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Mit dem Mut zur Lücke Immer öfter suchen Hersteller von Verzahnteilen und Kegelrädern nach Alternativen zu den klassischen Verfahren. Bei der Entscheidung für eine Maschine ist ein Maximum an Flexibilität gefragt, man will sich nicht mehr auf das spezifische Bearbeitungssegment Zahnräder eingrenzen lassen. Die Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH hat nun gemeinsam mit dem Unternehmen Voith ein Verfahren entwickelt, das sowohl das Vorfräsen als auch das Verzahnungsfräsen auf einer Maschine weitaus produktiver ermöglicht.  Es ist auffallend, wie prominent das Thema Verzahnungsfräsen von einigen Werkzeugmaschinenherstellern derzeit fokussiert wird. In der Tat liegt es nahe, die vorhandene Kompetenz in der Fünfachs-Bearbeitung zu nutzen um Einsatzmöglichkeiten außerhalb der klassischen Anwendungen von Bearbeitungszentren zu erschließen. Diesen Weg ging auch das Unternehmen Heller. Durch die Einführung der neuen Baureihe F im Herbst 2009 ist man in Nürtingen noch tiefer in die Fünfachs-Technologie eingestiegen. Im Verzahnungsfräsen sah man die Möglichkeit, die Fähigkeiten und Bandbreite der 5-Achs-Bearbeitungszentren der Baureihe F und der bereits am Markt bewährten Baureihe MCH-C optimal zu nutzen. Im Endeffekt war es ein gemeinsames Projekt mit dem Unternehmen Voith, das zu einem neuen Verfahren in diesem Bereich führte. Ein Verfahren, das gemeinsam von beiden Unternehmen mittlerweile zum Patent angemeldet ist und in der Branche sicherlich für Furore sorgen wird. Während sich die „Klassiker" in der Verzahnung mit Spezialmaschinen und Spezialwerkzeugen nach wie vor ausschließlich auf die Zahnradbearbeitung konzentrieren, beschäftigen sich Hersteller von Bearbeitungszentren neben dem vielseitigen Einsatz in der Komplettbearbeitung auch mit der Zahnmodellierung über Spezialsoftware. Ausgehend vom mathematischen Ansatz kann man damit eine ideale Geometrie generieren und davon den CAD/CAM-Prozess ableiten. Nun weiß man aber aus der technischen Literatur der Verzahnungstechnik, dass es keine geschlossene mathematische Abbildung - beispielsweise einer Kegelradverzahnung - gibt. Somit ist jedes CAD-Modell, das für den CAD/CAM-Prozess benötigt wird, ein angenähertes Modell. Klassische Verzahnungsmaschinen dagegen basieren auf einer Maschinenstruktur und einer entsprechenden Kinematik. Die Einstellgrößen werden in die Maschine eingegeben und diese generiert daraus die entsprechende Zahnform. Der Ansatz von Heller ist, wenn auch dem des Wälzfräs-Prozesses ähnlich, ein völlig anderer: Die Verzahnungsparameter werden direkt aus der Zeichnung in die Maschinensteuerung eingegeben und diese generiert in Echtzeit daraus die 5-achsigen Bahnen zum Schruppen und Schlichten. So benötigt man also kein mathematisch genaues 3D-Geometriemodell sondern geht von den vorab definierten Verzahnungsdaten in der Zeichnung aus. Korrekturdaten werden von der Messmaschine zurückgemeldet und können unmittelbar ebenfalls über die Maschinensteuerung eingegeben und verarbeitet werden. Ein weiterer großer Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass auch während des Prozesses die aktuellen Werkzeugdaten wie beispielsweise Werkzeugverschleiß in Echtzeit mit einfließen können. Das wirkt sich entsprechend positiv auf die Präzision aus. Neben dem Prozess der Zahnlückenfertigung ist Heller allerdings auch in der Lage, die Rohlinge vorzufräsen. Das heißt, es können sowohl Außen- und Innenkonturen komplett in einer ersten Aufspannung vor bearbeitet als auch in einer zweiten Aufspannung die Verzahnung gefräst werden. Hierfür wurden speziell angepasste NC-Zyklen entwickelt, um den Prozess relativ leicht zu beherrschen. Damit wird für das komplette Werkstück nur eine Maschine benötigt. Produktiver um den Faktor 3 Nun versprechen auch andere 5-Achs-Bearbeitungszentren vielseitigen Einsatz und bei