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Um das Fahrzeuggewicht zu minimieren, müssen Hersteller möglichst leichte und kompakte Getriebe aus widerstandsfähigen Materialien bauen. Sandvik Coromant erläutert, warum insbesondere das Power-Skiving-Verfahren für die erfolgreiche Fertigung entscheidend sein kann.

Für Autohersteller und Erstausrüster (OEMs) unterstreicht die rasante Entwicklung im Bereich der Elektromobilität die Notwendigkeit, sich von herkömmlichen Verbrennungsmotoren zu verabschieden. Der Markt für Elektrofahrzeuge ist vielfältig und wettbewerbsintensiv. Hier treffen größere, etablierte Unternehmen und kleinere, global expandierende Hersteller aufeinander. Allerdings birgt die Produktion von Elektrofahrzeugen einige Herausforderungen und das Risiko, dass Unternehmen, die sich auf herkömmliche Fertigungsverfahren verlassen, ins Hintertreffen geraten. Um dies etwas genauer betrachten zu können, kann ein Blick auf die Fertigung von Getriebekomponenten helfen.

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Die Fähigkeit, die Motordrehzahl mithilfe eines Getriebes zu steuern, ist bei allen Fahrzeugarten unerlässlich. Getriebe von Elektrofahrzeugen sind sogenannte Untersetzungsgetriebe, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs reduzieren, damit es kontrolliert und wirtschaftlich gefahren werden kann. Weil in einem Elektrofahrzeug keine Motorgeräusche entstehen, wird jedes Geräusch des Getriebes wahrgenommen. Eine wichtige Aufgabe besteht folglich darin, Geräusche zu vermeiden. Und darüber, ob ein Getriebe kompakt und leicht ist sowie geräuschlos läuft, entscheidet auch die Qualität des Bearbeitungs-Set-ups.

Getriebe in Elektrofahrzeugen sind hauptsächlich als Planetengetriebe ausgelegt, bei denen die Planetenräder und das Sonnenrad in einem kompakten und leichten Hohlrad untergebracht sind. Das Hohlrad ist mit seinen dünnen Wänden und den hohen Anforderungen an eine exakte Rundung das am schwierigsten zu fertigende Bauteil. Mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren lassen sich diese Anforderungen nur schwer erfüllen – mehr noch: sie bringen sogar gleich mehrere Zeit- und Kostennachteile mit sich.

Herkömmliche Fertigungsverfahren beruhen in der Regel auf Einzweckmaschinen. Weil hier jede Maschine auf einen bestimmten Bearbeitungsbereich beschränkt ist, wird das Werkstück von einer zur nächsten Maschine weitergereicht. Das macht Produktionslinien unflexibel, insbesondere wenn es darum geht, auf notwendige Änderungen in der Bauteilkonstruktion zu reagieren. Darüber hinaus kann das Bewegen des Werkstücks von Maschine zu Maschine die Qualität des Bauteils durch Rundlauf- und Mittenabweichungen negativ beeinflussen. Zudem ist die nachträgliche Wärmebehandlung schwieriger zu kontrollieren und die herkömmlichen Methoden der Weichbearbeitung sowie die nachfolgenden Schleifprozesse sind sehr kostenintensiv. Hinzu kommt, dass diese Verfahren häufig eine Bearbeitung mit Kühlschmierstoffen erfordern, um sowohl die Zerspanung selbst als auch die Spanabfuhr zu unterstützen.

Die genannten Nachteile werden angesichts der zu erwartenden Steigerungsraten bei der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen immer mehr zum Hemmnis – insbesondere weil damit zu rechnen ist, dass die Entwicklung neuer Getriebe schneller sowie deren Bearbeitung produktiver und flexibler werden muss. Außerdem müssen sich Investitionen immer schneller amortisieren, weshalb der Einsatz unflexibler Einzweckmaschinen immer unvorteilhafter wird.

Multitasking-Maschinen als echte Alternative

Vor dem geschilderten Hintergrund sollten Hersteller ihre Fertigungsverfahren modernisieren. Beispielsweise können die häufig genutzten Schleifmaschinen sehr teuer sein, sodass die Investition in Multitasking-Maschinen eine echte Alternative darstellt. Mit ihrer Hilfe kann die Bearbeitung von Getriebekomponenten in zwei Prozesse, Weich- und Hartbearbeitung, aufgeteilt und mit nur einer dieser Maschinen durchgeführt werden.

Mithilfe von Multitasking-Maschinen können Bearbeitungsprozesse beseitigt, der Zeit- und Kostenbedarf reduziert und die Bauteilqualität verbessert werden. Darüber hinaus bieten sie aber noch weitere Vorteile: Denn neben der Verbesserung der Produktqualität sind die Zykluszeiten im Vergleich zu bestehenden Lösungen kürzer oder zumindest gleich lang. In der Konsequenz konnte Sandvik Coromant in der Praxis Kostenreduzierungen für Endanwender von mindestens 30 Prozent beobachten.

