Kleine Schnecke – großes Potenzial

Man muss die Getriebefertigung für die E-Mobilität nicht neu erfinden, aber einige neue Herausforderungen gibt es doch. Dazu gehören vor allem die hohe Leistungsdichte und der kompakte Bauraum, in dem der gesamte Antriebsstrang Platz finden muss. Mit den neuen Anwendungen entstehen neue Absatzchancen: E-Bikes sind im Trend. Sie vergrößern Reichweite und Transportkapazitäten im Alltag und der Freizeit signifikant. Entsprechend hoch ist die Nachfrage. Davon profitieren die Hersteller und deren Zulieferer, unter anderem auch die Getriebehersteller. Ob zwei oder vier Räder: Die Antriebe sind technologisch anspruchsvoll. Im Fokus stehen die geforderte Flankentragfähigkeiten und das Geräuschverhalten der Verzahnungen aufgrund der Randbedingungen des elektrischen Antriebsmotors – ein nahezu konstant hohes Drehmoment über den Drehzahlbereich bis zu 18.000 Umdrehungen pro Minute. Neue Anforderungen beschränken sich jedoch nicht nur auf die fertigen Teile, auch der Herstellungsprozess selbst ist betroffen: Durch die kompakte Bauweise tauchen im Getriebedesign vermehrt Bauteile mit störkonturbehafteten Verzahnungen auf. Große Werkzeuge, mit den gängigen Schleifschneckendimensionen stoßen rasch im wahrsten Sinne des Wortes an ihre Grenzen. Will man nicht auf zeitintensivere und damit kostspieligere Verfahren ausweichen, muss man auch die Werkzeuge miniaturisieren.

Grenzen erkennen und überwinden

Bisher wurde die Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern mit Störkonturen hauptsächlich durch diskontinuierliches Profilschleifen oder Verzahnungshonen realisiert. Im Vergleich zum kontinuierlichen Wälzschleifen haben beide Prozesse unterschiedliche Nachteile in Bezug auf Produktivität, Wirtschaftlichkeit oder Qualitätskonstanz. Das Problem ist, dass die gängigen Wälzschnecken mit Durchmessern von 300 Millimetern zu groß für Bauteile mit Störkonturen sind. Kleinere Werkzeuge erfordern höhere Drehzahlen, um hohe Schnittgeschwindigkeiten zu realisieren. Bisherige Maschinenkonzepte waren jedoch nicht auf die hohen dynamischen Anforderungen für Werkzeug- und Werkstückantrieb ausgelegt. Abhilfe schaffen neuartige Hochgeschwindigkeitsspindeln in Kombination mit einem dynamischen Direktantrieb der Werkstückachse. Damit lassen sich die Vorteile des Wälzschleifens mit kurzen Bearbeitungszeiten, niedrigen Werkzeugkosten und sehr hoher Qualitätskonstanz nutzen. Anhand zweier ausgewählter Bauteile „Car“ und „Bike“ lässt sich die Wirtschaftlichkeit des Wälzschleifens im Vergleich zum Profilschleifen aufzeigen. Die Zeit- und Kostenvorteile sind erkennbar.

Die passenden Maschinen

Der Coburger Verzahnungsspezialist Kapp Niles bietet für diese Kundenanforderungen zwei Maschinentypen an. Beide Baureihen sind mit hochdynamischem Werkzeugantrieb (25.000 Umdrehungen pro Minute) und Werkstückantrieb (5000 Umdrehungen pro Minute) ausgestattet. Die KNG 350 flex HS verfügt über einen konventionellen Aufbau mit einem Werkstückantrieb. Sie ist in zwei Ausführungen erhältlich: für kleinste und kleine Losgrößen mit Handbeladung. Für höhere Stückzahlen steht eine automatisierte Variante mit schnellem Ringlader zur Verfügung. Bearbeitet werden auf dieser Maschine Werkstücke bis Durchmesser 350Millimeter. Sie zeichnet sich durch kurze Rüstzeiten aus, die durch intelligente Komponenten und einzigartige Ergonomie erreicht werden. Für die Großserienfertigung lohnt es sich, die konzeptionellen Nebenzeiten der Maschine näher zu betrachten. Die KX-TWIN-Baureihe mit zwei Werkstückantrieben und hauptzeitparallelem Be- und Entladevorgang bietet weiteres Potenzial zur Bodenzeitreduzierung. Das zeitneutrale Schleudern der Bauteile direkt in der Maschine ermöglicht die Einhaltung von „Clean-Factory“-Anforderungen mit allen bekannten Automationskonzepten.

