Scheibenverzahnfräser: Modul wählen und Zahnräder teilen
Ein Scheibenverzahnfräser ist ein profilierter Fräser zur Herstellung von Zahnlücken. Im hier behandelten Fall wird ein geradverzahntes Stirnrad im Einzelteilverfahren gefertigt: Der Fräser bearbeitet eine Lücke, anschließend wird das Werkstück um eine Zahnteilung weitergedreht. Dieses Vorgehen eignet sich insbesondere für anschauliche Fertigungsversuche, Einzelstücke und geeignete Reparaturaufgaben.
Das Verfahren ist vom Wälzfräsen zu unterscheiden. Beim Wälzfräsen entsteht die Verzahnung aus einer abgestimmten Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück. Beim Formfräsen bildet das Werkzeugprofil die Zahnlücke unmittelbar ab. Ein äußerlich scheibenförmiges Werkzeug ist außerdem nicht automatisch ein Scheibenverzahnfräser; Schneidräder für das Wälzstoßen gehören zu einem anderen Verfahren.
Welche Angaben vor der Werkzeugwahl feststehen müssen
Für die Auswahl werden mindestens Modul, Eingriffswinkel, Zähnezahl und Zahnform benötigt. Hinzu kommen Radbreite, Werkstoff, Profilverschiebung und die geforderte Qualität. SCHELL führt vergleichbare Werkstückdaten als Grundlage für die Auslegung von Verzahnungswerkzeugen auf. Die Angabe „kleines Zahnrad“ ist für eine belastbare Werkzeugbestellung unzureichend.
Bei einem Satz aus mehreren Modulfräsern deckt jeder Fräser einen bestimmten Zähnezahlbereich ab. Der Grund ist die mit der Zähnezahl veränderte Lückenform. Der Bereichsfräser ist damit eine praktische Näherung für mehrere Räder. Für hohe Profilgenauigkeit oder besondere Geometrien kann ein speziell ausgelegtes Werkzeug beziehungsweise ein anderes Fertigungsverfahren erforderlich sein.
Vier Schritte des Einzelteilverfahrens
Station 1 von 4
Modul, Eingriffswinkel und Zähnezahlbereich mit dem ausgewählten Werkzeug abgleichen.
- Modul, Eingriffswinkel und Zähnezahlbereich mit dem ausgewählten Werkzeug abgleichen.
- Das Rohteil über die später maßgeblichen Bezüge ausrichten und sicher spannen.
- Eine Zahnlücke bei festgesetzter Teilachse nach dem geplanten Prozess fertigen.
- Werkzeug freifahren, Teilachse indexieren, erneut sichern und den Ablauf wiederholen.
Eigene Prinzipskizze. „Weiter“ zeigt die Stationen einzeln. „Start“ spielt sie automatisch ab; „Pause“ hält die Animation an. Die Schaltflächen sind auch mit der Tastatur bedienbar.
Beispiel: 24 Zähne bei Modul 0,5
Betrachtet wird ein unverschobenes geradverzahntes Stirnrad mit Standardprofil, Modul m = 0,5 mm, z = 24 Zähnen und 20° Eingriffswinkel. Der Teilkreisdurchmesser ist d = m × z = 12 mm. Mit einer Kopfhöhe von einem Modul ergibt sich der Kopfkreisdurchmesser dₐ = m × (z + 2) = 13 mm. Dieser ist für das entsprechend vorbereitete Rohteil maßgeblich.
Für das angenommene Standardprofil mit 0,25 m Kopfspiel beträgt die gesamte Zahnhöhe h = 2,25 × m = 1,125 mm. Der Fußkreisdurchmesser ergibt sich dann zu 12 − 2,5 × 0,5 = 10,75 mm. Die Formeln gelten für die genannten Voraussetzungen. Profilverschiebungen, Sonderprofile und abweichende Werkzeugsysteme erfordern eine eigene Geometrieberechnung.
Als konkretes Werkzeugbeispiel weist der verlinkte sechsteilige paulimot-Satz für Modul 0,5 den Fräser Nr. 5 dem Bereich 21 bis 25 Zähne zu. Für das Beispiel mit 24 Zähnen wäre dies der zugeordnete Bereich. Diese Nummer ist ausdrücklich keine allgemeingültige Nummer für jeden Hersteller oder jeden Satz. Ausschlaggebend bleiben die Beschriftung und die Unterlagen des tatsächlich verwendeten Werkzeugs.
