Fertigungstechniken

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Fertigungstechniken von Zahnrädern

Fertigung von Geradstrinräder und Schrägstrinräder mit Evolventenverzahnung

Formverfahren

Bei dem Formverfahren wird die Zahnlücke durch ein dem Zahnlückenform entsprechendes Werkzeug bearbeitet. Dazu kann ein Scheibenfräser, ein Schaftfräser oder eine Schleifscheibe verwendet werden. Bei der Bearbeitung hinterlegt das Werkzeug eine mit der Zahnbreite übereinstimmende Strecke parallel zur Drehachse des zu verzahnendes Rades, währenddessen das Rad steht. Nach der Erstellung einer Zahnlücke wird das Rad mit Hilfe des Teilkopfs um eine Zahnteilung weitergedreht, um eine weitere Zahnlücke zu erstellen. Bei Schrägverzahnung bewegt sich das Werkzeug relativ zum Zahnrad entlang einer Schraubenlinie.



Wälzverfahren

Bei dem Wälzverfahren umhüllen die Schneidkanten des Verzahnungswerkzeugs während der Bearbeitung eine Zahnstangenoberfläche. Es werden drei Wälzverfahren unterschieden: Walzfräsen, Wälzhobeln mit dem Kamm und Wälzhobeln mit dem Stoßrad. Das meist verbreitete und zugleich meist produktive Fertigungsverfahren ist die Bearbeitung mit dem Wälzfräser. Die Flanken der die Zahnlücke ausformende Zahnstange werden während einer Relativbewegung des Fräsers und des Vorerzeugnisses durch die Schneidkante an der Schraubenfläche des Abwälzwerkzeuges abgebildet. Die Gesamtheit dieser Bewegungen kann so betrachtet werden, als wäre eine unendlich lange Zahnstange an dem Werkstück abgewalzt, um das Zahnrad zu auszuformen. Die Präzision wird dadurch gewährleistet, daß während der Bearbeitung mehrere Schneidkanten gleichzeitig im Angriff sind, bzw. die Teilung durch das Abwalzen bedingt kontinuierlich ist. Beim Zahnradhobeln mit dem Kamm führt das Werkzeug eine alternierende, bzw. relativ zum auszuformenden Zahnrad eine tangentiale und radiale Bewegung aus. Das Vorerzeugnis wälzt währenddessen mit einer Drehbewegung an der Zahnstange des Kammes ab. Die radiale Bewegung dauert bis zum Erreichen der gewünschten Zahntiefe. Das Zahnradhobeln kann auch mit einem Stoßrad durchgeführt werden. Das auszuformende Zahnrad führt eine Drehbewegung aus, währenddessen wird die erforderliche Zahntiefe vom zahnradförmigen Werkzeug durch eine alternierende und drehende Bewegung in Richtung der Radmitte erstellt. Diese Abwälzverfahren sind für die Herstellung von schrägverzahnten Zahnräder ebenfalls geeignet. Dann soll das Werkzeug um den gewünschten Zahnschrägewinkel geneigt werden.



Fertigung von Kegelräder

Kegelräder können ebenfalls im Wälzverfahren, mit Hilfe eines Werkzeugs mit gerader Schneidkante erzeugt werden, dem Wälzverfahren der Stirnräder ähnlich. Bei der Bearbeitung solcher Art werden die Zähne der geradverzahnten und schrägverzahnten Kegelräder durch Wälzstossen bzw. Wälzhobeln ausgeformt. Während der Bearbeitung wird das auszuformende Rad dem Wälzverfahren entsprechend an dem eingreifenden virtuellen Planrad abgerollt. Der Eingriff entspricht dem Abrollen des (auszuformenden) Zahnrades an einer Zahnstange. Das Messer oder Messerpaar, welches mit gerader Schneidkante versehen ist und den Zahn des Planrades verkörpert, formt das Evolventenprofil des Zahnes durch Hobelbewegung aus, d.h. der Kugelevolventen wird durch einen Planevolventen angenähert. Die geradverzahnten und schrägverzahnten Kegelräder können mit einer auf dem Abwälzverfahren basierenden Methode geschliffen werden. Durch die Schleifbarkeit können die Oberflächenverzerrungen die nach der Wärmebehandlung entstehen bearbeitet werden, bzw. ein mehr präzises Zahnrad kann hergestellt werden, was eine günstige Auswirkung auf dem Eingriff der Zähne hat.



