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EMO Hannover 2019

Fräsmaschine mit integrierter Anfaseinheit für E-Getriebe-Wellen

| Redakteur: Stefanie Michel

Um Taktzeit- und Qualitätsverluste für Getriebeteile von Elektromotoren zu vermeiden, hat Felsomat einen eigenen zerspanenden Anfasprozess – das Chamfer Skiving – in eine 2-spindlige Fräsmaschine für Wellenteile mit Gegenhalter integriert. So kann die Fasenherstellung effizient und zeitoptimiert in hoher Qualität erfolgen, ohne Werkzeugwechsel oder Umspannen.

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Um hauptzeitparalleles Anfasen in hoher Qualität selbst bei Störkonturen zu ermöglichen, hat Felsomat eine Bearbeitungsanlage entwickelt, in der eine zerspanende Anfaseinheit in einer 2-spindligen Fräseinheit integriert ist.
Um hauptzeitparalleles Anfasen in hoher Qualität selbst bei Störkonturen zu ermöglichen, hat Felsomat eine Bearbeitungsanlage entwickelt, in der eine zerspanende Anfaseinheit in einer 2-spindligen Fräseinheit integriert ist.
(Bild: Felsomat GmbH & Co. KG)

Elektromotoren stellen neue Anforderungen an die gängigen Fertigungsverfahren für Getriebeteile, was unter anderem dem Wegfall des Verbrennungsmotors sowie höheren Motordrehzahlen geschuldet ist. Diese Qualitätsansprüche gelten dabei nicht nur für die Verzahnung, sondern auch für Nebenprozesse wie das Anfasen. Die bis heute genutzten zerspanenden Verfahren sind häufig zeitintensiver und erfolgen als separater Arbeitsschritt nach dem Fräsen unter Umspannen – Taktzeit- und Qualitätsverluste sind die Folge. Daher hat Felsomat mit dem Chamfer Skiving einen eigenen zerspanenden Anfasprozess in eine 2-spindlige Fräsmaschine integriert, sodass die Fasenherstellung effizient und zeitoptimiert in hoher Qualität erfolgen kann. Dieses Anlagenkonzept wird das Unternehmen auf der EMO Hannover 2019 präsentieren.

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Auch Nebenprozesse müssen optimiert werden

„Die Qualitätsanforderungen für Verzahnungen in einem E-Getriebe sind aufgrund deutlich höherer Motordrehzahlen im Vergleich zu Verbrennungsmotoren gestiegen“, berichtet Johan Thijssen, Technologieleiter bei der Felsomat GmbH & Co. KG. „Zudem muss in den kommenden Jahren mit einer erhöhten Variantenvielfalt bei Elektromotoren und ihren Übersetzungen gerechnet werden, sodass kurze Rüstzeiten essenziell sind.“ Für die Fertigungsprozesse bedeutet das: Auch Nebenprozesse wie das Anfasen und Entgraten der Verzahnung müssen an Bedeutung gewinnen und in Bezug auf die Endqualität und Bearbeitungszeit optimiert werden. Im Gegensatz zu verformenden Methoden, die aufgrund der hohen Materialeinwirkung ungeeignet sind, arbeiten zerspanende Prozesse effizienter. Da jedoch beim Anfasen die stumpfe und die spitze Zahnkante zu bearbeiten sind, muss dies in einem separaten Schritt unter Umspannen und Werkzeugwechsel erfolgen, was ohne Taktzeitverluste kaum zu bewerkstelligen ist.

Erschwerend kommt bei den Wellen für Elektromotoren hinzu, dass aufgrund ihrer kompakteren Bauweise dem Werkzeug weniger Platz zur Verfügung steht: „Anders als bei klassischen Zahnrädern liegt die Verzahnung bei Elektromotoren sehr nah an der Welle selbst“, erklärt Thijssen. „Dadurch wirkt sie viel stärker als Störkontur und nimmt dem Werkzeug Bewegungsspielraum.“ Um dennoch hauptzeitparalleles Anfasen in hoher Qualität selbst bei Störkonturen zu ermöglichen, hat Felsomat eine Anlage entwickelt, in der erstmals eine Anfaseinheit in einer 2-spindligen Fräseinheit integriert ist. Dadurch werden Taktzeitverluste vermieden. Dabei war den Anlagenexperten besonders wichtig, auch bei wachsender Variantenvielfalt hohe Stückzahlen produzieren zu können.