Teilbewegung berechnen und kontrollieren
Der Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lücken beträgt 360° / 24 = 15°. Ein entsprechend geeigneter Rundtisch oder eine CNC-Teilachse muss diesen Schritt reproduzierbar ausführen und während des Schnitts ausreichend festgesetzt sein. Werkzeug und Werkstück müssen vor der Drehbewegung frei voneinander sein.
Für einen nur beispielhaft angenommenen Teilapparat mit Übersetzung 40:1 werden pro Teilung 40 / 24 = 1⅔ Kurbelumdrehungen benötigt. Auf einem vorhandenen 18er-Lochkreis entsprechen zwei Drittel zwölf Lochabständen. Gemeint sind Abstände, nicht zwölf einschließlich des Ausgangslochs gezählte Positionen. Das reale Teilverfahren und die Übersetzung werden immer an der konkreten Vorrichtung geprüft.
Vor dem ersten Schnitt kann die vollständige Teilfolge ohne Materialeingriff durchlaufen und auf Rückkehr zur Ausgangsposition kontrolliert werden. Eine Markierung der bearbeiteten Lücken verhindert Doppelbearbeitungen. Ein einziger falsch gezählter Schritt kann ein ansonsten sorgfältig gefertigtes Rad unbrauchbar machen.
Rohteilbezug und Aufspannung
Wenn das Zahnrad später über eine Bohrung auf einer Welle sitzt, ist dieser Bezug auch für die Fertigung wichtig. Ein außen rundes Rohteil kann trotzdem exzentrisch zur Bohrung sein. Die Aufspannung wird deshalb so gewählt, dass Rundlauf und Lage der späteren Funktionsflächen nachvollziehbar zusammenpassen. Kurze, steife Werkzeug- und Werkstückaufnahmen reduzieren zusätzliche Nachgiebigkeit.
Auch der Fräser muss zur Aufnahme passen. Bohrung, Mitnahme, Anlageflächen und Drehrichtung werden vor dem Einsatz geprüft. Die Schnittwerte stammen aus den Werkzeugdaten für den jeweiligen Werkstoff und Eingriff. Ein kleiner Modulwert ist kein Grund, beliebige Drehzahlen zu wählen; Fräserdurchmesser und zulässige Werkzeugdrehzahl bleiben relevant.
Prüfen, bevor die ganze Serie entsteht
Nach einem ersten Muster werden Zahndicke beziehungsweise das vorgesehene Kontrollmaß, Rundlauf, Gratbildung und die gleichmäßige Teilung beurteilt. Das bloße Ineinandergreifen mit einem Gegenrad ist eine Funktionsprobe, aber kein vollständiger Nachweis der Verzahnungsqualität. Ein Zahnrad kann sich von Hand drehen und unter Last dennoch ungünstig tragen.
Für den Vergleich ist auch der Achsabstand wichtig. Zu großes Spiel kann einen Profilfehler verdecken, ein zu kleiner Abstand einen sonst geeigneten Satz schwergängig machen. Die Messmethode wird deshalb aus der Zeichnung und den Qualitätsanforderungen abgeleitet. Hinweise zu Maßhaltigkeit und Messung helfen bei der Planung.
Eigenfertigung sinnvoll abgrenzen
Bei einem seltenen Ersatzteil kann die Eigenfertigung eines geeigneten Stirnrads lohnend sein. Bei größeren Stückzahlen summieren sich jedoch die einzelnen Teil- und Schnittbewegungen. Werkzeugkosten, Rüstaufwand, Prüfung und mögliche Wärmebehandlung gehören deshalb in den Vergleich von Eigenfertigung und Zukauf.
Die Freigabe wird in einer Konstruktionszeichnung mit klaren Bezugs- und Prüfmaßen festgehalten. So bleibt erkennbar, ob ein funktionsfähiges Modellrad, ein Anschauungsteil oder ein für eine definierte Belastung geprüftes Maschinenelement hergestellt wurde.
Quellen
Geprüft am 28. Oktober 2026. Zahlenbeispiele sind eigene, vereinfachte Rechenbeispiele.