Getriebe für Elektrofahrzeuge müssen widerstandsfähig sein. - Bild: Sandvik Coromant

Getriebe für Elektrofahrzeuge müssen widerstandsfähig sein, um den höheren Drehzahlen standhalten zu können – daher sind sie schwieriger zu bearbeiten. - Bild: Sandvik Coromant

Eine Definition von Irrsinn ist es, die gleiche Handlung permanent zu wiederholen und zugleich bessere Ergebnisse zu erwarten. Das gilt auch für die Bearbeitung von Getriebekomponenten. Denn wer hier auf bessere Resultate hofft, sollte auch neue Wege gehen. Welche zum Erfolg führen, weiß Harish Maniyoor, Global Product Manager for Automotive bei Sandvik Coromant.

Power Skiving, auch als Wälzschälen bezeichnet, ist ein Bearbeitungsverfahren zum Verzahnen. Aufgrund eines kontinuierlichen Zerspanungsprozesses können dabei alle Bearbeitungen in einer einzigen Aufspannung ausgeführt werden. Im Wesentlichen handelt es sich um eine Kombination aus Wälzstoßen und Wälzfräsen, wobei der Schnittwinkel zwischen Werkzeug und Getriebeachse sowie die Drehzahl entscheidend für die Produktivität sind.

Elektrogetriebe: Das sind die Anforderungen an die Zerspanung

Früher war man der Meinung, dass Elektrofahrzeuge keine Doppelkupplungs- oder mehrstufigen Getriebeübersetzungen benötigen. Doch das hat sich geändert. Unternehmen wie Tesla und Porsche bringen Elektrofahrzeuge mit mehrstufigen Getrieben auf den Markt.

Der Grund: Elektromotoren erreichen viel höhere Drehzahlbereiche als herkömmliche Verbrennungsmotoren, nämlich 20.000 U/min statt nur 4.000 bis 6.000  U/min. Daher werden sogenannte Untersetzungsgetriebe benötigt, deren Aufgabe darin besteht, die Drehzahl auf ein überschaubares Maß zu reduzieren.

Um den hohen Drehzahlen standzuhalten, müssen Getriebe für Elektrofahrzeuge besonders widerstandsfähig sein, wodurch sie wiederum schwieriger zu fertigen sind. Außerdem muss man sich bei der Getriebeproduktion auf die Zerspanungsraten konzentrieren – und damit auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Eine weitere wichtige Anforderung ist eine möglichst geringe Geräuschentwicklung, da die Elektromotoren selbst äußerst leise sind. Das bedeutet: Bauteile müssen mit engeren Toleranzen gefertigt werden und bedürfen einer anspruchsvolleren Nachbearbeitung.

Wälzschälen genügt den Anforderungen besser als andere Verfahren

Schnelligkeit, Flexibilität und höchste Präzision bei der Bearbeitung von Getriebebauteilen – das lässt sich mit konventionellen Fertigungsverfahren für Getriebe nicht erreichen. Wohl aber mit dem Power Skiving-Verfahren, das die Bearbeitung des kompletten Bauteils auf einer Multi-Task-Maschine oder einem Bearbeitungszentrum in einer einzigen Aufspannung ermöglicht. Das verkürzt die Produktionszeit, verbessert die Qualität und reduziert Handling- sowie Logistikkosten.

Sandvik Coromant hat diese Vorteile des Power Skiving bei einem großen Automobilkunden in Schweden eindrucksvoll demonstriert. In Zusammenarbeit mit dem Automobilentwicklungsteam des Kunden wurde der Beweis erbracht, dass Wälzschälen mit zwei 5-Achs-Maschinen unter Verwendung von Sandvik Coromants Wendeschneidplattenfräser Coromill 180 möglich ist. Der Coromill 180 ist für die Großserienfertigung von Lauf- und Pass-/Steckverzahnungen ausgelegt.

Wendeschneidplattenfräser Coromill® 180. - Bild: Sandvik Coromant
Das Power-Skiving-Verfahren mit Werkzeugen wie dem Wendeschneidplattenfräser Coromill® 180 ermöglicht Komplettbearbeitungen in einer einzigen Aufspannung. - Bild: Sandvik Coromant

Damit überzeugt der Coromill 180 in der Anwendung

Der Kunde erreichte damit eine Durchlaufzeit, die alle Erwartungen übertraf: Weniger als 14 Minuten pro Bauteil waren gefordert, erreicht wurde weniger als eine Minute.

