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Die in den letzten Jahren zunehmend starker gewordene Konkurrenz
tatigkeit wie auch die auftretende Sattigung in verschiedenen Markt
bereichen der Industrie veranlassen die Unternehmen dazu, von einer
. seither verfolgten Produktionsorientierung zu einer
Marktorientierung uberzugehen. Die Notwendigkeit des "M arketing,"
das schon seit lan gem in der Konsum- und Gebrauchsguterindustrie
betrieben wird, hat auch in der Investitionsguterindustrie einen
Wandel in der Inf- m ationsbeschaffung bewirkt; d. h. dass der
Hersteller bei Planungen neuer Produkte uber das Marktgeschehen in
Form von Marktanalysen und Marktprognosen informiert sein muss, um
Marktlucken und noch ungesattigte Bedarfe erkennen zu konnen. Die
unterschiedlichen Umsatz- und Gewinnentwicklungen verschiedener
Unternehmen des Maschinenbaues zeigen, dass es vielen Unternehmen
bisher noch nicht gelungen ist, rechtzeitig ihr Produktionsprogramm
den veranderten Marktsituationen anzupassen 1] Mehrere zum Teil
parallel verlaufende Tendenzen machen es heute auch in der
Investitionsguterindustrie erforderlich, neue Produkte systematisch
zu planen und zu entwickeln. Es sind hauptsachlich 2J - die
zunehmende Dynamik der wirtschaftlichen und techno logischen
Faktoren, - der Wandel von der Einzel- zur Serienproduktion, durch
den ein kundenabhangiger Auftrag an die Entwicklung und
Konstruktion entfallt sowie - die sehr stark gestiegenen
Entwicklungskosten. - 2 - Insbesondere fur die Situation der
Unternehmen in der Investitions guterindustrie sind diese drei
Tendenzen heute kennzeichnend."
Kegelradstufen werden im Leistungsgetriebebau dann einge- setzt,
wenn es darauf ankommt, Drehbewegungen und Drehmo- mente zwischen
zwei sich kreuzenden Wellen bei moglichst geringen
Leistungsverlusten zu Ubertragen. Unter den Gesichtspunkten der
Wirtschaftlichkeit haben die- se Getriebe die Forderung nach einer
maximalen Leistungs- Ubertragung bei groBtmoglicher
Betriebssicherheit und ge- ringst moglichem Bauvolumen zu erfUllen.
Neben der funktionsgerechten und fertigungstechnisch gUnsti- gen
Gestaltung ist die betriebssichere Dimensionierung der Getriebe
daher die wichtigste Aufgabe 'im Konstruktionsbe- reich. In der
Praxis liegen dem Konstrukteur beim Entwurf eines Getriebes zwar h
ufig Erfahrungen von verwandten Problemlosungen vor" genaue
Informationen Uber die spezi- fischen Eigenschaften der
Neukonstruktion erhlHt er jedoch erst durch die versuchstechnische
Erprobung oder durch - ne bis ins Detail gehende Berechnung. Die
experimentelle Analyse mehrerer Getriebevarianten im Hinblick auf
die beste Losung ist zeitraubend und teuer, so daB sie im all-
gemeinen nur bei sehr groBen Serien angewandt werden kann.
DemgegenUber bietet die Berechnung die Moglichkeit, bestimm- te
Eigenschaften des Getriebes, die fUr seine Leistungsf hig- keit von
entscheidender Bedeutung sind, ohne allzu groBen Kostenaufwand zu
bestimmen. Erfolg oder MiBerfolg einer solchen Vorgehensweise h ngt
allerdings in starkem MaBe da- von ab, wie genau die teilweise
komplizierten Zusammenh nge durch die angewandten
Berechnungsverfahren getroffen werden. Die Entwicklung und
Verbesserung der einschl gigen Berech- nungsverfahren ist daher ein
zentrales Anliegen zur Erhohung der Wirtschaftlichkeit von
Zahnradgetrieben.
