Zahnradherstellung

Die wirtschaftliche Herstellung der Evolventenverzahnung geschieht durch sogenanntes Wälzfräsen. Die Schneiden des Wälzfräsers sind dabei geradflankig ausgeführt und winden sich analog zu einem Gewinde spiralförmig um das Fräswerkzeug. Während sich das Zahnrad dreht fräsen sich die Zähne des ebenfalls rotierenden Wälzfräsers mit der Zeit immer weiter nach innen in das Zahnrad. Während einer Umdrehung des Fräsers schiebt sich das Zahnrad um einen Zahn weiter. Insofern entspricht die ("Gewinde"-)Steigung der Fräserschneiden gerade der Zahnteilung des Zahnrades. Zahnrad und Wälzfräser bilden in ihrem Bewegungsablauf eine Art „Schneckengetriebe“. Die Drehzahl zwischen Zahnrad und Wälzfräser muss also aufeinander abgestimmt sein, damit sich die Zähne richtig ausbilden können.

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Abbildung: Wälzfräsen

Die untere Animation zeigt schematisch die Herstellung eines 18-zähnigen Zahnrades (blau) mithilfe eines Wälzfräsers (rot).

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 Animation: Wälzfräsen

Die Geometrie des zahnstangenförmigen Werkzeugprofils richtet sich nach dem Profil des gewünschten Zahnes am Zahnrad. Dieses spielfreie (ideale) Profil wird auch Bezugsprofil genannt. Dabei entspricht die Profilmittellinie der Wälzgeraden. Aus diesem Bezugsprofil wird nach Berücksichtigung der Fußgrundausrundung und des Zahnkopfspiels \(c\) das eigentliche Werkzeugprofil erstellt.

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Abbildung: Herstellung einer Evolventenverzahnung

Aufgrund des geradflankigen Werkzeugprofils ist die Werkzeugherstellung und damit die Herstellung einer Evolventenverzahnung relativ wirtschaftlich.

Der Zusammenhang zwischen einem Zahnrad und einer Zahnstange ("Werkzeugprofil") zeigt die untere Abbildung. Dabei zeigt sich, dass der senkrechte Abstand der Evolventen für alle Zahnräder einer identischen Modulreihe stets dem senkrechten Abstand zweier benachbarter Flanken entspricht. Dieser Abstand entspricht zugleich der Eingriffsteilung \(p_e\), d.h. dem Abstand zweier sich berührender Flanken im Eingriff mit einem Gegenrad (oder einer Zahnstange). Wie die Abbildung verdeutlicht steht diese Eingriffsteilung \(p_e\) über den Normaleingriffswinkel \(\alpha_0\) in direktem Zusammenhang zur Umfangsteilung \(p_0\) der Zähne auf dem Teilkreis. Beachte, dass die Teilung \(p_0\) auf allen Zahnrädern bzw. Zahnstangen für eine Modulreihe identisch ist, da diese ansonsten nicht miteinander gepaart werden könnten. Aus diesem Grund entspricht die Umfangsteilung \(p_0\) der abgebildeten Zahnstange zugleich der Umfangsteilung der Zahnräder.

\begin{align}\;\;\;\;\;
&\boxed{p_e = p_0 \cdot \cos(\alpha_0) } \\[5px]
\end{align}

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Abbildung: Zusammenhang zwischen Eingriffsteilung und Umfangsteilung

Mit einem einzigen Werkzeug können also im Prinzip Zahnräder mit beliebigen Zähnezahlen der identischen Modulreihe hergestellt und anschließend miteinander gepaart werden. So geschieht das Herstellen eines 6-zähnigen Zahnrades (gelb) mit demselben Werkzeug wie die Herstellung des oben gezeigten 18-zähnigen Zahnrades (blau). Da also ein ganzer "Satz" unterschiedlicher Zahnräder mit ein und demselben Werkzeug hergestellt und beliebig gepaart werden können, spricht man in diesem Zusammenhang auch von sogenannten Satzrädern.

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Interaktive Animation: Herstellen eines 6-zahnigen (gelb) und eines 18-zahnigen Zahnrades (blau)

Der Vergleich der Zahnformen des 6- und 18-zahnigen Zahnrades zeigt deutliche Unterschiede. Auf die dabei entstehenden Probleme die ein Zahnrad mit relativ wenig Zähnen mit sich bringt, wird im Kapitel Unterschitt näher eingegangen.

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