Werkzeugmaschinenhersteller Alzmetall integriert die Zahnradfertigung Wälzschälen: Ein Werkzeug für sieben Zahnräder

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Der Werkzeugmaschinenhersteller Alzmetall fertigt seine Bauteile zum grössten Teil auf eigenen Maschinen. Auch die Herstellung von Zahnrädern wurde wieder ins eigene Werk geholt. Für die Optimierung sorgt dabei das von der Heidenhain-Steuerung unterstützte Wälzschälen (Skiving). Die Ingersoll Werkzeuge GmbH hat dafür ein Hartmetallwerkzeug entwickelt, mit dem sieben verschiedene Werkstücke wirtschaftlich produziert werden können.

Der Werkzeugmaschinenhersteller Alzmetall GmbH & Co. KG mit rund 300 Mitarbeitenden hat sich in seiner gut 80-jährigen Firmengeschichte ständig weiterentwickelt. Den Anfang bildeten eine Eisengiesserei für Grau- und Sphäroguss sowie die Produktion von Bohrmaschinen. Die eigene Giesserei einschliesslich automatisierter Formanlage ist eine wichtige Voraussetzung für den Maschinenbau bei Alzmetall.

Sie schafft Flexibilität in der Fertigung und gewährleistet eine konstant gute Qualität des Ausgangsmaterials. Allein für den eigenen Bedarf wäre die Giesserei allerdings nicht rentabel. 90 Prozent des gegossenen Materials sind für Fremdkunden bestimmt, die teilweise auch Bauteile bei Alzmetall fertigen lassen.

Zahnradfertigung wurde vor etwa zehn Jahren ausgelagert

Alzmetall (siehe Kasten) entwickelt und konstruiert seine Maschinen ausschliesslich im eigenen Haus. Zusammen mit der Fertigungstiefe ist dies ein Alleinstellungsmerkmal unter den Werkzeugmaschinenherstellern. Die eigenen Bearbeitungszentren bilden den wesentlichen Grundstock der Fertigung. Die Zahnradfertigung wurde vor etwa zehn Jahren ausgelagert. Zahnräder in verschiedenen Grössen werden für jede Bohrmaschine zur Kraftübertragung und Regelung benötigt. Mit der Fremdfertigung war Alzmetall allerdings dauerhaft unzufrieden: Sie galt als zu teuer, führte zu langen Lieferzeiten und liess auch qualitativ zu wünschen übrig.

Jetzt wieder inhouse: Steuerung mit Skiving-Zyklus

Als die Entscheidung fiel, die Zahnradfertigung wieder ins eigene Werk zu holen, war schnell klar, dass es kein Zurück zur früheren Produktionsweise geben sollte. Denn das Stossen auf den noch vorhandenen alten Maschinen wäre bei Losgrössen von 300 bis 400 Stück unwirtschaftlich.

Nach der idealen Lösung musste Alzmetall nicht lange suchen: In der Fertigung war bereits ein Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrum «GS 800/5-FDT» im Einsatz, das mit der Steuerung «TNC 640» von Heidenhain ausgestattet war. Der Vorteil dieser Steuerung besteht darin, dass bereits ein Skiving-Zyklus vorhanden ist. Dieser muss lediglich freigeschaltet werden, damit das effiziente Wälzschälen genutzt werden kann. Die Maschine bietet dank ihrer robusten Bauweise, kinematischen Genauigkeit und eines C-Achsen-Drehtischs mit einer Drehzahl von 1100 U/min beste Voraussetzungen für das Skiving.

Heidenhain verfügt über regelungstechnisches Know-how

«Um die Spindel zu synchronisieren, braucht man die Funktionalität der Steuerung», erklärt Ludwig Buchner (Produktmanager Anwendungstechnik, Heidenhain). «Die zu fahrenden Bewegungen der Achsen sind die Kernkompetenz der Steuerung, in der das gesamte regelungstechnische Know-how vorhanden ist. Der Standardzyklus für das Skiving, der letztendlich die Eingaben des Anwenders in Achsbewegungen umsetzt, sieht auf jeder Maschine gleich aus.»

Wie für alle Optionen seiner Steuerung bietet Heidenhain auch für das Skiving eine 90-tägige Testphase an. Auch Alzmetall nutzte diese Möglichkeit, bevor der Zyklus gekauft wurde.

Da die «GS 800/5-FDT» bereits seit einigen Jahren im Einsatz war, wurde zunächst die Software aktualisiert. Auch Ludwig Buchner hält dies für wichtig: «Wir bieten diese Standardzyklen seit über sechs Jahren als Option an. Während dieser Zeit wurde der Skiving-Zyklus immer weiter optimiert, um die Spindelsynchronisation zu verbessern und die Oberflächenqualität zu steigern.»

Ein Werkzeug für sieben Zahnräder

Werkzeuge zum Wälzschälen sind grundsätzlich Sonderwerkzeuge, die auf die betreffenden Bauteile abgestimmt sind. Bei Alzmetall ging es konkret um die Herstellung von sieben verschiedenen Zahnrädern für Baugruppen unterschiedlicher Bohrmaschinen. Für Alzmetall kamen drei Werkzeughersteller in die engere Auswahl.