In der Praxis werden Zahnrader mit einem Durchmesser von mehr als
600 mm haufig als Bandagenrader ausgefilhrt. Dabei wird ein
Radkranz, der die Verzahnung tragt, auf einen Radkorper aufge-
schrumpft. Dieses Verfahren wird in erster Linie aus wirtschaft-
lichen Grunden angewandt, weil der hochbeanspruchte Radkranz aus
teurem Werkstoff, der Radkorper dagegen aus unlegiertem Material
hergestellt werden kann. Eine solche reibschlii.ssige Ver- bindung
nennt man allgemein Querpre passung. Je nach Art ihrer Entstehung
unterscheidet man dabei zwischen einer Dehnpassung, wenn das
Innenteil vor dem Fugen unterkuhlt und einer Schrumpf- passung,
wenn das Au enteil erwarmt wird. 2. BETRIEBSSICHERHEIT VON
ZAHNRADBANDAGEN 2. 1 Berechnungsgrundlagen Ein bandagiertes Zahnrad
unterscheidet sich von einem massiven Zahnrad gleicher Abmessungen
u. a. dadurch, da in der Bandage aufgrund der Schrumpfdehnung eine
hohe Tangentialspannung vor- liegt und die Bandage sich auf dem
Radkorper bewegen kann, wenn die Umfangskraft den zulassigen Wert
ubersteigt. Die Auslegung einer Bandage war bisher noch mit
zahlreichen Un- sicherheiten behaftet, da wesentliche Einflu
faktoren und Zusam- menhange nicht genugend untersucht waren. Aus
diesem Grund wurde mit sehr verschiedenen Sicherheitsfaktoren
gerechnet, die nicht selten 20]40fache Sicherheit vortauschten.
Grundlage der durchgefiihrten Berechnungen sind z. T. auch heute
noch die For- - - meln von C. Bach [1] - Mit ihnen kann der
Zusammenhang zwischen FtigefHichenpressung, Uberma13 und den
Spannungen in den durch Schrumpfung verbundenen Teilen angegeben
werden, wenn die Bau- teile glattwandig und zylindrisch und alle
Verformungen rein elastisch sind.
Die technischen Voraussetzungen zur Rationalisierung der
industriellen Produktion in Unternehmen der Einzel-und
Kleinserienfertigung wur- den durch die Entwicklung von
automatisierten Fertigungsmitteln so- wie der elektronischen
Datenverarbeitungsanlagen (EDVA) geschaffen [1,2,3]. Die
Automatisierurig der Fertigung fiihrte vor aHem durch den Einsatz
numerisch gesteuerter Maschinen in diesen Unternehmen zu einer Ra-
tionalisierungsliicke in den der Fertigung vorgelagerten
Produktions- bereichen Konstruktion und Arbeitsvorbereitung [4 J.
Diese beiden Bereiche wurden durch die mit der Automatisierung der
Fertigung verbundene Zunahme von Planungsaufgaben und durch Fakto-
ren, die von auJ3en auf das Unternehmen einwirken, zunehmend zum
EngpaJ3 der Auftragsabwicklung. [5,6]. Eine Entlastung dieser
Unternehmensbereiche wird allgemein durch die Anwendung von
Methoden, die mit EDV A verarbeitet werden konnen, erwartet[7J. Als
Kriterium fUr die EffektiviHit derartiger Methoden in einem
Unternehmen muJ3 vor allern die erzielbare Wirtschaftlichkeit
zugrunde gelegt werden. Zur Abschatzung der Wirtschaftlichkeit von
RationalisierungsmaJ3nah- men sollen zunachst die in den
Unternehmen anfallenden Kosten ana- lysiert werden. Bild 1 zeigt
die durch Untersuchungen in mehreren Industrieunternehmen
ermittelten prozentualen Anteile der Selbstko- sten[8,9J.
Beim Schaben von Verzahnungen. bei denen der Uberdeckungsgrad der
Paarung Schabrad-Werkrad kleiner als 2 ist. treten folgende Proble-
me auf: 1) Das Standzeitverhalten der Schabrader ist in der
GroBserie oft unbefriedigend; 2) die geforderte Verzahnungsqualitat
kann haufig nicht erreicht werden. weil der Flankenformfehler die
Toleranzgrenze uber- schreitet. 1m Rahmen des vorliegenden
Forschungsprogrammes wurde die Aus- legung von Schabradern
eingehend untersucht. Aus einer uberschla- gigen Berechnung der
AnpreBkraft, mit der der Schabradzahn in den Werkradzahn zur
Spanabnahme hineingepreBt wird, folgt, daB dann be- sonders
gtinstige Bedingungen vorliegen, wenn in jeder Walzstellung gleich
viele Rechts- und Linksflanken im Eingriff sind. Durch die Be-
rechnung der Folge der Flankenbertihrungen fUr eine Periode kann
aus den geometrischen Daten von Schabrad und Werkrad ermittelt
werden, bei welcher Kombination von Profilverschiebung und
SchabradauBen- durchmesser dies der Fall ist. Auf Grund dieser
Erkenntnisse wurde eine andere Profilverschiebung als bisher
vorgeschlagen. In Stand- zeitversuchen konnte nachgewiesen werden,
daB dadurch der Nutzungs- bereich des Schabrades erweitert wird.
