Fachartikel: Wälzstoßen unechter Pfeilverzahnungen

Die exakte Positionierung der beiden Zahnräder zueinander ist beim Wälzstoßen von unechten Pfeilverzahnungen häufig mit viel Aufwand verbunden. Liebherr-Verzahntechnik nimmt sich dieser Herausforderung an und erweitert das Technologieportfolio für die Herstellung von Doppelschrägverzahnungen. Wesentlicher Bestandteil des aufeinander abgestimmten Konzepts von Maschine, Werkzeug und Technologie ist ein Messtaster für die Korrekturvermessung in der Maschine, der für Präzision und Prozesssicherheit sorgt.
Bei der unechten Pfeilverzahnung bietet die Lücke zwischen den Zahnrädern Raum für den Werkzeugauslauf.
Bei der unechten Pfeilverzahnung bietet die Lücke zwischen den Zahnrädern Raum für den Werkzeugauslauf. – Bild: Liebherr-Verzahntechnik GmbH

Patentiert von André Citroën um 1900 – und auch heute in vielen Industrien unentbehrlich: Doppelschrägverzahnungen kommen mit unterschiedlichsten Größen in einer Vielzahl von Branchen zum Einsatz. Von kleinen Abmessungen in der Luft- und Raumfahrt bis hin zu XXL-Dimensionen in der Energie- oder Fördertechnik kombinieren sie die Vorteile von Gerad- und Schrägverzahnungen: laufruhig, geräusch- und verschleißarm, mit hohem Wirkungsgrad und geeignet für die Übertragung großer Kräfte.

>>Die Maschine hat unsere bisherigen Schnittgeschwindigkeiten verdoppelt<<

Es wird zwischen echten und unechten Pfeilverzahnungen unterschieden. Letztere weisen eine Lücke zwischen beiden Verzahnungen auf. Das klassische Herstellungsverfahren, insbesondere für Zahnräder mit größeren Abmessungen, ist das Hobeln. Allerdings werden die altgedienten Hobelmaschinen nicht mehr gebaut, weshalb zunehmend auf alternative Herstellungsverfahren wie Stoßen oder – bei besonders großen Abmessungen -4-Achs-Fräsen ausgewichen wird.

Herausforderung: Präzision in der Herstellung

Je nach Abmessung der Werkstücke werden unechte Pfeilverzahnungen mittels zweier Methoden hergestellt. Kleinere Zahnräder mit geringer Radbreite lassen sich in einer Aufspannung fertigen. Auf dem Werkzeughalter befinden sich zwei Schneidräder, die die obere Verzahnung stoßen und die untere Verzahnung ziehen oder – je nach Spaltbreite – beide Verzahnungen stoßen. Bei Zahnrädern mit großer Radbreite ist es aus Platzgründen nicht nur erforderlich, das Werkzeug zu wechseln, sondern auch das Werkstück zu wenden.

Werkzeugspindel mit Messtaster für die Korrekturmessung
Werkzeugspindel mit Messtaster für die Korrekturmessung – Bild: Liebherr-Verzahntechnik GmbH

Um beide Zahnräder vor dem zweiten Bearbeitungsschritt exakt zueinander auszurichten, gilt es, ihre Winkelposition (Index) und ihre axiale Position in einer Zwischenmessung präzise zu bestimmen, damit der ‚Apex-Punkt‘ in der geforderten Toleranz gefertigt wird. Mit herkömmlicher Messtechnik ist dies aufwendig und erfordert viel Erfahrung bei der Bedienung. Hierbei können Ungenauigkeiten durch Ausricht- oder Handhabungsfehler entstehen.

Messtaster verbessert Positioniergenauigkeit

Mit einem neu entwickelten Messtaster hat Liebherr-Verzahntechnik nun die Möglichkeit zur präzisen Korrekturvermessung in der Schleifmaschine geschaffen. Der Messtaster sitzt direkt auf der Werkzeugspindel und befindet sich damit im selben Koordinatensystem wie das Schneidrad selbst. Dies reduziert Ungenauigkeiten, die durch einen Werkzeugwechsel oder das Wenden des Werkstücks entstehen können, und führt zu einem erheblichen Zuwachs an Qualität und Prozesssicherheit. In Kombination mit den NC-gesteuerten Achsen der Stoßmaschine wird eine Messgenauigkeit bis auf wenige Mikrometer erzielt. Gleichzeitig verringert sich der Zeit- und Handhabungsaufwand beim Ausrichten der beiden Verzahnungen zueinander. Eine bedienungsfreundliche Software führt durch sämtliche Prozessschritte der Anwendung.

Unechte Pfeilverzahnungen …

… lassen sich einfacher und kostengünstiger herstellen als echte Pfeilverzahnungen, da die Lücke zwischen den Zahnrädern Raum für den Werkzeugauslauf bietet. Die Herausforderung bei der Fertigung besteht hierbei allerdings darin, die beiden Verzahnungen zueinander auszurichten und exakt zu positionieren.

„Die Korrekturmessung ist Teil eines Konzepts aus Maschine, Werkzeug und Technologie, mit dem Liebherr sein Technologieportfolio für die Herstellung unechter Pfeilverzahnungen erweitert und optimiert“, fasst Dr. Andreas Mehr, Experte für das Verzahnungsstoßen bei Liebherr-Verzahntechnik, die Entwicklung zusammen. „Alle Komponenten, einschließlich Werkzeughalter und Schneidrad, sind optimal aufeinander abgestimmt. Software und Werkzeughalter lassen sich übrigens auch auf einer Bestandsmaschine einfach nachrüsten.“

Besonders wirtschaftlich: 
die CNC-Stoßmaschine LS 1400 E
Besonders wirtschaftlich: die CNC-Stoßmaschine LS 1400 E – Bild: Liebherr-Verzahntechnik GmbH

Die Wälzstoßmaschinen sind ausgestattet mit leistungsstarken Stoßköpfen für Hublängen zwischen 70 und 240mm – inklusive elektronischer Schrägführung. Damit lässt sich der Schrägungswinkel des Werkstücks einfach in die Steuerung programmieren. Die Reduzierung von Messungenauigkeiten und manuellen Prozessschritten gestalten das Fertigungsverfahren wirtschaftlicher, wie das folgende Anwendungsbeispiel einer Liebherr-Stoßmaschine mit elektronischer Schrägführung im Einsatz bei einem amerikanischen Unternehmen für Lohnverzahnung zeigt.

Bearbeitungszeit verkürzt, Qualität erhöht

Bei Cincinnati Gearing Systems (CGS) in Ohio befindet sich seit Anfang 2022 eine LS 1400 E im Einsatz. CGS ist ein anerkannter Marktführer in der Herstellung und Konstruktion von Präzisionskomponenten für die Getriebetechnik und Gründungsmitglied der American Gear Manufacturer’s Association (AGMA), der US-Normungsorganisation für Verzahnungen. Doch CGS ist weit mehr als nur ein Getriebehersteller: Der Betrieb bietet seinen Kunden mehr als 100 Jahre Erfahrung in der Fertigung von hochwertigen, zuverlässigen und kostengünstigen Verzahnungslösungen für Bauteile und Getriebe in zahlreichen Anwendungen.

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Liebherr Verzahntechnik &Automation

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