Der schwingungsdämpfende Hartmetallschaft verhindert Vibrationen am Werkzeug, welche durch die lange Auskragung entstehen können. (Bild: Horn/Sauermann)
Klaus Trescher, Betriebsleiter der W. Wolf, setzt mit seinem Team bei der Bearbeitung von Teilen in XXL auf Präzisionswerkzeuge der Paul Horn aus Tübingen. Das jüngste Projekt war die Umsetzung eines Verzahnungs-Fräsprozesses einer Welle aus dem Großmotorenbau.
In der Energieerzeugung, in großen Baumaschinen und Schiffen kommen sie zum Einsatz: Großmotoren. Auch in industriellen Anwendungen spielt der Verbrennungsmotor nach wie vor eine wichtige und entscheidende Rolle. Durch die ständige Weiterentwicklung haben Großmotoren im Hinblick auf Einspritzdrücke und Turboaufladungen immer weitere Optimierungen hinsichtlich Effizienz und Wirkungsgrad erhalten.
Die Anforderungen an die Aggregate sind hoch und komplex. Die meist dieselbetriebenen Motoren sollten einen geringen Verbrauch an Kraftstoffen aufweisen und einen hohen Wirkungsgrad erzielen. Darüber hinaus sollten sie über eine lange Lebensdauer verfügen. Mit einem geringen Reparatur- und Wartungsaufwand müssen die Großmotoren eine permanente Betriebssicherheit sicherstellen. Dies gilt beispielsweise beim Einsatz als Notstromaggregat in einem Kernkraftwerk. Diese Eigenschaften lassen sich nur mit einer hohen Qualität der einzelnen Bauteile erreichen.
Hohe Bauteilqualität
An dieser hohen Bauteilqualität arbeitet das Team der W. Wolf täglich mit rund 70 Mitarbeitern. Seit über 50 Jahren fertigt das Unternehmen Neu- und Ersatzteile für die unterschiedlichsten Industrien. Dazu zählen beispielsweise die Energietechnik, die Druckindustrie und die Luft- und Raumfahrtindustrie. Das Know-how ist breit gefächert. Zu den Fertigungsverfahren bei Wolf zählen das CNC-Drehen, CNC-Fräsen, verschiedene Schleifverfahren (Innen-, Außenrund- und Koordinatenschleifen), das dynamische Wuchten von Großteilen sowie das robotergeführte Beschichten.
Die W. Wolf bietet seinen Kunden auch die Reparatur und Instandsetzung inklusive Geometriewiederherstellung von Großteilen an. Durch die verschiedenen Beschichtungsverfahren (Plasma-, Flamm-, HVOF- und Lichtbogenbeschichtungen) können Metall, Keramik und Hartmetalle aufgetragen werden.
Auf einen Blick
Bei der Bearbeitung einer Welle aus dem Großmotorenbau setzt die W. Wolf auf das Verzahnungsfräsen mit Werkzeugen der Paul Horn.
Der kontinuierliche Verbesserungsprozess spielt in den Fertigungshallen von Wolf eine ebenso große Rolle. „Für die Bearbeitung von Großteilen ist es unerlässlich, seine Fertigungsprozesse ständig zu optimieren und nach wirtschaftlicheren Bearbeitungslösungen zu suchen. Das Handling von großen Bauteilen ist aufwendig und kostenintensiv“, erzählt Trescher. Das Ziel ist, wie bei kleinen Bauteilen, immer die Komplettbearbeitung mit so wenig Aufspannungen wie möglich. Bei großen Werkstücken ist die Aufspannung jedoch weitaus aufwendiger als bei kleinen Bauteilen.
In diesem Fall handelt es sich um eine DIN 5480-Verzahnung mit einer 6er-Toleranzklasse. Die Fertigung der Passverzahnungen einer Antriebswelle hatte das Potenzial zur Verbesserung. Den Einsatz findet die knapp 5.000 Millimeter lange und rund 600 Kilogramm schwere Welle im Großmotorenbau. Der Durchmesser liegt bei 200 Millimeter.
Bei der Passverzahnung handelt es sich um eine Vielfach-Mitnehmerverbindung. Sie dient zur radialen Übertragung des Drehmoments zwischen Welle und Nabe. Damit alle Flanken der Verzahnung an der Übertragung der Kraft beteiligt sind, verlangt dies eine hohe Fertigungspräzision. In axialer Richtung lassen sich Welle und Nabe jedoch bewegen. Von der Welle fertigen die Mitarbeiter rund zehn Stück im Jahr. „Wir gaben die Fertigung der Verzahnung bisher immer an ein externes Unternehmen. Dies bedeutete einen weiteren hohen Kostenfaktor und ging zu Lasten der Präzision“, so Trescher.
