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Verzahnungen fliegend gefräst

Komplettbearbeitung auf dem Dreh-Bearbeitungszentrum
Verzahnungen fliegend gefräst

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Wenn es ein Unternehmen gibt, von dem man sagen kann, es steht für Kompetenz in der Verzahnungsfertigung, dann ist es die Voith Turbo GmbH & Co. KG, Bereich Schiene. Am Standort Mergelstetten bei Heidenheim werden mit 220 Mitarbeitern Verzahnungen für Achsantriebe gefertigt. Um Stirnräder auf dem Dreh-Bearbeitungszentrum komplett bearbeiten zu können, setzen die Verzahnungsspezialisten auf eine nicht alltägliche Werkzeuglösung von Kennametal.

Egal ob es um Regionalzüge, den ICE oder einen aktuellen Weltrekordversuch in China geht – über 500 km pro Stunde mit einem Schienenfahrzeug – eines haben diese Beispiele gemeinsam: Die Kraftübertragung auf die Achsen der Züge erfolgt mittels Voith Achs-Antrieben.

Forderung nach Komplettbearbeitung
Alle Kernkomponenten der Antriebe, dazu gehören die Stirnräder, die Kegelräder aber auch Gehäuse, Achssterne und Labyrinthteile, werden im neuen Voith-Werk Mergelstetten gefertigt.
Erst seit März 2010 in Betrieb, beeindruckt der Standort mit einem modernen Maschinenpark. Und auch die Chance, die gesamte spanende Fertigung noch einmal auf der „grünen Wiese“ neu planen zu können, wurde konsequent genutzt, erläutert Andreas Leubner, Leiter der Arbeitsvorbereitung bei Voith: „Als Rahmen der Neustrukturierung der Produktgruppen wurde ganz bewusst auf eine Aufteilung nach Technologiekriterien geachtet, um an den jeweiligen Fertigungsstandorten die Teilevielfalt zu begrenzen. Ein weiteres Ziel war es, die Durchlaufzeiten der Teile im Betrieb stark zu verkürzen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat Voith mit Maschinen- und Werkzeugherstellern zusammengearbeitet, um einerseits einzelne Bearbeitungsoperationen zu verkürzen, andererseits aber um die Komplettbearbeitung der Teile auf einer Maschine zu ermöglichen.“
Kein Platz für eine Wälzfräseinheit
Genau darum ging es auch bei Ritzelwellen, die auf einem horizontalen Dreh-Fräs-Zentrum gefertigt werden.
Voith suchte nach einer Möglichkeit, auch die Schrägverzahnung des Teils auf der Maschine zu integrieren. Die Schwierigkeit auf dem Drehzentrum waren die engen Platzverhältnisse, um einen entsprechend großen Fräser einzusetzen, der auch vom Verschleiß her wirtschaftlich sein sollte. Ein Gegenlager fiel daher auch aus.
„Wir hatten dann bei verschiedenen Herstellern angefragt, als aber klar wurde, dass der Wälzfräser nur einseitig gelagert werden kann, also fliegend zum Einsatz kommt, und der Shiftweg sehr gering ist, waren viele Hersteller skeptisch.“
Der einzige, der sich der Anforderung Wälzfräsen stellte, war Andre Seifert, der als zuständiger Außendienstmitarbeiter mindestens einmal pro Woche vor Ort ist.
Gemeinsam schauten sich also Harald Weiler, der bei Voith für die NC-Planung zuständig ist, Andreas Leubner und Andre Seifert die Fertigungssituation noch einmal im Detail an.
Das Problem erschien lösbar
Nach Einschätzung der Kennametal-Fachleute war das Problem durchaus lösbar.
Also haben die Kennametal-Spezialisten daraufhin eine Frässtrategie ausgearbeitet und einen passenden, einseitig gelagerten Verzahnungsfräser Modul 5,5 entwickelt und produziert.
Die Beteiligten waren positiv überrascht, wie problemlos sich mit diesem Werkzeug das neue Verfahren auf die Bearbeitungsmaschine bringen ließ: „Die Werkstücke sind circa 350 Millimeter lang und haben einen Außendurchmesser von 240 Millimeter. Der Fräser sitzt in einer Capto C8-Aufnahme. Wir waren anfangs schon skeptisch, ob die Stabilität auch ohne Gegenlager ausreichend ist, um prozesssicher zu arbeiten und die geforderte Qualität zu erreichen. Entsprechend begeistert waren wir, dass das Verfahren von Anfang an sehr gut funktioniert hat.“
Vier Schneidkanten je WSP sorgen für wirtschaftliche Zerspanung
Um eine möglichst hohe Standzeit des Werkzeugs zu erreichen, haben sich die Voith-Mitarbeiter für einen Wendeplattenfräser entschieden. Seifert erinnert sich: „Bei Modul 5,5 war es schon eine Herausforderung, die Wendeschneidplatten auf dem Fräserkörper unterzubringen. Der Vorteil dieser Lösung liegt aber klar auf der Hand. Jede Schneidplatte verfügt über vier Schneidkanten, kann also vier Mal genutzt werden, bis sie ausgetauscht werden muss. Einen konventionellen Wälzfräser müsste man regelmäßig zum Nachschärfen geben. Das benötigt eine Menge Zeit. Auch wenn so ein Werkzeug in der Anschaffung nicht billig ist, rechnet sich die Investition. Beeindruckend ist auch die Laufruhe des Fräsers. Durch die Anordnung der Wendeplatten und die Auslegung des Fräsers, konnten wir hier Probleme vermeiden. Denn die Sorge vor unkontrollierbaren Vibrationen war offenbar der Grund, warum die Wettbewerber für diese Anwendung kein passendes Werkzeug entwickeln konnten.“
Weitere Anwendungsfälle bereits im Visier
Aktuell wird bei Kennametal ein identisches Schwesterwerkzeug gefertigt. So kann in Zukunft stets ein Werkzeug im Einsatz auf der Maschine sein, während das andere außerhalb bestückt wird. Doch das ist noch nicht alles: Momentan wird bei Voith die Verzahnoperation genau unter die Lupe genommen, gut möglich also, dass in naher Zukunft weitere fliegend gelagerte Wälzfräser von Kennametal bei Voith zum Einsatz kommen. (hr)
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