Zahnradschaben: Verfahren und Prinzipien

Das Zahnradschaben ist ein kosteneffizientes und leistungsfähiges Fertigbearbeitungsverfahren, das entscheidend dazu beiträgt, Fehler und Abweichungen im Zahnprofil zu beseitigen. Das Verfahren gewährleistet die Genauigkeit der Zahnräder, eine glatte Oberflächenqualität und verbessert die Gesamtleistung der Zahnräder.

Dieser Beitrag hilft Ihnen, alles Wissenswerte über das Verfahren, die Prinzipien und vieles mehr zu verstehen.

Was ist Zahnradschaben?

Es handelt sich um ein Fertigbearbeitungsverfahren, bei dem mit einem gezahnten Schneidwerkzeug unter einem Achskreuzungswinkel eine dünne Materialschicht vom Zahnradzahn abgetragen wird.

Es wird in der Regel nach dem Wälzfräsen, aber vor der Wärmebehandlung durchgeführt, um Profilfehler der Zähne zu beseitigen und Genauigkeit sowie eine glatte Oberflächenqualität sicherzustellen.

So funktioniert das Zahnradschaben

Mechanik des Materialabtrags

Beim Zahnradschaben drehen sich Schneidwerkzeug und Zahnrad in entgegengesetzter Richtung. Das Schneidwerkzeug ist in der Regel mit einer scharfen Schneide ausgestattet, die beim Gleiten über das Zahnrad Material abträgt.

Entstehung feiner Späne

Im Vergleich zur Grobbearbeitung entstehen beim Zahnradschaben nur kleine und dünne Späne. Dadurch lässt sich Reibung während des Prozesses vermeiden. Die Zahnräder behalten zudem ihre Haltbarkeit und eine glatte Oberfläche.

Kalibrierung der Endabmessungen

In dieser Phase führt die Zahnradschabmaschine das Werkzeug näher an das Zahnrad heran. So bleibt nur noch ein geringer Abstand, bis die vorgegebene Zahnraddicke, das Profil und die Abmessungen erreicht sind.

Umgang mit elastischer Verformung

Aufgrund der beim Bearbeiten wirkenden Kräfte und Drücke neigen Zahnräder zu elastischer Verformung, was ihre Genauigkeit beeinträchtigt.

Mit der Software einer CNC-Zahnradschabmaschine lassen sich diese Variablen jedoch so steuern, dass das Zahnradprofil nach dem Entlasten den Spezifikationen entspricht.

Optimierung der Vorschubgeschwindigkeit

Die Vorschubgeschwindigkeit gibt an, wie schnell oder langsam das Schneidwerkzeug über das Zahnrad gleitet. Sie muss daher optimiert werden, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Je langsamer die Vorschubgeschwindigkeit, desto besser die Oberflächenqualität.

Arten des Zahnradschabens

Axiales Schaben

Bei dieser Technik bewegt sich das Schneidwerkzeug parallel zur Zahnradachse, um Späne abzutragen. Das axiale Schaben ist ein traditionelles Verfahren und wird häufig für Schräg- und Geradverzahnungen eingesetzt. Darüber hinaus ist es effizient für die Großserienfertigung.

Diagonales Schaben

Hier gleitet das Schneidwerkzeug in einem Winkel über den Zahnradzahn und erzeugt so einen diagonalen Verlauf. Dadurch verteilt sich der Verschleiß gleichmäßig über das Schabwerkzeug, was Schäden vorbeugt. Zudem werden eine bessere Oberflächengüte und Präzision erzielt.

Unterwärts-Schaben

Bei diesem Verfahren kann das Werkzeug unter die Zahnradachse gelangen, um einen besseren Kontakt zwischen beiden zu ermöglichen. Obwohl der Prozess schnell ist, muss die Werkzeugoberfläche relativ breiter als das Zahnrad sein.

Einstech-Schaben

Beim Einstechverfahren wird das Schneidwerkzeug ohne axiale Bewegung in das Werkstück eingeführt.

Es ist das schnellste Verfahren und wertvoll in der Großserienfertigung von Automobilzahnrädern. Allerdings ist eine präzise Steuerung erforderlich, um Werkzeugverschleiß zu vermeiden und einen exakten Materialabtrag sicherzustellen.

Prinzipien des Zahnradschabens

Das Prinzip des Zahnradschabens folgt einem Achskreuzungswinkel zwischen Werkzeug und Zahnrad. Das Schneidwerkzeug wird in der Regel in einem Winkel von 5 bis 15 Grad ausgerichtet, während die Maschine eine Gleitbewegung ausführt.

Wenn Schneidwerkzeug und Zahnrad in Kontakt treten und gleiten, üben sie Druck aus, wodurch das Werkzeug eine dünne Materialschicht vom Werkstück abträgt.

