Verschränkungen im Griff

Die Profilschleifmaschinen der Baureihe LFG sollen durch den Einsatz von fünf Achsen verschränkungsfreies Profilschleifen ermöglichen oder bei Bedarf das Herstellen von gezielten Verschränkungen, sowohl beim ein- als auch beim zweiflankigen Schleifen. Der kontrollierte und gezielte Umgang mit der Zahnflankenverschränkung verspricht, produktionstechnische Probleme zu lösen und gleichzeitig neue Möglichkeiten in der Zahnradfertigung zu eröffnen.

Die LFG benötigt keine Abrichtachse, was eine mögliche Ungenauigkeitsquelle ausschließt. Ein weiterer Unterschied zu vergleichbaren Maschinen ist die Invertierung der Shift- und der Schwenkachse. Die mechanische Beschränkung durch den Ablauf „Erst schwenken, dann shiften“ soll dadurch aufgehoben sein. Durch diese spezielle Anordnung konnte der Shift-Weg deutlich größer ausgelegt werden als gewohnt.

Eine hohe Präzision über die gesamte Einsatzzeit hinweg garantiert auch der mittels des hochdynamischen, verschleißfreien Torquemotors direkt angetriebene Tisch der Maschine. Er bildet eine entscheidende Grundlage für das ein- oder zweiflankige Schleifen von topologisch korrekten oder topologisch frei vorgebbaren Zahnflanken.

Syncdress-Ausführung
Da die Maschine die Shift- und die Schwenkachse auch zum Abrichten der Schleifscheiben verwendet, fällt die Abrichtachse weg. In der Basisausstattung wird die Schleifscheibe der LFG durch einen Single-Abrichter in Kombination mit der Shift- und Schwenkachse abgerichtet. Die Syncdress-Ausführung bietet zwei Abrichtrollen, die links und rechts simultan abrichten und damit die Abrichtzeit deutlich verkürzen sollen.

Auf einen Blick

Vorteile LFG-Serie von Liebherr

  • Profilschleifen von Außen- und Innenverzahnungen
  • direkt angetriebener Tisch und Schwenkachse
  • ein- und zweiflankiges Schleifen von topologisch korrekten und topologisch freien Zahnflanken
  • Abrichten durch Single-Abrichter in Kombination von Shift- und Schwenkachse
  • geringer Umrüstaufwand zum Innenverzahnen
  • automatisierter Betrieb im Profilschleifen durch Ringlader
  • ausschwenkbarer Messkopf hinter der Schleifspindel
  • Kühlmittelzufuhr mit automatischer Düsennachführung

Die optimale Kühlmittelzufuhr zeichnet sich durch automatische Düsennachführung und variable Strahlkontur aus. Bilder: Liebherr

Aufgrund der gestiegenen Bedeutung der Schwenkachse für das Profilschleifen liegt bei der LFG der Fokus verstärkt auf dieser Achse, die ständig aktiv gehalten wird. Früher war die Schwenkachse eine Setup-Achse, die zum Schleifen eingeschwenkt und geklemmt wurde. Der Schleifkopf für das Fertigen von Innenverzahnungen ist über dem Außenschleifkopf montiert, dieser wird nicht berührt. Es muss lediglich die Schleifscheibe demontiert werden. Der Abrichtprozess für die Innenschleifscheiben verläuft klassisch nacheinander mithilfe der Shift-Achse.

Bei der herkömmlichen Schleifvariante konnte eine Breitenballigkeit nur über die X-Achse erzeugt werden, wodurch Verschränkungen entstehen. Über die Verzahnungsbreite ergibt sich ein veränderter Profilwinkel. Diese Problematik der Verschränkungen spielte lange Zeit eine eher untergeordnete Rolle in der Getriebefertigung. Dabei ist die Verschränkung zu verhindern die eine Sache, gezielte Verschränkungen einzubauen eine andere, beschreibt Hansjörg Geiser, Leiter Entwicklung & Konstruktion Verzahnmaschinen bei Liebherr-Verzahntechnik, die Problematik.

Die Achsen der LFG ermöglichen zusätzliche Bewegungen und schaffen die Möglichkeit, eine gewünschte Breitenballigkeit zu schleifen und durch eine Überlagerung der Achsbewegungen die Verschränkung auch beim zweiflankigen Schleifen zu verhindern. Durch den Einsatz der V-, C- und A-Achse zusätzlich zur X- und Z-Achse kann der Profilwinkel variiert und die Verschränkungsproblematik sowohl beim zwei­flankigen als auch beim einflankigen Schleifen gelöst werden. Auf diese Weise können Anwender die Zahnflankenverschränkung komplett ausschließen oder bewusst erzeugen – unter Einhaltung auch engster Toleranzen.

Der Abtrag im Vergleich von konventioneller Zustellung zur 5-Achs-Zustellung.

Topologisches Schleifen
Freilich haben die Möglichkeiten, die die fünf Achsen mit Blick auf die Verschränkung schaffen, eine mathematische Grenze. Zusätzlichen Spielraum schafft das topologische Schleifen. Die Aufteilung der Topologie in mehrere streifenförmige Bereiche und die entsprechende Bearbeitung mit mehreren Hüben eröffnet vielfältige individuelle Möglichkeiten etwa für die Prototypenentwicklung oder akademische Anwendungen.

Bei der radialen Zustellung mit drei Zustellungen ist das abgetragene Material im Bereich des Zahnkopfes bei den letzten Hüben am größten. Das Werkstück ist so aufgrund der variablen Abschleifschritte unnötig hohen Belastungen ausgesetzt, wodurch häufig Gefügeschäden auftreten.

Die 5-Achs-Zustellung ergibt eine konstante Aufmaßverteilung über die Hübe. Das Hauptmaterial wird bei diesem abtragsoptimierten Schleifen nicht mehr am Kopf abgetragen, wodurch das Schleifbrandrisiko minimiert und das Werkstück geschont wird. Je nach Anwendung können Hübe und damit Produktionszeit eingespart werden.

Messtaster im Einsatz
Die verschiedenen Evolventen (Ritzel, Planet, Stirnrad) zeigen den Unterschied zwischen den drei untersuchten Verzahnungen, der hauptsächlich in der Krümmung der Evolventen liegt. So kann beim Ritzel mit der größten Krümmung auch der größte Nutzen aus der 5-Achs-Zustellung gezogen werden. Die Anzahl der Zustellungsschritte verringert sich aufgrund der 5-Achs-Zustellung von 15 auf 9. Beim Stirnrad ist die Krümmung gering und somit auch die Einsparung der Zustellungsschritte von 9 auf 8 kleiner.

Der Messtaster wird seitlich zur Schleifscheibe ausgeschwenkt und nutzt den großen Shift-Weg (± 300 mm). Dies führt zu einer weiteren Beschleunigung des Prozesses. Ohne Tischdrehung und radialer Zustellung sind die Messergebnisse präziser.