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.

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.

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.

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.

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.

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.

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."

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."

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."

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.

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.

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.

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.

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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.

Das Einlauflappen von Stirn-und Kegelradgetrieben wird in der 1ndustrie seit Jahren als ein Feinbearbeitungsverfahren zur Steigerung der Verzahnungsqualitat von Zahn- radgetrieben eingesetzt. 1m Gegensatz zu anderen Nachbearbeitungsverfahren, wie zum Beispiel Schleifen oder Schaben, hat es den V orteil, daB es auch an fertig montierten Getrieben angewendet werden kann. Auf Grund dieser Sonderstellung ist es geeignet, sowohl Verzahnungs-als auch Montagefehler zu reduzieren. Unter Last konnen Verformungen des Getriebegehauses, der Lager und der Getriebe- elemente einen wirksamen Flankenrichtungsfehler und damit eine ungleichmaBige Lastverteilung langs der Verzahnungsbreite hervorrufen. UngleichmaBige Lastvertei- lungen haben Lastspitzen an den Zahnkanten zur Folge, die die Tragfahigkeit des Getriebes erheblich vermindern [8, 9]. Urn die ungunstigen Auswirkungen dieser Lastspitzen, wie zum Beispiel Zahneck- bruche, zu vermindern, werden in zunehmendem MaBe Stirnrader mit einer balligen Breitenkorrektur gefertigt [5, 7, 9J. Kegelrader werden seit langem breitenballig aus- gefUhrt, da auf Grund ihrer zumeist fliegenden Lagerung die Gefahr des Zahneck- tragens groB ist [1, 4J. Vor allem in der Automobilindustrie gilt die Verlagerungs- fahigkeit von Kegelradern als wichtiges Gutekriterium [8, 10J. Zahnbreitenkorrekturen an Stirnradern konnen zwar mit Hilfe von Zusatzeinrichtungen an den Verzahnungsmaschinen sowohl beim Walzfrasen als auch beim Walzschleifen und Schaben erzeugt werden, diese Zusatzeinrichtungen sind jedoch zum Teil auf- wendig und teuer. Fur die Zahnradfertigung stehen aus diesem Grunde nur in wenigen Fallen diese Sondereinrichtungen zur Verfugung. Mit Hilfe einer neu entwickelten, einfachen Vorrichtung, die unter Umstanden auf eine vorhandene Werkzeugmaschine, zum Beispiel eine Drehmaschine, aufgesetzt werden kann, besteht jetzt die Moglichkeit, Stirnradgetriebe wahrend der Feinbearbeitung Einlauflappen breitenballig auszubilden.