Die Standzeitversuche zeigten daruber hinaus, daB der
Flankenformfehler die wichtigste Beurteilungs- groBe der Verzahnung
nach dem Schaben darstellt und daB die GroBe der Fehler wahrend der
Standzeit nicht von vorneherein vorauszusehen ist. Die Standmenge
ist sehr stark von der Auslegung des Schabrades abhiingig. Urn ein
Schabrad schnell und sicher auszulegen, wurde ein Digitalrech-
nerprogramm [5 J erstellt. das den Profilverschiebungsfaktor und
den AuBendurchmesser angibt.
In der industriellen Fertigung besteht eine stiindige Forderung
nach er- h6hter Wirtschaftlichkeit Q.er eingesetzten
Fertigungsverfahren. Im Be- reich der spanenden Fertigung fiihrte
dies zu einer fortlaufenden Verbes- serung der verwendeten
Werkzeugmaschinen und Schneidstoffe. Dabei ist eine deutliche
Wechselwirkung zu beobachten: verbesserte Schneidstoffe verlangten
leistungsfiihigere Werkzeugmaschinen, verbesserte Werk-
zeugmaschinen erlaubten wiederum die Anwendung leistungsfiihigerer
Schneidstoffe. In den vergangenen Jahren wurden auf dem M
aschinensektor bedeutende Fortschritte erzielt. Es stehen heute
Wiilzstoamaschinen zur Verfiigung, die Hubzahlen bis zu 2500/min
aufweisen. Auf Grund der hohen Steifig- keit erlauben sie auch den
Einsatz von Hartmetall. Gleichzeitig erm6g- lichen diese M as
chinen eine gezielte Schnittaufteilung, wobei die M ehr-
schnittbearbeitung und das Wiilzstoaen mit Differential zu nennen
sind [1,3] . Von der Werkzeugseite her stehen hochleistungsfahige
Schnellarbeitsstiih- le und Hartmetalle zur Verfiigung, die
erh6hten Bearbeitungsbedingungen gerecht werden. Die
Zerspankinematik iibt einen erheblichen, jedoch schwer erfaabaren
Einflua auf die Schneidenbelastung aus. Daher kommt solchen
Untersu- chungen besondere Bedeutung zu, die die Zerspankinematik
beim Wiilz- stoaen und deren Auswirkungen auf den Zerspanprozea
erfassen. Ziel dieses Berichts ist daher zum einen die analytische
Beschreibung der Zerspankinematik und zum anderen die Erfassung der
wichhgsten geometrischen und kinematischen Einfluagr6aen auf das
Verschleiaver- halten von HSS- und HM-Schneidriidern. - 3 - 2.
ANALYSE DER ZERSPANKINEMAT1K BElM WALZSTOSSEN Zum besseren
Verstandnis der im folgenden verwendeten Begriffe sind in Bild 1
die Bezeichnungen an der Paarung Stoarad - Werkrad erklart.
Die Entwicklung der Wirtschaft ist in den letzten Jahren dadurch
gekenn zeichnet, daJ3 einerseits sHindig neue Produkte mit immer
kurzer werden der Lebensdauer produziert werden mussen,
andererseits sich jedoch die Einsatzdauer der Verfahren mit
zunehmender Geschwindigkeit andern. Hieraus ergeben sich fUr die
Unternehmen Probleme bezuglich der Ko sten- und Terminsituation,
die sich dadurch noch verstarken, daJ3 neben einer gr6J3eren
Dynamik des wirtschaftlichen Geschehens auch eine stei gende
Komplexitat der wirksamen EinfluJ3faktoren erkennbar wird. Die sich
standig und zunehmend schneller verandernde Marktsituation zwingt
die Unternehmen zur Aussch6pfung aller Rationalisierungsreser Yen,
die sich sowohl auf den ProduktionsprozeJ3 als auch auf das Produk
tionsprogramm beziehen. Wahrend zur Planung und Steuerung des
Produktionsprozesses bereits in groJ3em MaJ3e auf der Anwendung
moderner Datenverarbeitungsanlagen basierende Planungssysteme
eingesetzt werden, fehlen diese weitgehend bei der
Produktionsprogrammplanung. Die Ursachen hierfUr lassen sich wie
folgt charakterisieren: Die Daten des Marktes sind standigen und
zunehmend schnelleren Veranderungen unterworfen. Fur die Planung
steht nur ein geringer Teil der relevanten Informationen zur
VerfUgung, die zudem rasch ihre Aktuali tat verlieren. AIle auf die
Zukunft bezogenen Informationen sind mit mehr oder weniger groJ3en
Unsicherheiten behaftet. Erfassung und Verarbeitung der Daten sind
bezilglich der verfUgbaren Zeit und m6glichem Aufwand eng zu
begrenzen."