Fertigung von bogenverzahnten Kegelräder

Das Zahnprofil der ZA-Schnecke ist im Stirnschnitt archimedisch-spiralförmig, im Axialschnitt trapezförmig. Üblicherweise wird dieses Profil mit einem trapezförmigen Drehstahl mit den Schneidkanten in der Achsenebene erstellt. Jedoch kann es auch durch ein schrägverzahntes Stoßrad mit Evolventenprofil erstellt werden. Das Zahnprofil der ZI-Schnecke entspricht einer Evolventen-Verzahnung mit großem Neigungswinkel. Die gerade Erzeugende der Schneckenfläche berührt den Grundzylinder der Schnecke und die darauf aufgelegte Schraubenlinie. Im Stirnschnitt ist das Zahnprofil der Schnecke ein Evolventenprofil. Das Schneckenrad kann durch Wälzfräsen und Wälzschleifen hergestellt werden. Die ZN-Schnecke hat ein gerades Profil und zwar im Normalschnitt. Sie kann mit einem um einen mittleren Neigungswinkel geneigten, trapezförmigen, im Normalschnitt der Zahnlücke oder der Zahn angeordneten Drehstahl hergestellt werden. Es werden ZN1- und ZN2-Schnecken unterschieden, je nachdem ob der Schaftfräser in der Normalebene der Schraubenlinie von der Zahn (ZN1) oder der Zahnlücke (ZN2) am mittleren Teilzylinder angeordnet ist. Der Schneckentyp ZK kann mit Schaftfräser, bzw. Scheibenfräser gefertigt werden. Der Schneckentyp ZK1 wird mit einem Schaftfräser an einer Vertikalfräsmaschine bearbeitet. Der Schneckentyp ZK2 wird an einer Horizontal-Gewindefräsmaschine bearbeitet, als Werkzeug wird dann ein Scheibenfräser mit Trapezprofil verwendet.



Fertigung von Schneckentriebe

Die Zahnform der bogenverzahnten Kegelräder in der Zahnradfertigung wird durch das Fertigungsverfahren bestimmt. Anhand des Verzahnungssystems und der Zahnerzeugendes werden die Kreisbogenverzahnung (Gleason), die Evolentenverzahnung (Klingelnberg-Palloid-Verzahnung) und die Maschen-Epizykloid-Verzahnung unterschieden. Die zur Ausformung der Kreisbogenverzahnung nach Gleason verwendete Räderschneidwerkzeug ist ein scheibenförmiger Messerkopf mit dem Planprofil entsprechenden trapezförmigen Zähne. Die Flankenlinie des Kreisbogens wird bei dem großen Zahnrad durch Räumen oder Abwälzen, beim Ritzel durch Abwälzen erstellt. Die Bearbeitung erfolgt von Zahn zu Zahn, d.h. nach der Ausformung einer Zahnlücke entfernt sich das Werkzeug vom Kegelrad, dann wird das Rad durch die Maschine um eine Zahnteilung weitergedreht, und dann kann mit der Ausformung der nächsten Zahnlücke begonnen werden. Die Verzahnung mit Evolventen-Zahnflankenlinie wird durch kontinuierliches Wälzfräsen erstellt. Entlang der kegeligen Schraubenfläche des Fertigungswerkzeugs sind Schneidkanten mit Trapezprofil aufgebracht, mit einer konstanten Zahnhöhe entlang der Kegelerzeugenden. Durch die kegelige Form kann das Werkzeug an dem Fertigungskegel des auszuformenden Zahnrades abrollen.

Das zur Ausformung der Zykloid-Verzahnung verwendetes Werkzeug ist ebenfalls scheibenförmig. Die mit dem Planradprofil übereinstimmenden trapezförmigen Zähne werden in mehreren Schraubengänge an mehreren Spiralkurven angebracht. Die erste Zahn einer Spirale erledigt das Schruppen, die nächsten zwei bearbeiten die rechte bzw. linke Zahnflanke. Durch das Zusammenwirken der kontinuierlichen Drehbewegung und das Abwälzverfahrens entsteht an dem virtuellen Planrad eine maschen-epizykloidförmige Zahnflankenlinie.