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Drehen und Verzahnen auf CNC-Maschinen aus einer Hand

Präzisionsfertigung von Verzahnteilen in großen Stückzahlen
Drehen und Verzahnen auf CNC-Maschinen aus einer Hand

Mit der Spezialisierung auf ein Know-how-intensives Marktsegment setzt CVT Capellmann Verzahntechnik in Gosheim auf Höchstleistungen in der Präzisionsverzahnung und bei der Drehteilefertigung. Wesentlicher Erfolgsfaktor ist die prozessabhängige Optimierung von Fertigungsabläufen mit ergänzender CVT-Automation an nahezu allen Fertigungseinrichtungen.

Autor: Rudolf Beyer

Dass man am Standort Deutschland sehr wohl zu weltmarktfähigen Preisen fertigen kann, beweist die Firma CVT Capellmann Verzahntechnik in Gosheim bei der Präzisionsfertigung von Verzahnteilen und Baugruppen. Durch weitgehende Automatisierung seiner Fertigung und Spezialisierung auf ein enges Teilespektrum hat der 1979 von Franz Capellmann als Lohnverzahner in Gosheim gegründete Betrieb es geschafft, dass bei ihm hohe Lohnkosten nur in sehr geringem Umfang die Produktionskosten bestimmen. Das von Anfang an dynamisch gewachsene Unternehmen fertigt heute mit 120 Mitarbeitern vorwiegend für Kunden aus der Automobilzuliefer- und Elektrowerkzeugindustrie.
Zur Erzielung minimaler Toleranzen und hoher Präzision vorzugsweise in der Großserie, setzt das Unternehmen laut Hans Capellmann, CVT-Geschäftsführer in der zweiten Generation, strikt auf die für seine Anforderungen jeweils besten Werkzeugmaschinen, die dann aber gleich in größeren Stückzahlen mit eigener Automation nahezu mannlos rund um die Uhr laufen.
Beim Verzahnen wellenförmiger Teile sind dies Wälzfräsmaschinen des Typs 160 von Emag Koepfer. Die erste der heute insgesamt 12 Maschinen dieses Typs wurde von CVT 2002 beschafft, zu einem Zeitpunkt also, als Koepfer, der Spezialist fürs Verzahnen, noch nicht zur Emag-Gruppe gehörte.
Die mit einer 8-Achsen-Steuerung der neuesten Generation ausgestattete Wälzfräsmaschine 160 von Koepfer bietet hohe Drehzahlen an Fräskopf und Hauptspindel und erlaubt damit auch bei Wellen und Ritzeln mit kleinsten Zähnezahlen das Arbeiten mit hohen Schnittgeschwindigkeiten.
Die Schrägbettausführung der Maschine ermöglicht einen sehr guten Zugang zu Fräskopf und Werkstück und einen hervorragenden Späne- und Kühlmittelabfluss. Das integrierte Ladeportal mit Doppel-Rotationsgreifer ermöglicht kürzeste Lade- und Entladezeiten. Für die verschiedensten Teilespektren und Autonomie-Anforderungen haben die CVT-Techniker ein ausgeklügeltes System von Rohling- und Fertigteilmagazinen installiert, die sich je nach Bedarf sowie Form und Größe der Teile ohne großen Rüstaufwand an alle vorhandenen Verzahnmaschinen andocken lassen.
Hans Capellmann: „Wichtigstes Merkmal beim Einsatz unserer Maschinen ist die kurze Span-zu-Span-Zeit. Es kommt entscheidend darauf an, wie schnell das Werkstück von der Maschine kommt. Mit der Koepfer Wälzfräsmaschne verzahnen wir beispielsweise eine Ankerwelle eines Großkunden in 8 Sekunden. Die vergleichbare Boden- und Boden Zeit dauerte bei uns vorher auf konventionellen Verzahnmaschinen 35 Sekunden. Mit der reinen Bearbeitungszeit, die ja teilweise durch das Werkzeug bestimmt wird, kommt man irgendwann an die Grenzen. Deshalb muss man konsequent an die Nebenzeiten ran.”
Mit Koepfer Wälzfräsmaschinen global wettbewerbsfähig
Mit den neuen Maschinen von Koepfer konnten bei CVT sogar Aufträge aus China zurück nach Deutschland geholt werden. Ein nordeuropäischer Motorenhersteller hatte Qualitätsprobleme mit induktiv gehärteten schrägverzahnten Ankerwellen, die er in großen Stückzahlen aus China bezog und fragte deshalb das Teil bei CVT an. Das Problem war, dass sich beim Induktiv-Härten nach dem Verzahnen die Verzahnungsgeometrie verzog, die erforderlichen Toleranzen also nicht eingehalten werden konnten.
Da CVT sich nicht nur als klassischer Zulieferer, sondern mit seinem langjährigen Prozess-Know-how auch als Problemlöser rund ums Verzahnen versteht, wurde bei dieser Ankerwelle die Fertigungsfolge umgestellt. Das Teil mit 8 mm Außendurchmesser und Modul 0,9 wurde vor dem Verzahnen zunächst bis unter den Fußkreis gehärtet und dann auf der Koepfer Wälzfräsmaschine die 20° Schrägverzahnung mit Hartmetall-fräsern ins Volle hart zerspant. Und das bei einer Härte von 53 Rockwell und exzellenter Oberflächengüte, obwohl das schlanke Werkstück beim Wälzfräsen mit einer Führungsbuchse abgestützt und geführt werden muss. Das Spiel der zuvor mit hoher Genauigkeit im µm-Bereich geschliffenen Ankerwelle, macht den Zerspanprozess wegen der damit verbundenen Schwingungen schwierig. Aber trotz Spiel in der Lünette wird bei CVT prozesssicher eine Verzahnungsgenauigkeit Qualität 8 erreicht. Das ist lt. Hans Capellmann so ungefähr die Genauigkeitsgrenze, ab der dann Verzahnungsschleifen erforderlich wird. Vorteil beim Hart-Zerspanen ist natürlich, dass ein fertiges Werkstück von der Maschine kommt. Mittlerweile ist das Verfahren bei CVT Capellmann so ausge-reift, dass bei dieser Ankerwelle Werkzeug-Standzeiten von 2000 Stück erreicht werden.