Ein in jedem Unternehmen nur zu gut bekanntes Problem ist die Nicht
einhaltung geplanter Termine. Stellt man sich die gronen
Datenmengen und die Vielzahl der auf den Betriebsablauf
einwirkenden St6reinfliisse vor, so ist es erstaunlich, dal3 die
Mehrzahl der Auftrage noch einiger manen termingetreu abgewickelt
wird. Allerdings bedarf es dazu des stan digen gronen Einsatzes
qualifizierter Terminverfolger, der Meister und nicht selten sogar
der Betriebsleiter. Der Aufbau und die Einfiihrung einer
systematischen Terminplanung und -steuerung stellen deshalb in
vielen Unternehmen besonders auch des Maschinenbaus eine der
dringlichsten Rationalisierungsaufgaben dar. Vor allem in
Unternehmen der Einzel- und Kleinserienfertigung hat sich die
Terminplanung aufgrund des komplexen und schwer iiberschaubaren Be
triebsgeschehens von jeher besonders schwierig gestaltet. Diese
Situa tion wird dadurch, dan aus Konkurrenzgriinden immer kiirzere
Liefer fristen und damit auch kiirzere Durchlaufzeiten einzuhalten
sind, noch zunehmend ungiinstiger. Durch neue Planungsmethoden, wie
sie z. B. die Netzplantechnik dar stellt, und durch den Einsatz
elektronischer Datenverarbeitungsanlagen wurden in letzter Zeit
jedoch die Voraussetzungen geschaffen, die Auf tragsabwicklung
iibersichtlicher zu gestalten und kurzfristig gezielte Mal3nahmen
zu ergreifen. Schon heute ist deshalb in vielen Unternehmen die
Terminplanung und -iiberwachung ohne EDV-Anlagen nicht mehr denk
bar. Gerade in diesen Betrieben hat sich aber immer deutlicher
gezeigt, dan eine Planung 0 h n e Kapazitatsabgleich zu
Einlastungsvorschlagen fiihrt, die haufig infolge der nicht
beriicksichtigten Kapazitatsgrenzen nicht realisierbar sind."
In der spanenden Fertigung haben sich bei groP., en Serien
WerkstiickmeBsteuerungen als Mittel zur Automation bewiihrt. Sie
ermoglichen die Erfassung und Ausregelung des bei del.' Bearbeitung
unvermeidbar auftretenden Summenfehlers durch direkte Erfassung dos
tatsachlichen WerkstiickmaBes. Hierdurch kann iiber lange Zeit eine
gleichJ!\aP., ig hohe Fertigungsgenauig- keit eingehalten werden.
Zusatzlich ergibt sich eine starke Verkiirzung del' Ncbenzeiten,
die der durch eine numerische Steuerung des Arbeilsprozesses
erziclbaren Verkiirzung ver- gleichbar ist. Fiir die Kleinserion-
und Einzelfertigung konnen hlcBsteuerungen iihnliche Vorteile
bringen, da in diesem Fertigungsbereich die MeP., zeiten einen
bedeutenden Teil der Nebenzeiten ausmachen. Ihr Einsat7. scheiterte
jedoch bisher an zwei Problemen, die sich aus del- kleinen
LosgroP., e ei-geben. Da das Werkstiick im Grenz- fall der
Einzelfertigung nul' einmal auf einer Maschine bear- beitet wird,
rouP., zum einen die Messung am Werkstiick wahrend der Bearbeitung
erfolgen. Zum anderen ergibt sich aus dem groP., en
Werkstuckspektrum die Forderung nach einem MeBverlahren, das dem
jeweiligen SollmaP., flexibel angepaBt werden kann, also nach
absolu tel' IIlessllng in einem groP., en Bereich. Dabei muP.,
jedoch eine MeP., genauigkeit erzielt werden, die der mit relativ
arboitenden Verfahren bei der GroBserienfertigung erreichbaren
Genauigkeit entspricht. Wiihrend fUl' MeP., steucrungen, die das
IstmaB durch cine einmalige Messung ch der Bcarbeitung erfassen,
auch beriihrende Antast- verfahren eingesetzt werden konnen, liiP.,
t sich eine konstante Genauigkeit bei einer Messung wah rend der
Bearbeitung nul' mit beriihrungslosen Gebern erzielen, da diese
sich standig im Eingriff befinden mussen.
