Verzahnen - Bestimmungsgrößen und Benennungen

Schnecken

Spanende Verzahnungsfertigung

Nach der Form des Schneckengrundkörpers unterscheidet man Zylinderschnecken und Globoidschnecken; das zugehörige Schneckenrad besitzt in beiden Fällen Globoidform.
Grundlagenartikel
13. Juni 2017
Nach der Form des Schneckengrundkörpers unterscheidet man Zylinderschnecken und Globoidschnecken; das zugehörige Schneckenrad besitzt in beiden Fällen Globoidform. Abbildung 16.16 zeigt die äußeren Unterschiede zwischen einem Zylinderrad und einem Globoidrad bzw. zwischen einer Zylinderschnecke und einer Globoidschnecke.
Abb. 16.16: Unterschied zwischen Zylinder- und Globoidrad: A) Zylinderrad, B) Globoidrad, C) Zylinderschnecke, D) Globoidschnecke© Handbuch Spanen, Carl Hanser Verlag
Globoidschnecken lassen sich herstellen durch Schälen auf Wälzfräsmaschinen im Radial- oder Axialverfahren, außerdem durch Drehen oder Schleifen unter Verwendung von Sondereinrichtungen. Beim Drehen oder Schleifen führt das Werkzeug die Vorschubbewegung aus. Um die Globoidform der Schnecke zu erzeugen, erfolgt diese Vorschubbewegung nicht geradlinig in Richtung der Werkstückachse, sondern auf einer Kreisbahn. Die Drehbewegung des Werkzeugs während des Vorschubs und die Drehbewegung der Schnecke sind miteinander gekoppelt.
Abb. 16.17: Darstellung von Zylinderschnecken: A) ZA-Schnecke, B) ZN-Schnecke, C) ZK-Schnecke, D) ZI-Schnecke, E) ZC-Schnecke, F) Axialschnittprofile einer ZA-, ZN-, ZK-, ZI und ZC-Schnecke; z1 = 4 m = 6,3 mm, Ym = 21,8°, α0 = 20°, Durchmesser der Doppelkegelscheibe zur Erzeugung der K-Schnecke 400 mm, Krümmungsradius p0 des Werkzeuges zur Erzeugung einer ZC-Schnecke 41 mm, a Drehmeißel, b Schälrad, c Fingerfräser, d Scheibenfräser, α0 Erzeugungswinkel, ym Mittensteigungswinkel© Handbuch Spanen, Carl Hanser Verlag
Zylinderschnecken, Abbildung 16.17, können nach DIN 3975 als ZA-, ZN-, ZK-, ZI- oder ZC-Schnecken ausgeführt werden; sie besitzen dann die Flankenformen A, N, K, I oder C. Schnecken der Flankenform C werden auch als Hohlschnecken bezeichnet, vergleiche dazu Abbildung 16.17 F. Die Flankenformen A, N und I sind an der Schnecke selbst, die Flankenformen K und C über das Werkzeug zur Herstellung der Schnecke definiert:
  • A Axialschnittprofil der Schnecke gerade
  • N Normalschnittprofil der Schnecke gerade
  • I Stirnschnittprofil der Schnecke evolventenförmig (Das I steht für das englische involute (Evolvente); früher wurde das Symbol E verwendet.)
  • K Erzeugung im Profilverfahren mit einem scheibenförmigen Werkzeug, dessen Axialschnittprofil kegel- bzw. doppelkegelförmig, also gerade, ausgebildet ist
  • C Erzeugung im Profilverfahren mit einem scheibenförmigen Werkzeug, dessen Axialschnittprofil an den Flanken kreisbogenförmig ausgebildet ist.
Das Axialschnittprofil der Schnecken mit den Flankenformen K und C hängt u. a. ab vom Scheibendurchmesser und der Positionierung der Scheibe zum Verzahnen; es ändert sich deshalb u. a. nach jedem Abrichten der Scheibe. Eine ZA-Schnecke (archimedische Spiralschnecke, Abb. 16.17 A) entsteht z. B. durch Drehen, wenn ein Drehmeißel a mit gerader Schneidkante so angestellt wird, dass die Schneide im Axialschnitt der Schnecke liegt. Ein der Flankenform A gut angenähertes Profil lässt sich auch durch Wälzschälen erzeugen, wenn das Schälrad b kreisevolventisches Profil besitzt.
