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Innovation Wälzfräser

Zahnräder für den Automobilbau effektiver und billiger produzieren
Innovation Wälzfräser

Die Firmengruppe LMT Tools und insbesondere LMT Fette Werkzeugtechnik ist seit fast 100 Jahren spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Verzahnungswerkzeugen im oberen Qualitätssegment. Neben dem eigenen Expertenwissen zahlreicher Ingenieure im Engineering-Center wird durch die Kooperation mit Kunden, Maschinenherstellern und Hochschulen die Basis für immer neue Innovationen geschaffen.

Der größte Anwender von Verzahnungswerkzeugen, insbesondere von Wälzfräsern, ist die Fahrzeugindustrie einschließlich Nutzfahrzeuge mit etwa 50 Prozent und dies mit wachsendem Bedarf. In der Automobilindustrie beispielsweise ist der Trend zum Automatikgetriebe unübersehbar. Neue Automatikgetriebe besitzen inzwischen acht oder mehr Schaltstufen bzw. Gänge. Die dafür konstruierten Planetengetriebe bestehen aus vielen, kleinen Zahnrädern. Hinzu kommt, dass die Getriebe ihren Beitrag zur Schadstoffminimierung leisten, zum Beispiel zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes. Die neuen Motoren besitzen also zukünftig weniger Zylinder und Hubraum, so dass die Getriebe eine Schlüsselfunktion zur Leistungsübertragung einnehmen.

