Horn: Werkzeuge zum Wälzschälen Verzahnungen hochgenau und effizient fertigen

Redakteur: Konrad Mücke

Der Luft- und Raumfahrtspezialist Collins aus Figeac in Frankreich bearbeitet Zahnräder mit dem Verfahren Wälzschälen. Zusammen mit Spezialisten des Werkzeugherstellers Horn haben die Franzosen die Technologie zum Fertigen unterschiedlicher Zahngeometrien optimiert.

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Wirtschaftlich und produktiv: Wälzschälen optimiert die Fertigung hochgenauer Verzahnungen für Luftfahrtkomponenten.
Wirtschaftlich und produktiv: Wälzschälen optimiert die Fertigung hochgenauer Verzahnungen für Luftfahrtkomponenten.
(Bild: Horn/Sauermann)

Vor über einem Jahrhundert meldete Wilhelm von Pittler ein Patent für das Wälzschälen von Verzahnungen, das sogenannte Power-Skiving-Verfahren, an. Im Jahr 1910 war dies eine revolutionäre Idee. Technisch sinnvoll nutzen lässt sich das Verfahren allerdings erst, seit Bearbeitungszentren mit Steuerungen und Antrieben ausgestattet sind, die Spindeldrehzahlen exakt synchronisieren. Zudem benötigt man ausgereifte Software zur Prozessoptimierung.

Bearbeitungsprozess vollständig erfassen

Verfahrensentwickler Pascal Moulènes, Spezialist für Verzahnungsthemen bei Collins in Figeac, berichtet über seine ersten Kontakte zum Wälzschälverfahren: «Im Jahr 2015 konnten wir bei einem Werkzeugmaschinenhersteller dieses Verfahren bei der Massenproduktion von Werkzeugmaschinenkomponenten im Einsatz sehen.» Damit war das Interesse der Verantwortlichen geweckt. Das hat die Auswahl neuer Bearbeitungsverfahren wesentlich beeinflusst. Nach Investitionen in moderne Bearbeitungszentren, die die Technologie beherrschen, suchten die Verantwortlichen um Pascal Moulènes nach einem Lieferanten für Wälzschälwerkzeuge. «Auf der EMO 2017 in Hannover haben wir den Prozess auf dem Stand von Horn in Aktion gesehen, und da wir uns auf der Suche nach einem Lieferanten für Hartmetall-Wälzschälwerkzeuge befanden, waren wir sehr interessiert», erzählt Pascal Moulènes. Die technische Unterstützung für die Umsetzung des Projekts bekamen sie von Emmanuel Gervais. Der Techniker ist bei Horn der erste Ansprechpartner, wenn es um die Zerspanung sensibler Aerospace-Bauteile geht. Seine Expertise und seine Erfahrungen fliessen auch in die Entwicklung neuer Werkzeugkonzepte ein.

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Zahnradfertigung optimieren

Bisher hatte der Luftfahrtspezialist in Frankreich die Zahnräder mit konventionellen Schneidwerkzeugen hergestellt. «Wir waren gerade dabei, die Fertigung unserer Teilefamilien im Bereich Verzahnung neu zu organisieren», erklärt Pascal Moulènes und fährt fort: «Das Wälzschälverfahren war neu für Collins, und wir mussten es erst im Detail kennenlernen. Aufgrund unseres Auftragsvolumens konnten wir aber keine langen Testläufe durchführen.» Der Zerspanungsspezialist Emmanuel Gervais schlug daher vor, die Tests im Testzentrum des Werkzeugherstellers in Tübingen durchzuführen. «Die optimalen Bearbeitungsparameter für den eher schwer zu bearbeitenden Werkstoff 16NCD13 (Werkstoff-Nr. 1.6657) wurden nach mehreren Testreihen in Tübingen entwickelt. Die Ergebnisse waren für alle Testreihen reproduzierbar, bei gleichbleibend hoher Qualität», erklärt er. Die Versuchsteile sendete Horn zurück ins Collins-Werk, damit dort die Eigenschaften geprüft werden konnten. Die Zahnprofile dürfen maximal um 0,03 mm abweichen. Die beim Werkzeughersteller als Test gefertigten Zahnprofile wichen durchschnittlich um nur 0,015 mm ab. Das beurteilt Maschinenbediener Joel Bousquet so: «Horn war es gelungen, die Wälzschälwerkzeuge mit einem System zur Rundlaufkorrektur auszustatten. Natürlich war die entsprechende Qualität der Teile unser primäres Ziel, aber eine hohe Standzeit der Werkzeuge war uns ebenfalls wichtig.»

Werkzeuge effizient und produktiv

Das Wälzschälen beim Luftfahrthersteller in Frankreich zu etablieren verlief problemlos. «Die ersten Tests waren sofort erfolgreich. Wir konnten die in Tübingen für das Verfahren ermittelten Schnittdaten praktisch unverändert übernehmen», erklärt Emmanuel Gervais. Die Bearbeitungszeit konnte um mehr als die Hälfte der ursprünglichen Zeit reduziert werden. Das Wälzschälen umfasst 14 Schrupp-, 2 Vorschlicht- und 2 weitere Schlichtprozesse. Der Härteverzug für die folgende Wärmebehandlung ist nicht im Schneidenprofil des Werkzeugs vorgehalten. Nach dem Härten müssen die Zahngeometrien geschliffen werden. «Inzwischen fertigen wir mit einem Werkzeug fünf unterschiedliche Zahnräder mit gleichem Modul. Insgesamt haben wir bereits mehr als 300 Bauteile produziert», berichtet Pascal Moulènes. Die Technologie Wälzschälen vermindert die Anzahl an Rüstvorgängen. Der optimierte Fertigungsprozess erübrigt die Liegezeiten zwischen einzelnen Bearbeitungen. Damit verkürzt er die Durchlaufzeiten.

Umfassendes Werkzeugsystem

Der Tübinger Werkzeughersteller stellt inzwischen Wälzschälwerkzeuge zum produktiven Herstellen von Innen- und Steckverzahnungen sowie weiteren Innenprofilen für Moduln 0,25 bis 30 zur Verfügung. Zudem gibt es Wälzschälwerkzeuge zum Fertigen von Aussenverzahnungen, die an Störkonturen angrenzen. Die wichtigsten Vorteile des Wälzschälens bei diesen Anwendungen sind die deutlich kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zum Verzahnungsstossen, der Einsatz auf optimierten Dreh-Fräszentren, das Drehen und Verzahnen in einer Aufspannung und der Verzicht auf Freistiche am Verzahnungsende. Die Wälzschälwerkzeuge sind zum Verzahnen mittlerer bis grosser Serien konzipiert. Jedes Werkzeug wird individuell auf den Prozess und den zu bearbeitenden Werkstoff abgestimmt. – kmu – SMM

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