Forschungsberichte

Fertigwälzgefräste Stirnräder

FVA 667 I, IGF-Nr. 17262 N

Abgeschlossen: Bei der Weichfeinbearbeitung bietet das Fertigwälzfräsen gegenüber dem Weichschaben von Zahnrädern sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile. Charakterisiert sind fertigwälzgefräste Verzahnungen durch die prozessbedingte Oberflächenstruktur, bestehend aus Vorschubmarkierungen und Hüllschnitten sowie die aus der Wärmebehandlung auftretenden Verzüge.

Der Einfluss dieser fertigungsbedingten Abweichungen auf das Tragfähigkeits- und Geräuschverhalten von fertigwälzgefrästen Stirnrädern wurde bislang nicht wissenschaftlich untersucht.

Ziel des Forschungsvorhabens FVA 667 war es, den Wissensstand zu den fertigungsbedingten Produkteigenschaften fertigwälzgefräster Zahnräder zu erweitern und eine Wissensbasis für die Auswertung der im Laufe des Forschungsvorhabens durchgeführten Laufversuche zu schaffen.

Ein Schwerpunkt des Vorhabens war die Ermittlung von Wöhlerlinien zur Grübchentragfähigkeit an weichgeschabten und fertigwälzgefrästen Verzahnungen. Die Untersuchungen wurden auf einem Verspannungsprüfstand durchgeführt. Es wurde eine konstante Ritzeldrehzahl von n1 = 4.500 min-1 eingestellt. Die Grenzlastspielzahl wurde zu NG = 50 Mio. gesetzt. Die Ermittlung des Dauerfestigkeitsniveaus für eine Ausfallwahrscheinlichkeit von PA = 50%  wurde mithilfe des Treppenstufenverfahrens und der Auswertemethode nach Hück durchgeführt.

Aus den Untersuchungen ergeben sie Grübchentragfähigkeitswöhlerlinien fertigwälzgefräster und weichgeschabter Verzahnungen. Abschließend lässt sich auf Grundlage der Forschungsergebnisse festhalten, dass die Grübchentragfähigkeit fertigwälzgefräster Verzahnungen unter der von weichgeschabten Verzahnungen liegt.

Die Untersuchungen zum Einfluss der fertigungsbedingten Produkteigenschaften fertigwälzgefräster Zahnräder auf das Geräuschverhalten wurden anhand von Laufversuchen an einer Schrägverzahnung durchgeführt. Es wurden drei unterschiedliche Radpaarungen untersucht. Zunächst wurde ein Referenzversuch durchgeführt, bei dem ein geschliffenes Ritzel und ein geschliffenes Rad gepaart wurden. Im nächsten Schritt wurde ein fertigwälzgefrästes Ritzel mit einem geschliffenen Rad gepaart. Abschließend wurde eine Paarung aus fertigwälzgefrästem Ritzel und fertigwälzgefrästem Rad auf das Geräuschverhalten untersucht. Gegenüber einem tonal anregenden, geschliffenen Radsatz wird deutlich, dass die Zahneingriffsordnung sowie deren Höherharmonischen von Seitenbändern begleitet werden.

Festzuhalten ist, dass der Summenpegel bei dem fertigwälzgefrästen Ritzel niedriger liegt, als bei dem geschliffenen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass mit Einsatz des fertigwälzgefrästen Bauteils mehr Seitenbänder im Frequenzspektrum ausgebildet werden. Der erhöhte Rauschanteil führt zu einer sinkenden Gesamtamplitude im Vergleich zur geschliffenen Paarung, für die eine dominantere Anregung der Zahneingriffsordnung und deren Höherharmonischen vorliegt.

Hingegen liegt der Mittelwert der geschliffenen Paarung bei allen drei betrachteten Momentenstufen am niedrigsten. Der Körperschallpegel in dB steigt nur gering mit Erhöhung des Moments an. Die Variante mit dem fertigwälzgefrästen Ritzel und geschliffenem Rad liegt bei dem Mittelwert höher. Auch hier ist die Zunahme des Körperschalls über dem Moment gering. Die höchsten Mittelwerte weist die fertigwälzgefräste Paarung auf. Hier liegt das gesamte Niveau des Körperschalls am höchsten.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die hier eingesetzte geschliffene Verzahnung höhere Geräuschamplituden aufweisen, als die fertigwälzgefrästen. Das Geräuschverhalten der fertigwälzgefrästen Verzahnung, nur Ritzel und auch Paarung, weist aufgrund der geometrischen Eigenschaften eine höhere Streuung und Rauschen auf, wodurch die maximalen Amplituden verringert werden. Das Gesamtgeräusch, bewertet durch die Mittelwertbildung, liegt höher.

Auf Grundlage der hier vorgestellten Erkenntnisse kann erstmals eine Abschätzung über den Einsatz fertigwälzgefräster Verzahnungen hinsichtlich des Anregungsverhaltens gegeben werden.

Download: V-AiF_17262 N_667 I Fertigwälzgefräste Stirnräder.pdf

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