Wer den Film „Kingsman“ gesehen hat, denkt bei dem Stichwort „K-Schablone“ evtl. an Action und Spione.
Leider muss ich da enttäuschen. Die K-Schablone hat zwar ihre Wurzeln in den USA, aber nicht in Hollywood. Mit dem Symbol der Kingsman hat sie jedoch gemein, dass ihre Form einem „K“ entspricht.
Die K-Schablone ist ein Mittel, um zu entscheiden, ob die Zahnflanke innerhalb ihrer Spezifikation ist. Sie ist vergleichbar zu einer Gut/Schlecht-Lehre. Leider kann man anhand der K-Schablone nicht entscheiden, was die Ursachen für etwaige Probleme sind. Dazu benötigt man die Werte für Form- und Winkelabweichung. Diese lassen sich über die K-Schablone jedoch nicht ermitteln.
Toleranzband
Die K-Schablone entspricht einem Toleranzband, das die ermittelten Abweichungen für Profil bzw. Flankenlinie einschließt. Liegen alle Abweichungen innerhalb des Toleranzbandes, wird die vorgegebene Toleranz eingehalten. Normalerweise ist die Toleranz über die gesamte Flanke konstant. Das Flankendiagramm sieht dann folgendermaßen aus.
Die Breite des Toleranzbandes entspricht der Toleranz für die Gesamtabweichung. Der optische Vergleich von Abweichungen zu Toleranzband entspricht demnach nur der Überprüfung, ob die Gesamtabweichung innerhalb der Toleranz liegt.
In Deutschland und in Europa ist es üblich, das Profil und die Flankenlinie einer Zahnflanke über die Parameter
zu beurteilen. So wie es in dem oben stehenden Bild unterhalb des Diagramms angegeben ist.
Die K-Schablone hat ihre Ursprünge in den USA. Die Zahnradnorm ANSI/AGMA 2000 A88 definiert die K-Schablone (engl: K Chart). Die Standard-K-Schablone nach dieser Norm sieht folgendermaßen aus:
Die ANSI/AGMA 2000 A88 unterscheidet nicht nach Winkel-, Form- und Gesamtabweichung. Sie definiert für Profil und Flanke jeweils nur eine Gesamtabweichung, wie es im folgenden Bild dargestellt ist. Diese schränkt sie über die K-Schablone jedoch ein, so dass in der Mitte des Auswertebereichs nur noch die halbe Toleranz erlaubt ist.
Diese Einschränkung ist in Bezug auf die Funktion des Zahnrades sinnvoll. Die reduzierte Toleranzbreite in der Mitte der Flanke kann z.B. dafür dienen, Vertiefungen auf der Flanke in diesem Bereich einzuschränken. Durch die größere Toleranz an den Enden des Auswertebereichs sind negative Abweichungen erlaubt. Diese wirken sich ähnlich aus wie Rücknahmen, die einen positiven Einfluss auf das Geräuschverhalten der Verzahnung im Getriebe haben.
K- bzw. ANSI-Schablone
ANSI/AGMA 2000 A88 definiert neben der Standard-K-Schablone auch Variationen der Schablone. Hier ein paar Beispiele von Variationen:
Bild a) zeigt eine K-Schablone, die ein Toleranzband definiert, das Kopf- und Fußrücknahme für das Profil oder Endrücknahmen für die Flankenlinie berücksichtigt.
In Bild b) ist eine K-Schablone dargestellt, die ein Toleranzband definiert, das einen balligen Verlauf der Flankenlinie berücksichtigt.
Bild c) zeigt eine K-Schablone, die ein Toleranzband definiert, das mehrere Flankenmodifikationen berücksichtigt: Sollwinkelabweichung, Kopfrücknahme, Fußrücknahme.
Um die Standard-K-Schablone von den modifizierten K-Schablonen zu unterscheiden, kann der Begriff
- „K-Schablone“ für den allgemeinen Fall inklusive aller Variationen,
- „ANSI-Schablone“ für die Standard-K-Schablone aus ANSI/AGMA 2000-A88
verwendet werden.
Auswertung mittels K-Schablone
Die Auswertung mittels K-Schablone wird auch als Toleranzflächenauswertung bezeichnet. Für die Auswertung wird die obere Toleranzlinie der K-Schablone von der Nicht-Materialseite an die größte Abweichung innerhalb des Auswertebereichs geschoben. Nur so kann im Flankendiagramm korrekt abgelesen werden, ob alle Abweichungen innerhalb der Toleranzfläche liegen (s.u.).
Erfolgt die o.g. Verschiebung der K-Schablone nicht, ist die Darstellung nicht aussagekräftig. Der Verlauf der Abweichungen liegt zum Teil außerhalb der Toleranzfläche (s.u.). Das Diagramm zeigt eine vermeintliche Überschreitung der Toleranz an, die in der Realität nicht vorhanden ist.
Flankenmodifikationen beurteilen
Flankenmodifikationen wie Rücknahmen, Balligkeiten und Winkelmodifikationen sind heutzutage gängige Praxis. Sie werden in den neueren Verzahnungsnormen definiert und ihre Auswertung beschrieben. Toleranzen für diese Parameter sind in der Normung bisher jedoch nicht vorhanden.
Um Flankenmodifikationen nicht nur visuell mittels Toleranzzonenauswertung, sondern auch zahlenmäßig beurteilen zu können, gibt es die bereichsweise Auswertung. Hierbei wird die Flanke, z.B. nach Kopfrücknahme, Fußrücknahme und unmodifizierten Flankenbereich unterteilt. Die Auswertung erfolgt für jeden Bereich separat. Für den unmodifizierten Flankenbereich können die gängigen Parameter wie Gesamt-, Form- und Winkelabweichung ermittelt werden. Für die Rücknahmen werden Position und Betrag der Rücknahme, sowie deren Formabweichung ermittelt.
Fazit
Die K-Schablone definiert eine Toleranzzone, innerhalb der die Flankenabweichungen liegen sollen. Sie hat ihren Namen von der Form der Toleranzzone, die einem „K“ ähnelt.
Ihren Ursprung hat die K-Schablone in den USA. Die Zahnradnom ANSI/AGMA 2000-A88 definiert die K-Schablone für die Profil- und Flankenlinienauswertung. Die K-Schablone erlaubt nur eine Gut/Schlecht-Aussage bezüglich der Einhaltung der Toleranz. Mehr Informationen können damit nicht ermittelt werden. Dies ist nur möglich, wenn die Flanken konkreter untersucht werden und nach Gesamt-, Form- und Winkelabweichung unterschieden wird (z.B. DIN ISO 1328-1:2018, ANSI/AGMA 2015, VDI 2612-1:2018). Nach DIN ISO 1328-1:2018 und VDI 2612-1:2018 können auch die Flankenmodifikationen berechnet und zahlenmäßig ausgegeben werden.
