In 60 Sekunden ein Gewinde einer Zahnstange für eine Lenkung wirbeln

Wirbeln statt Schleifen

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Bei Kugelrollgewinden, die beispielsweise für Lenkstangen von Fahrzeugen oder in Antrieben von Maschinen gefragt sind, wird das Gewindeprofil häufig durch Schleifen erzeugt. Deutlich schneller geht’s mit „Wirbeln“. Genau dafür hat Mapal ein Werkzeugsystem zur Hartbearbeitung entwickelt – mit passenden Luftdüsen, um eine optimale Spanabfuhr zu gewährleisten.

Das Fertigungsverfahren des Wirbelns ist ein besonderes. Kombiniert es doch eine Dreh- mit einer Fräsoperation. Das heißt, nicht nur das Werkzeug dreht sich, sondern zusätzlich rotiert das Werkstück. Aus diesem Grund sind spezielle Maschinen nötig, um zu wirbeln. Es stellt sich die Frage, warum Unternehmen auf ein solches Fertigungsverfahren setzen sollten, wenn damit doch die Investition in eine neue Maschine zusammenhängt. Die Antwort gibt Michael Gebhard, Produktmanagement Hartbearbeitung: „Zwar ist das Schleifen ein bewährtes Verfahren, das Wirbeln allerdings um ein Vielfaches schneller.“

In Zahlen ausgedrückt: „Um das Gewinde einer Zahnstange für eine Lenkung herzustellen, dauert der Schleifprozess über sieben Minuten. Mit Wirbeln wird es in 60 Sekunden fertigbearbeitet“, berichtet er von einem konkreten Anwendungsfall. Bei hohen Stückzahlen hat sich die Anschaffung einer entsprechenden Maschine folglich schnell amortisiert.

Außenwirbeln von Kugelrollgewinden

Als ein Kunde dieses Verfahren einführte, entwickelte Mapal für ihn das entsprechende Werkzeugsystem. Denn beim Außenwirbeln von Kugelrollgewinden im Bereich der Hartbearbeitung werden ähnliche Anforderungen an das Werkzeug gestellt, wie beim Kugelbahnfräsen von homokinetischen Gelenken. „Wir sind seit Jahren einer der führenden Anbieter im Bereich des Kugelbahnfräsens und haben unsere Erfahrung auf das Wirbeln übertragen“, sagt Gebhard. So müssen bei Kugelrollgewinden wie bei Kugelbahnen die Kontur, der Kontaktwinkel und der Schmiegeradius beachtet und die Toleranzen prozesssicher eingehalten werden.

Das von Mapal entwickelte Werkzeugsystem in Ringform ist mit PcBN-Profilschneidplatten und einer PcBN-Schneidplatte, die die Fasen erzeugt, bestückt. Je nach Durchmesser kommen unterschiedlich viele Profilplatten zum Einsatz. Zwar kann auf den Profilplatten auch die Fasbearbeitung integriert werden, dies würde allerdings aufgrund der deutlich komplexeren Form das Nachschleifen ungleich schwieriger machen. Um den Schneidstoff PcBN bestmöglich auszunutzen, können die Platten mehrfach nachgeschliffen werden.

Schneiden sind direkt auf die Grundplatte gespannt

Gespannt werden die nach innen gerichteten Schneidplatten über ein speziell entwickeltes System. „Wir haben die Spannung an die unseres Systems Versacut angelehnt, das sich beim Hartstechen mit PcBN bewährt hat“, erläutert der Produktmanager. Mit einer Spannpratze wird die Schneide über Schrägen in den Plattensitz gedrückt und optimal geklemmt. Unser Schneiden sind direkt auf die Grundplatte des Werkzeuges gespannt und nicht in einer zusätzlichen Kassette, dadurch hat man eine Schnittstelle weniger, was sind positiv auf den Planlauf auswirkt.

Axial können die Schneidplatten µm-genau eingestellt werden. „Mit unserem System erzielen wir beste Ergebnisse bei der Bearbeitung“, freut sich Gebhard, „allerdings haben wir hinsichtlich der Kühlung Verbesserungspotenzial festgestellt“.

Kühlung mit Luft

Beim Wirbeln wird mit Luft gekühlt. Die Wirbelmaschinen sind mit zwei entsprechenden Kühlmittelrohren ausgestattet, die je nach Bearbeitung individuell eingestellt werden müssen. „Das Problem dabei ist, dass sich das Rohr einfach verstellen lässt. Und das passiert dann auch schon mal unbeabsichtigt“, sagt Gebhard. Ist die Luftzufuhr verstellt, werden die Späne bei der Bearbeitung nicht prozesssicher abtransportiert, was im schlimmsten Fall zu einem Bruch der Schneiden, in jedem Fall aber zu einer deutlich verringerten Standzeit führt.

3D-gedruckte Kühlkanäle

Um diesen Fall auszuschließen, wurden spezielle Luftdüsen entwickelt. Diese lassen sich schnell und einfach an die Maschine, direkt hinter dem Werkzeugsystem anbringen. Die Düsen werden anwendungsspezifisch auf den zu bearbeitenden Durchmesser angepasst. Dabei wird die Druckluft durch die Düsen auf mehrere Kanäle aufgeteilt. Mapal gestaltet die Kanäle so, dass die Luft gezielt an die richtige Stelle gelangt. Möglich macht das die additive Fertigung. „Dadurch können wir die optimale Luftzufuhr und damit den Abtransport der Späne sicherstellen“, sagt Michael Gebhard, „und unseren Kunden das Komplettpaket bieten, um Kugelrollgewinde schnell und prozesssicher zu wirbeln.“

Mapal Dr. Kress KG
www.mapal.com

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