VHM-Fräser zum Bearbeiten von Zahnformflanken und Fußprofilen. (Bild: Horn)
Den Trend zu kleineren Losgrößen und höherer Variantenbreite bei Zahnrädern unterstützt beispielsweise die Tübinger Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH „mit einer Fülle von leistungsfähigen und wirtschaftlichen Verzahnungslösungen auf universellen Bearbeitungsmaschinen“.
Für jede Verzahnungsgeometrie zwischen Modul 0,5 und Modul 30 bietet Horn Lösungen, die dazu dienen, auch bei Einzelteilen, Prototypen sowie Klein-und Mittelserien „hochwertige Verzahnungsgeometrien aller Art bis Modul 30 höchst wirtschaftlich mit Standardwerkzeugen zu generieren“. Das Verzahnungsprogramm umfasst das Fräsen von Stirnrädern (gerade, schräg oder pfeilverzahnt), das Fräsen von Welle-Nabe-Verbindungen, das Stoßen von Außen- und Innenverzahnungen, das Fräsen von Schneckenwellen, Kegelrädern, Ritzeln sowie kundenspezifischer Verzahnungsprofile. Ab Modul 4 bis Modul 30 bieten die Tübinger Verzahnungslösungen für Prototypen sowie Klein- und Mittelserien auf universellen Bearbeitungszentren mit Standardwerkzeugen wie Schaftfräsern, Kugelfräsern, torischen Fräsern, Scheibenfräsern, Topfscheibenfräsern und konischen Fräsern aus dem Standardprogramm an. Basis für diese Bearbeitungen bietet eine Verzahnungssoftware wie zum Beispiel „Gear Mill“ von DMG Mori.
Standardwerkzeuge erzeugen dabei softwaregestützt alle Geometrien von Zahnprofilen: Stirnverzahnungen, gerade-, schräg- oder pfeilverzahnt, Schneckenräder, unterschiedliche Kegelräder oder Ritzel wie zum Beispiel „Klingelnberg“ Zyklo-Palloid-Verzahnungen oder diverse „Gleason“-Derivate.
Es ist somit möglich, auf universellen fünfachsigen Dreh- und Fräszentren hochkomplexe Zahnräder zu fertigen. Der wirtschaftliche und zeitliche Effekt gegenüber der Fertigung auf teuren Verzahnungsmaschinen ist dabei enorm, denn auf den universellen Bearbeitungszentren können vorher die jeweiligen Rohteilgeometrien und anschließend in der gleichen Aufspannung Zahnräder in Einzelfertigung, für den Prototypenbereich oder Klein- und Mittelserien – und anschließend wieder ganz andere Teile – gefertigt werden.
„Von kleinen Zahnrädern für Pkw-Getriebe bis zu großen Modulen für Windkraftanlagen – der Bedarf an Zahnrädern nimmt weltweit zu“, konstatiert Thomas Falk, Segmentleiter Verzahnung der
„Heute wird die Wälzfräserleistung über den gesamten Lebenszyklus bewertet.“
Thomas Falk, Segmentleiter Verzahnung der LMT Tool Systems GmbH,
Schwarzenbek
Bild: LMT Tools
LMT Tool Systems GmbH, Schwarzenbek. Bei ihrer Fertigung ist vor allem Multifunktionalität gefragt. Fräswerkzeuge sollen gleichzeitig mehrere Aufgaben erfüllen, um Schleifoperationen einzusparen und damit die Effizienz in der Produktion zu steigern.
Bezüglich der gesteigerten Anforderungen von hoher Lebensdauer und geringer Geräuschentwicklung bei Getrieben nehmen auch die Anforderungen an Oberflächen und Maßhaltigkeit zu. „Hier kommen bei der Massenproduktion insbesondere einteilige Wälzfräser aus PM-HSS, Speedcore oder Vollhartmetall zum Einsatz,“ so Falk. Die Vorteile liegen in ihren präzise geschliffenen Verzahnungsprofilen mit sehr engen Toleranzen sowie in ihrer – gegenüber Wendeplattenwerkzeugen – höheren Zähnezahl.
