Doppelschrägverzahnungen sind eine spezielle Art von Zahnrädern, bei der zwei spiegelbildlich ausgerichtete Schrägverzahnungen auf einer Welle realisiert werden. Diese Verzahnung kann hohe Beanspruchungen aufnehmen und ist deutlich günstiger herzustellen als Pfeil– (Herringbone-) Verzahnungen. Doppelschrägverzahnungen nutzen den Vorteil der Schrägverzahnungen, die hohen Belastungen aufnehmen können, aber gleichzeitig durch die siegelbildliche Anordnung die Axialkräfte kompensieren.
Die Herstellung von Doppelschrägverzahnungen erfordert komplexe und hochflexible Werkzeugmaschinen, da diese Bauteile mit Störkonturen behaftet sind, die den Einsatz großer Schleifscheiben unmöglich machen. Mit der GP 500 H Profilschleifmaschine hat EMAG SU hier die passende Antwort. Sowohl beim Innen- als auch beim Außenschleifen können unterschiedlich kleine Schleifscheiben aufgenommene werden. Durch kurze Umbauzeiten ist dies eine perfekte Maschine für die Aerospace Industrie.
Da aber auch im klassischen Getriebebau die Leitungsdichte in den Antrieben steigt und somit auch die Anzahl der komplexen Bauteile, ist die GP 500 H hierfür ebenfalls die nahezu perfekte Maschine. Die GP 500 H ist nicht nur wegen ihrer Schleiftechnologie wirtschaftlich. Auch die Umrüstzeit sowie die Möglichkeit mithilfe eines ausschwenkbaren Messtasters das Werkstücke auf der Maschine zu prüfen, macht sie sehr effizient. Hier lassen sich aufgrund der oft kleinen Stückzahlen deutlich mehr Kosten einsparen als bei der Schleifoperation selbst.
Die Doppelschrägverzahnung eliminiert axiale Kräfte während der Kraftübertragung vollständig. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise bei hoher Leistungsdichte und wird besonders in Turbofan- und Helikopter-Getrieben eingesetzt. Die GP 500 H von EMAG bearbeitet diese komplexen Verzahnungen präzise.
Kompakte Leistungsdichte
Die Doppelschrägverzahnung ermöglicht eine außergewöhnlich hohe Leistungsdichte bei kompakter Bauweise. Die große wirksame Zahnbreite, die sich aus der Kombination beider Verzahnungen ergibt, erlaubt die Übertragung erheblicher Drehmomente bei gleichzeitig kompakten Abmessungen. Aufgrund dieser Charakteristik ist sie besonders für Planetengetriebe in Aerospace-Anwendungen geeignet, bei denen Gewichts- und Bauraumoptimierung von entscheidender Bedeutung sind. Die Fähigkeit zur Übertragung hoher Drehmomente bei kompakter Bauweise resultiert aus der Verteilung der Lasten auf eine größere Anzahl von Zähnen sowie der effizienten Nutzung des verfügbaren Bauraums.
Die Doppelschrägverzahnung überträgt das Drehmoment zwischen Fan und Niederdruckturbine ohne axiale Kräfte. Sie ist entscheidend für die kompakte Bauweise von Turbofan-Triebwerken und wird höchsten Präzisionsanforderungen gerecht. Ihre Fertigung erfordert spezialisierte Schleiftechnologien.
Turbofan-Engines
Die Doppelschrägverzahnung wird primäre in Turbofan-Triebwerken, insbesondere in den Getrieben zwischen Niederdruckturbine und Fan eingesetzt. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Präzision der Verzahnung in dieser Position im Triebwerk könnte ein Ausfall katastrophale Folgen haben. In modernen Turbofan-Triebwerken sind diese Verzahnungen Teil komplexer Planetengetriebe. Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeiten und extremen Betriebsbedingungen sind höchste Präzision in der Fertigung und entsprechende Qualitätssicherungsmaßnahmen erforderlich.
Die GP 500 H bearbeitet Doppelschrägverzahnungen für Turbofan-Getriebe mit höchster Präzision. Die 5-Achsen-Kinematik, also eine Profilschleifmaschine mit Tangentialachse, ermöglicht das exakte Schleifen komplexer Geometrien mit sehr kleinen Schleifscheiben. Ideal für Aerospace-Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit.
Helikopter-Getriebe
Neben Turbofan-Triebwerken findet die Doppelschrägverzahnung auch in den Hauptgetrieben von Helikoptern Verwendung. Die Anforderungen ähneln denen bei Turbofan-Triebwerken, allerdings ist oft die Zähnezahl deutlich höher: Hohe Drehmomente, eine kompakte Bauweise und absolute Zuverlässigkeit sind für den sicheren Betrieb essenziell.
Arbeitsraum der 5-Achsen-Schleifmaschine GP 500 H zur Bearbeitung von Doppelschrägverzahnungen. Speziell entwickelt für komplexe Helikopter-Getriebe mit höchsten Zuverlässigkeitsanforderungen. Kompakte Bauweise ermöglicht hohe Drehmomentübertragung bei minimalem Bauraum.
GP 500 H zum Schleifen von Doppelschrägverzahnungen
Die GP 500 H ist eine Profilschleifmaschine mit Tangentialachse (5-Achsen), die speziell für die komplexen Anforderungen beim Schleifens von Doppelschrägverzahnungen entwickelt wurde. Aufgrund der Störkontur vom Gegenrad (geringer Auslauf der Schleifscheibe zwischen den Verzahnungen) können nur sehr kleine Schleifscheiben verwendet werden. Somit ist das Profilschleifen die einzige wirtschaftliche Lösung für diese Aufgabe. Um zu verhindern, dass es Kollisionen zwischen Schleifkopf und Werkstück gibt, ist die Schleifscheibe auf einem Dorn aufgespannt und mittig im Schleifbereich positioniert. Der Schleifdorn wird mit einem Gegenlager abgestützt, sodass ein perfekter Rundlauf und somit ein schwingungsarmes Schleifen gewährleistet ist.
