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antriebstechnik 7/2016

antriebstechnik 7/2016

GETRIEBE UND

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN Vorteile durch Asymmetrie Wälzschleifen von asymmetrischen Verzahnungen vereint Produktivität und Qualität Andreas Mehr Oft drehen sich Zahnräder ihr ganzes Betriebsleben hindurch nur in eine Richtung, so zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Schiffen oder Hebezeugen. Bei diesen Zahnradgetrieben ist in der Regel die Belastung der einen Flanke höher, als die der gegenüberliegenden. So werden die Rückflanken während einer relativ kurzen Arbeitsphase gar nicht oder nur leicht belastet. Eine asymmetrisch geformte Verzahnung spiegelt diesen funktionalen Unterschied wider. Lesen Sie mehr. V orstand von AK Gears und Spezialist für die Berechnung des Werkzeugprofils und weiterer Parameter für asymmetrische Verzahnungen, Dr. Alexander Kapelevich, erläutert: „Eines der Konstruktionsziele von asymmetrischer Verzahnung ist es, die Leistung des im Hauptbetrieb belasteten Profils auf Kosten der Leistung der gegenüberliegenden Profile zu verbessern. Asymmetrische Zahnprofile ermöglichen eine Erhöhung des Traganteils und des Betriebseingriffswinkels, die über die mit konventionellen, symmetrischen Getrieben erreichbaren Grenzwerte hinausgehen.“ Durch die Verteilung über Breiten- und Stirnlast sowie über die Dynamik könne die Verzahnungssteifigkeit verbessert werden. Auch die Zahnflankentragfähigkeit profitiere von einem erhöhten Eingriffswinkel an der belasteten Zahnflanke. Zudem verbessere sich auch die Zahnfußtragfähigkeit. Ein großer Vorteil einer asymmetrischen Verzahnung ist die reduzierte Hertz‘sche Pressung auf den Antriebsflanken. Das führt Dr.-Ing. Andreas Mehr tätig in Technologieentwicklung und -beratung Schleifen und Stoßen bei der Liebherr-Verzahntechnik GmbH in Kempten zu einer höheren Leistungsdichte – also der Tragfähigkeit im Verhältnis zur Zahnradgröße – bei der Kraftübertragung im Getriebe. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, die Rückflanken der Verzahnung unabhängig von der Antriebszahnflanke zu gestalten. Damit wird ein Einstellen der Zahnsteifigkeit ermöglicht, während gleichzeitig der gewünschte Eingriffswinkel und der Traganteil der Antriebsflanken beibehalten werden. Dies erlaubt eine höhere Zahnkopfbiegung, was den Zahneingriffsstoß dämpft und zu einer Verringerung der Getriebegeräusche und der Schwingungen führt. Kapelevich definiert die asymmetrische Zahnfußgeometrie unabhängig vom Modell der Zahnstange, was ihn von anderen Forschern der Getriebetechnik unterscheidet. Die Vorgehensweise, das Direct Gear Design von Kapelevich, erlaubt eine Optimierung der asymmetrischen Verzahnung und ermöglicht, dass die Fußausrundung bei beson deren Getriebeanwendungen eine maximierte Leistung erzielt. Ein solcher Ansatz er fordert spezielle Werkzeuge. Nachdem die Optimierung der Zahnfußgeometrie abgeschlossen ist, definiert Direct Gear Design auch das Werkzeugprofil und wei tere Parameter. Kapelevich: „Eines der Konstruk tionsziele von asymmetrischer Verzahnung ist es, die Leistung des im Hauptbetrieb belasteten Profils auf Kosten der Leistung der gegenüberliegenden Profile zu verbessern.“ Asymmetrische Verzahnungen Die Herstellung von asymmetrischen Verzahnungen durch Vorfräsen, Härten und einer anschließenden Hartfeinbearbeitung durch Schälwälzfräsen oder Profilschleifen ist seit Jahren Stand der Technik. Das Schälwälzfräsen ist produktiv, unterliegt aber in der zu erzielenden Verzahnungsqualität gewissen Einschränkungen (DIN 6 bis DIN 7). Das Profilschleifen bietet hier einen höheren Qualitätsstandard, ist aber einem kontinuierlich wälzenden Verzahnverfahren zeitlich unterlegen. Auf Wunsch des Anwenders entwickelte die Liebherr- Verzahntechnik das Wälzschleifen von asymmetrischen Verzahnungen. Dieses Verfahren vereint eine hohe Produktivität mit hoher Qualität. An das Wälzschleifen stellen asymmetrische Verzahnungen jedoch höhere Ansprüche als an den Schleifprozess selbst sowie an die Schleif- und Abrichtwerkzeuge. Für die Entwicklung des neuartigen Schleifverfahrens stellten sich gleich mehrere Fragen. „Wir standen vor einer doppelten Herausforderung“, erklärt Dr.-Ing. Andreas Mehr, Technologieentwicklung und -beratung 40 antriebstechnik 7/2016

