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Referat Zahnradherstellung




Referat Zahnradherstellung

       

Werkstoffauswahl

Für die Herstellung von Zahnrädern eignen sich viele Werkstoffe, von denen die Stähle jedoch

aus technischen und wirtschaftlichen Gründen die größte Bedeutung haben.

Bei der Werkstoffauswahl ist für ungehärtete Zahnflanken aus gleicher Werkstoffart von Ritzel

         und Rad gleiche Härte wegen Freßgefahr unbedingt zu vermeiden; ein möglichst großer

         Härteunterschied der Stähle wirkt sich auf Dauer günstig hinsichtlich des Verschleißes aus.

         Sobald die Zahnflanken des Radpaares gehärtet und geschliffen sind, ist diese Maßnahme, wie

         auch bei Gußeisen, überflüssig; auch bei Paarung eines gehärteten und geschliffenen Ritzels mit

         einem ungehärteten Rad wirkt die Kaltverfestigung während der zahlreichen Überrollungen

         günstig.

         Ritzel (Kleinräder) sollen wegen der größeren Beanspruchung bei höheren Drehzahlen stets aus

         festerem Werkstoff als Großräder hergestellt werden. Sie werden meist aus Stahl, Großräder

         dagegen je nach Beanspruchung aus Gußeisen mix Lamellengraphit (GG) bzw. mit Kugelgraphit

         (GGG), Stahlguß (GS) oder Stahl (St) gefertigt. Für größere Getriebe werden Großräder mit

         vergüteten oder gehärteten Zähnen häufig mit einem Zahnkranz (Bandage) aus entsprechendem

         Stahl versehen, der auf den Radkörper (z.B. aus GG) aufgeschrumpft wird.

        

         Für die Wahl üblicher Zahnradwerkstoffe sind folgende Hinweise zu beachten:

        

Gußeisen mit Lamellengraphit (GG, DIN 1 691) eignet sich für kleine Belastungen und

Drehzahlen (v <2 m/s), insbesondere bei komplizierten Radformen mit größerem Modul; GG ist

leicht zerspanbar, geräuschdämpfend, aber stoßempfindlich.

Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG, DIN 1693); geeignet für größere Beanspruchungen mit

Eigenschaften zwischen GG und GS; verschleißfester als GG und GS; Wärmebehandlung ist

möglich.

Für eventuelle Wärmebehandlungen kommen hauptsächlich das Einsatzhärten, das Gasnitrieren und Nitrokarburieren für verzugsarme Härtung zum Einsatz.



        

Zahnradherstellung

Die Fertigung von Zahnrädern wird durch Werkstoff, Baugröße, Stückzahl. Radart ( Außen oder lnnenverzahnung) und erforderliche Genauigkeit bestimmt. Im Maschinen- und Fahrzeugbau kommen vorwiegend spanende Fertigungsverfahren in Betracht, im Feingerätebau und in der Massenfertigung kleiner Zahnräder (z.B. Kunststoffzahnrad) überwiegend auch spanlose Formgebung. Alle Verfahren für Stirnräder lassen auf die in der Tabelle dargestellten Herstellprinzipien zurückführen.

        

In Bild 3-270 sind die unterschiedlichen Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern zusammengestellt. Unter dem Gesichtspunkt der erzeugbaren Qualität unterscheidet man dabei zwischen den Verfahren zur Vorverzahnung und zur Feinbearbeitung. Um einerseits möglichst wirtschaftlich zu fertigen, andererseits aber eine hohe Verzahnungsgenauigkeit zu erzielen, verzahnt man zunächst mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und großen Vorschüben. Daran schließt sich eine Feinbearbeitung an. Zum Vorverzahnen werden hauptsächlich das Wälzfräsen, und für Großverzahnungen das Wälzhobeln eingesetzt. Bei den Feinbearbeitungsverfahren ist an erster Stelle das Schleifen (Wälz- und Formschleifen) zu nennen.

 

Das spanlose Formverfahren       

Zur Herstellung dient ein vollständige räumliche Matrize des Zahnrades. Hierin wird das ganze gegossen, gesintert,gepreßt oder gespritzt.

Das spanende Formverfahren       

Betrachtet man die Maschinenkinematik der einzelnen Verzahnverfahren, so läßt sich diese nach Bild 3-271 in formende und wälzende Herstellverfahren unterteilen.
Bei der Herstellung nach dem Formverfahren hat das Werkzeug (Formfräser, Schleifscheibe, Umformwerkzeug) die Kontur der zu fertigenden Zahnlücke.

Es wird bei den meisten Formverfahren jede Zahnlücke einzeln gefertigt und anschließend das Werkrad zur Bearbeitung der nächsten Zahnlücke um den Winkel einer Zahnteilung gedreht (Einzelteilverfahren).