Vertikaldrehmaschinen von Emag
Natürlich läge es nahe, dass ein Zulieferer von Verzahnteilen seine Drehteile von benachbarten Betrieben auf dem Heuberg, dem Drehzentrum Deutschlands, beziehen würde. Zum Teil ist das auch so. Aber als vor Jahren ein Drehteilezulieferer bei einem Großauftrag für einen wichtigen Großkunden nicht rechtzeitig liefern konnte, wurde vom Unternehmen beschlossen, selbst eine Drehteilefertigung aufzuziehen, um eigene Drehteile-Komponenten für seine Baugruppen einzusetzen, mit denen das CVT-Qualitätsniveau garantiert werden kann.
Der Produktionsprozess Drehen inhouse startete bei CVT im Februar 1992 mit der ersten Drehmaschine Tornos ENC 164, erweiterte damit die Fertigungstiefe und produzierte für die Kunden einbaufertige Teile. Im Mai 2007 wurde aus räumlichen Gründen ein Werksgebäude mit 14 000 m2 Fertigungsfläche zugekauft und zusammen mit der Fertigung von Spritzgussteilen als ein eigenständiges Unternehmen im Werkverbund integriert. Die beim Verzahnen erfolgreiche Fertigungsphilosophie findet seitdem beim Drehen ihre Fortsetzung. Geprüft wird immer, hat man die richtige Maschine für die Anforderungen des zu bearbeitenden Teiles. Dafür stehen eine ganze Reihe Lang- und Kurzdrehmaschinen zur Verfügung. Es werden zwar nach wie vor Drehteile zugekauft, der Anteil eigen gefertigter Teile nimmt allerdings kontinuierlich zu.
Das Konzept der VL3 Vertikaldrehmaschine hat bei CVT als Ganzes überzeugt
Vertikale Drehmaschinen von Emag kamen bei CVT ins Spiel, als der Bedarf an radförmigen Teilen mit größerem Durchmesser zunahm. Da passt ein Langdreher natürlich nicht. Für die VL 3 von Emag entschied man sich nach ausgiebigen Versuchen, weil die Maschine auf Grund ihrer Stabilität im Vergleich zu einem ebenfalls getesteten Wettbewerbsprodukt das bessere Qualitätsergebnis lieferte. Auch die Span zu Spanzeit war im Vergleich zum Wettbewerb besser. Hans Capellmann: „Der Arbeitsraum der VL- Vertikaldrehmaschine ist sehr gut zugänglich, die Maschine ist kompakt. Das Konzept als Ganzes hat uns einfach überzeugt.”
Vor drei Jahren wurde die erste gekauft. Mittlerweile sind 10 Maschinen paarweise vollautomatisiert im Einsatz. Vorteil ist, dass jede VL-Maschine bei Bedarf auch als Einzelmaschine genutzt werden kann. Man hat auch mal überlegt, ob man die Hartbearbeitung auf die VL 3 nehmen soll. Hans Capellmann: „Die Maschine ist dafür aber zu groß, wir warten, bis es von Emag auch eine kleinere VL-Maschine gibt.”
Alle VL-Maschinen bei CVT sind mit einer Fanuc Steuerung ausgerüstet. Nicht nur, weil sie kostengünstiger ist und von Lohnfertigern als zuverlässiger bezeichnet wird, sondern auch weil alle japanischen Langdrehmaschinen bei CVT mit Fanuc Steuerungen ausgerüstet sind. Da ist es natürlich vorteilhaft, gleiche Steuerungen an allen Drehmaschinen zu haben. Obwohl die VL-Maschinen in drei Schichten an 6 Tagen laufen, war in den drei Jahren seit Installation der ersten Maschine noch nie ein Service erforderlich.
Deshalb würde CVT lt. Hans Capellmann auch andere Maschinen nur mit Fanuc Steuerungen einsetzen. Nur bei den Wälzfräsmaschinen von Koepfer wird eine andere Steuerung akzeptiert, weil der Verzahnprozess mit den extrem kurzen Haupt- und Nebenzeiten eine Spezialsteuerung, die den elektronischen Getriebezug umsetzt, erforderlich macht.
Es fällt auf, dass für bestimmte Fertigungsverfahren bei CVT viele gleiche Maschinen weniger Hersteller zum Einsatz kommen. Hans Capellmann: „Wenn wir uns einmal für einen bestimmten Hersteller entscheiden, muss schon viel passieren, bevor wir uns einem anderen zuwenden. Es hat Vorteile beim Einsatz von Werkzeugen, Flexibilität beim Einsatz der Mitarbeiter, der Schulungsaufwand ist geringer. Kommt ein Teil mal in größeren Stückzahlen, können wir problemlos auf eine weitere gleiche Maschine ausweichen und wenn eine Maschine ausfällt, kann sofort eine andere zum Einsatz kommen. Auch Freigabeverfahren sind viel einfacher, wenn bestimmte Teile dann auf einer anderen baugleichen Maschine gefertigt werden.”
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