Ungenaue Kegelradmessungen führen zu Leistungseinbußen, vorzeitigen Ausfällen und kostspieligen Nacharbeiten in Maschinenanwendungen. Ungenaue Abmessungen und Abweichungen von Getriebestandards führen zu Geräuschen im Betrieb, verringerter Effizienz der Kraftübertragung und Ausrichtungsproblemen, die Produktionslinien zum Stillstand bringen können.
Wichtige Abmessungen und Winkel von Kegelrädern
Kegelräder sind komplexe mechanische Komponenten, die durch eine Reihe kritischer Abmessungen und Winkel gekennzeichnet sind.
A. Detaillierte Untersuchung der Grunddimensionen
Mehrere wichtige Abmessungen bestimmen die Gesamtgeometrie und Größe eines Kegelrads:
- Teilkreisdurchmesser: Dieser Durchmesser wird am Fersenende des Kegelradgetriebe Zähne. Es stellt die effektive Größe des Zahnrads dar und ist ein grundlegender Parameter für die Berechnung und Konstruktion von Zahnrädern.
- Teilkegelwinkel: Der Teilkegelwinkel beschreibt den Winkel, den der Teilkegel zur Radachse bildet. Er definiert die Ausrichtung der Radzähne und bestimmt, wie das Rad mit dem zugehörigen Ritzel kämmt.
- Nach- und Fußhöhe: Die Kopfhöhe ist die Höhe des Zahns über dem Teilkegel, die Fußhöhe die Tiefe darunter. Zusammen definieren sie die Gesamtzahntiefe. Kopfhöhe und Fußhöhe werden normalerweise proportional zum Zahnradmodul angegeben.
- Gesichtsbreite: Die Zahnbreite bezeichnet die Größe des Zahnradzahns, gemessen entlang der Teilkegel-Erzeugenden von der Ferse bis zur Spitze. Sie beeinflusst die Festigkeit und Tragfähigkeit des Zahnradzahns. Größere Zahnbreiten ermöglichen im Allgemeinen eine höhere Drehmomentübertragung.
- Kegelabstand: Der Kegelabstand stellt die Länge von der Spitze des Teilkegels bis zur Mittelfläche des Kegelrads dar. Er ist ein wichtiges Maß für die Positionierung des Zahnrads im Verhältnis zum zugehörigen Ritzel bei der Montage.
- Scheitelpunktabstand: Der Scheitelpunktabstand misst den Versatz von der Zahnradachse zur Spitze des Teilkegels. Er hilft dabei, den theoretischen Eingriffspunkt zwischen den Zahnrädern zu lokalisieren.
B. Wesentliche Kegelradwinkel
Zusätzlich zu den linearen Abmessungen sind mehrere Winkel für die Definition der Geometrie eines Kegelrads entscheidend:
- Gesichtswinkel: Der Winkel zwischen der Erzeugenden des Plankegels und der Radachse. Er bestimmt den Winkel der äußeren Enden der Zahnräder relativ zur Rotationsachse.
- Kantenwinkel: Gemessen zwischen der Mantellinie des Außenkegels und der Zahnradachse definiert der Kantenwinkel die Neigung der inneren Enden der Zähne, die dem Scheitelpunkt am nächsten liegen.
- Kopfwinkel: Dies ist das Winkeläquivalent der Zahnhöhe und definiert die Zahnhöhe in Winkelwerten vom Stirnwinkel bis zur Außenkante.
- Fußwinkel: Entsprechend misst der Fußwinkel die Winkeltiefe des Zahns von der Teilungslinie bis zum Zahnfuß.
C. Gegenreaktion
Spiel bezeichnet den Abstand oder das Spiel zwischen den Zähnen zweier ineinandergreifender Zahnräder. Ein gewisses Spiel ist notwendig, um Schmierung, Fertigungstoleranzen und Wärmeausdehnung auszugleichen. Übermäßiges Spiel kann jedoch Geräusche, Vibrationen und ungenaue Positionierung verursachen. Das Spiel wird üblicherweise an der engsten Eingriffsstelle mit speziellen Werkzeugen oder durch Ermittlung des Winkelspiels bei fixierten Zahnrädern gemessen.
