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Verzahnen - Allgemeines

Einführung in die Verzahnungsfertigung

Spanende Verzahnungsfertigung

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seiten 935-946

Hochgenau arbeitende Werkzeugmaschinen mit oft komplexen kinematischen Bewegungskopplungen der Maschinenachsen sind zum Herstellen von Verzahnungen unerlässlich. Durch eine Vielzahl gängiger Verzahnungs- und Getriebearten ergibt sich eine hohe Vielfalt der Geometrie der Verzahnungswerkstücke.

Hochgenau arbeitende Werkzeugmaschinen mit oft komplexen kinematischen Bewegungskopplungen der Maschinenachsen sind zum Herstellen von Verzahnungen unerlässlich. Durch eine Vielzahl gängiger Verzahnungs- und Getriebearten ergibt sich eine hohe Vielfalt der Geometrie der Verzahnungswerkstücke. Unterschiedliche Bauarten von Zahnradgetrieben sind in Abbildung 16.1 dargestellt. Diese werden unterteilt nach der relativen Lage ihrer Drehachsen und erfordern jeweils individuelle Verzahnungsverfahren auf speziellen Verzahnmaschinen, um eine wirtschaftliche Fertigung zu ermöglichen.

16.1 Bauaurten der Zahnradgetriebe

Stirnradgetriebe weisen parallele Rotationsachsen auf. Die Stirnräder können sowohl außen- als auch innenverzahnt sowie gerad-, schräg- oder doppelschrägverzahnt ausgeführt werden. Bei Kegelradgetrieben sind die Achsen i.d.R. um einen 90°-Winkel versetzt. Im letzteren Fall bilden die Flankenlinien überwiegend Ausschnitte von Kreisbögen, Evolventen oder Epizykloiden. Als Verzahnungsarten kommen Gerad-, Schräg- und Bogenverzahnungen zum Einsatz. Zylinderschraubräder sind unter gekreuzten Achsen miteinander kämmende Zylinderräder unterschiedlichen Schrägungswinkels. Hierbei entspricht die Schrägungswinkelsumme dem Achskreuzungswinkel. Unterschiede bezüglich der Herstellverfahren bei Zylinder- bzw. Zylinderschraubrädern gibt es nicht.

Sollen bei senkrecht zueinanderstehenden Drehachsen große Übersetzungen realisiert werden, ist der Einsatz von Zylinderschneckengetrieben oder Globoidschneckengetrieben sinnvoll. Die Herstellung von Zahnrädern kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine Zusammenstellung der gängigen Verfahren ist in Abbildung 16.2 zu finden. Zur Erzielung einer hohen Qualität gilt es, Verfahren zur Vorverzahnung und Verfahren zur Feinbearbeitung zu unterscheiden. Eine möglichst wirtschaftliche Fertigung und eine hohe Verzahnungsgenauigkeit sind zwei Aspekte der Zahnradfertigung, die schwer miteinander vereinbar sind. Um beides in zufriedenstellendem Maße zu gewährleisten, wird zunächst mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und großen Vorschüben verzahnt.

16.2 Verfahren zur Zahnradherstellung

Die gängigen Verfahren zur Vorverzahnung sind das Wälzfräsen und das Wälzstoßen. Eine heute untergeordnete Bedeutung besitzt das Wälzhobeln. Im Anschluss an das Vorverzahnen kann in Abhängigkeit des Werkstoffs eine Wärmebehandlung stattfinden. Zur Erzielung der geforderten Qualität werden die vorverzahnten Zahnräder mit einem Feinbearbeitungsverfahren bearbeitet. Im Zuge der Feinbearbeitung wird im Wesentlichen das Wälz- oder Formschleifen benutzt. Das Schaben, Fertigwälzfräsen und Feinwalzen kommt am weichen Werkrad zum Einsatz.

Unter dem Aspekt der Maschinenkinematik lassen sich die verschiedenen Verzahnverfahren in formende und wälzende Herstellverfahren unterteilen (Abb. 16.3). Das Formverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkzeug (Formfräser, Schleifscheibe, Umformwerkzeug), die Kontur der zu fertigenden Zahnlücke besitzt. Bei den meisten Formverfahren werden die Zahnlücken nach dem Einzelteilverfahren, also jede Zahnlücke einzeln, gefertigt. Ist eine Zahnlücke fertig, muss das Werkrad zur Bearbeitung der nächsten Zahnlücke um den Winkel der Zahnteilung gedreht werden. Dieses Verfahren kommt meist bei der Einzelfertigung sehr großer Werkstücke oder der Massenfertigung kleinerer Zahnräder zum Einsatz. Grund hierfür ist, dass für jede Werkradauslegung (auch bei gleichem Modul) ein individuelles Werkzeug benötigt wird, das genau dem geforderten Zahnlückenprofil entspricht.

16.3 Verfahren zur Herstellung von Zylinderrädern

16.4 Wälzverfahren

Bei den Wälzverfahren, dargestellt in Abbildung 16.4, wird durch die Abwälzbewegung des Werkzeugs auf dem Wälzkreiszylinder des Werkrades in der Verzahnmaschine die gewünschte evolventische Zahnflankenform erzeugt. Der Wälzkreisdurchmesser kann hierbei durch den Eingriffswinkel der Werkzeugschneide variiert werden. Der theoretische Wälzvorschub besteht aus zwei Bewegungsanteilen, die von der Maschine auszuführen sind: Dies ist zum einen eine Rotationsbewegung des Werktisches, zum anderen eine translatorische Vorschubbewegung entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit des Werkrades am Wälzradius, ausgeführt durch das Werkzeug oder auch das Werkstück (Abb. 16.5).

Beide Maschinenachsen sind entsprechend der jeweiligen Abwälzbedingungen miteinander gekoppelt, wobei diese Kopplung über die Maschinensteuerung realisiert wird. Die Zahnflankenform entsteht als Einhüllende der einzelnen
Werkzeugschnittflächen entlang des Wälzvorschubes. Bezüglich des Wälzvorschubes unterscheidet man zwischen Teilwälzverfahren (Wälzhobeln) und kontinuierlich arbeitenden Wälzverfahren (Wälzfräsen, Wälzstoßen, vgl. Abb. 16.4). Von Ersterem spricht man, wenn der Wälzvorschub abschnittsweise für eine Zahnlücke oder eine Gruppe von Zahnlücken erfolgt. Ist dies nicht der Fall, handelt es sich um ein kontinuierliches Wälzverfahren.

16.5 Erzeugung der evolventischen Zahnflanke

Alle Wälzverfahren haben gemein, dass, unter der Voraussetzung eines gleichen Verzahnungsmoduls, für unterschiedliche Werkstückzähnezahlen (also unterschiedliche Durchmesser) dasselbe Werkzeug eingesetzt werden kann. Ein weiteres Kriterium zur Kategorisierung der verschiedenen Verzahnmaschinen ist die Bauart der auf ihnen gefertigten Zahnräder. Die Fertigung von Zylinderrädern, Kegelrädern, Schnecken und Schneckenrädern erfordert eine jeweils individuelle Verzahnmaschine.

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seiten 935-946
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