Ableitung fertigungsgerechter Geometrien, Darstellungen und Schnittstellen für die moderne Zahnradherstellung

Forschungsthema

Kurztitel Geometrie und Fertigung in der Verzahnungsberechnung
Projektbeginn Q4/2021
Förderung FVA-Nr. 241/XVI
Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., FVA
Kontakt Dr.-Ing. M. Otto

Projektbeschreibung

Bei der Auslegung von Stirnradverzahnungen wird die Makrogeometrie häufig mit Optimierungsrechnungen oder Variantenrechnungen bestimmt. Fertigungsbedingte Einflüsse wie Schleifaufmaß oder Schleifkerben im Zahnfuß werden aufgrund fehlender Parametrisierbarkeit meist nicht berücksichtigt, können das Optimierungsergebnis aber durchaus so deutlich beeinflussen, dass es nicht mehr der Optimalitätsbedingung entspricht. Um das Dilemma zu überwinden, müssen derartige Detaileinflüsse bereits in der Auslegungsphase erfassbar gemacht werden.

Das FVA-Stirnradberechnungsprogramm STplus [Fro16] dient zur Berechnung von Stirnradstufen jeglicher Art hinsichtlich Geometrie und Tragfähigkeit. Dazu werden auch die verwendeten Werkzeuge berücksichtigt. Zum aktuellen Zeitpunkt werden Einflüsse aus Fertigungsprozessen auf die Stirnradgeometrie allerdings nicht im Einzelnen in der Berechnung miteinbezogen, obwohl dies die Auswahl von optimalen Geometrieparametern beeinflusst. So kann beispielsweise das Schleifaufmaß lokal unterschiedliche Beträge aufweisen. Dies kann zu Bereichen führen, an denen für die Hart- und Feinbearbeitung mitunter nicht genug Aufmaß vorhanden ist. Durch den Schleifprozess entstehende Kerben beeinträchtigen unter anderem die Tragfähigkeit der Verzahnung im Bereich des Zahnfußes negativ. Mit Wirth [Wir77] oder FVA 709 [Pol16] stehen Methoden zur Verfügung, die diesen Einfluss präziser berechnen können und so zu einer exakteren Auslegung beitragen.

Eine genaue Geometriekontrolle ist insbesondere für die Herstellung von Zahnrädern wichtig. Die bisher durch das Stirnradberechnungsprogramm ausgegebenen Prüfmaße (z.B. Zahnweite oder Kugelmaß) berücksichtigen weder freie Profilmodifikationen noch Abweichungen der Vorverzahnungskontur durch bspw. Härteverzug oder Fräsabweichungen. Durch Vorgabe frei definierbarer Formverläufe besteht die Möglichkeit exaktere Prüfmaße aus STplus zu erhalten.

Ebenfalls spielen bei der Verzahnungsfertigung die Eingriffsverhältnisse zwischen Werkzeug und Werkstück eine maßgebende Rolle für die Stabilität des Herstellverfahrens. Durch eine erweiterte Berechnung des Eingriffs Werkzeug-Werkstück können die Eingriffsverhältnisse optimiert werden.

 

Literatur

[Fro16] Fromberger, M.: FVA-Nr. 241/XI - Abschlussbericht - Erweiterung FVA-Stirnradprogramm STplus. Abschlussbericht. Frankfurt/Main, Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (2016).

[Pol16] Pollaschek, J.; Billenstein, D.; Löpenhaus, C.; Nützel, F. ; Brecher, C.; Rieg, F.: FVA-Nr. 709/I - Heft 1194 - Abschlussbericht - Frei Zahnfußgeometrie - Einfluss der Zahnfußkontur auf die Zahnfußbeanspruchung. Abschlussbericht. Frankfurt/Main Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (2016).

[Wir77] Wirth, X.: Über den Einfluss von Schleifkerben oberflächengehärteter Zahnräder auf die Dauerfestigkeit und die Lebensdauer im Zweistufenversuch. Dissertation, TU München (1977).