Scheibenfräser von Horn reduziert Bearbeitungszeit von Hirthverzahnung um ein Vielfaches Extrem schnell: Hirthverzahnung am Flumserberg

Redakteur: Matthias Böhm

In der Grossbearbeitungs AG des Seilbahnherstellers Bartholet in Flums reduzierte ein neu entwickelter Scheibenfräser die Bearbeitungszeiten einer grossen Hirthverzahnung für eine Kupplung am Antrieb der Seilscheiben von über 20 Stunden auf nur noch je 2,5 Stunden pro Verzahnung.

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Die 30 °-Stellung des Fräskopfes hebt seine Störkontur aus der Bearbeitungsebene und erlaubt einen stabilen Fräser mit kleinem Durchmesser und kurzer Aufspannung.
Die 30 °-Stellung des Fräskopfes hebt seine Störkontur aus der Bearbeitungsebene und erlaubt einen stabilen Fräser mit kleinem Durchmesser und kurzer Aufspannung.
(Bild: Paul Horn GmbH)

Die Bartholet Maschinenbau AG mit ihrem Hauptsitz in Flums in der Schweiz ist ein international tätiges Unternehmen in den Bereichen Seilbahnen und Vergnügungsparkanlagen. Mit Schweizer Know-how, Präzision und Zuverlässigkeit fertigt, montiert und installiert die BMF AG kuppelbare und fixe Sesselbahnen, Gondelbahnen, Pendelbahnen, Gruppenumlaufbahnen, Skilifte sowie Schrägaufzüge und Spezialbahnen.

In Flums hergestellt und auf der ganzen Welt installiert

Ein Renner sind seit zwei Jahren die komfortablen 6er-Sesselbahnen mit Wetterschutzhaube, Sitzheizung und einer Abschwenkung von 45° gegen die Fahrtrichtung, damit das Panorama in vollen Zügen genossen werden kann. Die Sessel wurden zudem von einem renommierten Designstudio designt.

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Diese Anlagen werden in Flums hergestellt und auf der ganzen Welt installiert. Diese teils spektakulären Seilbahnen binden jedoch nur 50 Prozent der verfügbaren Bearbeitungskapazität. Die anderen 50 Prozent entfallen auf Anlagen für Freizeitparks, den Maschinenbau mit Komplettanlagen oder Komponenten, Schalungsbau, Solartechnologie und Energietechnik.

Kompromisslose Sicherheit

Keine sensible und sicherheitsrelevante Baugruppe verlässt die Montagehallen in Flums ohne umfangreiche Funktionstests und Sicherheitschecks. Man ist sich bewusst: Von der Zuverlässigkeit der eigenen Produkte hängt weltweit das Leben von Millionen von Nutzern ab. Freizeit soll Vergnügen bereiten – angstfrei.

Zur mechanischen Bearbeitung verfügt Bartholet über eine modern eingerichtete Fertigung mit Maschinen modernster Technologie. Im 24-Stunden-Dreischichtbetrieb werden kleinere bis grosse Teile mit hoher Flexibilität und kurzen Fertigungszeiten gefertigt. Etwa 40 leistungsfähige Bearbeitungszentren decken jede geforderte Bearbeitungstechnologie und Bauteilgrösse ab. Zusätzlich kann Bartholet bei hoher Auftragslage auf die Kapazität von fast 200 Werkzeugmaschinen in 20 Partnerfirmen zugreifen, die sich in der Region zu einem Firmenverbund unter dem Namen Cobinet zusammengeschlossen haben.

In den eigenen Hallen fertigen und montieren etwa 200 hoch qualifizierte Mitarbeiter mit sprichwörtlicher Schweizer Präzision und höchsten Sicherheitsstandards Prototypen, Einzelteile, Serienteile, Schweissbaugruppen oder Montagebaugruppen bis zu 30 Tonnen Gewicht.

Nichts ist zu gross: 14 Meter X-Verfahrweg

Die selbstständige Abteilung für Grossteilebearbeitung, die Grossbearbeitungs AG, wird beherrscht von einer neuen Bimatec-Soraluce-Fahrständer­maschine mit Verfahrwegen von X = 14 000 mm, Y = 1900 mm und Z = 3600 mm.