Die unterschiedlichen Aufgaben der Werkzeuge fUr die spanende
Metallbearbeitung bestimmen deren Werkstoff, die auBere Form sowie
die erforderliche Genauigkeit. Zur Herstellung von Werk- stUcken
einfacher geometrischer Gestalt genUgen in der Regel Werkzeuge,
deren Geometrie allein von VerschleiBkriterien be- stimmt wird; die
Genauigkeit des WerkstUcks hangt dann vor al- lem von der
Genauigkeit der Relativbewegung zwischen Werkzeug- schneide und
WerkstUck abo Formfehler des WerkstUckes werden insbesondere durch
Positions- fehler von Werkzeug und WerkstUck hervorgerufen. Diese
entste- hen durch Verformungen von Werkzeugmaschine, Werkzeug und
Werk- stUck unter statischen und dynamischen Kraften sowie durch
ther- mische EinflUsse. Bei der Herstellung von WerkstUcken
komplizierterer Geometrie konnen weitere Fehler dadurch entstehen,
daB die Form der Werk- zeugschneide von ihrer Sollform abweicht.
Dies trifft insbeson- dere fUr Verzahnwerkzeuge zu. Die Gestalt und
Genauigkeit des Walzfrasers wird durch die rela- tiv komplizierte
Geometrie der Zahnrader, die hohen Anforderun- gen an deren
Genauigkeit sowie das Prinzip des Walzfrasverfah- rens bestimmt.
Walzfrasen ist ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren, bei dem
Walzfraser und Werkrad wie Schnecke und Schneckenrad miteinan- der
abwalzen; aIle ZahnlUcken werden dabei in etwa gleichzeitig
fertiggestellt. In Abb. 1 ist ein \valzfraser und ein \verkrad
wahrend des Verzah- nens skizziert. Die Drehrichtungen beider
Elemente sowie die Vorschubrichtung des Walzfrasers wurden durch
pfeile angedeutet. Es ist zu erkennen, daB die Werkradzahne auf der
Radunterseite bereits fertig ausgebildet sind. In Radmitte werden
die Zahne bearbeitet, wah rend oben noch der volle Radkorper zu
sehen ist. An einem Werkradzahn sind die verfahrensbedingten
Vorschub- und HUIIschniottmarkierungen dargestell t.
Der technische Fortschritt bedingt eine standig zunehmende
Automatisierung der Fertigungsablaufe. Besonders im Bereich der
mechanischen Fertigung ist dies mit steigenden Genauig
keitsanforderungen an die Produkte verbunden, was nur durch
eindeutige Messungen sichergestellt werden kann. Wahrend bis her,
bei herkornrnlichen Maschinen, diese Messungen an jedem einzelnen
Produkt nach Fertigstellung des Teiles oder nach verschiedenen
Zwischenstufen im Fertigungsablauf vorgenornrnen werden muBten, ist
mit dem Einsatz von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen eine
deutliche Verlagerung von der Messung am Produkt auf die Messung
der herstellenden Maschine zu er kennen. Durch diese Messung und
Prlifung der Maschine laBt sich bei geeigneter Auslegung derselben
eine Voraussage liber die geometrische MaBgenauigkeit des Produktes
erzielen. Dazu sind zwar umfassendere Prlifmethoden erforderlich,
jedoch kann dann die Einzelmessung entfallen. Die wesentlichen
Anteile der geometrischen Genauigkeit eines Produktes sind bei der
mechanischen Fertigung gegeben durch den jeweiligen Ort und den
kinematischen Bewegungsablauf des Bearbeitungswerkzeuges bzw. des
Werkstlickes in einem gemein samen Bezugssystem. Bei numerisch
gesteuerten Maschinen ist der Ort bzw. die Lage festgelegt durch
ein WegmeBsystem flir lineare MaBe und ein WinkelmeBsystem flir
WinkelmaBe, die stan dig eine Lagerlickmeldung an die Steuerung
vornehmen. Bei NC Maschinen ist ebenso wie bei herkornrnlichen
Werkzeugmaschinen die kinematische Bewegung durch mechanische
Flihrungselemente festgelegt. Fehler der LagemeBsysteme sowie
Fehler der Flihrungselemente, seien es geometrische Eigenfehler
oder durch auBere Kraftein wirkungen bedingte Fehler, werden nun
auf das zu fertigende Produkt direkt libertragen, wobei durch
letztere Fehler zusatz liche Anteile durch eine Verlagerung und
Drehung in allen Frei heitsgraden hervorgerufen werden konnen."