Horn-Verzahnungsportfolio
Das Produktportfolio von Horn im Bereich Verzahnen umfasst ein breites Werkzeugprogramm zur Herstellung von unterschiedlichen Verzahnungsgeometrien mit Modul 0,5 bis Modul 30. Ob Verzahnungen an Stirnrädern, Welle-Nabe-Verbindungen, Schneckenwellen, Kegelrädern, Ritzeln oder an kundenspezifischen Profilen, alle diese Zahnprofile lassen sich mit den Werkzeugen zum Fräsen, Nutstoßen und anderen Prozessen äußerst wirtschaftlich herstellen. Einen weiteren Beweis der Kompetenz beim Verzahnen bietet das Produktprogramm Wälzschälen. Das Verfahren ist seit über 100 Jahren bekannt. Eine breitere Anwendung findet es aber erst, seit Bearbeitungszentren und Universalmaschinen mit voll synchronisierten Spindeln und verfahrensoptimierter Software die Anwendung dieser hochkomplexen Technologie ermöglichen.
Der für Wolf zuständige Horn-Außendienstmitarbeiter Peter Rümpelein schlug vor, die Verzahnung in der gleichen Aufspannung zu fräsen, in welcher auch die Drehbearbeitung geschieht. Zum Einsatz kommt das Horn-Zirkularfrässystem 635. Das Sonderprofil der sechs Zähne des Werkzeugs gleicht dem Soll-Profil der Zahnflanken des Werkstücks. „Die Auskragung des Werkzeugs ist aufgrund der Gegebenheiten lang. Durch den schwingungsdämpfenden Vollhartmetallschaft bekommen wir jedoch keine Probleme mit Vibrationen des Werkzeugs“, erklärt Rümpelein.
Alle Horn-Werkzeugträger für das Zirkularfräsen sind mit einer inneren Kühlmittelzufuhr ausgestattet. Die präzise Schnittstelle zwischen Träger und Schneidplatte ermöglichen einen µm-genauen Rund- und Planlauf der Schneidplatte beim Wechsel. Der Wechsel kann direkt an der Maschine ohne das erneute Ausmessen des Werkzeugs erfolgen.
„Wir sind in puncto Zeit und Qualität seit dem Fräsen der Verzahnung um einiges besser. Hervorheben möchte ich auch die Umsetzung der neuen Lösung. Von der ersten Anfrage bis zum laufenden Prozess vergingen vier Wochen“, zeigt sich Trescher positiv und fährt fort: „Die Lieferzeiten von Horn überzeugen uns. Andere Hersteller benötigen für solche Sonderwerkzeuge zwölf Wochen oder länger. Auch der erfahrene Horn-Außendienst spielt hier eine entscheidende Rolle.“
Das Schruppen und Schlichten der Verzahnungen geschieht mit dem gleichen Werkzeug. Mit jeweils zwei Zustellungen fräst das Werkzeug die einzelnen Zähne in die Welle. Der Schruppschnitt hat eine Tiefe von ap = 4 Millimeter und wird mit einer Schnittgeschwindigkeit von vc = 100 m/min gefräst. Das Schlichtaufmaß beträgt 0,1 Millimeter. Die Schlichtzustellung für das letzte Zehntel bis zum Fertigmaß fräst das Werkzeug mit einer Schnittgeschwindigkeit von vc = 140 m/min. Die Fräsrichtung erfolgt im Gegenlauf.
Die Werkzeuge von Horn weisen trotz des hohen Schnittdrucks durch die sechs Zähne eine hohe Stabilität auf. Die sechs Zähne bieten hierbei eine bessere Fräsleistung und die Möglichkeit, höhere Vorschubgeschwindigkeiten zu fahren.
Know-how in der Großteilebearbeitung
Für die Bearbeitung der Antriebswelle setzt Trescher auf das Dreh-Fräszentrum WFL M100 Millturn. „Wir sind sehr zufrieden mit der Leistung und Präzision der Maschine“, erzählt Trescher. In dem Bearbeitungszentrum lassen sich Werkstücke mit einer Länge von 5.500 Millimeter und einem Durchmesser von bis zu 880 Millimeter bearbeiten. Durch die Interpolation von bis zu fünf Achsen simultan kann praktisch jede geometrische Kontur bearbeitet werden.
Mit der Umsetzung des Verzahnungsfräsens zeigt Horn, dass die Tübinger das Know-how auch in der Bearbeitung von Großteilen haben. Horn-Werkzeuge sind auch in der Bearbeitung von zahlreichen anderen großen Bauteilen im Einsatz. Die Flexibilität des Horn-Zirkularfrässystems stellte der Werkzeughersteller unter Beweis. „Von sehr schmalen Nuten ab einer Breite von 0,2 Millimeter über das T-Nuten Fräsen bis hin zum Verzahnungsfräsen an diesen großen Bauteilen können wir mit diesem Werkzeugsystem alles abdecken,“ bringt es Rümpelein abschließend auf den Punkt.
Quelle: Nico Sauermann / Paul Horn GmbH