Kapp Niles, KNG 350 flex HS

Weitere Anforderungen

Neben den kompakten Bauteilen mit Störkonturen bringen E-Getriebe weitere Anforderungen an die Fertigung mit sich:

• Das Geräuschverhalten des Getriebes und damit speziell der Verzahnungen gewinnt immer mehr an Bedeutung.

• Mit der Weiterentwicklung von Verzahnungen hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit rückt die Topologie der Zahnflanke zunehmend in den Fokus. Beim Wälzschleifprozess entsteht eine natürliche Verschränkung an den bearbeiteten Zahnflanken. Mit der innovativen Software „KN grind“ lässt sich dieses Phänomen vorab simulieren, komplett eliminieren oder auch gezielt beeinflussen.

• Ein weiterer Punkt ist die Oberflächenrauheit. Mit einem Standardwerkzeug lassen sich beim kontinuierlichen Wälzschleifen Werte einer gemittelten Rautiefe Rz = 2,5 bis 3 Mikrometer sicher erreichen. Für höhere Anforderungen bietet Kapp Niles Kombi-Werkzeuge an, die zwei unterschiedliche Bereiche aufweisen: einer mit Standardkörnung und ein weiterer zum Feinschleifen oder Polieren, je nach Oberflächenanforderungen. Damit sind auch Rauheitswerte von Rz weniger als 1 Mikrometer möglich. Der damit signifikant erhöhte Traganteil der Zahnflanken steigert die maximale Belastbarkeit des Zahnrads. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es sich in automatisierte Prozessketten mit „One-piece-flow“ integrieren lässt, was mit dem bisher eingesetzten Gleitschleifen nicht zu realisieren war.

Die Fertigung von E-Getrieben erfordert Know-how und Lösungen, die über den technischen Stand von Verbrenner-Getrieben liegen. Daraus erwachsen aber auch große Chancen für Hersteller, welche die neuesten Fertigungsmethoden beherrschen. Das Wälzschleifen mit kleinen Werkzeugen ist ein Baustein. Kapp Niles bietet ein breites Spektrum von Lösungen weit über den klassischen Werkzeugmaschinenbau hinaus an. Die Fertigung von E-Getrieben erfordert Know-how und Lösungen, die über den technischen Stand von Verbrenner-Getrieben liegen. Daraus erwachsen aber auch große Chancen für Hersteller, welche die neuesten Fertigungsmethoden beherrschen. Das Wälzschleifen mit kleinen Werkzeugen ist ein Baustein. Kapp Niles bietet ein breites Spektrum von Lösungen weit über den klassischen Werkzeugmaschinenbau hinaus an. Prozessmonitoring, Teilerückverfolgung und Inline-Qualitätssicherung werden zunehmend integraler Bestandteil moderner Fertigungssysteme. Damit können sich auch Hersteller an Hochlohnstandorten im internationalen Wettbewerb behaupten. Gerade in Zeiten, in denen der Wirtschaft die Anfälligkeit einer globalisierten Fertigung schmerzhaft bewusst wird, ist dies eine Riesenchance, dem Kostendruck zu begegnen. Die Fertigung von E-Getrieben erfordert Know-how und Lösungen, die über den technischen Stand von Verbrenner-Getrieben liegen. Daraus erwachsen aber auch große Chancen für Hersteller, welche die neuesten Fertigungsmethoden beherrschen. Das Wälzschleifen mit kleinen Werkzeugen ist ein Baustein. Kapp Niles bietet ein breites Spektrum von Lösungen weit über den klassischen Werkzeugmaschinenbau hinaus an. Prozessmonitoring, Teilerückverfolgung und Inline-Qualitätssicherung werden zunehmend integraler Bestandteil moderner Fertigungssysteme. Damit können sich auch Hersteller an Hochlohnstandorten im internationalen Wettbewerb behaupten. Gerade in Zeiten, in denen der Wirtschaft die Anfälligkeit einer globalisierten Fertigung schmerzhaft bewusst wird, ist dies eine Riesenchance, dem Kostendruck zu begegnen.

Prozessmonitoring, Teilerückverfolgung und Inline-Qualitätssicherung werden zunehmend integraler Bestandteil moderner Fertigungssysteme. Damit können sich auch Hersteller an Hochlohnstandorten im internationalen Wettbewerb behaupten. Gerade in Zeiten, in denen der Wirtschaft die Anfälligkeit einer globalisierten Fertigung schmerzhaft bewusst wird, ist dies eine Riesenchance, dem Kostendruck zu begegnen.

Fotos: Kapp Niles

Autor: Martin Witzsch, Freier Journalist im Auftrag von KAPP NILES