Zahnradfertigung

1.Formverfahren

Beim Formverfahren hat das Werkzeug das Profil der Zahnlücke. Die Zahnrücken werden einzeln gefertigt. Zur Bearbeitung der nächsten Zahnlücke wird das Werkstück um Zahnteilung weiter gedreht (= Einzelteilverfahren). Für die jeweilige Form des Zahnes beim Werkstück ist ein entsprechendes Werkzeugprofil erforderlich. Als Werkzeuge werden verwendet Scheiben- oder Fingerfräser, Stoßstahl, Räumnadel und Schleifscheibe.

Anwendung: Beim Formfräsen werden Werkstücke mit Profilen hergestellt, die nicht wälzbar sind, eine große Verzahnungstoleranz aufweisen und eine große Teilung oder einen Durchmesser haben.

2. Wälzverfahren

Beim Wälzverfahren wird zwischen Werkstück und Werkzeug durch kinematische Kopplung eine Wälzbewegung realisiert. Die Flankenform (= Evolvente) entsteht als Einhüllende der geradflankigen Werkzeugschneide.

a)Wälzhobeln

Die Schnittbewegung des Hobelkamms wird durch eine Hubbewegung ausgeführt. Der Vorschub wird durch radiales Eintauchen oder durch tangenziales Einlaufen des Hobelkamms und durch die Wälzbewegung des Werkstück vollzogen. Beim Rückhub findet die Abhebbewegung des Hobelkamms statt. Es kann jeweils nur eine Gruppe von Zähnen bearbeitet werden. Der Hobelkamm wird dann zurückgeführt und das Werkstück um die entsprechende Zähnezahl weitergedreht.

Anwendung: Wälzhobeln wird bei Werkstücken mit Vor- und Fertigverzahnen von Gerad- und Schrägverzahnungen großer Abmessungen, hoher Werkstoffestigkeit und großer Zahnbreite angewendet.

b)Wälzstoßen

Durch Drehung des zahnradförmigen Werkzeugs wird durch eine kinematische Kupplung der Drehung des Werkstücks so angepaßt, als würden beide Elemente wie Zahnräder in einem Getriebe wälzen. Die Schnittbewegung wird durch eine Hubbewegung des Werkzeugs durchgeführt. Die Vorschubbewegung wird durch eine radiale Zustellung bis auf Tauchtiefe und durch Wälzbewegung erzeugt. Beim Rückhub des Werkzeugs muß ebenfalls wie beim Wälzhobeln eine Abhebbewegung stattfinden. Bei schrägverzahnten Werkstücken muß eine Überlagerung der Hubbewegung und der Schraubbewegung folgen.

Anwendung: Wälzstoßen wird bei Werkstücken mit Vor- und Fertigverzahnung von Innenverzahnungen, Verzahnungen mit zukleinen axialen Werkzeugüberlaufweg für Wälzfräser angewandt.

c)Wälzfräsen

Die Drehung des Werkrades wird durch kinematische Kopplung der Drehung des schneckenförmigen Werkzeugs so angepaßt, als würden beide Elemente wie eine Getriebeschnecke mit Schneckenrad laufen. Durch eine zusätzliche Überlagerung der Vorschubbewegung zerspant der Wälzfräser den Werkstoff der Zahnlücken.

Anwendung: Wälzfräsen wird bei der Vorverzahnung von Automobilgetrieberädern in Serienfertigung, vor- und fertigverzahnten Werkstücken mit weichen, vergüteten und gehärteten Groß-, Sonder-, Kerb- und Keilwellenverzahnungen angewandt.

3. Feinbearbeitung von Verzahnungen

Die Feinbearbeitung erfolgt im weichen Zustand des Werkstückes, durch Schaben und bei gehärteten Werkstücken durch Schleifen, Schälwälzfräsen oder Schälwälzstoßen. Die Hauptaufgabe der Feinbearbeitung ist die Beseitigung der geometrischen Abweichungen an den Werkstücken bzw. Zähnen.

a)Schaben mit Schabrad

Das vorverzahnte Werkstück wird unter gekreuzten Achsen ohne kinematischer Kopplung mit einem zahnradförmigen Werkzeug gewälzt. Das Schabrad treibt das Werkstück an. Durch die Achskreuzung entsteht ein Gleiten des Schabrads auf der Werkstückzahnflanke in Zahnhöhen und Längsrichtung. Auf der Flanke des Schabrads sind Schneidstollen, die unter Kraftwirkung über der Werkstückflanke die Spahnabnahme durchführen.

Anwendung: Diese erfolgt bei Feinbearbeitung von vorverzahnten, weichen Gerad- und Schrägverzahnungen, Serienfertigung von Automobilgetrieberädern, Verbesserung der Oberflächengenauigkeit und der Verzahnungsfehler.

b) Verzahnungsschleifen

Diese erfolgt bei Fertigbearbeitung von meistens gehärteten oder vergüteten Verzahnungen. Als Werkzeuge werden Korund- und CBN- Schleifscheiben eingesetzt.

4. Verzahnung

4.1 Allgemeines

Die einfachtste Möglichkeit, eine Drehbewegung in eine schnellere oder langsamere Drehbewegung überzuführen, ist das Abrollen eines getriebenen Rades (Kreise) k₂ auf einem treibenden Rad (Kreis) k₁. Dabei sind die beiden Kreise in den Punkten o1 und o2 in der festen Zeichenebene S drehbar gelagert vorzustellen.

Jedes Rad gehört selbst einem eigenen System S bzw. S an, wobei die beiden Räder im Berührungspunkt aufeinander abrollen. Um das Abrollen ohne Rutschen zu gewählreisten, müssen die Ränder der Räder sehr rau sein. Daher nennt man sie Reibräder.

Sollen größere Kräfte von einem Rad auf das andere übertragen werden, dann muß die "Rauheit" der Räder gesteigert werden, d. h. man versieht das Rad mit Erhöhungen und Vertiegungen (Zähne) und muß dafür sorgen, daß das zweite Rad mit den dazu passenden Gege-Vertiefungen und - Erhöhungen versehen wird (Gegenprofile).