Mit dem Auftreten von Schwingungen an spanenden Werkzeugmaschinen
wird insbesondere die erreichbare Zerspanleistung und die
WerksttlckqualiUit erheblich beeintrlichtigt. Das wirft vor aHem
fUr den Einsatz von Maschinen in der Produktion erhebliche
betriebsorganisatorische Probleme auf. 1m Rahmen der stlindig
steigenden Anforderungen an die Leistungsflihigkeit und Genauigkeit
der Werkzeugmaschinen ist es daher erforderlico, das dynami- sche
Verhalten der Maschinen zu verbessern. Die Anregung der
Schwingungen hat entweder ihren Ursprung in der Fremd- erregung
oder in der Selbsterregung, dem sog. regenerativen Rattern, wo- bei
aIle Elemente der Maschine mehr oder weniger zu Schwingungen ange-
regt werden. Bei der Fremderregung handelt es sich um erzwungene
Schwin- gungen, wlihrend bei der Selbsterregung im allgemeinen ein
Bauteil der Maschine zu Schwingungen mit seiner Eigenfrequenz
angeregt wird. Die Beseitigung der Schwingungsanregung bereitet
stets gro13e Schwierig- keiten. Die Anregung durch fremderregte
Schwingungen von au13en lli13t sich teilweise durch die sog. Aktiv-
und Passiv-lsolierung beheben. Handelt es sich dagegen um
Schwingungen, die ihren Ursprung z. B. in Unwuchten, Lagerfehlern,
Zahneingriffen oder wechselnden Schnittkrliften haben, ist eine
Ausschaltung der ErregerqueHe nur z. T. durch Auswechseln der Ele-
mente durchfUhrbar. Auch auf eine nachtrligliche Versteifung des
Systems, die bei entsprechender Auslegung eine Verbesserung des
dynamischen Ver- haltens bewirkt, mu13 in den meisten Flillen wegen
des hohen konstruktiven und finanziellen Aufwandes verzichtet
werden.
Die Einfuhrung numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen
(NC-Maschinen) verlagerte einen grog en Anteil von Aufgaben der
Fertigung in die Arbeitsvorbereitung. Da NC- Maschinen eine
erheblich genauere Planung erfordern als konventionelle Werkzeugma-
schinen, stellte sich verstarkt die Aufgabe, Rationalisierungs- und
Automatisierungs- magnahmen in der Arbeitsvorbereitung vorzunehmen.
Die erforderliche Genauigkeit der zu erstellenden
NC-Steuerungsinformationen und die damit verbundene Routinearbeit
haben zum Einsatz von elektronischen Datenverarbeitungsanlagen bei
der NC-Pro- grammierung gefuhrt. In den letzten Jahren wurden in
den USA und in Europa zahlreiche Programmiersysteme zur
rechnergestutzten Erstellung der Informationstrager fur NC-
Maschinen entwickelt. Die Leistungsfahigkeit der Programmiersysteme
ist sehr verschie- den, wegen der immer grogeren Personalknappheit
zeigt sich jedoch deutlich der Trend zu einem stan dig wachsenden
Automatisierungsgrad. Daher weden von der Industrie immer
leistungsfahigere Programmiersysteme verlangt. Da der
Verarbeitungsaufwand und der Programmumfang mit der
Leistungsfahigkeit des Programmiersystems steigt, werden dazu immer
grogere elektronische Datenverarbeitungsanlagen (EDV A) benotigt.
Andererseits ist die Wirtschaftlichkeit des eingesetzten
Programmiersystems von einer rich- tigen und fehlerfreien
Verarbeitung der Eingabeinformationen urn so mehr abhangig, je mehr
Aufgaben dem Rechner ubertragen werden. Mit dem zunehmenden Einsatz
von EDV A zur Automatisierung der Arbeitsvorbereitung ergeben sich
im wesentlichen also zwei Aufgaben: 1. Vereinfachung des Zugangs
zur EDV A, 2. Sicherheit und Richtigkeit der Ein-und Ausgabedaten.
Im Rahmen dieses Projektes wurden die Moglichkeiten der
Datenfern-und Echtzeitver- arbeitung auf ihre Brauchbarkeit fur die
Automatisierung der Arbeitsvorbereitung unter- sucht, und ein
Losungsweg an Hand von Programmsystemen gezeigt, die im Rahmen des
Forschungsvorhabens entwickelt worden sind. 2.
