Spiral-Kegelräder übertragen Kraft zwischen sich schneidenden Wellen im rechten Winkel, und ihre gebogenen Zähne greifen allmählich ein, was hohe Tragfähigkeit, ruhigen Lauf und geringe Geräusche ergibt. Sie sind die Standardwahl für Differenziale, Werkzeugmaschinenspindeln, Schiffsantriebe und schwere Getriebe. Ihre Herstellung ist ein Spezialverfahren, weil die Zahngeometrie dreidimensional ist und jedes Rad letztlich als Teil eines Paares arbeiten muss.
Der Prozess beginnt mit dem Rohling. Schmiedeteile oder geschnittenes Stangenmaterial werden auf die geforderten Rohmaße gedreht, einschließlich der Montagebohrungen und Bezugsflächen, die die Position des Rades im Gehäuse bestimmen. Da alle späteren Operationen auf diese Flächen Bezug nehmen, müssen die Rohlingstoleranzen von der ersten Operation an kontrolliert werden, und die Bohrung wird meist vor dem Verzahnen auf hohe Genauigkeit fertigbearbeitet.
Das Zahnfräsen ist das Herzstück des Prozesses. Spiral-Kegelradverzahnungen werden auf Spezial-Verzahnungsmaschinen im Stirnfräs- oder Stirnwälzverfahren erzeugt, bei dem sich Werkzeug und Werkstück gemeinsam abwälzen und so das gekrümmte Zahnprofil entsteht. Die Maschineneinstellungen definieren Eingriffswinkel, Schrägungswinkel, Zahntiefe und Balligkeit, und die beiden Partner eines Paares müssen mit übereinstimmenden Einstellungen geschnitten werden, damit sie korrekt kämmen.
Nach dem Schneiden werden die Räder einsatzgehärtet, typischerweise durch Aufkohlen, um eine Zahnflankenhärte von 58 bis 62 HRC zu erreichen. Das Härten verändert die Zahngeometrie leicht, daher werden Präzisionsräder anschließend auf den Flanken geschliffen. Das Schleifen stellt die Genauigkeit von Profil und Teilung wieder her und ist für Hochgeschwindigkeits- oder Hochdrehmomentanwendungen unerlässlich, bei denen Geräusche und Kontaktspannung kontrolliert werden müssen.
Der markanteste Schritt ist der Paarlauf. Ritzel und Rad werden in einer Prüfmaschine montiert und unter leichter Last mit Markierpaste zusammenlaufen gelassen, um Kontaktmuster, Flankenspiel und Laufgeräusch zu prüfen. Das Kontaktmuster wird durch Verschieben der Ritzelposition oder Fein korrektur der Zahnflankengeometrie angepasst, und die fertigen Räder werden als Paar markiert, damit sie bei der Montage zusammenbleiben.
Für Käufer sind die praktischen Punkte: fordern Sie bei geräusch- oder lastempfindlichen Anwendungen den Kontaktmusterbericht an, klären Sie, ob die Zähne nach dem Härten geschliffen oder geläppt werden, und stellen Sie klar, dass Ritzel und Rad als Paar geliefert und markiert werden müssen. Ein Lieferant mit Spezialmaschinen und interner Prüfung kann Ihnen im Vergleich zu einer allgemeinen Maschinenwerkstatt Wochen an Versuch und Irrtum ersparen.