Power Skiving spielt seine Vorteile aber nicht nur in der Automobilindustrie aus. Das Verfahren bewährt sich branchenübergreifend: etwa im allgemeinen Maschinenbau, in der Windkraft- und der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Bereich der Robotik.

Vor allem in der Luft- und Raumfahrt ist Kostenreduzierung ein brandaktuelles Thema. Angesichts der Auswirkungen der Covid-19-Pandemie ist zum Beispiel bei Airbus die Flugzeugproduktion um 30 Prozent eingebrochen. Ähnlich wie bei Elektrofahrzeugen werden auch in der Luft- und Raumfahrt ältere Triebwerke hochgerüstet, um eine bessere Leistung und Effizienz zu erzielen.

Die Flexibilität des Power Skiving bringt hier viele Vorteile, etwa eine schulternahe Bearbeitung durchzuführen, was mehr Freiheiten bei der Auslegung der Bauteile ermöglicht. Da Komponenten für die Luft- und Raumfahrt häufig aus schwer zerspanbaren Materialien hergestellt werden, kann dies auch zähere Wendeschneidplatten erfordern.

Auf einen Blick: der Coromill 180 Wendeschneidplattenfräser

  • Außendurchmesser: 63 bis 500 Millimeter (2.48–19.7 Zoll)
  • Bohrungsdurchmesser: 16 bis 100 Millimeter (0.630–3.94 Zoll)
  • Modul, Pass-/Steckverzahnung: 2 bis 5 (DP 12.7–5)
  • Modul, Laufverzahnung: 2 bis 9 (DP 12.7–2.82)
  • Zahnkopfradius: 0,1 Millimeter (0,004 Zoll)

Wendeschneidplatten aus spezifischen Materialien bringen weitere Vorteile

Neue Hartmetallwendeschneidplatten sind ein weiterer neuer Weg, um Kosten zu senken und die Produktivität zu steigern. Mit den Sorten GC4415 und GC4425 hat Sandvik Coromant neue Wendeschneidplatten für die Anwendungsbereiche ISO P15 und P25 entwickelt. Beide sind so konzipiert, dass sie eine verbesserte Verschleißfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Zähigkeit bieten.

Die Wendeschneidplatten verfügen über die Inveio-Technologie der zweiten Generation, mit einer unidirektionalen Kristallorientierung in der Aluminiumoxid Beschichtung. Auf mikroskopischer Ebene betrachtet, zeigt jeder Kristall in die gleiche Richtung. Das schafft eine starke Barriere zur Spanbildungszone hin und verleiht der Wendeschneidplatte eine höhere Verschleißfestigkeit und längere Standzeit.

Wie beim Wälzschälen können Wendeschneidplatten wie GC4415 und GC4425 einen vorhersagbaren Verschleiß liefern.

Womit Power Skiving punkten kann

Branchenübergreifend erhöhen Power Skiving und der Einsatz der Hartmetallwendeschneidplatten die Zerspanungsraten, bieten die Möglichkeit, Komponenten mit nur einer Maschine in einer einzigen Aufspannung zu bearbeiten und verbessern die Maschinenauslastung. Nach Erkenntnissen von Sandvik Coromant kann eine um 20 Prozent höhere Maschinenauslastung eine um zehn Prozent höhere Bruttogewinnmarge bringen. Um diese Vorteile zu erreichen, sind zudem neue Prozesse gefragt – und hier kommt Primeturning ins Spiel.

Die Drehmethode basiert auf einem Werkzeug, das nahe des Spannfutters in das Werkstück eintritt und das Material abträgt, während es in Richtung des Reitstocks verfährt – auch hier geht es um möglichst hohe Zerspanungsraten. Mithilfe von Primeturning sind Bearbeitungen mit kleinem Einstellwinkel und größerem Eintrittswinkel sowie die Zerspanung mit höheren Schnittparametern möglich.

Mit Primeturning können bei einigen Anwendungen Produktivitätssteigerungen von über 50 Prozent erreicht werden. Nochmals unterstützt wird dies durch die Coroplus-Tool-Path-Software. Diese liefert optimierte NC-Codes und Techniken zum Einrichten von Parametern und Variablen, die den Output maximieren.

Ganz gleich, ob die Antwort in Power Skiving, neuen Hartmetallwendeschneidplatten oder Primeturning liegt: Alle drei neuen Bearbeitungswege können Fertigungsunternehmen Prozessoptimierungen bringen und zur Steigerung von Produktivität und Gewinn beitragen.

Quelle: Sandvik Tooling Deutschland GmbH

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