Dies hilft, Fehler im Zahnprofil, im Schrägungswinkel usw. zu beseitigen, und sorgt für eine glatte Oberfläche und hohe Genauigkeit. Ohne diesen bestimmten Winkel drehen sich die Zahnräder nur, ohne dass geschnitten wird.

Zahnradschabwerkzeuge und Werkzeugauslegung

Geometrie der gezahnten Schneiden

Das Zahnradschabwerkzeug ist mit gezahnten Schneiden ausgeführt, die als Schneidkante dienen. Dadurch verbessert das Werkzeug die Schnittleistung, verringert den Verschleiß und trägt feine Späne vom Zahnrad ab.

Schnellarbeitsstahl-Sorten

Viele Verzahnungswerkzeuge werden aus zähem Schnellarbeitsstahl hergestellt, darunter M2 und M35, was ihnen hilft, über lange Bearbeitungszyklen hinweg Widerstandsfähigkeit gegenüber Kräften, Verschleiß und Druck zu bewahren.

Spezialisierte Beschichtungsoptionen

Um die Standzeit der Werkzeuge zu verbessern und Reibung zu verhindern, werden auf Verzahnungswerkzeugen Beschichtungen wie Titannitrid und Titanaluminiumnitrid aufgebracht.

Integration von Wälzfräsen und Schaben

Beide Verfahren werden im Bearbeitungsprozess gemeinsam eingesetzt, um Verzahnungen in hoher Qualität zu erzielen.

Anforderungen an das Wälzfräsen vor dem Schaben

Üblicherweise wird das Wälzfräsen am Bauteil vor dem Schaben durchgeführt, damit das Zahnprofil zuerst geformt wird. Anschließend erfolgt das Schaben, um die geforderte Toleranz und Oberflächengüte zu erreichen.

Steuerung der Bearbeitungszugaben

Nach dem Wälzfräsen muss am Zahn eine Schlichtzugabe von etwa 0,02 mm bis 0,06 mm verbleiben. Auf dieser setzt das Schaben an, da es unnötige Spuren und Fehler beseitigt, um die vorgegebenen Maße zu erreichen.

Vorbereitung des Zahnprofils

Dies erfolgt nach dem Wälzfräsen, aber vor dem Schaben. Die Vorbereitung des Zahnprofils hilft, größere Defekte und Fehler zu beseitigen, Fehlausrichtungen zu korrigieren und einen effizienten Schabprozess sicherzustellen.

Der gesamte Fertigungsprozess folgt somit aus Rohteilherstellung, Wälzfräsen, Zahnvorbereitung, Schaben und Wärmebehandlung.

Vorteile und Grenzen des Verzahnungsschabens

Vorteile

Im Vergleich zum Schleifen ist das Verzahnungsschaben relativ schnell, sodass Hersteller große Stückzahlen an Verzahnungen in kürzerer Zeit produzieren können.

Obwohl die eingesetzten Werkzeuge teuer sein können, lassen sie sich über viele Produktionszyklen hinweg schärfen und instand halten. Dies trägt dazu bei, die Stückkosten jedes Bauteils zu senken.

Das Verfahren bearbeitet das Zahnprofil, um eine perfekte Oberfläche zu erzeugen. Dadurch entstehen im Vergleich zu Schruppverfahren minimale Geräusche und Vibrationen

Außerdem können Hersteller kleine Fehler im Zahnprofil korrigieren, ohne die Präzision.

Grenzen

Es ist kein geeignetes Verfahren für sehr harte Werkstoffe. Daher muss es vor der Wärmebehandlung durchgeführt werden, solange die Legierung weich ist.

Obwohl auch dabei Material abgetragen wird, reicht es nicht für einen großen Materialabtrag aus. Daher können größere Bearbeitungsfehler aus dem Wälzfräsen nicht korrigiert werden.

Wenn die vorgeschabten Verzahnungen Grate oder harte Bereiche aufweisen oder hohe Bearbeitungskräfte wirken, ist das Werkzeug anfällig für Beschädigungen.

Anwendungen des Verzahnungsschabens in der Fertigung

• Getriebeverzahnungen für die Automobilindustrie
• Komponenten für Industriegetriebe
• Präzisionsverzahnungen für Haushaltsgeräte
• Verzahnungen für Hochgeschwindigkeits-Planetenradsätze
• Hilfsgetriebeantriebe für die Luftfahrt
• Verzahnungen für Landmaschinen wie Traktoren und Mähdrescher

Fazit

Das Verzahnungsschaben bleibt ein wertvolles Verfahren für die Serienfertigung von Verzahnungen, da es Wirtschaftlichkeit, Geschwindigkeit und Effizienz bietet. Darüber hinaus ist es ein ideales Verfahren, wenn Präzision und Oberflächenqualität entscheidend sind.

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