Ein an das riesige Plattenfeld angegliederter Karussell-Drehtisch ermöglicht die Drehbearbeitung von Teilen bis 6000 mm Durchmesser, bei Aussenbearbeitungen sogar bis zu 7000 mm. Mögliches Aufspanngewicht von 50 000 kg, ein Werkzeug­magazin mit 100 Plätzen, ein vollautomatischer Universalschwenkkopf, Kopfwechselstation mit Spezialköpfen, TCP-Kalibrierung, Interpolationsdrehen, Teleservice für externe Überwachung und Fernwartung der Anlage sind nur einige Leistungsfeatures.

Eines der modernsten Center in der Schweiz

Neben dieser Soraluce wirken die anderen Grossbearbeitungszentren in der Werkhalle mit immerhin bis zu 6000 mm Verfahrwegen schon fast klein. Nach Aussage vom Leiter der Grossbearbeitung, Peter Hartmann, ist die Soraluce «in dieser Ausführung als Karussell-Dreh-Fräscenter einmalig und eines der modernsten Center in der Schweiz».

Kraft- und formschlüssige Hirthverzahnung

Zu den Herzstücken der Seilbahnanlagen von Bartholet gehören insbesondere auch die grossen Antriebs- und Umlenkräder. Als Schnittstelle zwischen Antriebsritzel und dem Antriebsrad dient eine funktionssichere, kraft- und formschlüssige Hirthverzahnung. Der Aussendurchmesser der Hirthverzahnung beträgt 800 mm, der Innendurchmesser 680 mm, das ergibt eine Zahnlänge von 60 mm.

Verzahnung: In einem Durchgang ins Volle geschruppt

Am Umfang wird alle 2° ein Zahn gefräst, insgesamt 180 Zähne. Diese Zähne werden mit nur einem Durchgang auf die Tiefe 7,1 mm ins Volle geschruppt. Mit einer weiteren Zustellung von 0,7 mm wird die Verzahnung auf die Endtiefe 7,8 mm, ebenfalls in einem Durchgang, fertig geschlichtet.

Anspruchsvoll: Ritzel aus 34CrNiMo6

Der zu bearbeitende Werkstoff des Antriebsrades entspricht St 52 (S355 J2+N). Der Werkstoff des Ritzels der Antriebswelle, 1.6582 (34CrNiMo6), ist mit seiner Festigkeit von 1000 N/mm² deutlich schwieriger zu bearbeiten. Die Hirthverzahnung mit gleichzeitiger Positionierung und Zentrierung erfordert höchste Genauigkeit. Wirkt auf diese Kupplung doch ein Drehmoment von 530 kNm bei 1000 kN Zugkraft des Seils auf die Scheibe.

2,5 Meter Auskragung

Die Vorgabe lautete, die Verzahnung an Antriebsrad und Ritzel (Kupplung) mit dem gleichen Werkzeug zu bearbeiten. Beim Ritzel mit nur 800 mm Durchmesser ist das relativ unproblematisch. Bei einem Antriebsrad mit 6000 mm Durchmesser aber schon eine fertigungstechnische Herausforderung. Die Bearbeitung der Hirthverzahnung direkt am 6-Meter-Rad erfordert immerhin eine Auskragung von über 2500 mm am kompensierten Maschinenausleger.

Um den Zahnwinkel von 60° über die gesamte Zahnlänge zu bearbeiten, wird der Scheibenfräser vom Horn-System S279 mit einem Durchmesser von 125 mm, bestückt mit 16 zweischneidigen Wendeschneidplatten vom Typ S279, um 30° geschwenkt und fährt in einer berechneten, schrägen Bahn radial zum Rad.

Hervorragende Konturgenauigkeit – Rautiefe von Ra 1,6 µm

Der Vorteil dieses Verfahrens: Die Störkontur des Fräskopfes liegt über dem Profil, und der kompakte Fräser, mit möglichst kleinem Durchmesser und kompakter Schnittstelle, gewinnt an Stabilität. Mit dem gleichen Fräser wird auch die Gegenkontur am Antriebsritzel gefräst. Wegen der grossen Umschlingung im Vollschnitt beim Fräsen und Schlichten im Gleichlauf muss die dabei entstehende Wärme mit KSS abgeführt werden.

