Horn: Produktiv wälzschälen Zahnräder wirtschaftlich bearbeiten

Redakteur: Konrad Mücke

Der Luft- und Raumfahrtspezialist Collins im französischen Figeac bearbeitet Zahnräder für Luftfahrzeuge mit dem Verfahren Wälzschälen (Skiving). Zusammen mit Spezialisten von der Paul Horn GmbH hat das Unternehmen das Bearbeitungsverfahren optimiert.

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Wälzschälen: In einem Ablauf entstehen prozesssicher hochgenaue Verzahnungen.
Wälzschälen: In einem Ablauf entstehen prozesssicher hochgenaue Verzahnungen.
(Bild: Horn / Sauermann)

Pascal Moulènes, Verfahrensentwickler und Spezialist für Verzahnungsthemen beim Luftfahrtzulieferer Collins, hat spezielle Erfahrungen mit Maschinen- und Werkzeugherstellern: «Verkaufen können viele, aber nur wenige können Fertigungsstrategien entwickeln und ihre Umsetzung aktiv unterstützen.» Hinsichtlich des speziellen Verzahnverfahrens Wälzschälen fügt er hinzu: «Im Jahr 2015 konnten wir bei einem Werkzeugmaschinenhersteller dieses Verfahren bei der Massenproduktion von Werkzeugmaschinenkomponenten im Einsatz sehen.» Das hat das Interesse der Verantwortlichen in Bezug auf die eigenen Anwendungsmöglichkeiten bei Collins geweckt und die Auswahlentscheidungen neuer Bearbeitungsverfahren beeinflusst. Nach Investitionen in moderne Bearbeitungszentren, welche die Technologie beherrschen, suchten die Verantwortlichen um Pascal Moulènes nach einem Lieferanten für Wälzschälwerkzeuge.

Qualifizierten Partner gefunden

«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 Projektes bekamen sie von Emmanuel Gervais. Der Techniker ist bei Horn der erste Ansprechpartner, wenn es um die Zerspanung von sensiblen Aerospace-Bauteilen geht. Seine Expertise und seine Erfahrungen fliessen auch in die Entwicklung neuer Werkzeugkonzepte ein. Kein Wunder, dass Emmanuel Gervais auch im Epizentrum der europäischen Aerospace-Industrie, dem südwestlichen Frankreich um Toulouse, beheimatet ist. Vor der Einführung des Wälzschälverfahrens wurden die Bauteile mit konventionellen Schneidwerkzeugen hergestellt. «Wir waren gerade dabei, die Fertigung unserer Teilefamilien im Bereich Verzahnung neu zu organisieren», erklärt Pascal Moulènes. Mit der neuen Technologie konnte Pascal Moulènes aufgrund der geringeren Anzahl von Rüst­vorgängen die Fertigungsprozesse optimieren und die Liegezeit zwischen den Arbeitsgängen einsparen. Neben den verkürzten Taktzeiten erhöhte sich darüber hinaus auch die Bauteilqualität.

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Zuvor testen

«Das Wälzschälverfahren war neu für Collins, und wir mussten es erst im Detail kennen lernen. Aufgrund unseres Auftragsvolumens konnten wir aber keine langen Testläufe durchführen», erklärt Pascal Moulènes. Emmanuel Gervais schlug daher vor, die Tests im Testzentrum in Tübingen durchzuführen. «Die optimalen Bearbeitungsparameter für den eher schwer zu bearbeitenden Werkstoff 16NCD13 (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 zum Qualitätscheck. Der maximal zulässige Profilfehler der Verzahnung liegt bei einer Abweichung von 0,03 mm. Die Testreihe von Horn lag im Mittel bei einer Abweichung von 0,015 mm. «Horn war in der Lage, die Wälzschälwerkzeuge mit einem Rundlaufkorrektursystem zu liefern. Natürlich war die entsprechende Qualität der Bauteile unser primäres Ziel, aber eine lange Standzeit der Werkzeuge war uns ebenfalls wichtig», ergänzt der Maschinenbediener Joel Bousquet.

Passende Technologieparameter ermitteln

Die Einführung des Wälzschälverfahrens bei Collins verlief reibungslos: «Die ersten Tests waren sofort erfolgreich. Wir konnten die in Tübingen für das Verfahren ermittelten Schnittdaten praktisch unverändert übernehmen», erklärt Emmanuel Ger­vais. Die Bearbeitungszeit am Verzahnungsteil allein konnte um mehr als die Hälfte der ursprünglichen Zeit reduziert werden. Der Wälzschälprozess zur Herstellung der Verzahnung ist in 14 Schrupp-, zwei Vorschlicht- und zwei weitere Schlichtgänge mit 0,1 mm Schleifaufmass unterteilt. Der Härteverzug für die nachfolgende Wärmebehandlung ist nicht im Schneidenprofil des Werkzeugs vorgehalten. Nach dem Härten muss das Bauteil dann noch geschliffen werden. «Heute stellen wir mit demselben Werkzeug fünf unterschiedliche Bauteile mit dem gleichen Modul her. Insgesamt haben wir bereits mehr als 300 Bauteile produziert. Das Ende der Standzeit des Werkzeugs ist noch nicht in Sicht», sagt Pascal Moulènes.

Produktives Werkzeugsystem

Das Horn-Werkzeugprogramm umfasst Wälzschälwerkzeuge zum produktiven Herstellen von Innenverzahnungen, Steckverzahnungen und anderen Innenprofilen sowie von Aussenverzahnungen mit Störkanten. 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. Dabei wird jedes Werkzeug individuell dem Einsatz und dem zu bearbeitenden Werkstoff angepasst, wobei sich die unterschiedlichen Werkzeugschnittstellen an der Zähnezahl und Modulgrösse orientieren. Das Verzahnungsportfolio von Horn umfasst ein breites Werkzeugprogramm zur Herstellung unterschiedlicher Verzahnungsgeometrien mit Modul 0,25 bis Modul 30. Ob Verzahnungen an Stirnrädern, Welle-Nabe-Verbindungen, Schneckenwellen, Kegelrädern, Ritzeln oder an kundenspezifischen Profilen, alle diese Zahnprofile lassen sich mit den Werkzeuglösungen von Horn wirtschaftlich herstellen. - kmu - SMM

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