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN 01 Modifiziertes Einmitten und Vorteile asymmetrischer Verzahnungen 02 Vorteile großer und kleiner Eingriffswinkel sowie deren Kombination Schleifen und Stoßen bei der Liebherr-Verzahntechnik. „Zum einen brauchten wir die Abrichttechnik zur Herstellung einer asymmetrischen Schleifschnecke. Zum anderen mussten wir den kompletten Schleifprozess inklusive dem Einmitten der Schleifschnecke in die Zahnlücke entwickeln“. Profilwinkelkorrektur beim Abrichten Für das Abrichten entwickelten die Experten ein Softwarepaket, das sowohl mit asymmetrischen als auch symmetrischen Abrichtern arbeiten kann. „Ein asymmetrischer Abrichter ist für die Produktion ideal. Im Prototypenbau kann auch ein symmetrischer Abrichter entsprechend geschwenkt werden“, erläutert Mehr die jeweiligen Vorteile. Die Maschine biete einen Schwenkbereich bis 7,5 ° an. Eine große Herausforderung beim Abrichten sei die mathematische Berechnung der notwendigen Schwenkbewegung des Abrichters gewesen. Durch das Abrichten verkleinere sich der Durchmesser der Schleifschnecke, was wiederum eine Profilwinkelkorrektur nach sich ziehe – nach jedem Abrichtvorgang. Im Schleifprozess selbst tritt eine ganz andere Dynamik im Zahnflankenkontakt zwischen Schleifschnecke und Werkstück auf, als bei herkömmlichen, symmetrischen Schleifprozessen. Da sich beim Schleifen asymmetrischer Zahnräder entsprechend den unterschiedlichen Eingriffswinkeln das Aufmaß auf der rechten und linken Zahnflanke ändert, ist eine elektronische Korrektur nötig. Diese wird durch ein modifiziertes Einmitten im Einrüstvorgang ermittelt. Das Einmitten, also der mittige Eingriff der Schleifschnecke in die Zahnradlücke, muss bei asymmetrischen Verzahnungen leicht versetzt erfolgen und im Schleifprozess durch eine präzise Steuerungs- und Regelungstechnik eingehalten werden. Aufgrund der neuen Schleiftechnik werden asymmetrische Zahnräder künftig häufiger zum Einsatz kommen. „Ihre Vorteile liegen auf der Hand und sind längst bekannt“, weiß Mehr. „Durch die Berechnungen von Dr. Kapelevich ist eine einfache Auslegung der Makrogeometrie möglich geworden. Jetzt lässt sich auch der Wälzschleifprozess sicher beherrschen. Gleichzeitig können unsere Anwender ohne großen Aufwand den Wälzschleifprozess an ersten Proto typen anwenden, dazu reicht das Softwarepaket. Erst für die Produktion ist dann die Investition in einen asymmetrischen Abrichter notwendig.“ Fotos: WZL, RWTH Aachen www.liebherr.com NEU! Die dritte MDrive Generation! all Hannover about automation Messe ·25. –29.04.16 Leipzig ·Halle SPS IPC 14 Drives · Stand L35 28. All about + 29.09.2016 automation · Halle Friedrichshafen A 22.11. - 24.11.2016 Integrierte Schrittmotorantriebe Lexium MDrive ® 07. Stand +08.06.16 211 ·Halle A2 3 · Stand · 3-240 301 jetzt mit Feldbus-Protokoll EtherNet/IP und Profinet · hochauflösende Mikroschrittansteuerung · voll programmierbarer Motion Controller · optional integrierter Encoder mit patentierter Closed-Loop-Regelung · galvanisch getrennte Schnittstellen & Ein- und Ausgänge · Schutzbeschaltung für uneingeschränkten „Hot Plug“ · robuste und verriegelbare Anschlussstecker Nema 34/23/17 · 4 Jahre Gewährleistung! KOCO MOTION GmbH Telefon +49 7720 995858-0 info@kocomotion.de www.kocomotion.de ... Intelligence in motion

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