D. Modul
Der Modul eines Zahnrads ist eine standardisierte Einheit zur Angabe der Zahngröße. Er wird als Verhältnis des Teilkreisdurchmessers zur Anzahl der Zähne definiert. Bei Kegelrädern wird der Modul aus Fertigungsgründen üblicherweise am Zahnradende angegeben. Größere Modulzahlen entsprechen größeren, gröberen Zähnen, während Zahnräder mit feinerer Teilung kleinere Module haben.
Kegelräder messen Schritt für Schritt
Schritt 1: Besorgen Sie sich die erforderlichen Werkzeuge und Geräte
Um Kegelräder genau zu messen, benötigen Sie folgende Werkzeuge:
- Messschieber oder Mikrometer zum Messen von Zahndicke, -tiefe und Teilkreisdurchmesser
- Winkelmesser zum Messen von Steigungs- und Fußwinkeln
- Zahnrad-Messschieber zum Messen der Zahndicke in einer bestimmten Tiefe
- Messplatte und Höhenmessgerät zur Überprüfung des Zahnradrundlaufs und des Montageabstands
Schritt 2: Teilkreisdurchmesser messen
So messen Sie den Teilkreisdurchmesser:
- Legen Sie das Kegelrad mit der Rückseite nach unten auf eine Richtplatte.
- Positionieren Sie das Höhenmessgerät senkrecht zur Messplatte und richten Sie seine Messspitze auf die Teilungslinie einer Zahnflanke aus.
- Stellen Sie den Höhenmesser in dieser Position auf Null.
- Drehen Sie das Zahnrad um 180 Grad und messen Sie die Höhe an der entsprechenden Teilungslinie auf der gegenüberliegenden Zahnflanke.
- Der Teilkreisdurchmesser ergibt sich aus der Addition der beiden Höhenmaße.
Wiederholen Sie diesen Vorgang an mehreren Zähnen rund um das Zahnrad, um die Konsistenz sicherzustellen und auf mögliche Rundlaufprobleme zu prüfen.
Schritt 3: Zahndicke messen
So messen Sie die Zahndicke:
- Verwenden Sie einen Zahnradmessschieber, der an der Teilungslinie positioniert ist.
- Messen Sie die Dicke eines Zahns an der Teilungslinie und achten Sie dabei darauf, das Zahnprofil nicht zu beschädigen.
- Wiederholen Sie diese Messung an mehreren Zähnen rund um das Zahnrad und achten Sie auf etwaige Abweichungen.
Alternativ kann ein handelsüblicher Messschieber oder ein Mikrometer verwendet werden, um die Sehnendicke an der Zahnbasis zu messen.
Schritt 4: Druck- und Wurzelwinkel messen
So messen Sie diese Winkel:
- Setzen Sie den Kegelwinkelmesser auf den Teilkegel des Zahnrads und richten Sie seine Kante an einer Zahnflanke aus.
- Lesen Sie den Eingriffswinkel direkt von der Winkelskala am Berührungspunkt mit dem Zahnprofil ab.
- Positionieren Sie den Winkelmesser neu, sodass er mit der Wurzellinie des Zahns übereinstimmt, um den Wurzelwinkel zu messen.
Überprüfen Sie, ob die gemessenen Winkel den angegebenen Zahnradkonstruktionsparametern entsprechen.
Schritt 5: Zahnradrundlauf prüfen
Unter Rundlauf versteht man die Abweichung der Zahnradgeometrie bei Drehung um die eigene Achse. So prüfen Sie den Rundlauf:
- Montieren Sie das Kegelrad auf einem Dorn oder einer Welle, die durch V-Blöcke auf einer Richtplatte gestützt wird.
- Positionieren Sie eine Messuhr so, dass ihre Sonde die Rückseite des Zahnrads in der Nähe des Außendurchmessers berührt.
- Drehen Sie das Zahnrad langsam und notieren Sie sich den Gesamtanzeigewert (TIR) auf dem Zifferblatt.
- Vergleichen Sie den gemessenen TIR mit der angegebenen Toleranz für den Rundlauf.
Wiederholen Sie diesen Vorgang an der Vorderseite des Zahnrads und am Teilkreisdurchmesser, um den Rundlauf des Zahnrads vollständig zu beurteilen.
Schritt 6: Montageabstand überprüfen
Der Einbauabstand ist die axiale Position des Kegelrads im Verhältnis zum Gegenrad. So überprüfen Sie den Einbauabstand:
- Legen Sie das Kegelrad mit der Vorderseite nach unten auf eine Richtplatte.