Mi t der Entwi.: klung automa tisierter Fertigungsanlagen - auch
fur die st ndig wechselnden Aufgaben der Einzel- und Klein-
serienfertigung - und der Einfuhrung elektronischer Datenver-
arbeitungsanlagen wurden die technischen Voraussetzungen ge-
schaffen, die industrielle Produktion rationell zu gestalten [1, 2,
31 . Fur die Fertigung steht heute ein differenziertes Angebot lei-
stungsf higer Produktionsanlagen und -mittel zur Verfugung, so daB
den verschiedensten Fertigungsaufgaben die jeweils technisch und
wirtschaftlich gijnstigsten Leistungsorgane zu- geordnet werden
konnen. Die wirtschaftliche Nutzung der damit gegebenen technischen
Moglichkeiten ist in besonderem MaSe yom Leistungsniveau der
Planung und Vorbereitung in den der Fertigung vorgelagerten
Bereichen - speziell der Arbeitsvorbereitung - abh ngig [4] - Hier
sind die spezifischen Forderungen des Marktes in Verbin- dung mit
den Zielen und Pl nen des Unternehmens in konkrete
Durchfuhrungsanweisungen fur die Fertigung umzusetzen. Diese
Aufgabe wird mit den Ver nderungen durch den technischen
Fortschritt und die langfristige Marktentwicklung immer schwie-
riger und gleichzeitig immer wichtiger (Bnd 1). Dadurch sind die
Produktionsbereiche Konstruktion und Arbeits- vorbereitung
insbesondere in der Einzel- und Kleinserienferti- gung in den
letzten Jahren zunehmend zum EngpaB im Produktions- prozeB
geworden.
Bisherige Untersuchungen an Zahnradgetrieben hinsichtlich Ge-
rauschverbesserungen haben sich hauptsachlich auf die primaren
EinfluBfaktoren beschrankt. So wurde untersucht, welchen EinfluB
Verzahnungsgeometrie, Getriebebelastung und Getriebedrehzahl ei-
nerseits, Fertigungs- und Montagegenauigkeit andererseits auf die
Gerauschabstrahlung haben. Als Ergebnis dieser Untersuchungen
konnte festgehalten werden, daB einer fertigungstechnisch
sinnvollen und wirtschaftlich ver- tretbaren EinfluBnahme auf das
Getriebegerausch Grenzen gesetzt sind. SolI eine weitere
Gerauschreduzierung durchgefuhrt werden, so mussen andere, namlich
sekundare EinfluBmoglichkeiten bei Zahnradgetrieben in Anwendung
gebracht werden. Hier bieten sich zusatzlich Damm- und
DampfungsmaBnahmen an. Da sich besonders bei schnellaufenden
Zahnradgetrieben gezeigt hat, daB Torsionseigenschwingungen des
Zahnradgetriebesystems starke dynamische Krafte verursachen, die im
Resonanzgebiet zu starken GerauschpegelUberhohungen fuhren (siehe
AbschluBbericht I/2-03-l3/3888 vom 14.3.70), solI im folgenden
Bericht gezeigt werden, wie diese Torsionseigenschwingungen mit
Hilfe geeigne- ter Schwingungsdampfer oder -tilger auf ein Minimum
reduziert werden konnen. Neben diesen Moglichkeiten der
Gerauschbeeinflussung durch Re- duzierung der Erregerkrafte im
Zahneingriff kann das abgestrahl- te Getriebegerausch auBerdem
dadurch verringert werden, daB die in der Verzahnung entstandenen
Schwingungen durch geeignete Ma- terialien stark gedampft werden,
bevor sie als Luftschall sto- rend zur Geltung kommen. Hier
erscheinen Kunststoffgehause auf- grund ihres guten
Eigendampfungsverhaltens und ihrer mittlerwei- le stark
verbesserten mechanischen Werkstoffeigenschaften ein
vielversprechendes Mittel zur Gerauschminderung im Zahnradge-
triebebau darzustellen.
Die BemUhungen, die Herstellkosten von Maschinen zu senken, fUhren
im Zahnradgetriebebau zu immer geringeren Leistungsge- wichten. So
wurde z. B. das Leistungsgewicht fUr Seriengetriebe bestimmter
Leistung in der Zeit von 1930 bis 1965 um ca. 70%, bezogen auf den
ursprUnglichen Wert, gesenkt (1). Diese Entwicklung war nur durch
den Einsatz neuer Zahnradwerk- stoffe und Warmebehandlungsverfahren
sowie durch systematische Untersuchungen der Gr6Ben m6glich, die
die Tragfahigkeit eines Getriebes beeinflussen. Derartige
Untersuchungen sind fUr Stirn- radgetriebe sehr weit
fortgeschritten, so daB eine hohen Anfor- derungen genUgende
Auslegung heute weitgehend gesichert ist. Stirnradgetriebe, die
nach neuesten Gesichtspunkten ausgelegt sind, konnen deshalb hoch
beansprucht werden, ohne daB die Ge- fahr eines Getriebeschadens
besteht. Bei Kegelradgetrieben ist die Situation nicht so gUnstig.
