Das Wälzschälen ist ein kontinuierliches Zahnradfertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Aufgrund der zugrundeliegenden Kinematik sind die Zusammenhänge zwischen der Werkzeuggeometrie und den Bestimmungsgrößen von Werkzeug und Werkstück komplex. Im Rahmen dieser Dissertation wird eine ganzheitliche Berechnungsmethode entwickelt, um die Werkzeug-Bestimmungsgrößen, den Achsabstand, den Achskreuzwinkel und die Werkzeuggeometrie für das Wälzschälen von außenverzahnten Stirnrädern mit Evolventenprofil zu bestimmen.
In der Berechnungsmethode werden Methoden aus dem Bereich der Stirnradschraubgetriebe auf das Wälzschälen übertragen, um die Werkzeug-Bestimmungsgrößen auf Basis weniger Werkstückparameter zu ermitteln. Die Werkzeugflanken werden aus dem Berührpfad, welcher aus einem Werkstück-Stirnschnitt abgeleitet wird, mit dem räumlichen Verzahnungsgesetz bestimmt. Eine Berechnungsstudie und taktile Messungen an einer Prüfverzahnung zeigen, dass mit diesem universellen Ansatz die Werkstückgeometrie inklusive Profilmodifikationen exakt abgebildet wird. Bei geradverzahnten Werkzeugen ohne Spanflächenversatz weisen die Flanken ein Evolventenprofil auf. In einem Vergleich zu den etablierten Hartfeinbearbeitungsverfahren kontinuierliches Wälzschleifen und Polierschleifen wird das Potenzial des Wälzschälens in der Hartfeinbearbeitung hinsichtlich der Flankenoberfläche und der Geräuschanregung gezeigt.
Aktualisiert: 2023-05-11
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Das Wälzschälen ist ein kontinuierliches Zahnradfertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Aufgrund der zugrundeliegenden Kinematik sind die Zusammenhänge zwischen der Werkzeuggeometrie und den Bestimmungsgrößen von Werkzeug und Werkstück komplex. Im Rahmen dieser Dissertation wird eine ganzheitliche Berechnungsmethode entwickelt, um die Werkzeug-Bestimmungsgrößen, den Achsabstand, den Achskreuzwinkel und die Werkzeuggeometrie für das Wälzschälen von außenverzahnten Stirnrädern mit Evolventenprofil zu bestimmen.
In der Berechnungsmethode werden Methoden aus dem Bereich der Stirnradschraubgetriebe auf das Wälzschälen übertragen, um die Werkzeug-Bestimmungsgrößen auf Basis weniger Werkstückparameter zu ermitteln. Die Werkzeugflanken werden aus dem Berührpfad, welcher aus einem Werkstück-Stirnschnitt abgeleitet wird, mit dem räumlichen Verzahnungsgesetz bestimmt. Eine Berechnungsstudie und taktile Messungen an einer Prüfverzahnung zeigen, dass mit diesem universellen Ansatz die Werkstückgeometrie inklusive Profilmodifikationen exakt abgebildet wird. Bei geradverzahnten Werkzeugen ohne Spanflächenversatz weisen die Flanken ein Evolventenprofil auf. In einem Vergleich zu den etablierten Hartfeinbearbeitungsverfahren kontinuierliches Wälzschleifen und Polierschleifen wird das Potenzial des Wälzschälens in der Hartfeinbearbeitung hinsichtlich der Flankenoberfläche und der Geräuschanregung gezeigt.
Aktualisiert: 2023-05-04
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Das Wälzschälen ist ein kontinuierliches Zahnradfertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Aufgrund der zugrundeliegenden Kinematik sind die Zusammenhänge zwischen der Werkzeuggeometrie und den Bestimmungsgrößen von Werkzeug und Werkstück komplex. Im Rahmen dieser Dissertation wird eine ganzheitliche Berechnungsmethode entwickelt, um die Werkzeug-Bestimmungsgrößen, den Achsabstand, den Achskreuzwinkel und die Werkzeuggeometrie für das Wälzschälen von außenverzahnten Stirnrädern mit Evolventenprofil zu bestimmen.
In der Berechnungsmethode werden Methoden aus dem Bereich der Stirnradschraubgetriebe auf das Wälzschälen übertragen, um die Werkzeug-Bestimmungsgrößen auf Basis weniger Werkstückparameter zu ermitteln. Die Werkzeugflanken werden aus dem Berührpfad, welcher aus einem Werkstück-Stirnschnitt abgeleitet wird, mit dem räumlichen Verzahnungsgesetz bestimmt. Eine Berechnungsstudie und taktile Messungen an einer Prüfverzahnung zeigen, dass mit diesem universellen Ansatz die Werkstückgeometrie inklusive Profilmodifikationen exakt abgebildet wird. Bei geradverzahnten Werkzeugen ohne Spanflächenversatz weisen die Flanken ein Evolventenprofil auf. In einem Vergleich zu den etablierten Hartfeinbearbeitungsverfahren kontinuierliches Wälzschleifen und Polierschleifen wird das Potenzial des Wälzschälens in der Hartfeinbearbeitung hinsichtlich der Flankenoberfläche und der Geräuschanregung gezeigt.
