Theoretische Auslegung und experimentelle Untersuchung eines 5-Achs-Bearbeitungsansatzes für gerad- und schrägverzahnte Kegelräder

Konventionelle Herstellverfahren verzahnungstechnischer Komponenten auf Spezialmaschinen mit Spezialwerkzeugen zeichnen sich durch eine hohe Produktivität aus, sind jedoch aufgrund ihrer Spezialisierung unflexibel. In der heutigen Zeit werden gerade im frühen Entwicklungsstadium von Getrieben sowie bei der Herstellung von Ersatzteilen und Kleinserien agile Entwicklungs- und Fertigungsmethoden benötigt. Aus diesem Grund müssen flexible und produktive mehrachsige Herstellansätze, die den Qualitätsanforderungen der Verzahnungstechnik entsprechen, für diese Maschinenelemente entwickelt und untersucht werden. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur ganzheitlichen Betrachtung und Entwicklung solcher neuartigen mehrachsigen Herstellungsansätze für gerad- und schrägverzahnte Kegelradverzahnungen und vereint die verzahnungsspezifischen Grundgedanken mit den Ansätzen der spanenden Formgebung auf mehrachsigen Universal-Bearbeitungsmaschinen. Sie stellt die mathematischen, verzahnungs- und fertigungstechnischen Zusammenhänge her, überführt diese zur praktischen Anwendung und verifiziert diese anhand versuchstechnischer Untersuchungen. Die mathematischen Betrachtungen ermöglichen die numerische Berechnung eines dreidimensionalen Zahnlückenmodells für gerad- und schrägverzahnte Kegelradverzahnungen mit Makroprofilmodifikationen sowie asymmetrischem Zahnprofil. Durch die Übertragung des verzahnungstechnischen Grundgedanken zur Zahnprofilgenerierung auf die spanende Formgebung auf einer mehrachsigen Universal-Bearbeitungsmaschine wird ein neuer Bearbeitungsansatz dargelegt und erprobt. Der Bearbeitungsansatz zeichnet sich durch eine hohe Formtreue bei gleichzeitig geringer Bearbeitungszeit aus. Durch die Verwendung von Standardwerkzeugen und Standard-Bearbeitungsmaschinen zeigt der vorgestellte Ansatz bzgl. der Unabhängigkeit von der herzustellenden Zahnform und dem verwendeten Maschinentyp ein großes Potenzial. Die durch die Verwendung von Standard-Bearbeitungsmaschinen entstehenden potenziellen Fehlerquellen werden identifiziert und analysiert sowie entsprechende Lösungsvorschläge dargelegt. Durch eine DoE-Versuchsreihe werden die Einflussgrößen auf die Verzahnungsqualität identifiziert und herausgearbeitet. Die Bearbeitung nach dem vorgestellten Ansatz ermöglicht im Vergleich zur Freiformbearbeitung eine deutlich schnellere Herstellung von gerad- und schrägverzahnten Kegelrädern auf Standard-Bearbeitungsmaschinen mit Standardwerkzeugen bei gleicher Qualität.