Die qualitativen Anforderungen steigen auch bei Großverzahnungen für die Innen- und Außenverzahnung. So werden zum Beispiel in der Windenergie immer größere Zahnräder bei steigender Qualität gefertigt. Falk: „Wir bieten hier neben den einteiligen Wälzfräsern seit Jahren auch Wälzfräser mit Wendeschneidplatten und Zahnformfräser an. Als einziger Anbieter weltweit haben wir zudem einen Innenwälzfräser mit Wendeplatten im Programm.“ Mit diesem neuen Werkzeug kann eine weitaus höhere Teilungsgenauigkeit als im Einzelteilverfahren erreicht werden. Bisher wurden mit Zahnformfräsern bei identischen Maschinenvoraussetzungen Teilungsgenauigkeiten von 10 bis 12 erzielt. Mit dem neuen „Gear Runner Internal“ kann nun im kontinuierlichen Wälzfräsverfahren gearbeitet werden. Dadurch sind jetzt Teilungsgenauigkeiten von 6 bis 7 problemlos bei gleichzeitig gesteigerter Oberflächenqualität möglich. Zur Erzeugung dieser Qualität war bisher eine zusätzliche Schleifoperation erforderlich. Verzahnungsfräser sollten möglichst viele Aufgaben erfüllen. Zum Beispiel Schruppen und Schlichten mit ein und demselben Werkzeug, um am Ende die komplette Schleifoperation sowie eine Schleifmaschine zu sparen. Oder auch die zwei Operationen „Verzahnungsfräsen“ und „Anfasen“ in einer Aufspannung durchführen.
Zu den wichtigsten Entwicklungstrends gehört die Steigerung der Produktivität in der Verzahnung. Ein wichtiger Erfolg wird durch neue Schneidstoffe und nanostrukturierte Beschichtungen erreicht. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten und gesteigerten Vorschüben wird auch die entstehende Zerspanungswärme immer größer. Dieser Forderung nach wesentlich gesteigerter Warmhärte, erläutert Falk, „trägt der innovative Speedcore-Wälzfräser Rechnung, dessen Schneidstoff die Gebrauchseigenschaften zwischen PM-Schnellstahl und Hartmetall abdeckt“. Größere Module bis Modul 20 und eine neue Beschichtung „HT“ (High Temperature) erweitern das Anwendungsspektrum. Inzwischen werden schon die Leistungsdaten von Vollhartmetallwälzfräsern erreicht. Produktivitätssteigerungen von 70 Prozent sind mit der neuen Werkzeugentwicklung realisierbar. Heute wird die Wälzfräserleistung – besonders in der Serienfertigung – nicht alleine durch das Fräsergebnis innerhalb einer Standzeit bewertet, sondern über den gesamten Lebenszyklus. Sowohl die Lebensdauerleistung als auch die Lebensdauerkosten gehen in die Betrachtung ein. Bezüglich der Lebensdauerkosten sind einteilige Wälzfräser im Vorteil, weil sie zirka 15 Mal nachschleifbar und wiederbeschichtbar sind, ohne Abstriche in der Produktivität. Bei mehrteiligen Werkzeugen kleiner Modul 6, schränkt der Experte ein, „ist dieser Effekt nicht wirtschaftlich abbildbar, da nach Standzeitende die Schneidplatten ausgetauscht werden müssen“.
Viel Bewegung bei Verzahnungen
Innovative Verzahnungslösungen ermöglichen Komplettbearbeitungen im Fahrzeugbau.
Bild: Sandvik Coromant
Nach Einschätzung von Kenneth Sundberg, Direktor Global Gear Milling Solutions der Sandvik Tooling Deutschland GmbH, ist „viel Bewegung in der Herstellung von Verzahnungen“. Zwei sehr starke Trends prägen seiner Meinung nach den Bereich des Verzahnungsfräsens. Dem Wunsch nach mehr Flexibilität für kleinere Losgrößen wird durch die Komplettbearbeitung auf 5-Achs-Maschinen entgegengekommen – und das ohne Kompromisse bei der Bauteilqualität. Der zweite Trend gründet sich auf den Bedarf nach höherer Produktivität und längeren Standzeiten und damit einer höheren Prozesssicherheit beim Verzahnungsfräsen. Ermöglicht wird dies durch die Nutzung von Hartmetallwerkzeugen. Mit Hartmetallwerkzeugen können die Produktivität oft um mehr als das Doppelte gesteigert und die Standzeiten um einen Faktor von 2 bis 3 erhöht werden.
Hochwertige neue Stähle werden zukünftig deutlich häufiger zum Einsatz kommen, da sie wesentlich höhere Kräfte übertragen und so eine hohe Festigkeit erzielen können. Neben neuen Produkten setzen sich aber auch alternative Bearbeitungsmethoden durch. Dazu, so Sundberg weiter, „zählt das Wälzschälen, das in vielen Fällen die herkömmlichen Prozesse für Innen- und auch Außenverzahnung mit gewaltigen Produktivitätsvorteilen ersetzt.“
Walter Frick
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