Die Bearbeitung von Zahnrädern und die Wahl der optimalen Bearbeitungsmethode sind von großer Bedeutung angesichts der sich ändernden Anforderungen an die Zahnradfertigung. Sie wird vor dem Härten durchgeführt. Die Wahl der Bearbeitungsmethode für Zahnräder hängt vom Werkstück, den Fertigungsprozessen und den Losgrößen ab. In diesem Artikel stellen wir die grundlegenden Parameter von Zahnrädern, ihre Messmethoden und ihre Herstellung vor.
Zahnräder – Parameter
Zahnräder werden nach der für die Genauigkeit des bearbeiteten Rades erforderlichen Norm klassifiziert. Die bekannteste Norm für die Klassifizierung von Zahnrädern ist DIN 3962. Sie beschreibt die Größe und Klasse verschiedener Parameter auf einer Skala von 1 bis 12.
Hier sind die geometrischen Parameter von Zahnrädern:
z – Zahnanzahl
d – Teilkreisdurchmesser
da – Kopfkreisdurchmesser
df – Fußkreisdurchmesser
db – Grundkreisdurchmesser
p – Teilung
pb – Basis-Teilung
m – Modul
s – Zahndicke
h – Zahnhöhe
ha – Kopfhöhe
hf – Fußhöhe
c – Kopfspiel / Zahnkopffreistich (üblich: c = 0,2 · m)
Wie werden Zahnräder hergestellt?
Zahnräder werden aus dem Material vor dessen Härtung hergestellt. Dank der entsprechenden Vorbereitung für die Härtung verläuft das Drehen relativ einfach. Wichtig ist es, enge Maßtoleranzen einzuhalten. Während des Drehvorgangs sind eine geringe Oberflächenrauheit und die Wiederholgenauigkeit der Bearbeitung von großer Bedeutung. Sie wird hauptsächlich auf CNC-Werkzeugmaschinen durchgeführt, auf denen Metallbearbeitung stattfindet.
Werkstoffe für die Herstellung von Zahnrädern
Die Werkstoffe, aus denen Zahnräder hergestellt werden, müssen geeignete technologische und Festigkeitsparameter aufweisen, um ein Ausbrechen oder Abbrechen der Zähne während des Betriebs des Zahnradgetriebes zu verhindern. Ihre richtige Auswahl beeinflusst das Gewicht und die Abmessungen des Getriebes. Teurere und widerstandsfähigere Materialien ermöglichen die Herstellung kleinerer und widerstandsfähigerer Geräte. Die am häufigsten für die Herstellung von Zahnrädern verwendeten Materialien sind:
- Kohlenstoffstähle verschiedener Güteklassen,
- legierte Stähle,
- Grauguss, sphärischer unlegierter und schwarzer Perlguss,
- Kunststoffe, die für kleine Getriebe mit geringen Belastungen verwendet werden.
Methoden zur Messung von Zahnrädern
Unter den Methoden zur Messung von Zahnrädern lassen sich drei grundlegende unterscheiden.
- Messung der Dicke eines einzelnen Zahns mit einem Modulmessgerät. Die Genauigkeit der mit diesem Gerät durchgeführten Messungen beträgt 0,02 mm.
- Messung einer bestimmten Anzahl (n) von Zähnen.
- Messung der Rundlaufabweichung der Verzahnung – Differenz zwischen den beobachteten Grenzpositionen der Referenzkontur der Zahnräder.
Arten von Zahnrädern
Zahnräder werden je nach Form des Zahnkranzes in zylindrische und konische Zahnräder unterteilt. Beide Arten können Innen- oder Außenverzahnung haben. Wir unterscheiden zylindrische Zahnräder mit folgenden Zähnen:
- geraden,
- schrägen,
- bogenförmigen,
- dachförmigen.
Ebenso unterscheiden wir bei Kegelrädern zwischen folgenden Zähnen:
- gerade,
- schräge,
- gebogene.
Es gibt auch zwei besondere Formen von Rädern.
- Gerade Verzahnung, d. h. ein zylindrisches Rad mit unendlich großem Durchmesser.