Aktualisiert: 2023-05-04
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Getriebebauteile weisen oft Störkonturen in Form von Wellenschultern auf, die die Verzahnungsbearbeitung durch das Wälzschälen aufgrund des Werkzeugauslaufes einschränken. Durch die Reduktion des Achskreuzwinkels kann dessen Auslauf gekürzt und somit die Verfahrensflexibilität erhöht werden. Um das Bauteilspektrum des Wälzschälverfahrens zu erweitern und mit dem Wälzstoßen konkurrieren zu können, muss der Achskreuzwinkel vom typischen Bereich zwischen 15° und 30° auf lediglich 5° bis 15° reduziert werden. Diese Verringerung führt jedoch zu ungünstigen Eingriffsbedingungen und erhöhtem Werkzeugverschleiß.
Hauptziele der vorliegenden Arbeit sind die Ermittlung der technischen Prozessgrenzen und die Umsetzbarkeitsanalyse des Wälzschälens mit kleinen Achskreuzwinkeln. Um diese Ziele zu erreichen und die identifizierten Forschungsdefizite zu beseitigen, wurde das Verfahren im vollen Umfang untersucht. Basierenden auf den theoretischen und experimentellen Untersuchungen wurden die Prozessgrenzen diskutiert und Richtlinien zur Vorauslegung von Wälzschälprozessen mit kleinen Achskreuzwinkeln abgeleitet. In der Umsetzbarkeitsanalyse am Beispiel eines Demonstratorbauteils aus dem Bereich Aerospace wurden die Einflüsse von Achskreuzwinkel und Werkzeugzähnezahl auf die Prozesshauptzeit und voraussichtliche Standmenge anhand der kenngrößenbasierten Prozessvorauslegung quantifiziert.
Die erzielten Ergebnisse zeigen die Herausforderungen der anspruchsvollen Eingriffsbedingungen auf. Gleichzeitig bieten sie Ansatzpunkte für das enge Prozessfenster und ermöglichen den Anwendern eine Beurteilung, welche Verzahnungen mit Störkonturen durch das Wälzschälen wirtschaftlich bearbeitet werden können.
Aktualisiert: 2023-01-12
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In der vorliegenden Arbeit wird ein Simulationsmodell entwickelt und validiert, welches die Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern durch kontinuierliches Wälzschleifen abbildet. Dabei liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der in fehlerbehafteten Prozessen erzeugten Flankentopografie und deren Bewertung hinsichtlich periodischer Strukturierung und des daraus resultierenden Einflusses auf den Drehfehler. Bei der Betrachtung verschiedener Prozessabweichungen zeigt sich eine starke Abhängigkeit der erzeugten Flankentopografien von verschiedenen Prozessparametern. Die simulativ erzeugten Flanken werden bezüglich periodischer Anteile der Strukturierung mit neuen Methoden analysiert und unter
Berücksichtigung aller Zähne in einer Drehfehlersimulation hinsichtlich des Einflusses auf den Drehfehler bewertet. Zur Validierung des Simulationsmodells wird die Fertigung mit gezielter Schwingungsüberlagerung genutzt und Vergleiche sowohl bezüglich der erzeugten Flankentopografie als auch des Drehfehlers gezogen.
In this thesis a simulation model representing the hard fine machining of gears by continuous gear grinding is developed and validated. Special emphasis is put on the flank topography generated in faulty processes and its evaluation with respect to periodic structuring and the resulting influence on the transmission error in gear mesh. When considering different process deviations, a strong dependence of the generated flank topographies on different process parameters becomes apparent. The simulated flanks are analysed with new methods regarding periodic parts of the structuring and are evaluated in a gear mesh simulation regarding the influence on the transmission error, taking all teeth into account. For the validation of the simulation model, the manufacturing with targeted vibration superposition is used and comparisons are made with regard to the generated flank topography as well as the transmission error.
