Bürsten von Verzahnungen
FVA 753 II | IGF-Nr. 21015 N
Bürsten von Verzahnungen zur Verbesserung der Oberflächenqualität
Die Finishingbearbeitung von Zahnflanken hat aufgrund steigender Ansprüche an Getriebe in den vergangenen Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Eine verbesserte Oberflächenqualität von Zahnflanken kann sich sowohl positiv auf die Lebensdauer als auch auf das Geräuschverhalten von Getrieben auswirken. Neben der Steigerung des relativen Materialanteils ist die Erhaltung der durch den vorangegangenen Schleifprozess entstandenen Riefen von Interesse, da diese den Transport des Getriebeöls gewährleisten. Derzeit wird in der industriellen Anwendung zumeist das Gleitschleifen zur Nachbearbeitung genutzt. Da für diesen Prozess separate Anlagentechnik notwendig ist und häufig aktive Chemikalien eingesetzt werden, ist das Verfahren vor allem für kleine und mittlere Unternehmen unattraktiv. Ein schleifmaschinenintegriertes Fertigungsverfahren, das vergleichbare Ergebnisse bei der Finishingbearbeitung erreicht, birgt daher großes wirtschaftliches Potenzial.
Nachdem im Rahmen der vorangegangenen Studie FVA 753 I, ein Bürstprozess entwickelt wurde, mit dem es grundlegend gelang, die Oberflächenqualität von Zahnradflanken zu verbessern, war es das Ziel des Vorhabens FVA 753 II die Eignung des Verfahrens für die industrielle Anwendung zu überprüfen. Hierfür wurden zunächst die Werkzeugstandzeit und Prozesssicherheit an Referenzverzahnungen (39x10), die auch in der Vorgängerstudie genutzt worden sind, ermittelt. Es konnte festgestellt werden, dass durch die Bearbeitung eines kompletten Zahnrads mit einem Bürstwerkzeug der Spezifikation S240x0,75 prozesssicher eine Verbesserung des arithmetischen Mittelwerts der Profilordinate um ΔRa ≈ 0,2 μm erzielt werden kann. Hierbei war die Standardabweichung der Zielrauheit über das gesamte Zahnrad geringer als die der Ausgangsrauheit nach dem Schleifen, und die Verzahnungsgeometrie wurde nicht negativ beeinflusst. Außerdem wurde eine Konditioniertechnologie zum maschinenintegrierten Abrichten und Profilieren der Bürstwerkzeuge entwickelt und realisiert. Mit dieser ist es zum einen möglich, die Arbeitsleistung von verschlissenen Bürstwerkzeugen zu verbessern, und zum anderen können Standardrundbürsten flexibel auf die zu bearbeitende Lückenform profiliert werden. Zuletzt wurde die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf andere Zahnradgeometrien überprüft. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die Ergebnisse bei analoger Prozessführung, also einer lückenlosen Bearbeitung mit vorprofilierten Werkzeugen, nahezu unabhängig von der Verzahnungsgeometrie sind. Zudem wurde eine Prozessstrategie mit veränderter Kinematik und unprofilierten Rundbürsten für die Bearbeitung kleinmoduliger Zahnräder (mn ≈ 2 mm) entwickelt.
Insgesamt kann festgehalten werden, dass der Einsatz von Bürstwerkzeugen zum maschinenintegrierten Finishen von Zahnradflanken eine Alternative zu den derzeit angewendeten Verfahren sein kann. Insbesondere beim tiefergehenden Verständnis der Eingriffsbedingungen, welches wichtige Erkenntnisse vor allem für die Auslegung der eingesetzten Bürstwerkzeuge bringen kann, besteht noch großes Potenzial. Des Weiteren muss das Einsatzverhalten gebürsteter Zahnräder untersucht und mit dem durch andere Verfahren gefinishten Werkstück verglichen werden.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21015 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
