Kaltumformprozess  Axialverzahnen mit vollständig elektrischen Antriebsachsen

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Wenn es darum geht, kleine Innenverzahnungen präzise und materialeffizient im Kaltumformprozess herzustellen, dann kommt das Axialverzahnen ins Spiel. Da die zu fertigenden Zähne die direkte Negativform des Werkzeugs sind, werden durch den Prozess eine hohe Profilgenauigkeit sowie eine hohe Materialfestigkeit und Materialeffizienz erreicht.

Bei der Profilierung rotationssymmetrischer Werkstücke mittels Kaltmassivumformung kann die Profiroll Technologies GmbH auf umfangreiche Kompetenzen verweisen. Bisher haben alle Maschinen, die das Unternehmen aus Bad Düben hergestellt hat, die Profile durch ein abwälzendes Verfahren erzeugt - egal ob Gewinde, Kugelspindelprofile oder Außen- und Innenverzahnungen. „Gerade bei Innenverzahnungen führt dieses Verfahren jedoch zu einer technologischen Begrenzung auf Bauteile mit relativ großen Innendurchmessern“, sagt Dr.-Ing. Michael Hirsch, Geschäftsbereichsleiter „Neue Technologien“ bei Profiroll. Diese Lücke im Maschinenspektrum schließt Profiroll jetzt mit der neuen Axialverzahnungsmaschine PA 450. Das Hauptanwendungsgebiet sieht das Unternehmen dabei in der Herstellung von Rotorwellen für E-Fahrzeuge.

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Die Fachtagung zeigt, welche Potenziale in Ihrer Produktion ausgeschöpft werden können und bietet Lösungen, die Sie sofort in Ihrem beruflichen Alltag unterstützen. Dabei beleuchtet sie mit praxisnahen Vorträgen die verschiedenen Handlungsfelder, die zu einer Effizienzsteigerung beitragen. Neben den Maschinen selbst stehen dabei auch die nötigen Lösungen aus dem Peripheriebereich wie Werkzeuge, Qualitätssicherung, Instandhaltung, Handhabung und Simulation im Fokus.

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Für Portfolioausweitung wurde neues Verfahren erforderlich

 Mit Blick auf eine Portfolioausweitung und durch konkrete Kundenanfragen aus dem Automotive-Bereich rückten in den vergangenen Jahren auch kleine Innenverzahnungen in den Fokus. Eine geeignetes Fertigungsverfahren musste also entwickelt und umgesetzt werden. „Im Jahr 2022 haben wir uns das erste Mal theoretisch mit diesem Verfahren auseinandergesetzt, speziell mit der Werkzeugauslegung. Erste Prozessuntersuchungen wurden 2023 auf einer Sondervorrichtung mit hydraulischen Antrieben durchgeführt“, blickt Hirsch zurück.Dabei wurden dann die Nachteile von hydraulischen Antrieben für einen solchen Prozess deutlich. „Sie sind in der Geschwindigkeit begrenzt und zudem vergleichsweise groß und teuer, weil Druckspeicher benötigt werden, um eine entsprechende Prozessdynamik aufbringen zu können“, so Hirsch weiter.Demensprechend setzten sich die Entwickler bei Profiroll mit elektrischen Anlagenantrieben auseinander. Ende 2024 wurden erste vielversprechende Versuche mit elektrisch angetriebenen Achsen, konkret einem Planeten-Wälz-Getriebe, für diese Anwendung erprobt. In acht Monaten Entwicklungszeit ist dann eine neuartige Maschine für das Innenverzahnen entstanden, mit elektromechanischen Antriebsachsen für hochdynamische und schnelle Schlittenbewegungen. Die neue Umformmaschine arbeitet geräuscharm, zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch und eine kompakte Baugröße aus und ist wartungsarm.

Innenverzahnen auf ein neues Niveau heben

Mit der Axialverzahnungsmaschine PA 450 wird das Werkzeugprofil nicht in einem wälzenden, sondern in einem axialen Prozess auf das Werkstück übertragen. Entsprechend des senkrechten Maschinenaufbaus wird das Bauteil in axialer Richtung bearbeitet. Dabei wird es mit Blick auf eine optimale Versorgung der Umformzone mit Schmierstoff von unten umgeformt.Profiroll hat sich zudem bei der Entwicklung und Auslegung der Anlage an üblichen Kundenwünschen orientiert. Diese sind größtenteils darauf ausgerichtet, lediglich eine Innenverzahnung abzubilden. Auf der neuen PA 450 können Bauteile mit einer Länge von 50 mm bis 450 mm, einem Durchmesser von 30 mm bis 100 mm, einem Verzahnungsdurchmesser von 15 mm bis 60 mm und einer Zähnezahl von 17 bis 100 bearbeitet werden. Der Fokus liegt dabei auf Geradverzahnungen.Zur Prozessvisualisierung wird die von Profiroll entwickelte Bedienoberfläche genutzt, welche einen intuitiven Umgang gewährleistet. Wichtige Parameter werden grafisch dargestellt, so auch die Visualisierung durch ein Kraft-Weg-Diagramm.Festgeschriebenes Ziel von Profiroll ist es, beim Umformen der Innenverzahnungen die gleichen Qualitätskriterien abzubilden, wie mit den anderen Profiroll-Anlagentechniken. „Wir möchten mit dieser Maschine das Innenverzahnen auf ein neues Niveau heben und unseren Kunden eine Anlage zur Verfügung stellen, die auf hohe Wirtschaftlichkeit ausgerichtet ist“, sagt Michael Hirsch.

* Freie Autorin

Rollformprozess

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