Fachinformationen rund um's Schleifen von

Schleifen von Kegelrädern

Schleifen von Kegelrädern



Die Kegelradherstellung sieht 3 Herstellungsverfahren mit Feinbearbeitung vor.

  • Läppen
  • Hartschälen
  • Schleifen

Geschliffene Kegelradverzahnung wird eingesetzt u. a. bei Lkws, Bussen und Pkws. Hauptgrund für die Auswahl der Bearbeitungsverfahren ist die mögliche Geräuschentwicklung. Geläppte Verzahnungen haben ein besseres Geräuschverhalten als geschliffene Verzahnungen.

Die Vorteile des Schleifens sind jedoch:

  • Exakte Topografie und Teilung
  • Hohe zu übertragende Drehmomente möglich
  • Geringe zulässige Drehfehler möglich
  • Große Flexibilität in der Fertigung

Die Feinbearbeitung bei dieser Variante erfolgt durch Schleifen. Tellerrad und Ritzel werden weichbearbeitet, gehärtet und geschliffen, wobei das Tellerrad meist ohne Modifikation geschliffen wird und die Flankenmodifikationen meist beim Ritzel eingebracht werden. Nach dem Schleifen erfolgt die Tragbildkontrolle mittels gegenseitigem Ablaufenlassen unter Verwendung von Tuschierfarbe. Hat der Radsatz die ideale Topografie, dient dieser als Referenz zur Vermessung auf der Messmaschine. Weitere Prüfungen erfolgen nach Messen auf der Messmaschine unter Zugrundelegung der Referenzgeometrie.

Die Geometrie eines Kegelrades bzw. Kegelritzels wird bestimmt durch die konkave und konvexe Seite des Zahns, wobei die konkave Flanke generell den kleinen Profilwinkel mit
8 – 15 ° aufweist und die konvexe Flanke den großen mit 25 – 30 °.

2 Varianten werden bei der Kegelradbearbeitung unterschieden

  • Wälzschleifen (diskontinuierlich)
  • Tauchschleifen (FORMATE®)

Beim Tauchschleifen lassen sich nur Tellerräder herstellen, beim Wälzschleifen
hingegen können Kegelritzel und Tellerräder hergestellt werden. Beide Varianten
arbeiten im Einzelteilverfahren, was bedeutet, dass Lücke für Lücke
geschliffen wird.

Die Merkmale beider Varianten sind:

  • Diskontinuierliches Schleifverfahren
  • Kreisbogenförmige Zahnlängskurve
  • Konische Zahnhöhe vom Innen- zum Außendurchmesser der Verzahnung
  • Konstante Zahnlückenweite

Wälzschleifen in der Kegelradbearbeitung

  • Diskontinuierliches Verfahren
  • Für Kegelritzel und Kegelscheiben geeignet
  • Bewegung von Werkstück und Werkzeug gekoppelt
  • Wesentliche Stellgröße ist die Wälzgeschwindigkeit vw

Leistungsmaßstäbe beim Wälzschleifen von Kegelrädern

Mittleres, profilbezogenes Zeitspanvolumen. Der Wert ist auf die Profilhöhe bezogen.

vw = Wälzgeschwindigkeit
Vw = Zerspanvolumen
Δα = Wälzintervall
hm = mittlere Zahnhöhe
αn = Eingriffswinkel

Beim Wälzschleifen in der Kegelradbearbeitung handelt es sich um ein diskontinuierliches Schleifverfahren, die Bearbeitung erfolgt Zahn um Zahn. Die ausgeführte Wälzbewegung von Schleifscheibe und Werkzeug wird gekoppelt. Die Zustellung erfolgt durch die Schleifscheibe vor Eintritt in die Flanke. Während des Wälzens bewegen sich zwar alle Achsen, die Schleifscheibe wird aber im Sinne von Aufmaß nicht zugestellt. Beide Zahnflanken werden je nach Verfahren einzeln oder gleichzeitig bearbeitet.

