Schleifen / Werkzeuge Wirtschaftlicheres Tiefschleifen von Kegelrad-Kleinserien

Unternehmen, die ab und an Bauteillose in eher geringen Stückzahlen produzieren müssen, stehen vor dem Dilemma, wie das effizient geschehen kann. Besonders bei der Kegelradfertigung gelingt das nun mit einer speziellen Maschine, die die Teile aus dem vollen Material heraus schleift.

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Kegelräder, die nur in kleinen Stückzahlen benötigt werden, lassen sich wirtschaftlich herstellen, wenn man sie aus dem Vollen und ohne Vorfräsen schleift. In der Tandler Zahnrad- und Getriebefabrik in Bremen hat das Schweizer Unternehmen Winterthur (eine 3M-Tochter) nun erfolgreich belegen können, dass der Einsatz von 3M Cubitron II Schleiftöpfen das Tiefschleifen generell schneller und durch erheblichen Standzeitgewinn noch wirtschaftlicher macht: Die Standzeit der Schleiftöpfe erhöht sich durch stark reduzierte Abrichtintervalle und Abrichtzustellungen signifikant.

Der Trend geht dahin, dass fast jeder Kunde in puncto Getriebe seine eigenen Vorstellungen hat. Tandler will diese Wünsche so weit wie möglich erfüllen. Strenge Qualitätskontrollen entlang der gesamten Prozesskette sind Standard und jedes Kegelrad wird gegen Solldaten verzahnt. Die hauseigene Härterei gewährleistet höchste Qualität und Know-how aus einer Hand.

Bei Kleinserien lohnt sich der Einsatz herkömmlicher Werkzeuge oft nicht

Tandler ist kein Serienfertiger, sondern für Losgrößen von 1 bis 100 Stück, vielleicht auch 200, prädestiniert. Dafür ist der Tandler-Maschinenpark ausgelegt und das wirkt sich auch beim Kegelradschleifen auf die gesamte Prozesskette aus. Während sich bei einer Serienfertigung die Anschaffung von Fräswerkzeugen lohnt, ist das bei kleinen Stückzahlen insgesamt nicht immer wirtschaftlich. So ist es unter bestimmten Voraussetzungen deutlich günstiger, die Verzahnung komplett durch Tiefschleifen vorzubereiten, oder etwa bei Radsätzen zum Läppen, diese komplett fertigzuschleifen.

Zum einen spielt der Kostenfaktor der Fräser eine Rolle, zum anderen deren Lieferzeiten bei dringenden Aufträgen. Nach dem Vorschleifen im Tiefschleifverfahren wird das Bauteil auf einer Klingelnberg-Kegelrad-Messmaschine geprüft, anschließend gehärtet und noch ein letztes Mal mit derselben Schleifmaschine – im Fall Tandler mit einer Kegelrad-Schleifmaschine Typ Klingelnberg G27 beziehungsweise einer G60 und demselben Schleiftopf – final bearbeitet.

Neue Perspektiven beim Tiefschleifen mit Sinterkorund

Tandler ist auch ein langjähriger Partner des Unternehmens Winterthur. Die Firma beliefert die Zahnrad- und Getriebefabrik schon lange mit kleineren Edelkorund-Schleiftöpfen für das Kegelradschleifen sowie Schleifschnecken für das Wälzschleifen. Als die 3M-Schleifexperten erstmals für Versuche mit 3M Cubitron II Schleiftöpfen nach Bremen kamen, lieferte neben Winterthur auch ein Mitbewerber Edelkorund-Schleiftöpfe mit Maßen von 5 bis circa 12". Es ging bei Tandler darum, den Schleifprozess schneller zu machen, eine höhere Standzeit der Schleiftöpfe zu erreichen und den Tiefschleifprozess insgesamt wirtschaftlicher zu machen – sowohl was die Maschinenzeit als auch was die Schleiftopfkosten betrifft. Die Qualität der so hergestellten Kegelräder war sehr gut, die Technik in Ordnung. Der Verschleiß am Werkzeug war aber hoch, weil sehr oft und sehr viel abgerichtet werden musste. Auch die Schleifzeit war vergleichsweise lang.