Hohe Produktivität ohne Nebenzeiten

Die Prozessvielfalt in der Bearbeitung wird durch den 2-spindligen Aufbau ermöglicht: mithilfe der separat operierenden Werkzeugköpfe lässt sich das Werkstück auf der einen Seite fräsen, während in einem Nebenprozess hauptzeitparallel beispielsweise die Fase auf der anderen Seite gefertigt wird. Dabei drehen oder schwenken die Köpfe automatisch und abwechselnd in den Fräsbereich hinein und wieder hinaus. So lassen sich in einer Aufspannung unterschiedliche Prozessvarianten zwischen dem Abwälzfräsen und Anfasen in Abhängigkeit von der Verzahnungsfertigbearbeitung realisieren. „Beispielsweise wird eine Welle gespannt und zunächst geschruppt. Dann verlässt sie den Fräsbereich und wird angefast, bevor sie anschließend wieder zurück wechselt. Dort kann ein zweiter Schlichtschnitt entstehen oder es erfolgt das Fertigfräsen“, erläutert Thijssen.

Dabei wurde auch der Anfasprozess selbst optimiert, sodass nach eigenen Angaben eine höhere Serienqualität möglich ist. Das dafür entwickelte Chamfer Skiving ist ein zerspanendes Anfasen, basierend auf dem Prinzip des Wälzschälens. Die Aufteilung der Bearbeitung auf zwei Werkzeuge für die jeweils spitze und stumpfe Zahnkante sowie der Raumstellung der Werkzeuge ermöglicht bessere Fasenergebnisse, selbst wenn Störkonturen vorhanden sind. Verantwortlich dafür ist auch der höhere Bewegungsradius durch zwei separat operierende Spindeln. So sollen sich auch schwierige Geometrien am Werkstück besser erreichen lassen.

Taktzeit reduziert sich um bis zu 50 %

Das Anlagenkonzept arbeitet laut Hersteller trotz der kompakten Bauweise von 7 m² Aufstellfläche flexibel und produktiv. Von Vorteil sei dabei das breite Drehzahlspektrum, welches durch die bis zu 27 kW starke Fräserspindel erreicht wird. Auf diese Weise können mit nur einem Antrieb alle gängigen Wälzfräser von PM (Pulvermetallurigsch) bis Hartmetall bei Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 1000 m/min eingesetzt werden. Diese Vielseitigkeit in Kombination mit der 2-Spindel-Werkzeugstellung ermöglicht es der Anlage, Wellen bis zu 250 mm zeichnungsgerecht zu fräsen und anzufasen.

„Da verschiedenste Übersetzungsverhältnisse im Zuge neuer Elektromotor-Varianten auftreten werden, ist davon auszugehen, dass aufgrund häufiger Bautypwechsel auch während der Schicht gerüstet werden muss“, erklärt Thijssen. „Daher haben wir auch bei der Entwicklung dieser Anlage auf sehr kurze Rüstzeiten geachtet.“ Beispielsweise erfolgt das Be- und Entladen hauptzeitparallel und die Anlage kann auch als Modul in eine Fertigungslinie integriert werden. Da durch die 2-spindlige Konstruktion die Werkstücke schneller bearbeitet werden können, reduziere sich die Taktzeit außerdem um bis zu 50 %.

Auf der EMO 2019 werden die neue Fräsmaschine FHC 100 S mit integriertem Anfasprozess sowie eine Automationskomponente vorgestellt.

Felsomat auf der EMO Hannover 2019: Halle 26, Stand C109

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