Es erfolgt ein Linienkontakt zwischen Zahnflanke und Schleifscheibe. Die Wälzbewegung erfolgt von der Zahnferse am äußeren Durchmesser bis zur Zahnzehe am inneren Durchmesser oder umgekehrt. Mittels Wälzschleifverfahren lassen sich Ritzel und Tellerräder bearbeiten. Beim Wälzschleifen entsteht durch die Berührung von Werkstück und Werkzeug eine Berührlinie entlang der Zahnflanke, woraus eine kurze Kornbahn (ähnlich kleiner Riefen bzw. Schleifbilder) des Schleifkorns am Berührpunkt (Linie) entsteht. Durch die Wälzbewegung verändert sich die Richtung dieser Berührlinie stetig. Das entstehende Schleifbild bzw. die Kornbahn verläuft parallel zum Zahngrund.

Prozessarten in der Kegelradbearbeitung

Einstufiger Prozess:
Beim Einfachwälzen werden beide Flanken gleichzeitig (Completing) geschliffen. Es gibt keine Aufteilung in Schrupp-/Schlichthub. Die Gefahr von thermischen Schäden besteht. Das Verfahren wird oft in der Automobilfertigung eingesetzt.

Zweistufiger Prozess:
Beim Doppelwälzen werden auch beide Flanken gleichzeitig bearbeitet, jedoch erfolgt der Prozess in 2 Stufen.

  • Schruppen beim Hinwälzen
  • Schlichten beim Zurückwälzen

Hinweis:
Beim Hinwälzen ist es Gegenlauf, beim Rückwälzen ist es Gleichlauf oder umgekehrt, je nach Drehrichtung der Schleifscheibe. Ist hinsichtlich Schleifbrand und Qualität wichtig zu wissen.

Parameterempfehlung Wälzschleifen in der Kegelradbearbeitung

SCHNITTGESCHW.TIEFENZUSTELLUNGWÄLZGESCHW.EXZENTERFAKTORZERSPANVOLUMEN
vcaeVwEV'w
m/smmGrad/sca. Grad/mm
(dimensionslos)
mm3
18 – 250,1– 0,55 – 200,1– 0,3600 –1000

Tauchschleifen

  • Diskontinuierliches Verfahren
  • Für Tellerräder Übersetzungsverhältnis i > 2,5
  • Große Kontaktlänge zwischen Schleifkorn und Zahnflanke, dadurch höheres Schleifbrandrisiko
  • Wesentliche Stellgröße ist Tauchvorschubgeschwindigkeit vt

Leistungsmaßstäbe beim Tauchschleifen

vt = Tauchgeschwindigkeit
Vw = Zerspanvolumen
ae = Flankenaufmaß
hm = mittlere Zahnhöhe

Beim Tauchschleifen handelt es sich um ein diskontinuierliches Schleifverfahren, die Bearbeitung erfolgt auch Zahn um Zahn. Beide Zahnflanken werden gleichzeitig bearbeitet. Es erfolgt ein Flächenkontakt zwischen Zahnflanke und Schleifscheibe. Aufgrund der Tauchbewegung der Schleifscheibe in Achsrichtung verläuft die Kornbahn parallel zum Zahngrund und die Oberflächenstruktur liegt in Zahnbreitenrichtung vor. Es ergeben sich parallel zum Zahngrund verlaufende Schleifriefen. Die Schleifrichtung verläuft von der Tellerradzehe am Innendurchmesser bis zur Tellerradferse am Außendurchmesser oder umgekehrt. Mittels Tauchschleifen lassen sich nur Tellerräder herstellen. Ritzel sind aufgrund der Geometrie nicht in diesem Verfahren schleifbar.

Durch die große Kontaktzone beim Tauchschleifen (Profilschleifen) zwischen Schleifscheibe und Kegelrad steigt die Temperatureinbringung im Schleifprozess gegenüber der geringen Berührfläche im Wälzschleifen stark an, was zu thermischen Belastungen der Werkstückrandzone bis hin zur Entstehung von Schleifbrand führen kann. Diese Problematik kann durch eine Exzenterbewegung der Schleifspindel, welche die Kontaktzone wesentlich verringert und mehr Kühlöl in den Schleifbereich bringt bzw. den Spanabtrag fördert, beseitigt bzw. stark gemindert werden.

