Warum müssen manche Wellen im Stechschliffverfahren geschliffen werden? Das Problem der spiralförmigen Steigungsmarkierungen
luglio 29, 2026
Bei der Durchsicht der Zeichnung einer Welle, die für den Einsatz mit Wellendichtringen ausgelegt ist, findet man häufig Spezifikationen wie „Einstichschleifen“, „Keine Steigung“, „D = 0° ± 0,05°“ oder „Dt ≤ 0,3 µm“. Auf den ersten Blick mögen diese Anforderungen einfache Oberflächenspezifikationen sein.
Tatsächlich verfolgen sie jedoch einen ganz anderen Zweck. Sie dienen nicht der Erzeugung einer glatteren Oberfläche, sondern der Erzeugung einer Oberfläche, die den Schmierstofftransport verhindert. Dieser Aspekt der Wellenfertigung ist wenig bekannt, kann aber darüber entscheiden, ob ein Dichtungssystem über seine gesamte Lebensdauer zuverlässig funktioniert oder vorzeitig Ölleckagen entwickelt.
Wenn eine bearbeitete Oberfläche zu einer Mikropumpe wird
Beim konventionellen Rundschleifen bewegt sich die Schleifscheibe in Längsrichtung entlang der Welle und trägt dabei Material ab. Dieser axiale Vorschub hinterlässt mikroskopisch kleine Rillen auf der Oberfläche. Obwohl diese Rillen nur wenige Zehntel Mikrometer tief sind, bilden sie zusammen eine spiralförmige Struktur. Bei Rotation der Welle kann diese mikroskopische Spirale wie ein Schraubengewinde wirken. Dadurch wird Schmierstoff – abhängig von der Drehrichtung und der Ausrichtung der Spirale – langsam, aber kontinuierlich nach innen oder außen gepumpt.
Dieser Effekt ist mit bloßem Auge nicht sichtbar. Dennoch kann er ausreichen, um die Dichtwirkung einer ansonsten optimal konstruierten Radialwellendichtung zu beeinträchtigen.
Warum die Oberflächenrauheit allein nicht ausreicht
Die Oberflächenqualität wird üblicherweise anhand von Parametern wie Ra, Rz und Rt bewertet. Diese Werte sind wichtig, da sie die Höhe der Oberflächenunebenheiten beschreiben. Sie geben jedoch keine Auskunft über deren Ausrichtung. Zwei Wellen können denselben Ra-Wert aufweisen und sich im Betrieb völlig unterschiedlich verhalten. Eine Oberfläche kann überwiegend umlaufende Bearbeitungsspuren aufweisen und eine ausgezeichnete Dichtleistung bieten.
Die andere kann mikroskopisch kleine, spiralförmige Rillen aufweisen, die Schmierstoff über die Dichtlippe pumpen können. Aus konventioneller Sicht erscheinen beide Oberflächen identisch. Funktionell gesehen sind sie es jedoch nicht. Deshalb geben viele Hersteller neben den erforderlichen Rauheitswerten auch den Schleifprozess selbst an.
Warum das Einstechschleifen das Problem löst
Das Einstechschleifen dient speziell der Beseitigung dieses Phänomens. Anders als beim Längsschleifen dringt die Schleifscheibe radial in das Werkstück ein, ohne sich nennenswert axial zu bewegen. Die entstehenden Bearbeitungsspuren verlaufen überwiegend umlaufend und nicht spiralförmig. Dies reduziert den schraubenartigen Pumpeffekt erheblich.
Ziel ist nicht eine glattere Oberfläche, sondern die Beseitigung der spiralförmigen Vorschubrichtung, die für die Schmierstoffwanderung verantwortlich ist. Anders ausgedrückt: Das Schleifverfahren beeinflusst direkt das Funktionsverhalten der Dichtfläche.
Wie wird die Anforderung überprüft?
Zur Überprüfung des Fehlens übermäßiger spiralförmiger Bleileitungen stehen verschiedene Prüfmethoden zur Verfügung.
Der Fadentest
Historisch gesehen ist die Gewindeprüfung eine der bekanntesten Methoden. Ihr Prinzip ist bemerkenswert einfach: Ein dünnes Gewinde wird auf die Wellenoberfläche aufgelegt und mittels eines kleinen Gewichts unter leichter Spannung gehalten, während sich die Welle langsam dreht. Bei fachgerechtem Einstechschliff der Welle bleibt das Gewinde im Wesentlichen an seiner Position. Sind mikroskopisch kleine spiralförmige Rillen vorhanden, bewegt sich das Gewinde allmählich entlang der Wellenachse und folgt dabei exakt dem Weg, den auch Schmierstoff beschreiben würde. Das Gewinde dient somit als einfacher Indikator für die durch die Oberfläche hervorgerufene Schraubenwirkung.
Obwohl diese Prüfungsmethode praktisch und einfach durchzuführen ist, handelt es sich um eine qualitative Prüfmethode. Sie kann das Vorhandensein von spiralförmiger Steigung aufzeigen, aber deren Ausmaß nicht genau quantifizieren.
Dreidimensionale Oberflächenmessung
Heutzutage erfolgt die Inspektion in der Regel mithilfe optischer oder taktiler Profilometer, die die dreidimensionale Topographie der Oberfläche erfassen können.
Die Software analysiert die gesamte Oberflächenstruktur und ermittelt:
Nutrichtung;
Helixwinkel;
Steigung der Helix;
Tiefe der spiralförmigen Struktur.
Aus diesen Messungen werden zwei Schlüsselparameter ermittelt: D, der die Orientierung der mikroskopischen Rillen definiert, und Dt, der die Tiefe der spiralförmigen Komponente quantifiziert. Dies ermöglicht es Ingenieuren, nicht nur die Richtung der Bearbeitungsspuren, sondern auch die Intensität des Schraubeneffekts zu beurteilen.
Prozessvalidierung statt Einzelteilprüfung: In der Serienfertigung wird selten jede Welle einer vollständigen Messung der spiralförmigen Steigung unterzogen. Stattdessen qualifizieren die Hersteller den Schleifprozess selbst. Sie stellen sicher, dass die Schleifmaschine, die Schleifscheibe, die Werkzeuge und die Prozessparameter konsistent nachgiebige Oberflächen erzeugen. Sobald der Prozess validiert ist, werden nachfolgende Prüfungen Teil der routinemäßigen Prozessüberwachung. Dieser Ansatz gewährleistet sowohl Fertigungseffizienz als auch gleichbleibende Produktqualität.
D und Dt verstehen
Technische Zeichnungen für Dichtflächen geben häufig sowohl D als auch Dt an. Obwohl sie eng miteinander verwandt sind, beschreiben sie unterschiedliche Eigenschaften. D definiert die Ausrichtung der mikroskopischen Rillen. Ein Wert nahe 0° deutet auf eine nahezu perfekte Umfangsstruktur der Oberfläche hin, was die optimale Bedingung zur Vermeidung von Schmierstoffpumpen darstellt.
Dt hingegen repräsentiert die Tiefe der spiralförmigen Komponente an der Oberfläche.
Zusammen ermöglichen diese beiden Parameter Konstrukteuren die Kontrolle von Richtung und Steigung der Spirale. Dadurch wird das Risiko von Schmierstoffaustritt durch die Radialwellendichtung reduziert. Wenn in einer Zeichnung das Einstechschleifen zusammen mit Grenzwerten für D und Dt angegeben ist, fordert der Konstrukteur nicht nur eine bessere Oberflächengüte.
Für weitere Informationen zu mechanischen Getriebe- und Zahnradlösungen wenden Sie sich bitte an GSI Ingranaggi
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