Mit den Verfahren Stoßen und Fräsen bietet die Paul Horn GmbH eine Vielzahl an interessanten Werkzeugsystemen zur wirtschaftlichen Bearbeitung von Verzahnungen an. Der Vorteil liegt im Einsatz von Standardgrundhaltern und einer an die geforderte Geometrie angepassten Hartmetall-Wendeschneidplatte. Darüber hinaus zeigt Horn, wie nur durch den Einsatz von Standardwerkzeugen Großverzahnungen zeit- und kostengünstig hergestellt werden können.
Die Herstellung von Verzahnungen stellt heute eine der wichtigsten Bearbeitungen dar. Nahezu in jedem Teilbereich der Industrie kommen Bauteile mit Verzahnungen zum Einsatz, wobei das typische Zahnrad das wesentlichste Bauteil ist.
Ein Zahnrad kann über den Modul beschrieben werden, dabei beschreibt der Modul das Verhältnis Zahnteilung (Abstand zweier benachbarter Zähne) zur Kreiszahl Pi, bzw. Teilkreisdurchmesser geteilt durch die Anzahl der Zähne. Um hier einheitliche Module zu erhalten, sind in DIN780 Vorzugsreihen definiert
Die Herstellungsverfahren von Zahnrädern variieren dabei erheblich, neben umformenden Verfahren oder direkt gegossenen Zahnrädern werden überwiegend Zerspanungsverfahren eingesetzt. Diese hängen maßgeblich von der Geometrie der Verzahnung ab. Momentan sind meist stirnverzahnte Elemente im Einsatz, daneben gibt es aber auch andere Arten von Zahnrädern, wie z. B. Kegelräder oder Schneckenwellen. Von den Zerspanungsverfahren kommen überwiegend Fräsverfahren oder aber auch das Verzahnungsstoßen zum Einsatz. Dies hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. der Bauteilgröße, der Art (Innen- oder Außenverzahnung), der Geometrie der Verzahnung oder der Geometrie der einzelnen Zähne.
Stoßen nicht zu unterschätzen
Eine relativ einfache Möglichkeit, vor allem bei beengten Platzverhältnissen und kleinen Bauteilen, für Innen- und Außenverzahnung bietet das Verfahren Stoßen. Im Gegensatz zu teuren Räumwerkzeugen ist das Stoßen relativ kostengünstig, da hier Standardgrundhalten mit dem Einsatz einer angepassten Wendeschneidplatte z. B. dem System 117 von Horn, kombiniert werden können. Ein weiterer Vorteil ist der Einsatz direkt auf der Dreh- oder Fräsmaschine. Der Stoßprozess kann dabei über die Steuerung der Maschine programmiert werden. Darüber hinaus gibt es mittlerweile eine Vielzahl an angetriebenen Einheiten zum Nut- und Verzahnungsstoßen. Diese angetriebenen Werkzeuge kommen insbesondere bei mittleren und großen Losgrößen zur Anwendung.
Zum Einsatz kommen Platten mit Einzahngeometrie zur universellen Anwendung oder aber Platten mit Vielzahngeometrie. Diese an den zu stoßenden Durchmesser angepassten Platten haben mehrere Zähne. Nur der letzte Zahn bildet das fertige Zahnprofil, während die anderen Zähne als Vorschneider arbeiten. Auf diese Weise kann die Bearbeitungszeit deutlich minimiert werden.
Große Auswahl an Fräswerkzeugen
Im Gegensatz zu teuren Wälzfräsern können angepasste Hartmetallwendeschneidplatten, welche mit einem Standardgrundhalter versehen sind, wirtschaftliche Vorteile bringen. Die Werkzeuge können sowohl auf Fräs- als auch auf Drehmaschinen eingesetzt werden. Je nach Modulgröße (DIN 3972, Bezugsprofil 1) decken unterschiedliche Frässysteme das Aufgabengebiet ab:
Bis Modul 3: Schneidplatten Typ 606 bis 636 (auch als Dreischneider)
Bis Modul 4: Frässysteme M274 und M279 – einreihig und zweireihig für breite Profile
Bis Modul 6: Frässystem Typ M121
Der Verzahnungsfräser M121 von Horn kommt z. B. beim Fräsen von Zahnstangen, welche durch eine hydraulisch induzierte Linearbewegung ein Kolbensystem in eine Drehbewegung versetzen, zum Einsatz. Der Werkstoff ist ein hochsiliziumlegierter Aluminiumguss. Probleme bereitete die Verzahnung, bestehend aus acht Zahnleisten mit 190 mm Länge in Modul 5.
Zum Einsatz kam bisher ein HSS-Fräser, da ein Vollhartmetallwerkzeug nicht wirtschaftlich war. Nun wird mit einem Standardscheibenfräser vorgefräst. Zum Fertigfräsen dient ein Fräser des Typs M121 von Horn, allerdings mit mehr als vierfacher Standmenge, doppeltem Vorschub und höherer Schnittgeschwindigkeit als mit HSS. Die Lagerkosten haben sich minimiert, die Investition schon nach zwei Monaten und ungefähr 200 Teilen amortisiert.
Wirtschaftliche Standardwerkzeuge
Entscheidender Faktor beim Verzahnungsfräsen ist die Bearbeitungszeit. Bei Verzahnungen mit großem Modul kann der Einsatz von Standardwerkzeugen durchaus sinnvoll sein. Zum Schruppen kommen hierbei überwiegend Hochvorschubwerkzeuge, wie z. B. Fräser DAHM oder DG von Horn zum Einsatz. Diese Werkzeuge haben neben dem hohen Zahnvorschub den Vorteil, dass Kräfte in Achsrichtung aufgenommen werden. Hierdurch sind auch bei großen Auskraglängen stabile Prozesse möglich. Ein weiterer Vorteil dieser Werkzeuge ist das Abzeilen mit kleinen Schnitttiefen. Bereits beim Schruppen ist so eine endkonturnahe Fertigung gegeben.
Die nachfolgende Schlichtbearbeitung kann dann prozessoptimal ausgeführt werden. Ein gutes Beispiel hierfür ist die Herstellung von Pfeilverzahnungen. Zum Einsatz kommen hier mit Wendeschneidplatten bestückte Hochvorschubfräser im Durchmesser 12 mm, jedoch mit einer Auskraglänge von 3xD. Mit diesen Werkzeugen kann bis in den Zahngrund geschruppt werden. Mit der anschließenden Schlichtbearbeitung, ebenfalls mit einem Standardwerkzeug, wurde die geforderte Bearbeitungszeit eines Ritzels von 17 auf 6,5 Stunden Bearbeitungszeit verringert.
Zusammengefasst bietet Horn ein sehr umfangreiches Stoß- und Fräsprogramm zur Herstellung von Verzahnungen. Es besteht hierbei, neben der Möglichkeit mit Standardwerkzeugen eine Verzahnung herzustellen, ein umfassendes Verzahnungsprogramm mit angepassten Wendeschneidplatten für alle Modulgrößen von M 0,5 bis M 6.
Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH www.phorn.de
Der Autor
Dr.-Ing. Matthias Luik, Leiter Forschung und Entwicklung, Hartmetall Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
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