Weil der Power-Skiving-Prozess sowohl Verkleinerungen als auch Gewichtsreduzierungen von Getriebekomponenten erlaubt, kann eine größere Flexibilität bei der Produktion zukünftiger Komponenten für die Elektromobilität erreicht werden. Das Verfahren kann sowohl bei Innen- als auch bei Außenverzahnungen angewendet werden. Besonders produktiv ist es bei der Innenbearbeitung und in der Massenproduktion, wo kurze Durchlaufzeiten entscheidend sind.

Das bereits vor mehr als einem Jahrhundert entwickelte Power-Skiving-Konzept ist die effizienteste Methode für die Produktion eines Hohlrades, das das am schwierigsten zu fertigende Bauteil eines Planetengetriebes ist. Das Verfahren verbindet das Wälzstoßen und das Wälzfräsen in einem einzigen, kontinuierlichen Schneidprozess.

Auf Multitasking-Maschinen angewendet, bietet es gleich mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden: Die Bearbeitung eines kompletten Bauteils in einer Mehrzweckmaschine steigert sowohl die Produktivität als auch die Flexibilität. Weil keine Sondermaschinen mehr erforderlich sind, kommt es nicht länger zu Qualitätseinbußen aufgrund von Maschinenwechsel. Auf diese Weise kann die Gesamtproduktionszeit im Vergleich zu Verfahren wie Räumen, Wälzstoßen und Wälzfräsen erheblich verkürzt werden – für eine überschaubare und berechenbare Bauteilbearbeitung.

Seit 2014 wurden mehr als 700 Werkzeugmaschinen für das Power Skiving ausgeliefert, was zeigt, dass das Verfahren immer beliebter wird. Mehr als 60 Prozent davon sind Multitasking-Maschinen, wo die wichtigsten Bearbeitungsprozesse in einer einzigen Aufspannung stattfinden. Das verbessert die Qualität des Bauteils und ermöglicht eine effizientere Bearbeitung.

Sandvik Coromant hat hochwertige Werkzeuge für das Power Skiving entwickelt, die speziell für die Präzisionsbearbeitung von Elektrofahrzeuggetrieben optimiert sind. Dazu gehört der Coro Mill 178, ein Schälfräser, der in zwei Varianten zur Verfügung steht: aus pulvermetallurgischem Schnellarbeitsstahl (PM-HSS) und aus Vollhartmetall. Der Wendeschneidplatten-Fräser Coro Mill 180 ist mit prismatischen Plattensitzen ausgestattet und für eine hervorragende und wiederholbare Genauig­keit ausgelegt. Die Werkzeuge können im Hinblick auf die Steifigkeit und Auskragung des Werkzeugs, die Kühlmittelzufuhr und die maximale Standzeit weiter optimiert werden. Dank dieser vorteilhaften Kombination ermöglichen sie eine zuverlässige und vollkontinuierliche Fertigung. Des Weiteren können Hersteller und Fertiger von Getrieben für Elektrofahrzeuge in allen Sandvik Coromant Centern ihre Komponenten mit Power Skiving auf modernen Multitasking-Maschinen bearbeiten. Geschultes und erfahrenes Personal steht bereit, um die anstehenden Investitionen der Kunden zu unterstützen und ihnen zu einer produktiven, effizienten und flexiblen Bearbeitung von Getrieben für Elektrofahrzeuge zu verhelfen – und zwar in nur einem Set-up.

Ein Hersteller von Hauptgetrieben aus niedrig legiertem Stahl suchte nach einer Alternative für sein zeitaufwendiges Wälzstoßverfahren. Unterstützt durch Sandvik Coromant, ersetzte er seine bestehenden Prozesse durch Power Skiving und seine vier bislang eingesetzten Sondermaschinen durch zwei Multitasking-Maschinen. Resultat war, dass er seine Bearbeitungszeit um 90 Prozent reduzieren und die Standzeit der Werkzeuge deutlich erhöhen konnte. In anderen Fällen erwies sich Power Skiving als zwei- bis dreimal so schnell wie herkömmliche Verfahren.

Power Skiving ist das am schnellsten wachsende Verfahren für die Zahnradfertigung – mit deutlichen Zeit- und Kostenvorteilen. Und Profiteure gibt es genug: Kleinere Hersteller können damit besser im Wettbewerb bestehen und bei größeren Herstellern trägt das Verfahren dazu bei, einen, mit John Mackey gesprochen „Ausweg aus der eigenen Selbstzufriedenheit zu finden“.

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