Der Markteintritt von 3M Cubitron II eröffnete auch für das Tiefschleifen von Kegelrädern neue Möglichkeiten: Die präzise geformten Sinterkorund-Dreiecke (PSG oder Precision Shaped Grain) in Cubitron-II-Schleiftöpfen sorgen für stets scharfe Schneidkanten. Sie trennen das Material sauber aus der Werkstückoberfläche heraus. Die Wärme wird mit den Spänen direkt vom Werkstück abgeführt. Das Schleifbrandrisiko ist praktisch nicht mehr gegeben.

Weitere Verbesserungen durch optimierte Abrichteigenschaften

In enger Kooperation mit Klingelnberg wurde in Bremen auch untersucht, ob sich das Kegelradschleifen aus dem Vollen durch Cubitron-II-Schleiftöpfe weiter optimieren lässt. Gemeinsam wurden in Bremen die Versuche mit Cubitron II durchgeführt. Wichtig dabei war, dass die Geometrie beim Vorschleifen stimmt: Der Zahnfuß muss sauber ausgebildet sein und der Topf am Kopf sehr formstabil. Es gilt außerdem, möglichst keinen Grat zu erzeugen, der später extra entfernt werden müsste. Der Schleifexperte achtete auch darauf, dass die Zusammensetzung des Schleiftopfes die Abrichtrolle nicht zu sehr belastet und kein Schleifbrand entstehen kann.

Anfangs war man skeptisch – schließlich ging es im Vergleich zu den bisher genutzten Schleiftöpfen um den vier- bis fünffachen Preis. Tatsächlich konnten der Abrichtbetrag und die Abrichthäufigkeit aber deutlich reduziert, die Belastung der Diamantierung an der Abrichtrolle verringert werden. Das verlängert die Standzeiten und die Abrichtkosten sinken signifikant. Eine Versuchsreihe, die gemeinsam mit Klingelnberg erfolgte, machte deutlich, dass die besten Ergebnisse mit der Cubitron-II-Qualität 99DA 120/120 K11VP901 erzielt werden. Dabei handelt es sich um eine Spezifikation mit 100 % PSG-Konzentration der Korngröße 120 +. Insgesamt sind die Schleiftöpfe trotz des höheren Preises wirtschaftlicher. Das lässt sich nun auch zahlenmäßig für die einzelnen Prozessschritte belegen (Tabelle).

Hohes Qualitätsniveau bei geringstem Werkzeugverschleiß

Beim Schleifen von Kegelrädern ins weiche Material taucht der Schleiftopf zunächst stirnseitig bis zur gesamten Tiefe ins Werkstück ein. Der Tauch- oder auch Einstechvorschub konnte durch den Einsatz von Cubitron II auf 80 mm/min verfünffacht werden. Ist der Schleiftopf ganz eingetaucht, wälzt er über die gesamte Zahnbreite zunächst die konvexe Seite des Zahns ab, dann die konkave Seite. Das klappt mit einem Wälzvorschub von 3 °/s.

Einen wichtigen Hinweis auf die Wirtschaftlichkeit kann man aus der Zahl der Lücken zwischen dem Abrichten ableiten: Sie liegt beim Einsatz von Cubitron II deutlich höher als bei Sinterkorund-Töpfen.

Insgesamt harmoniert auch die Klingelnberg-Schleifmaschine G 27 sehr gut mit den Cubitron-II-Schleiftöpfen: Nach dem Vorschleifen erreicht der Anwender ein Ergebnis, das unter der Qualitätsnorm kleiner 7 liegt. Der Scheibenverschleiß ist sehr gering: Im Zahnfuß registriert man 28 µm und an den Flanken 17 µm pro Bauteil – ein sehr guter Wert für das Vorschleifen, der es erlaubt, beim Fertigschleifen mit sehr geringen Aufmaßen zu arbeiten. Dass die Endbearbeitung auf einer Maschinentype und mit den gleichen Schleiftöpfen erfolgt, wirkt sich auch positiv auf die Lagerhaltung aus – nicht nur beim Kegelradschleifen. MM

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