Doppelschrägverzahnungen bestehen aus zwei symmetrisch angeordneten Verzahnungen mit entgegengesetztem Schrägungswinkel, durch die sich die Axialkräfte im Getriebe aufheben. Immer häufiger kommen sie in der Zivilluftfahrt zum Einsatz. Besonders herausfordernd bei der Hartfeinbearbeitung dieser Verzahnungen sind die steigenden Anforderungen: Die Bauteile sollen kontinuierlich leichter und kleiner werden, um Kraftstoff einzusparen.
Vortrag auf der AMB
Auf der Bühne im Atrium geht Kapp Niles am 15. September 2026 nachmittags auf das Thema ‚Doppelschrägverzahnung‘ weiter im Detail ein.
Der Maschinenbauer Kapp Niles hat bereits bewiesen, dass Kunden über die passende Kombination von Maschine, Schleifspindel und Werkzeug auch ambitionierte Konstruktionsziele erreichen können. So würde beispielsweise die Reduzierung der Lücke zwischen den Zahnrädern von 30 auf 20mm zu einer Gewichtsersparnis von rund 7,7 Prozent führen. Mit Blick auf die Luftfahrtindustrie wäre dies eine enorme Verringerung; jedes eingesparte Kilogramm trägt unmittelbar zur Senkung des Treibstoffverbrauchs bei.
Grenzen traditioneller Lösungen
Die Hartfeinbearbeitung der Zahnflanken erfolgt üblicherweise im Profilschleifverfahren; mit einer Lücke für den Werkzeugauslauf zwischen den Verzahnungen. Zum Einsatz kommen abrichtbare oder abrichtfreie CBN-Schleifscheiben, die an ein oder zwei Schleifspindeln montiert sind. Aufgrund von Spindelgröße und Störkontur ist der Werkzeugdurchmesser oft auf 80 bis 100mm begrenzt. Zudem ist der erforderliche Abrichtdurchmesser bei abrichtbaren Werkzeugen ein limitierender Faktor. Traditionelle Schleiflösungen werden den gestiegenen Anforderungen an geringere Lückenbreiten, höhere Qualität und Oberflächengüte zunehmend nicht mehr gerecht.
Zum Bearbeiten der komplexen Geometrien von Doppelschrägverzahnungen braucht es das präzise Zusammenspiel von Maschine und Werkzeug. CBN-Schleifscheiben von Kapp Niles ermöglichen einen optimal auf die Lückenbreite abgestimmten Durchmesser und konstante Qualität. Die Verzahnungsauslegung wird mit einzigartigen 3D-Simulationstools optimiert: Der Werkzeugdurchmesser wird auf die fortschrittliche Schleifspindel und die CBN-Werkzeugherstellung abgestimmt. Durch den Werkzeugschwenkwinkel lässt sich die Kontaktlinie zwischen Werkzeug und Werkstück verkürzen. Ein mögliches Ungleichgewicht der Schleifkräfte zwischen den Flanken wird durch die höhere Steifigkeit der Schleifspindel ausgeglichen. Die außermittige Verschiebung des DHC-Punkts schafft Raum für die Schleifscheiben und erlaubt es, die Lücke zu reduzieren. Auch Fase und Kantenabrundung bieten Optimierungspotenzial.
Fallstudie: Optimierung der Lückenbreite
Zusammen mit einem namenhaften Hersteller von zivilen und militärischen Luft- und Raumfahrttriebwerken hat Kapp Niles Optimierungsprozesse durchgeführt. Ausgangspunkt war eine Doppelschrägverzahnung (Lückenbreite: 30mm) in Kombination mit einer konventionellen Scheiben- und Spindelgröße. Im ersten Schritt wurde durch den Einsatz einer Spezialspindel mit Gegenlager der Werkzeugdurchmesser von 80 auf 60mm verkleinert. In der nächsten Stufe wurden die Zahnräder gegeneinander gedreht, also der DHC-Punkt verschoben, damit die Schleifscheibe die gegenüberliegende Lücke als zusätzlichen Spielraum verwenden kann. So ließ sich die Lückenbreite auf 18mm bei einem Scheibendurchmesser von 50mm verringern.
Die nächste Anforderung des Kunden war eine Lücke von 15mm, also weniger als die Hälfte des ursprünglichen Entwurfs, um das Gewicht der Doppelschrägverzahnung um rund 10Prozent zu senken. Realisiert wurde dies durch ein integriertes Design von CBN-Schleifscheibe und Schleifscheibendorn mit doppelter CBN-Körnung zum Schruppen und Schlichten in Kombination mit einem CBN-Schleifscheibendurchmesser von 30mm, einem optimierten Werkzeugschwenkwinkel und der Empfehlung einer kleinen Fase für zusätzliche geometrische Freiheit. Im finalen Design entschied sich der Kunde für eine etwas größere Lücke. Dies ermöglichte eine sichere Trennung der CBN-Schleifscheiben vom Dorn und trug so zu einer optimalen Wirtschaftlichkeit der Werkzeuge bei.
Konstruktion der Schleifspindel
Eine spezielle Herausforderung stellte die Schleifspindel dar: Um besonders hohe Abtragsraten und Oberflächengüten zu erzielen, ist meist ein zweistufiger Prozess mit CBN-Schrupp- und Schlichtwerkzeug notwendig. Hierfür entwickelte Kapp Niles eine optimierte Schleifspindel mit Gegenlager, die eine einzigartige Präzision und Produktivität selbst bei kleinsten Scheibendurchmessern zulässt. Eine integrierte HSK-Schnittstelle verkürzt die Werkzeugrüstzeiten deutlich. Die Spindelkontur wurde speziell entwickelt, um Kollisionen bei hohen Schrägungswinkeln zu vermeiden. Zudem wurde die Spindeldrehzahl für kleine Werkzeugdurchmesser optimiert. Das Gegenlager erhöht die Steifigkeit für noch mehr Schleifpräzision.