- Ringrad, d. h. ein flaches Rad, das eine Variante des Kegelrades ist und auch als Kronrad bezeichnet wird.
Technologie der Zahnradherstellung
Aufgrund der Umfangsgeschwindigkeit während des Betriebs von Zahnrädern werden 12 Genauigkeitsklassen für ihre Herstellung unterschieden. Die erforderliche Klasse hängt von der Verwendung des jeweiligen Zahnrades ab. Die genaueste Klasse ist die Klasse 1, die ungenaueste die Klasse 12. Zahnradbearbeitungsmaschinen haben folgende Klassen:
- D – Schruppmaschinen,
- C – Räder der Klasse 10,
- B – Räder der Klasse 8-9,
- A – Räder der Klasse 7-8,
- AA – Räder der Klasse 6-7,
- AAA – Räder der Klasse 5-6.
Verfahren zur Bearbeitung von Zahnrädern
Das Verfahren zur Bearbeitung von Zahnrädern hängt von den Fertigungsprozessen und der Art des zu bearbeitenden Materials ab. Nachfolgend stellen wir die am häufigsten gewählten Verfahren vor.
- Formbearbeitungsmethode für Zahnräder, bei der ein Werkzeug mit einer Schneidkantenform verwendet wird, die der Form der Nut des zu bearbeitenden Zahnrades entspricht. Aufgrund der Notwendigkeit einer großen Anzahl solcher Werkzeuge wird diese Methode nur in der Großserienfertigung eingesetzt.
- Umfangbearbeitung, bei der der Zahnkontur die Umfanggrenze der sich nacheinander ändernden Positionen der Schneidkante des Werkzeugs entspricht. Ein Werkzeug schneidet Zahnräder mit einer beliebigen Anzahl von Zähnen, aber mit dem gleichen Modul und dem gleichen Profilwinkel.
- Schneckenradfräsen – nur geeignet für die Bearbeitung von Außenkonturen von Zahnrädern mit geraden und schrägen Zähnen und von Kegelrädern mit bogenförmigen Zähnen.
- Gleason-Verfahren – Der Fräskopf bewegt sich rotierend, als ob die durch die Bewegung der Schneidkanten gebildeten Arbeitsflächen die Seiten der Zähne eines mit dem zu bearbeitenden Zahnrad kämmenden Zahnkranzes wären.
- Fiat-Mammano-Verfahren – Die Messer des Werkzeugkopfes bilden eine einzelne Archimedische Spirale mit einem Steigungswinkel, der dem Teilungsabstand der zu bearbeitenden Zahnräder entspricht.
- Oerlikon-Verfahren – Analog zum Fiat-Mammano-Verfahren, jedoch bilden die Messer des Werkzeugkopfes eine mehrfache Archimedische Spirale.
- Zahnradfräsen nach Fellows: Beim Fräsen der Verzahnung mit einem radförmigen Werkzeug entsteht ein technologisches Getriebe mit dem zu bearbeitenden Rad. Die Getriebeelemente führen eine Drehbewegung aus, und ihre Rollendurchmesser arbeiten schlupffrei zusammen.
- Das Maag-Stechen ist ein Verfahren zur Umfangsbearbeitung von Zahnrädern, bei dem die Zähne durch Stechen geschnitten werden. Dabei wird ein Stechmesser verwendet, mit dem mehrere Zähne teilweise geschnitten werden können. Sie wird auf einer Maag-Stechmaschine durchgeführt, die nach der Bearbeitung einer Teilung angehalten und in die Ausgangsposition zurückgesetzt werden muss, um das Spiel auszugleichen.
Zusammenfassung
Zahnräder sind Bestandteile der meisten Maschinen und Geräte, die uns umgeben. Die zur Herstellung verwendeten Zerspanungsverfahren unterscheiden sich je nach Verwendungszweck, verwendeten Materialien und Größe der Räder. RL CNC verfügt über moderne Maschinen, darunter auch numerisch gesteuerte. Mit deren Hilfe werden Zahnräder aller Art bearbeitet.