entsprechender Programmierung auch die Möglichkeit des Verzahnungsfräsens. Die Arbeitsweise zum Beispiel mit dem Schaftfräser ist zwar hoch flexibel, nach Auskunft von Dr. Hannes Zipse, Business Development Manager bei Heller aber nicht unbedingt sehr effizient und produktiv: „Wir kommen aus dem Bereich der großen Zerspanvolumen und diesem Anspruch werden wir auch beim Verzahnungsfräsen gerecht. In Zusammenarbeit mit Sandvik Coromant wurde deshalb für unser Verfahren ein angepasster Topffräser mit Schneidplatten - also eine Art Wälzfräser - entwickelt, der wesentlich Anteil daran hat, dass wir in der Produktivität um mindestens den Faktor 3 besser sind als herkömmliche Verfahren. Das heißt, je größer die Zahnlücke, umso produktiver sind wir." Diese Produktivität hängt natürlich ganz wesentlich von der statischen und dynamischen Stabilität der Maschine ab. Für Reinhold Siegler, Leiter Technologieentwicklung bei Heller das Wichtigste überhaupt: „Eine sehr kompakte Aufspannung ist die Voraussetzung. Das heißt, das Palettenfutter sitzt bei unserer Lösung sehr nahe an der Palettenoberkante, um das Zahn- oder Kegelrad möglichst tief zu spannen. Hinzu kommen unsere äußerst robusten Spindeln und hochsteifen Konstruktionselemente sowie gering ausladende Werkzeuge, die dem harten Schruppprozess gerecht werden. Das heißt, auch deshalb sind wir gegenüber einer Vertikal-Zerspanung beim Schruppen deutlich produktiver."  Spezialisiert für die Allroundanwendung Das neue Verfahren ist also sicher eine produktive Lösung, die für Werkstücke - ab Modul 4 - bei der kleinen Baugröße des 5-Achs-Bearbeitungszentrums FP 2000 für Durchmesser bis zu 720 mm, bei der größeren FP 4000 bis zu 900 mm und bei der MCH-C mit HSK100-Aufnahme bis zu 1800 mm und demnächst mit einer neuen Baureihe für Durchmesser bis 3 000 mm interessant sein wird. Kleine Zahnräder in hohen Stückzahlen sind dagegen trotz hohem Aufwand beim Umrüsten aber nach wie vor effizienter auf Spezialmaschinen zu fertigen. Die Vorteile des Heller/Voith-Verfahrens sind deshalb nicht unbedingt beim klassischen Lohnverzahner mit hohen Stückzahlen und eher geringer Werkstückvarianz angesiedelt. Vielmehr sind es die Systemlieferanten, wie zum Beispiel Hersteller von Fahrzeugen, Maschinen oder Maschinenbauteilen, die auf der Maschine auch andere Zerspanungsaufgaben durchführen können. Interessant wird das Verfahren aber sicher auch für Getriebehersteller, die sich zusätzlich mit der Herstellung von kompletten Baugruppen beschäftigen. Das gilt vor allem für Großgetriebe, denn mit den Maschinen und der Technologie von Heller sind unterschiedlichste Bearbeitungen durchzuführen und zusätzlich sehr effizient auch Zahnräder sowie Kegelräder zu bearbeiten. Kenneth Sundberg, Global Business Development Manager bei Sandvik Coromant, sieht deshalb darin auch einen durchaus interessanten Markt: „Die jüngste Vergangenheit hat gezeigt, dass permanent Lösungen für Verzahnteile und Kegelräder angeboten werden. Sandvik Coromant hat hier deshalb Standardwerkzeuge modifiziert und Neuentwicklungen in die Fräser einfließen lassen. Mit den Bearbeitungsergebnissen sind wir bis heute außerordentlich zufrieden. In einem zweiten Schritt konzentrieren wir uns nun deshalb auf das Hartfräsen. Das könnte man zwar mit Vollhartmetall-Schaftfräsern bewältigen, aber wir setzen wegen der angestrebten hohen Produktivität und Wirtschaftlichkeit mit dem Unternehmen Heller auf spezielle Topf- bzw. Scheibenfräser." Allein die Tatsache, dass man sich mit dem Verfahren die gewünschte Flexibilität und Produktivität ins Haus holt, keine Abhängigkeit – auch hinsichtlich der Software – mehr besteht, werden die potenziellen Zielgruppen dies mehr als erfreut zur Kenntnis nehmen. VERANTWORTLICH FÜR DEN INHALT DIESER PRESSEMITTEILUNG: Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH |
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