- Verwenden Sie eine Höhenlehre, um den Abstand von der Oberflächenplatte zur Rückseite des Zahnrads im angegebenen Montageabstandsradius zu messen.
- Vergleichen Sie dieses Maß mit dem vorgesehenen Montageabstand des Getriebes.
Spezifische Überlegungen zu verschiedenen Kegelradtypen
A. Gerade Kegelräder
Geradkegelräder haben gerade und konische Zähne. Beim Messen gerade Kegelräder, achten Sie besonders auf die folgenden Parameter:
- Teilkreisdurchmesser: Messen Sie den Teilkreisdurchmesser am hinteren Kegelabstand. Hier greift das Zahnrad in das zugehörige Ritzel ein. Für genaue Messungen verwenden Sie einen Messschieber oder ein Mikrometer.
- Zahndicke: Prüfen Sie die Zahndicke im Normalschnitt. Diese wird am Teilkreis gemessen. Ein Zahnrad-Nonius ist hierfür das bevorzugte Werkzeug.
- Abstand des hinteren Kegels: Dies ist der Abstand vom Kegelmittelpunkt zur Rückseite des Zahnrads. Dieser kritische Abstand beeinflusst die Ausrichtung des Zahnrads. Messen Sie ihn mit einem Tiefenmikrometer oder einem Koordinatenmessgerät (KMG).
- Stirnwinkel: Der Winkel, den der Teilkegel mit der Rückseite des Zahnrads bildet, ist der Stirnwinkel. Dieser kann mit einem Winkelmesser oder einem Koordinatenmessgerät gemessen werden. Stellen Sie sicher, dass er dem angegebenen Konstruktionswinkel entspricht.
B. Spiralkegelräder
Spiralkegelräder haben gekrümmte Zähne, die diagonal über die Kegeloberfläche verlaufen. Wichtige Abmessungen bei Spiralkegelrädern sind:
- Mittlerer Spiralwinkel: Dies ist der Winkel zwischen der Flankenlinie und einem Teil des Teilkegels, der durch die Mitte der Flankenlinie verläuft. Gemessen wird er am mittleren Kegelabstand. Für zuverlässige Messungen verwenden Sie eine Prüfmaschine für Spiralkegelräder mit einem Teilapparat.
- Eingriffswinkel: Der Eingriffswinkel in einer Spiralkegelrad wird am Mittelpunkt gemessen. Er ist definiert als der Winkel zwischen einer Normalen zur Zahnoberfläche und einer Tangente an die Teilfläche. Zur genauen Bestimmung des Eingriffswinkels sind spezielle Werkzeuge an einer Zahnradmessmaschine erforderlich.
- Teilungsscheitel zu Krone: Dies ist der Abstand in der axialen Ebene zwischen Teilungsscheitel und Kronenrad. Das Kronenrad ist das größere der beiden Spiralkegelräder. Eine direkte Messung kann mit einem Tiefenmikrometer erfolgen.
C. Hypoid- und Zerol-Kegelräder
Hypoid- und Zerolkegelräder sind spezielle Arten von Spiralkegelrädern. Hypoidräder weisen einen Versatz zwischen den Achsen von Ritzel und Rad auf, während Zerolkegelräder keinen Versatz aufweisen. Achten Sie bei der Messung dieser Zahnradtypen auf:
- Teilungsspitze bis Krone: Ähnlich wie bei Spiralkegelrädern ist dieses Maß für die ordnungsgemäße Montage und Funktion entscheidend. Verwenden Sie eine Tiefenlehre, um den Abstand vom Fersenende des Zahns bis zur Teilungsspitze zu messen.
- Versatz: Bei Hypoidgetrieben ist die Ritzelachse nach oben oder unten versetzt zur Radachse. Dieser Versatz beeinflusst den Zahnkontakt und muss sorgfältig kontrolliert werden. Er kann mit einer Hypoidgetriebe-Prüfmaschine gemessen werden, die die Betriebspositionen von Rad und Ritzel simuliert.
- Spiralwinkel: Sowohl Hypoid- als auch Zerol-Zahnräder haben spiralförmig gekrümmte Zähne. Der Spiralwinkel wird bei diesen Zahnradtypen am Mittelpunkt definiert. Wie bei Spiralkegelrädern wird zur Messung dieses Parameters ein Spiralkegelradprüfgerät mit Teilkopf verwendet.