Während die Mitbewerber drei oder gar vier unterschiedliche Werkzeuge vorschlugen, legte Ingersoll sein Skiving-Werkzeug so aus, dass damit alle sieben Werkstücke bearbeitet werden können. Dafür gibt das Unternehmen auch eine absolute Funktionsgarantie.

Zahnradfertigung inhouse: wirtschaftlichste Lösung

Für Alzmetall war das die weitaus wirtschaftlichste Lösung. Die Entscheidung für den Werkzeughersteller aus Haiger fiel daher nicht nur aufgrund des Preises, sondern auch aus technischen Gründen. «Sieben Bauteile mit einem einzigen Werkzeug herstellen zu können, das hat einen gewissen Charme», sagt Georg Buchner (CNC-Application Engineer, Alzmetall).

Voraussetzung für das Gelingen ist laut Michael Bum (Anwendungstechniker, Ingersoll) die Ähnlichkeit der Zahnräder. Die Modul-2-Zahnräder haben alle den gleichen Zahnkopfhöhenfaktor; lediglich die Zähnezahl variiert. Als Material dient überwiegend Vergütungsstahl C45. «Im Endeffekt geht es dann beim Prozess vor allem um die Schnittaufteilung», erläutert Michael Bum. «Beim Wälzschälen müssen wir immer mit degressiver Zustellung fahren, um nicht zu viel Druck auf das Werkzeug zu bekommen.» Anzahl und Tiefe der Schnitte werden von Ingersoll genau definiert und können direkt in die Steuerung übernommen werden.

Verzahnungsqualität 7 gemäss DIN 3962

Der Achskreuzwinkel und die Zähnezahl des Wälzschälrads mussten optimal auf die unterschiedlichen Werkstücke abgestimmt und an die Drehzahlen von Hauptspindel und Tischspindel angepasst werden. Um die angestrebte Verzahnungsqualität 7 gemäss DIN 3962 zu erzielen, entschied sich Ingersoll für ein geschliffenes Wälzschälrad aus Hartmetall.

Eine Lösung mit angepassten Wendeschneidplatten, für die ebenfalls Sonderanfertigungen erforderlich gewesen wären, hätte höhere Kosten verursacht. Die Zähnezahl der Bauteile ist unterschiedlich und liegt zwischen 15 und 48. Das Werkzeug legte Ingersoll mit 26 Zähnen aus. Das Wälzschälrad wird auf einen Träger aufgesetzt und mit einer Anzugsschraube geklemmt. Besonders an dieser Schraube aus dem 3D-Drucker sind die integrierten Kühlkanäle, die den Kühlschmierstoff gezielt zu jeder Schneide leiten.

Zahnräder inhouse zu fertigen, hat sich gelohnt

Mit der erreichten Verzahnungsqualität und der Bearbeitungszeit ist Dennis Springer (Teamleiter Fertigung, Alzmetall) hochzufrieden: «Früher haben wir die Zahnräder in Gruppen von fünf Bauteilen gefertigt, was 10 bis 15 Minuten dauerte. Jetzt kommen wir dafür auf eine Bearbeitungszeit von 3:40 Minuten. Das entspricht einer Produktivitätssteigerung von etwa 60 Prozent.»

Auch die zugesagten Standmengen wurden auf Anhieb erreicht, was Dennis Springer positiv stimmt. Er ist optimistisch, dass durch weitere Optimierungen noch höhere Standmengen realistisch sind. Die Entscheidung, die Zahnräder im eigenen Haus zu fertigen, hat sich für Alzmetall mehr als gelohnt.

Werkzeughersteller unterstützt bei Prozessauslegung

Ingersoll hat den Prozess für den Kunden von der Werkzeugauslegung bis zum ersten Gutteil komplett begleitet. Georg Buchner findet für die Zusammenarbeit lobende Worte: «Wir fühlten uns bei dem Werkzeughersteller sehr gut aufgehoben und wurden bestens betreut, vor allem auch beim Einfahren. Das hat gut funktioniert und war sehr angenehm für uns.»

Automatismus: Skiving-Zyklus

Für Alzmetall war auch die Nutzung des Skiving-Zyklus auf der Heidenhain-Steuerung praktisch, weil dafür keine weitere Aus- oder Weiterbildung erforderlich war. «Die Prozessdaten bekommen wir von Ingersoll und müssen das Programm nur noch damit füttern. Der Rest läuft praktisch automatisch. Für den Bediener an der Maschine ist das eine grosse Erleichterung», sagt Georg Buchner. In Zusammenarbeit mit Heidenhain bietet Alzmetall das Skiving auch seinen Kunden als Option an. Die erfolgreiche Nutzung in der eigenen Fertigung dürfte ein gutes Verkaufsargument dafür sein.

(böh)

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