Horn: Innen gekühlte Werkzeuge Innen gekühlt wirbeln für den guten Ton

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Mit einem modernen Maschinenpark dreht und fräst der Instrumentenbauer Schaller GmbH die präzisen Bauteile, die bei einer Gitarre für den guten Ton sorgen. Dabei setzt er auch auf das innen gekühlte Wirbelsystem der Tübinger Paul Horn GmbH.

Bei Zupfinstrumenten wie Gitarren dienen die Mechaniken zum Spannen und Stimmen der einzelnen Saiten. Sie sitzen am Kopf des Instruments. Die Mechaniken verfügen über eine Übersetzung, damit eine hohe Präzision beim Stimmen der Saiten gewährleistet ist. Weitere wichtige Eigenschaften sind die Leichtgängigkeit und die Stabilität durch die Selbsthemmung. Je höher die Präzision der Bauteile, desto höher ist die Qualität der Mechanik. Die Übersetzung wird bei den Mechaniken mit Schneckentrieben realisiert. Nur diese Getriebe ermöglichen das präzise Einstellen sowie die zuverlässige Selbsthemmung.

Präzise Schneckengewinde

Ein zentrales Teil der Mechanik ist das Schneckengewinde. Dieses Gewinde gab der Abteilungsleiterin der CNC-Dreh- & Frästechnik Nicole Gawatsch Potenzial zur Verbesserung. «Das Schneckengewinde haben wir mit einem Scheibenfräser gefräst. Die Bearbeitungszeit war uns hier zu lang. Wir mussten das Teil zu oft in die Hand nehmen und umspannen», erzählt Nicole Gawatsch. «Wir sind auf der AMB 2018 auf das innen gekühlte Jet-Wirbeln von Horn aufmerksam geworden und haben darauf gleich den für uns zuständigen Horn-Aussendienstmitarbeiter kontaktiert», führt der Betriebsleiter Weininger fort. Darauf folgten die ersten Gespräche mit Horn über das neue Wirbelsystem und der Start in die Projektphase.

Erstes Wirbelsystem mit Innenkühlung

Mit dem Jet-Wirbeln stellte Horn das erste Wirbelwerkzeug mit innerer Kühlmittelzufuhr vor. In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen W&F Werkzeugtechnik entwickelte Horn ein Wirbelsystem, das eine optimierte Kühlung direkt an die Schneide bietet. Dabei bestand die grosse Herausforderung, den Kühlschmierstoff bei beengten Platzverhältnissen direkt an die Schneide zu bringen, und dies bei hohen Drehzahlen des Wirbelaggregates. Die teilweise im Plattensitz integrierten Kühlkanäle weisen jeder Schneide eine Kühlung zu. Zudem geht die Kühlung direkt durch den Spanraum. Das System ermöglicht lange Standzeiten durch die direkte Kühlung der Schneiden. Des Weiteren erreicht das System in Verbindung mit dem stabilen Wirbelaggregat bessere Oberflächengüten am Werkstück. Durch das Zusammenspiel von der Kegel- und der Plananlage bei der patentierten Schnittstelle von W&F erreicht der Wirbelkopf eine hohe Wechselgenauigkeit und ein bedienerfreundliches Wechseln mit nur drei Schrauben. Die innere Kühlmittelzufuhr verringert das Risiko eines Spänestaus zwischen den Schneidplatten. Die Schnittstelle bietet 3 µm Rund- und Planlauf. Die maximale Drehzahl beträgt 8000 min^-1. Die ersten Tests im Einsatz bei Schaller verliefen nicht auf Anhieb erfolgreich. «Das Problem lag am zu geringen Kühlmitteldruck der Maschine. Die Wirbeleinheit benötigt zum prozesssicheren Betrieb einen hohen Kühlmitteldruck, die Maschine lieferte jedoch nur einen geringen Druck», erklärt der Aussendienstmitarbeiter des Werkzeugherstellers Peter Rümpelein. Nach 20 000 produzierten Bauteilen mussten die Lager der Wirbeleinheit aufgrund der zu geringen Kühlung getauscht werden. Nicole Gawatsch verlegte den Wirbelprozess dann auf eine Langdrehmaschine Swiss GT (Tornos). Die hohe Pumpenleistung stellt den hohen Kühlmitteldruck sicher. «Der hohe Druck sorgt für die Kühlung und die Schmierung des Aggregats», berichtet Peter Rümpelein.

Bearbeitungszeit halbiert

Nach dem holprigen Start läuft der Wirbelprozess prozesssicher. «Die Wirbeleinheit läuft jetzt seit über einem Jahr dreischichtig in der Maschine. Wir sind sehr zufrieden mit dem Werkzeugsystem», so der Betriebsleiter Weininger. Die erfolgreiche Umstellung des Prozesses zeigt sich auch in der Bearbeitungszeit. Für das Fräsen des Schneckengewindes benötigte Nicole Gawatsch rund eine Minute. Das konventionelle Wirbeln dauerte 40 s. «Mit dem innen gekühlten Wirbeln haben wir die Bearbeitungszeit nochmal auf nur noch 20 s pro Bauteil halbiert. Bei der sehr hohen Anzahl von Bauteilen im Jahr ist dies eine enorme Einsparung», erzählt Nicole Gawatsch. Neben der reduzierten Bearbeitungszeit verbesserte sich die Oberflächengüte der gefertigten Bauteile nochmals deutlich. Darüber hinaus erhöhte sich die Standzeit der Wendeschneidplatten um ein Vielfaches. Zum Einsatz kommt bei Schaller nur eine Variante des Wirbelkopfes mit Schneidplattensitzen für die Wendeschneidplatte S302. «Wir müssen für die verschiedenen Gewinde nur die Schneidplatten wechseln», so Nicole Gawatsch. Das dreischneidige System S302 setzt man bei Horn hauptsächlich beim Wirbeln ein. Die Fertigungspräzision beim Schleifen der Schneideinsätze ist hoch. Die drei Schneiden unterliegen beim Drehen einer Längentoleranz von unter 5 µm. Dies stellt die hohe Rundlaufgenauigkeit des Gesamtsystems, die hohe Wechselgenauigkeit beim Drehen der Schneidplatten sowie die daraus resultierende hohe erreichbare Oberflächengüte sicher. «Das Schneidenprofil des Systems S302 lässt sich auf fast jeden Sonderwunsch des Anwenders anpassen. Egal ob für eingängige oder mehrgängige Gewinde», beschreibt Peter Rümpelein.

Wirbeln seit 80 Jahren bekannt

Das Wirbelverfahren ist bereits seit dem Jahr 1942 bekannt und unterlag lange Zeit keinen wesentlichen Weiterentwicklungen. Das konventionelle Gewindewirbeln ist ein Verfahren, das vorwiegend auf Langdrehmaschinen zur Fertigung von Knochenschrauben, aber auch in grösserer Dimension für die Herstellung von Gewindespindeln eingesetzt wird. Im Prozess wird der schnell rotierende Wirbelkopf exzentrisch zur Werkstückachse vor der Führungsbuchse des Langdrehers angestellt und das rotierende Werkstück mit einer axialen Vorschubbewegung in den Wirbelkopf geführt. Der Wirbelkopf ist hierbei um den Gewindesteigungswinkel eingeschwenkt. SMM

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