Vorteil: Auf einfache Maschinen durchführbar.

Nachteil: Den unterschiedlichen Evolventenkrümmungen sind entsprechende Schneidkanten     erforderlich => d.h.: für jede unterschiedliche Zahnform und unterschiedlichen Teilkreisdurchmesser  benötigt man einen anderen Fräser.

Die evolventische Zahnflankenform wird bei den Wälzverfahren, durch die Abwälzbewegung des Werkzeugs auf dem Wälzkreiszylinder des Werkrades in der Verzahnmaschine erzeugt. Der theoretische Wälzvorschub  besteht in der Maschine aus der rotatorischen Wälzkomponente des Werkrades und der meist vom Werkzeug ausgeführten translatorischen Wälzkomponente, wie in Bild 3-273 gezeigt. Entsprechend der Abwälzbedingung sind beide Maschinenachsen miteinander gekoppelt. Dies geschieht über einen geschlossenen Getriebezug oder innerhalb der Maschinensteuerung. Die Zahnflankenform entsteht als Einhüllende der einzelnen Werkzeugschnittflächen entlang des Wälzvorschubs. Erfolgt der Wälzvorschub abschnittsweise, dann handelt es sich um ein Teilwälzverfahren (Wälzhobeln), ansonsten spricht man von einem kontinuierlich arbeitenden Wälzverfahren (Wälzfräsen, Wälzstoßen, vgl. Bild 3-272). Bei allen Wälzverfahren kann das Werkzeug bei gleichem Verzahnungsmodul für alle Werkstückzähnezahlen eingesetzt werden.




        

        

Wälzhobeln

Beim Wälzhobeln werden die Zahnlücken, wie in Bild 3-2 74 dargestellt, durch die oszillierende Hubbewegung des Werkzeugs herausgearbeitet.

Beim Wälzhobeln von Zylinderrädern ist der Wälzvorgang direkt dem Abrollen eines Stirnrades auf einer Zahnstange vergleichbar. Die Zähne werden dabei durch das in Zahnbreitenrichtung oszillierende zahnstangenförmige Werkzeug, den Hobelkamm, herausgearbeitet. Während der Eingriffszeit des Werkzeugs steht der Wälzvorschub still. Nur jeweils im Leerhubbereich oberhalb des Werkrades findet die stückweise durchgeführte Wälzbewegung statt. Dazu wird, nach Fertigstellung einer Zahngruppe, das Werkrad außer Eingriff gebracht, zurückgeführt, weitergeteilt und zum Herstellen der nächsten Zahngruppe wieder zugestellt. Als Werkzeug setzt man einen gerad- oder schrägverzahnten Hobelkamm mit hinterarbeiteten Flanken (Freiwinkel) ein.

Wälzfräsen

Dabei arbeitet ein Wälzfräser die Zahnlücken aus dem Werkstück.  Der Fräser ähnelt einer Schnecke mit Evolventen-Zahnstangenprofil. Werkstück und Werkzeug arbeiten zusammen wie Schnecke und Schneckenrad. Dabei entspricht die Steigung der Schnecke der Teilung des zu fräsenden Zahnrades. Das Werkzeug wird parallel zur Werkstückachse vorgeschoben. Spannt man mehrere Werkstücke übereinander, verkürzt sich die Arbeitszeit. Zum Fräsen geradverzahnter Stirnräder ist der Fräser um den Steigungswinkel g seiner Zähne zu schwenken, bei schrägverzahnten ist noch der Schrägungswinkel b der Stirnradzähne zu berücksichtigen.

 

  Wälzschleifen               

Das Schleifen verbessert die Oberflächenbeschaffenheit der Zahnflanken. Getriebe mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten laufen dadurch geräuscharmer und verschleißen weniger.

Bei den Formschleifverfahren beinhaltet die Werkzeugform bis auf bestimmte Korrekturen die komplette Zahnlückengeometrie.

Das Teilwälzschleifen entspricht in seinem Bewegungsablauf dem Wälzhobeln. Beim Teilwälzschleifen wird, entsprechend einem Zahn des Hobelkammes, das Zahnstangenbezugsprofil durch die geraden Flankenflächen einer tellerförmigen oder kegeligen Schleifscheibe verkörpert, die mit dem zu bearbeitenden Werkrad abwälzt. Durch die Abwälzbewegung des Werkstücks an der geraden Flanke der Schleifscheibe entsteht eine exakte Evolvente. Der geschilderte Erzeugungsprozeß bedingt maschinenseitig eine kinematische Kopplung der Drehbewegung des Werkstücktisches mit der Längsbewegung des Werkstückschlittens. Diese Bewegungen können über Schablonen oder, wie bei NC-Maschinen gebräuchlich, von der Steuerung übernommen werden.

        

      










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