Maschinenkonzept für Automotive-Verzahnungsfertigung

Das Konzept des Doppelspindlers ist nicht neu. In der Verzahnungstechnik setzt die OSG Ex-cell-o GmbH mit einer weltweit einzigartigen und bereits zum Patent angemeldeten Neuentwicklung allerdings neue Maßstäbe. Für die Außenverzahnung auf Seite A und B bei Seitenwellen waren bislang zwei Maschinen notwendig. Mit zwei Spindeleinheiten in einer Maschine führt die Doppel-spindler-Kaltwalzmaschine DUO diese Operationen in einem Hub durch. Das hat einen wesentlich geringeren Platzbedarf, eine Reduzierung der Taktzeiten sowie einer Kosteneinsparung bei der Investition zur Folge. Autor: Manfred Lerch

Die Anforderung kam von einem großen deutschen Automobilhersteller und diversen Automobilzulieferern, denn Komponenten für homokinematische Gelenke wurden bislang weltweit bei OEM und deren Zulieferer nach dem gleichen Prinzip gefertigt. Alle Bauteile wie Gelenke, Naben, die Seitenwellen und die sogenannten Tulpen ergeben eine Baugruppe und werden über unterschiedliche Linien gefertigt. Das Problem ist: Die Bauteile müssen im gleichen Takt gefertigt werden, weil sie am Ende zu einer Baugruppe zusammengefügt werden. Bei erwähntem Automobilhersteller wurde so für ca. 140 unterschiedliche Typen von Seitenwellen auf sechs Fertigungslinien gefertigt. In einem 15-Sekundentakt sind das jährlich mehrere Millionen an Seitenwellen. Für die Außenverzahnungen der Seitenwellen waren aber bislang zwei Maschinen pro Linie notwendig. Das heißt, eine Maschine hat Seite A verzahnt, die Welle wurde um 180° gedreht und die zweite Maschine hat Seite B verzahnt. „Wir haben deshalb hinterfragt, warum hier zwei Maschinen notwendig sind, um diese Operation darzustellen“, so Rafael Schweda, Vertriebsleiter bei OSG Ex-cell-o: „In der Vergangenheit wurden wir bei unseren Linien ja nicht mit solchen Problemen, sondern mit anderen Anforderungen konfrontiert. Denn das Walzen war ja immer die schnellste Operation innerhalb des Prozesses. Die Neuausrichtung bezüglich der Seitenwelle, und damit verbunden der Platzbedarf, war für uns aber ebenfalls neu. Deshalb war es auch unser eigener Anspruch, dieses Problem zu lösen. So entstand bei uns die Idee, einen Doppelspindler zu entwickeln, der diese beiden Operationen mit zwei Spindeleinheiten in einer Maschine in einem Hub durchführt.“

Doppelspindler sind nicht neu und im Bereich Verzahnung existiert bereits ein ähnliches Konzept, das allerdings nicht mit unabhängigen Antriebssystemen auf den X-Achsen arbeitet. Der Nachteil: Die Werkzeuge sind unten und oben auf einem Schlitten positioniert. So können die Spindeln nicht unabhängig voneinander korrigiert werden. Der Vorteil der Kaltwalzmaschine DUO ist, dass auf einer Basis zwei Schlitten mit jeweils einem Antrieb geführt werden. Über einen Messaufnehmer wird die Position des Schlittens aufgenommen. Das führt dazu, dass immer die exakte Position des oberen und unteren Schlittens zueinander erfasst wird. Außerdem arbeitet OSG Ex-cell-o bei der DUO mit nur einer Steuerung. So ist man in der Lage, Spindel eins und Spindel zwei unabhängig voneinander zu korrigieren. Diese technischen Highlights bringen in der Summe erhebliche Vorteile. Zunächst konnte die Taktzeit bei den Seitenwellen von 15 s je Seite (A/B) mit zwei Maschinen auf 13,5 s im DUO reduziert werden. Die Einsparung an Platzbedarf beziffert Rafael Schweda gegenüber den bisher zwei eingesetzten Maschinen mit dem Faktor 1,2 und auch bei der Investition in die DUO bewegt man sich deutlich unter dem Preis von zwei Maschinen.

Neben dem seriellen Prozess kann mit der DUO aber auch ein paralleler Prozess dargestellt werden, in dem zwei identische Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden können und sich so die Ausbringung verdoppelt. Zudem lassen sich auch ähnliche Werkstücke parallel bearbeiten. Voraussetzung dafür ist, dass die Anzahl der Verzahnungen im eigentlichen Bearbeitungsprozess gleich ist.

Know-how inklusive

Nun sind in besagten Seitenwellen in der Verzahnung Nuten als Haltefunktion. Diese wurden bisher aber erst nach dem Walzen der Verzahnung eingebracht. Eine Nut in eine Verzahnung einzubringen, ist allerdings ein großes Problem, weil ein unterbrochener Schnitt entsteht. OSG Ex-cell-o hat hier einen Prozess entwickelt, mit dem man in der Lage ist, die Nut vor dem Walzen einzubringen und sie beim Walzen freizuhalten. Dafür wird das Bauteil in einer Messstation positioniert, die Position der Nut zu einer Referenz vermessen und die Daten an die Maschine übertragen. So wird die Position der Nut beim Walzen in Form eines Schwertes freigehalten. Dieses Konzept spart zwei Prozesse ein: das Einstechen nach dem Walzen und vor allem das Entgraten. Denn bei der herkömmlichen Methode entsteht ein immenser Grat in der Verzahnung, der nur zeit- und kostenintensiv entfernt werden kann. Das „Freihalten der Nut“ setzt OSG Ex-cell-o auf allen Maschinen ein, es ist auch nachrüstbar.

Im Gegensatz zu diesem Standard wurden bei der Entwicklung der DUO von Kundenseite noch einige Features gefordert. So spricht man beispielsweise bei der Trennung der beiden X-Achsen-Schlitten im Prozess von der Optimierung des Summenteilungsfehlers unabhängig von der jeweiligen Spindel. Dieser Fehler kann bei der DUO durch eine Korrektur im HMI bzw. über den Bildschirm des oberen und unteren Schlittens durchgeführt werden. Über eine Maske erfolgt beispielsweise die Eingabe „Spindel 1 korrigiere Summenteilungsfehler um X µm“. Innerhalb von wenigen Sekunden ist das erledigt.

OSG-Ex-cell-o
www.osg-excello.com

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