Doppelschrägverzahnungen weisen nach dem Härteprozess Verzüge auf, die auf der Profilschleifmaschine eliminiert werden müssen. Dabei muss der Schnittpunkt der beiden Schrägverzahnungen (Arpex-Punkt) hochgenau erzeugt und die Flanken sauber geschliffen werden mit gleichmäßiger Härteschicht auf beiden Zahnrädern. Dies stellt an die Einmittung, also der Positionierung der Schleifscheibe zum Werkstück, extreme Anforderungen. Hier hat EMAG eine komplexe Software entwickelt: Mit dem Messtaster auf der Maschine werden vor dem eigentlichen Schleifprozess beide Verzahnungen geprüft, um so die beste Position der Schleifscheibe zum Werkstück sicherzustellen. So wird vor dem Schleifen ermittelt, ob das Werkstück sauber geschliffen werden kann oder es aufgrund des Härteverzugs nicht herzustellen ist. Ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor für die Herstellung von Doppelschrägverzahnungen gerade bei Zahnrädern mit einer hohen Zähnezahl. Deshalb erfolgt das Einmitten verteilt an verschiedenen Umfangspositionen.
Danach beginnt das Profilschleifen der Doppelschrägverzahnung. Dies kann mit keramisch abrichtbaren Schleifscheiben oder mit galvanisch oder abrichtbaren CBN-Scheiben erfolgen, je nach Anforderung oder Kundenwunsch. Das Messsystem mit Taster auf der Maschine kann den ersten geschliffen Zahn vermessen und diesen, wenn nötig, korrigieren. Dann wird das Zahnrad fertig geschliffen. Somit kann ein zweiter Korrektur-Schleifdurchgang entfallen, was Kosten und Zeit spart. Die Eingabe in die Steuerung erfolgt über ein Dialogprogramm und ist einfach vom Maschinenbediener durchzuführen. Auch Korrekturen in der Verzahnung sind einfach vom Bediener einzugeben.
Die EMAG GP 500 H wurde für das präzise Schleifen von Innen- und Außenverzahnungen entwickelt. Für Aerospace, Helikopter- und den allgemeinen Getriebebau gewährleistet sie höchste Qualität, gerade bei Bauteilen, die aufgrund ihrer Konstruktion viele Störkonturen aufweisen. Die kompakte Bauweise und 5-Achsen-Technik garantieren exakte Ergebnisse.
Die GP 500 H ist eine hochflexible und sehr vielseitige Maschine. Auf der Tangentialachse lassen sich, je nach Anwendung, eine oder zwei Schleifspindeln mit unterschiedlich großen Schleifscheiben montieren. Die Spindeln können auch im 90-Grad-Winkel zueinander positioniert werden und lassen sich schnell wechseln, wenn zum Beispiel ein Innenschleifkopf montiert werden soll. Also die perfekte Maschine für störkonturbehaftet Bauteile.
Alle gängigen Schleifscheiben können verwendet werden. Schupp- und Schlicht-CBN Scheiben auf einer Spindel oder eine abrichtbare Scheibe.
Einzel- und Doppelspindel-Konfigurationen
Die GP 500 H kann sowohl in einer Einzel- als auch in einer Doppelspindelkonfiguration geliefert werden. Die Wahl der Konfiguration hängt primär von Bauteil oder der gewählten Schleifscheibentechnologie ab.
Innenverzahnungen
Ein Umbau von Außen- auf Innenschleifen ist in kurzer Zeit möglich. Auch hier können sehr kleine Schleifscheiben zum Einsatz kommen. Die Innenverzahnungen oder Spline-Verzahnungen lassen sich sowohl mit CBN- oder keramischen Scheiben hergestellen.
Qualitätskontrolle
Ein kritischer Aspekt beim Schleifen von Doppelschrägverzahnungen ist die präzise Kontrolle der Materialabnahme auf beiden Zahnflanken. Diese Messung ist essenziell, da die Position des Apex-Punkts (Schnittpunkt der beiden Verzahnungen) von einer gleichmäßigen Materialabnahme auf beiden Seiten abhängt. Das Messsystem der GP 500 H umfasst einen hochpräzisen Taster, der auf der A-Achse montiert ist. Dieser Taster kann ausgeschwenkt werden und bezieht sich auf einen festen Messpunkt, bevor die eigentliche Vermessung beginnt.
Apex-Punkt-Kontrolle
Der Apex-Punkt, definiert als der Schnittpunkt der beiden Verzahnungs-Winkel in der Mitte des Zahns, ist ein entscheidender Qualitätsparameter. Seine exakte Position bestimmt die Laufeigenschaften und die Lastverteilung des Getriebes. Eine Abweichung vom nominalen Apex-Punkt kann zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung, zu erhöhtem Verschleiß und zu Geräuschentwicklung führen. Die Messung und Kontrolle des Apex-Punkts erfordert hochpräzise Messtechnik und entsprechende Auswertalgorithmen. Diese sind in der Steuerung der GP 500 H implementiert.
Doppelschrägverzahnungen auf einer Getriebewelle eliminieren axiale Kräfte und ermöglichen eine kompakte, leistungsdichte Bauweise.