Verfahrens-Kenngrößen:
vt = Tauchgeschwindigkeit [mm/min]
vs = Umfangsgeschwindigkeit Schleifscheibe [m/s]

Parameterempfehlung für das Tauchschleifen

SCHNITTGESCHW.TIEFENZUSTELLUNGTAUCHGESCHW.EXZENTERFAKTORZERSPANVOLUMEN
vcaevtEV'w
m/smmmm/minmmmm3
18 – 250,1– 0,520 –1200,1– 0,3600 –1000

Tauchschleifen mit Exzenter-Bewegung

  • Zusätzlich oszillierende Bewegung zur Hauptrotation der Schleifscheibe
  • Genannt nach Erfinder Waguri (1967 Japan)
  • Schleifspindel lagert in exzentrischer Buchse, welche separat angetrieben ist
  • Exzenterbetrag zwischen 0,1 mm – 0,3 mm
  • Exzentergeschwindigkeit sollte ca. 200 – 500 1/min langsamer sein als die Drehzahl der Schleifscheibe (Wert ca. 2.000 1/min)
  • Verbesserung der Oberfläche beim Ritzelschleifen
  • Beim Schleifen von Tellerrädern führt Oszillation zur Unterbrechung des Schleifkontaktes, d. h. bessere Kühlung, geringere Leistungsaufnahme

Es muss darauf geachtet werden, dass der Frequenzbereich der Oszillationsbewegung von Schleifscheibe und Exzenter nicht in einen ungünstigen Bereich fällt und die Maschine anregt (Geräuschbildung, Rattern usw.).

Exzenterfaktoren

SCHLEIFSCHEIBENDURCHMESSER [MM]EXZENTERFAKTOR
50 bis 700,2 bis 0,35
70 bis 1000,35 bis 0,8
100 bis 1500,5 bis 1,3
150 bis 2200,5 bis 1,8
220 bis 3000,7 bis 2,5
über 3001,1 bis 3,0

Schleifparameter

PARAMETERVORGEHENOBERFLÄCHEBRANDRISIKOSTROMAUFNAHME
Schnittgeschw. vcerhöhenbessersteigt anhöher
Zerspanvolumen V’werhöhenbessersteigt anhöher
Tauchgeschw. vterhöhenschlechtersteigt anhöher
Wälzgeschw. vwerhöhenschlechtersteigt anhöher
Überdeckungsgrad qderhöhenbessersteigt anhöher
Exzenterbewegung Eeinschaltenbesser (bei
Wälzschleifen)
fällt abniedriger

Qualitätsempfehlungen

3MTM Edelkorund/Sinterkorund- Schleifscheiben

ANWENDUNGZUSAMMENSETZUNG
Universeller Einsatz für gehärtete Einsatzstähle93A70-2 J7V601W
Automobilgetriebe
für gehärtete Einsatzstähle
93A80 G13VPMF601W
93A80 H12VP601W
Verzahnung mit großen Kontaktflächen und für
hohe Lastübertragung; z. B. Gabelstapler
93A80 H15VP601W
93A120 F15VP601W
Spiralkegelrad-Verzahnung
Luftfahrtindustrie, Material Inconel
53A80 F15V302W
53A120 F15V302W

3MTM Cubitron II – Keramische Schleifscheiben

SPEZIFIKATIONVC MAX.STRUKTURBEMERKUNG
93DA80/60 K11VP90132 m/sporösgroße Töpfe >12"
99DA80/60 K11VP90132 m/sporösgroße Töpfe >12"
93DA80/80 L7V90132 m/sengTauchschleifen
99DA80/80 L7V90132 m/sengTauchschleifen
93DA80/80 K11VP90132 m/sporösuniversell
99DA80/80 K11VP90132 m/sporösuniversell/
max. Leistung
93DA120/120 K11VP90132 m/sporösfeiner
99DA120/120 K11VP90132 m/sporösfeiner

Anwendungsempfehlungen mit 3M Cubitron II
Schnittgeschw. vc: 20 – 23 m/s

Vorschub vw: Tauchen: 120 mm/min
Wälzen: 24 Grad/s

Abrichten: Zustellung: 0,06 mm
Vorschub konkav: 155 mm/U
Vorschub konvex: 155 mm/U
Vorschub Spitze: 185 mm/U

Abrichten nach jedem 1. bis 3. Bauteil