Aktualisiert: 2022-09-05
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In der vorliegenden Arbeit werden Ansätze zur verbesserten Auslegung von Mehrschnittstrategien beim Wälzschälen vorgestellt. Die Untersuchungen werden anhand eines mathematischen Prozessmodells und mit Hilfe experimenteller Versuchsreihen durchgeführt. Im Rahmen einer Prozessanalyse werden theoretische und praktische Ergebnisse miteinander korreliert sowie systematische Zusammenhänge zwischen technologischen Stellgrößen und prozesseigenschaften aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Richtlinien zur Auslegung von Mehrschnittstrategien vorgestellt. Dabei wird durch Individualisierung der technologischen Einstellparameter eine Erhöhung des Werkzeugstandwegs bei gleichzeitiger Reduzierung der Fertigungszeit hergeleitet und stichprobenartig experimentell nachgewiesen.
Aktualisiert: 2022-06-30
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Die steigende Nachfrage nach Innenverzahnungen rückt zunehmend die Forderung nach einem geeigneten, gleichzeitig produktiven und flexiblen Verfahren in den Vordergrund.
Im Vergleich zu den etablierten Verzahnverfahren bietet das Wälzschälen ein großes Potential zur Kostenreduzierung durch deutliche Hauptzeitverminderung gegenüber dem Wälzstoßen und Reduzierung der Werkzeugkosten gegenüber dem Räumen von Innenverzahnungen. Gleichzeitig erlauben die kinematischen Gegebenheiten des Wälzschälverfahrens die Integration des Prozesses in Standardmaschinen, was die Durchführung zusätzlicher Bearbeitungsoperationen wie Drehen oder Bohren in einer Aufspannung ermöglicht und gegebenenfalls die Investition in eine zusätzliche reine Verzahnmaschine vermeiden kann. Zudem kann das Verfahren ohne Änderung des Maschinenkonzepts auch für Außenverzahnungen sowie prinzipiell auch für die Hartfeinbearbeitung eingesetzt werden.
Die Zielstellung dieser Arbeit besteht darin, eine datenbasierte Werkzeug- und Prozessauslegung für das Wälzschälen von Innenverzahnungen anhand von allgemein anwendbaren Richtlinien zu ermöglichen, um das Wälzschälverfahren einem breiten Anwendungsfeld zugänglich zu machen. Dazu sind systematische Untersuchungen des Wälzschälens von Innenverzahnungen an Realbauteilen für verschiedene Anwendungsfälle mit unterschiedlichen Geometrieeigenschaften und Randbedingungen durchgeführt worden. Die erarbeiteten Erkenntnisse der Prozessauslegung und -durchführung in Abhängigkeit von den erzeugten Werkstück-qualitäten wurden genutzt, um einen funktionalen Zusammenhang zwischen bekannten Eingangsgrößen wie bspw. der Werkzeuggeometrie und den Prozess-parametern sowie Randbedingungen des Werkstücks und den Ergebnisgrößen zu entwickeln, die die Wirkzusammenhänge beschreiben.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Das Wälzschälverfahren stellt eine leistungsfähige Alternative zu den etablierten Verzahnverfahren dar und bietet zusätzlich noch großes Potential in Bezug auf Flexibilität sowie Verfahrensintegration. In Anbetracht der Tatsache, dass das Wälzschälverfahren bereits vor über 100 Jahren erdacht und patentiert wurde, entwickelte es sich jüngst innerhalb kurzer Zeit zu einem vielbeachteten und stark nachgefragten Verfahren. Zur nachhaltigen Etablierung am Markt und zur Beherrschung der verfahrensspezifischen Instabilitäten ist das vollständige Prozessverständnis gefordert. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Wälzschälen hinsichtlich der kinematischen Verhältnisse und der Mechanismen der Bildung des Dreiflankenspans grundlegend wissenschaftlich untersucht. Hierzu wurden 3D-FEM Simulationsmodelle der Kinematik und der Spanbildung entwickelt. Damit werden Einblicke in den Prozess ermöglicht, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur stark eingeschränkt möglich sind. Die Modellierung und Analyse der reinen Schneidenbewegungsbahn beim Eingriff in das Werkstückmaterial und dabei die systematische Erweiterung der Erkenntnisse über die Einflüsse und Wechselwirkung der Prozessparameter, beispielsweise auf die Werkzeugzahnbelastung, dienen als wichtige Unterstützung zum Verständnis und Beherrschung des Prozesses sowie bei der Werkzeug- und Prozessauslegung. Die Erkenntnisse zu den tatsächlichen Belastungszuständen an der Schneide mit hoher zeitlicher und lokaler Auflösung stellen eine wertvolle Unterstützung bei der Auswahl oder Entwicklung geeigneter Schneidstoff-Beschichtungskombinationen dar. Durch die gewonnenen Erkenntnissen zu den kinematischen Verhältnissen und der Bildung des Dreiflankenspans wurde eine breite Wissensbasis zum grundlegenden Prozessverständnis generiert.
Aktualisiert: 2020-12-08
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