Eine ZN-Schnecke, Abbildung 16.17 B, entsteht z. B. durch Drehen, wenn ein trapezförmiger Drehmeißel a (mit geraden Schneiden) so angestellt wird, dass die Symmetrielinie die Schneckenachse unter dem Mittenschrägungswinkel (90° – γb ) kreuzt und die Spanfläche um den Mittensteigungswinkel γm zur Achse geneigt ist. Die Flankenform N lässt sich auch unter Verwendung entsprechend ausgebildeter Fingerfräser c oder Scheibenfräser d erzeugen. Eine ZK-Schnecke, Abbildung 16.17 C), entsteht in einem Schraubverfahren, wenn ein drehendes Werkzeug (z. B. eine Schleifscheibe), das in seinem Axialschnitt ein trapezförmiges (geradflankiges) Profil mit einem Kegelwinkel α0 besitzt, so angestellt wird, dass sich Werkzeug- und Werkstückachse unter dem Mittensteigungswinkel γm kreuzen.
Abb 16.18: Fräsverfahren zur Herstellung von Schneckenrädern: A) Radialfräsen, B) Tangentialfräsen, C) Radial-Tangentialfräsen; a Achsabstand, b Einlaufseite© Handbuch Spanen, Carl Hanser Verlag
Eine ZI-Schnecke (Evolventenschnecke) entsteht z. B. durch Drehen, wenn ein Drehmeißel mit gerader Schneide so angestellt wird, dass die Schneide die Schneckenachse unter dem Winkel (90° – γm) im Abstand rb (Grundzylinder-Halbmesser) kreuzt. Eine ZI-Schnecke entsteht auch in einem Schraubverfahren durch Schleifen mit einer ebenen Schleifscheibe (Abb. 16.17 D), deren Achse zur Schneckenachse unter dem Winkel γm geschwenkt und um den Erzeugungswinkel α0 geneigt ist.
Eine ZC-Schnecke, Abbildung 16.17 E), entsteht in einem Schraubverfahren, wenn ein drehendes Werkzeug (z. B. eine Schleifscheibe), das in seinem Axialschnitt ein kreisförmiges Profil besitzt, so angestellt wird, dass sich Werkzeug- und Werkstückachse unter dem Mittensteigungswinkel γ m kreuzen. Bei Schnecken, die sich nur in der Flankenform unterscheiden (Abb. 16.17 F), sind die Axialschnittprofile der ZI-Schnecke stark ballig, die der ZK-Schnecke weniger stark ballig, die der ZA-Schnecke gerade, die der ZN-Schnecke leicht hohl und die der ZC-Schnecke stark hohl.
Die dargestellte Schnecke ist vierzähnig; sie besitzt einen Teilkreishalbmesser r = 32 mm, einen Modul m = 6,3 mm und einen Mittensteigungswinkel γm = 21,8°. Der Erzeugungswinkel der ZA-Schneckeist α0 = 20°; der Durchmesser der Schleifscheibe beim Profilieren der ZK-Schnecke ist d a0 = 400 mm, der Krümmungsradius der Schleifscheibe zur Bearbeitung der C-Schnecke ist ρ0 = 41 mm.
Zylinderschnecken können durch Drehen, Schleifen, Fräsen, Wirbeln und Schälen spanend bearbeitet werden. Durch entsprechende Gestaltung und Positionierung der Werkzeuge können nach jedem dieser Verfahren die fünf genormten Flankenformen erzeugt werden. Besonders flexibel bezüglich der Erzeugung von Schnecken unterschiedlichen Profils ist vor allem das Profilschleifen mit scheibenförmigem, abrichtbarem Werkzeug.
Duplexschnecken sind zylindrische Schnecken, bei denen beide Flanken mit unterschiedlicher Steigungshöhe ausgeführt werden, die Zahndicke also über der Schneckenbreite kontinuierlich zunimmt. Über die axiale Lage der Schnecke im eingebauten Zustand lässt sich das Flankenspiel im Getriebe einstellen. Die beiden Flanken von Duplexschnecken müssen mit unterschiedlicher Maschineneinstellung bearbeitet werden. Es ist darauf zu achten, dass das Werkzeug im Bereich der großen Zahndicke, also der geringen Lückenweite, die Gegenflanke nicht beschädigt.