Natürlich wächst auch die Elektromobilität in ihren ganz unterschiedlichen Ausprägungen: von den verschiedenen Hybridausführungen, bei denen die Getriebe auch weiterhin benötigt werden, bis zum rein-elektrischen Antrieb. Selbst dafür sind Zahnräder unerlässlich, wenn zum Beispiel große Kräfte beim Anfahren des Fahrzeugs umgesetzt werden müssen. Der aus technologischer Sicht steigende Bedarf an Verzahnungswerkzeugen wird nochmals erhöht, wenn man sich das enorme Mobilitäts-Wachstum in den asiatischen Regionen China und Indien anschaut.
Neuer Leistungsstandard beim Wälzfräsen
Als besonderes Beispiel zur leistungsorientierten Fertigung von Zahnrädern für Pkw- und Nutzfahrzeug-Getriebe hat sich der Speed-Core-Wälzfräser etabliert. Er ist aus einem Schneidstoff hergestellt, dessen Gebrauchseigenschaften zwischen PM-Schnellstahl und Hartmetall einzuordnen sind. Sein besonderes Merkmal ist die hohe Warmhärte, wodurch wesentlich gesteigerte Schnittwerte realisiert werden können. In Verbindung mit der neuen Beschichtung Nanosphere 2.0 sind Produktivitätssteigerungen von mehr als 50 % möglich. Das bedeutet eine Verkürzung der Bearbeitungszeit und die drastische Senkung der Stückkosten.
Diese Nanolayer-Beschichtung eignet sich für alle Substrate, vom HSS-PM über Speed-Core bis hin zum Hartmetall. Zum Einsatz kommt hier eine PVD-Beschichtung auf Basis von Cr-Al-N, die sich durch eine hervorragende Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Der Beschichtungsprozess ist exakt auf die steigenden Anforderungen beim Wälzfräsen abgestimmt.
Besonders bei Schneidstoffen wie Hartmetall oder Speed-Core entsteht aufgrund der hohen Bearbeitungsparameter deutlich mehr Wärme an der Schneidkante. Genau hier spielt die Beschichtung ihre Vorteile voll aus. Das Resultat ist eine bis zu 40 % höhere Standzeit gegenüber herkömmlichen Beschichtungen.
Aber die entscheidenden Vorteile der neuen Beschichtung in Kombination mit dem Speed-Core und seiner weiterentwickelten Oberflächenstruktur sind:
Schnittgeschwindigkeiten von mehr als 300 m/min
Produktivitätssteigerungen von bis zu 70 % und
höchste Prozesssicherheit.
Verzahnen, Entgraten und Fasen auf einer Maschine
Neben dem eigentlichen Wälzfräsen müssen die erzeugten Zähne auch angefast werden. Dafür kommen häufig unterschiedliche Verfahren wie Roll-, Drück-, Schneid- und manuelles Nacharbeiten zur Anwendung. Diese Methoden benötigen separate Einrichtungen und Maschinen und sind daher aufwändig und teuer. Statt in getrennten Arbeitsprozessen auf verschiedenen Maschinen zu fräsen, zu entgraten und zu fasen, werden im multifunktionalen Werkzeugsystem die dafür notwendigen Werkzeuge zusammen auf einen Dorn gespannt. Zum Entgraten und Fasen hat LMT Fette dafür ein besonderes Werkzeug entwickelt, den Chamfer-Cut. Dadurch wird der gesamte Prozess optimiert und Fertigungszeit eingespart.
Auch hier die Vorteile auf einen Blick:
Verzahnen, Entgraten und Fasen auf einer Maschine
Alle Werkzeuge in einer Aufspannung
Kein maschinelles oder manuelles Nacharbeiten nötig
Anfasen von schräg verzahnten Zahnrädern möglich
An einem konkreten Beispiel sollen die Vorteile der drei Innovationen „Speed-Core, Nanosphere 2.0 und Chamfer-Cut“ für die Getriebefertigung in der Automobilindustrie aufgezeigt werden. Hergestellt wurden Zahnräder Modul 2,5 aus dem Werkstoff 20 MnCr5. Bisher kamen Wälzfräser aus dem Schneidstoff PM HSS zur Anwendung, mit einer Schnittgeschwindigkeit von 170 m/min bei einem Axialvorschub von 3,6 mm. Um die Prozesszeiten deutlich zu reduzieren, wurde nunmehr der Speed-Core-Wälzfräser mit gesteigerter Schnittgeschwindigkeit von 300 m/min eingesetzt, bei einem Axialvorschub von 3,25 mm. Mit dem Speed-Core konnte die Taktzeit um 59 % gesenkt werden.
Geringere Life-Cycle-Kosten
Heute wird die Wälzfräserleistung – besonders in der Serienfertigung – nicht nur alleine durch das Fräsergebnis innerhalb einer Standzeit bewertet. Vielmehr wird eine ganzheitliche Betrachtung angestellt, die den gesamten Life Cycle beinhaltet. Dafür entscheidend ist auch die Wiederaufbereitung nach Standzeitende, zu der das Nachschleifen und in bestimmten Zyklen auch die Wiederbeschichtung gehören.
Die LMT Tools ist in allen angestammten Märkten mit eigenen Servicestationen vertreten, in denen die Werkzeuge wieder aufbereitet werden. Dem Anwender stehen dann neuwertige Werkzeuge in Herstellerqualität zur Verfügung, mit entsprechend hoher Leistung.
Bei einem Anwender wurden Zahnräder mit dem Normalmodul 9 aus dem Werkstoff 18CrNiMo7-6 gefräst. Der Fertigungsleiter war mit den bisher eingesetzten Wälzfräsern aus EMo5Co5 mit TiN-Beschichtung nicht zufrieden und wollte nicht nur die Prozesszeiten deutlich reduzieren, sondern auch die Lebensdauerleistung steigern. Er setzte deshalb den Speed-Core mit Nanosphere 2.0 ein. Die bisherige und die neue Werkzeugausführung konnten jeweils 33 Mal nachgeschliffen werden. Der entscheidende Vorteil des Speed-Cores gegenüber dem EMo5Co5-Werkzeug bestand jedoch in der erheblich längeren Standzeit zwischen den Nachschliffen. Dadurch erhöhte sich seine gesamte Life-Cycle-Standmenge um 34 %.
LMT Tool Systems GmbH www.lmt-tools.com

Der Autor
Prof. Dr. Diethard Thomas, Leiter der LMT Group Academy
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