzbearbeitung auf der Schleifschneckenflanke bewegt. 15. Konditioniervorrichtung, umfassend: ein auf einer Konditionierspindel (52) aufgespanntes Konditionierwerkzeug (51); eine Abrichtspindel (32), die dazu ausgebildet ist, ein Abrichtwerkzeug (33) zu einer Drehung um eine Abrichtdrehachse (A) aufzunehmen; eine Konditioniersteuerung (53), welche dazu ausgebildet ist, das Konditionierwerkzeug (51) relativ zum Abrichtwerkzeug (33) zu bewegen, derart, dass das Abrichtwerkzeug (33) mit den Abrichtflankenmodifikationen nach einem der Ansprüche 1-5 versehen wird.
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