Nach den bisher Ublichen Berechnungsverfahren - beispielsweise nach
DIN 3990 oder nach Niemann (20) - wird die Geometrie eines Ke-
gelrades durch die eines Ersatzstirnrades angenahert. Da eine
UberprUfung dieser Umrechnung durch Tragfahigkeitsuntersuchungen an
LaufprUfstanden bisher nicht bekannt geworden ist, ist die
Richtigkeit der bisher bekannten Berechnungsverfahren nicht ge-
sichert.
In allen Bereichen der Antriebstechnik ist die Tendenz zur
Dbertragung immer gro- fierer Leistungen zwischen Kraft- und
Arbeitsmaschinen zu erkennen. Dariiber hinaus wird bei
Hochleistungsgetrieben in zunehmendem Mafie ein niedriges
Leistungs- gewicht und damit eine moglichst kleine Bauweise
angestrebt. Neben der Forderung nach einer ausreichenden Sicherheit
gegen Getriebeschaden stellt die optimale Aus- legung aller
Konstruktionsteile, das heifit ihre betriebssichere,
funktionsgerechte und kostengiinstige Gestaltung auch im
Zahnradgetriebebau das Hauptproblem dar. Die Forderung nach der
betriebsfesten Dimensionierung der Getriebe setzt eine sorg-
fiiltige Erfassung aller Einflufigrofien auf die Getriebebelastung
und -lebensdauer sowie eine genaue Bestimmung der Belastbarkeit der
Verzahnungen voraus. Die Belastbarkeit ist eine
Auslegungskenngrofie, die aufier von der Verzahnungsgeometrie und
der Fertigungsgenauigkeit von den verwendeten WerkstoHen abhangig
ist. In entschei- dendem Mafie wird sie von der Art der
auftretenden Belastungen beeinflufit. Die im Getriebe wirksamen
Belastungsverhiiltnisse werden durch innere und aufiere Einfliisse
hervorgerufen. Je nach Einsatz des Getriebes bleiben sie konstant
oder ver- andern sich mit den Betriebsbedingungen. Die aufieren
Belastungsverhaltnisse ergeben sich durch das Zusammenwirken von
An- und Abtrieb. Yom Getriebeausgang her sind sie durch
Belastungsschwankungen bedingt, die aus dem Arbeitsprozefi her-
riihren. Eingangsseitig werden sie in erster Linie von der
Arbeitscharakteristik der Antriebsmaschine sowie durch dynamische
Schwingungen bei An- und Umschalt- vorgangen beeinflufit.
Veranderliche Betriebsbedingungen wirken sich unmittelbar auf die
Getriebelebens- dauer aus. Um eine Konstruktion optimal zu
gestalten, geniigt es nicht, die Auslegung allein nach der
erwarteten Hochstbelastung auf Dauerfestigkeit vorzunehmen. Viel-
mehr ist die Summe der Belastungen, das Belastungskollektiv, fiir
die Auslegung mafigebend.
2. 1 33 Aufbau von Walzfrasmaschinen . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 2. 2 34 2. 3 Schwingungserregung
an Walzfrasmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.
4 Drehschwingungsverhalten des Walzgetriebezuges . . . . . . . . .
. . . . . . . 35 2. 4. 1 Statisches und dynamisches Verhalten des
Teilgetriebes . . . . . . . . . . . 36 2. 4. 2 Ergebnisse der
Torsionsschwingungsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38 Folgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. 4. 3 38 Statisches
und dynamisches Verhalten des Maschinengestells . . . . . . . 2. 5
39 2. 5. 1. 1 Statisches und dynamisches Verhalten iny-Richtung . .
. . . . . . . . . . . . 39 2. 5. 1. 2 Ergebnisse der statischen und
dynamischen Untersuchungen des Maschinengestells in y-Richtung . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.
5. 1. 3 Diskussion der MeBergebnisse . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2. 5. 2. 1 Statisches und
dynamisches Verhalten in x-Richtung . . . . . . . . . . . . . . 41
2. 5. 2. 2 Ergebnisse der statischen und dynamischen Untersuchungen
des Maschinengestells in x-Richtung . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 42 Ergebnisse der statischen und
dynamischen Untersuchungen von 2. 6 Gestell und Walzgetriebe . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 42 2. 7 Auswirkungen von Relativbewegungen zwischen Werkzeug und
Werkstuck auf die Werkstuckgeometrie . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 42 2. 8 Auswirkungen von Schwingungen auf den
WerkzeugverschleiB . . . . 43 2. 9 Zusammenfassung 44
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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