Von 20 auf 2,5 Stunden: enorme Verkürzung der Prozesszeit

Das Ergebnis ist eine hervorragende Konturgenauigkeit mit einer Rautiefe von Ra 1,6 µm entsprechend N7. Der Vorschub pro Zahn fz beträgt 0,12 mm, der Vorschub ist mit 500 mm/min bis zu 15-mal grösser als beim Vorgängerwerkzeug mit 35–60 mm/min. Die Bearbeitungszeit der Verzahnung hat sich beim Antriebsrad und Ritzel von über 20 Stunden pro Teil auf je 2,5 Stunden verringert. Eine gewaltige Zeit- und Kostenersparnis, wenn man mit dem Stundensatz der grossen Soraluce multipliziert.

Ein grosser Sprung nach vorn

Wilfried Iseppi von Dihawag, dem Schweizer Vertriebspartner von Horn, ist seit 1988 mit einer ständig wachsenden und breiten Palette von Horn-Werkzeugen bei Bartholet erfolgreich präsent. Er wusste von den Bearbeitungsproblemen bei der Hirthverzahnung in der Grossbearbeitung und schlug den neu entwickelten Scheibenfräser M279 als mögliche Problemlösung vor.

Die aufgabenspezifische Anpassung wurde als wichtiges Projekt eingestuft und zusammen mit der Grossbearbeitungs AG entwickelt und führte zu einem grossen Sprung nach vorn, sowohl aus Kostensicht wie auch technologisch. Das Trägerwerkzeug in robuster Bauweise ermöglicht den Einsatz von möglichst vielen zweischneidigen Wendeschneidplatten mit ausreichend Spanraum. Die Aufspannung des Werkzeugträgers, eine Messerkopfaufnahme mit 40 mm Durchmesser mit einer Haimer-Adaption, bildet ein stabiles schwingungsdämpfendes System.

Entscheidend: WSP sind präzisionsgeschliffen

Hohe Rundlauf- und Wechselgenauigkeit und damit gleiche Eingriffsbedingungen für alle Schneiden garantieren deren hohe Standzeit. Die Schneidkörper, zweischneidige Wendeschneidplatten vom Horn-System S279 der Sorte AS45 besitzen eine teilespezifische präzisionsgeschliffene Geometrie mit 60°-Stellung der Schneiden und einem Eckenradius von R 1,1 mm.

Sie sind leicht positiv und gerade geschliffen, um Profilverzerrungen zu vermeiden. Die Befestigung der Schneidkörper in einem Präzisionsplattensitz garantiert hohe Wechselgenauigkeit von 2/100 mm. Als Befestigung dient eine Torxschraube vom System Torx 20P. Gewechselt werden die Schneiden aus Gründen der Prozesssicherheit weit vor ihrem Standzeitende.

Geringe Schnittkräfte und weicher Schnitt

Edi Hurschler, ebenfalls in der Leitung der Grossbearbeitungs AG, lobt «die hohe Schnittigkeit, die geringen Schnittkräfte und den weichen Schnitt, welche zusammen das hohe Spanvolumen bei einer Auskragung von 2500 mm erst ermöglichten. Die glatte Oberfläche der Schneidplatten sorgt für guten Spanablauf und wenig Wärmeeintrag. Die Wärme wird mit dem Span aus der Bearbeitungszone geschwemmt.»

Wilfried Iseppi hebt ebenfalls die Vorteile der massiven Schneidplatte hervor, «geschaffen für grosse Schnitttiefen, die bei einer Hirthverzahnung nötig sind. Bei einer Schnitttiefe von 7,1 mm beim Schruppen oder 7,8 mm beim Schlichten ist die im Eingriff stehende Gesamtschneidenlänge immerhin 16 beziehungsweise bis 20 mm lang. Maximal möglich wäre sogar eine Schnitttiefe von 8,5 mm.» -böh- SMM

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