In einem Schritt zum fertigen Zahnrad

DOSSIER
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Beispiele für
Zahnräder und
Zahnwellen, die
durch Honen
bearbeitet
werden können.
Dossier Komplettbearbeitung | Verzahnen
Technische Rundschau 9/2013
In einem Schritt zum
fertigen Zahnrad
Wirtschaftliche Zahnradherstellung mittels Leistungshonen: Neben dem Schleifen hat sich
das Honen in den vergangenen Jahren als interessante Verfahrensalternative für die Zahnradfertigung etabliert. Damit lassen sich die heute üblichen Korrekturen der Zahnflankengeometrie realisieren, und das Verfahren zeichnet sich durch hohe Wirtschaftlichkeit sowie
besondere Laufruhe der damit hergestellten Zahnräder und Getriebewellen aus.
(re) «Dank konsequenter Weiterentwicklung der Anlagentechnik ist das
Leistungshonen inzwischen ein sehr
wirtschaftlicher Prozess zur direkten
Herstellung von Zahnrädern und
Zahnwellen, zum Beispiel für Fahrzeuggetriebe», berichtet Karl-Josef
Schäferling, Direktor Product Management bei der Gleason Corporation in München. «Durch Honen
gefertigte Zahnräder erreichen im
Schnitt nach DIN 3962 Gütestufe 5
und zeichnen sich aufgrund der erzeugten Oberflächenstruktur durch
sehr geringe Geräuschentwicklung
aus.» Das Verfahren wurde schon
deshalb lange für das Finishen ge-
schliffener Zahnräder im Bereich
von Automobilgetrieben eingesetzt.
In den vergangenen Jahren
gelangen jedoch entscheidende
Durchbrüche sowohl im Bereich
der Anlagentechnik als auch in
der Werkzeugherstellung, die dazu
führten, das Leistungshonen als
Honmaschinen Gleason-Hurth
Typ
Werkzeugdurchmesser max. (mm)
Modulbereich (mm)
150SPH
150SPH-L
ZH250
150
150
250
0,5 – 4
0,5 – 4
(0,5*) 0,8 – 6
Werkstücklänge max. (mm)
150
550
350 (600*)
Aussendurchmesser Honring (mm)
300
300
400
Honringbreite max. (mm)
50
50
100
Technische Rundschau 9/2013
einstufiges Fertigungsverfahren
ohne vorherige Schleifbearbeitung
zu etablieren. «Ein weiterer Vorteil
des Honens sind hohe Freiheitsgrade bezüglich der zu realisierenden
Geometrie», weiss Karl-Josef Schäferling. «So lassen sich eng benachbarte Verzahnungen
bearbeiten, für die
eine
Schleifschnecke gar nicht eingesetzt werden könnte.»
Dabei können die
gleichen Zahnflankenkorrekturen wie
auch beim Schleifen
eingebracht werden.
Zudem erzeugt das
Honen hohe Druckeigenspannungen in
der Oberfläche, was
die Belastbarkeit der
Zahnflanken signifikant erhöht. Das
Honen ist wesentlich
schonender als das
Schleifen, sodass es
nicht zu Schleifbrand
kommen kann.
Entsprechende Anlagen werden
mit gehärteten wälzgefrästen, wälzgestossenen oder gar geschmiedeten Teilen beschickt und erzeugen
hieraus einbaufertige Getrieberäder
oder -wellen. Bei vollautomatischer
Komplettbearbeitung erreicht die
150 SPH Taktzeiten von 25 bis 30 s.
Bei Zahnwellen, die in den heute
immer häufiger verwendeten Doppelkupplungsgetrieben eingesetzt
werden, liegt die typische Bearbeitungszeit mit der 150 SPH-L zwischen 35 und 40 s.
Voraussetzung für die kurze
Bearbeitungszeit sind hohe Drehzahlen sowohl des Werkzeugs und
damit auch des Werkstücks. Bei
der 150 SPH-Baureihe – für Zahnräder von Modul 0,5 bis 4 mm –
rotiert das Honwerkzeug mit bis
zu 3000 min-1, während das Werkstück bis zu 10 000 min-1 dreht.
Die Schneidgeschwindigkeit am
Werkstück erreicht hierbei 12 bis
14 m/s. Dabei werden pro Flanke
Aufmasse von etwa 50 bis 80 µm
abgetragen. Die stückbezogenen
Werkzeugkosten liegen dabei lediglich zwischen 0,02 und 0,06
Euro. Grössere Zahnräder bis Modul 6 mm können mit der ZH 250
bearbeitet werden.
«Ermöglicht wurde dieser Fortschritt durch Verbesserungen sowohl auf der Maschinenseite als
auch bei den Werkzeugen», erläutert Karl-Josef Schäferling. «Während das Werkstück bei den ersten
Verzahnungshonmaschinen noch
frei im Honwerkzeug mitlief,
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Die Honmaschine 150 SPH ermöglicht die einstufige Komplettbearbeitung
gehärteter Zahnräder bei hoher Qualität, Produktivität und Wirtschaftlichkeit.
(Bilder: Vollrath/Gleason)
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Kalteiche-Ring 21-25 • D-35708 Haiger
Telefon: +49 (0)2773-742-0
Telefax: +49 (0)2773-742-812/814
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Durch Nachführung des Achskreuzwinkels beim Abrichten
wird eine wesentlich bessere Nutzung des Honrads
erreicht.
werden heute alle Achsen einzeln numerisch angetrieben.
Voraussetzung für die sichere
Beherrschung des Prozesses ist zunächst eine hochsteife Maschinenkonstruktion auf der Basis eines 16 t
schweren Maschinenbetts. Um die
Dämpfungseigenschaften zu verbessern, ist diese Stahlschweisskonstruktion mit Reaktionsharzbeton
gefüllt. Die Forderung nach höchstmöglicher Steifigkeit prägte auch
das Design der massiven, auf gross
dimensionierten Führungsbahnen
laufenden Werkstückspindel.
Honwerkzeug wird
vollautomatisch abgerichtet
Um die erheblichen Vertikalkräfte
aufzufangen, die auf den Schlitten
des Honrads wirken, wurde hier
keine direkte Vertikalachse vorgesehen. Stattdessen verfügt der
Honkopf über eine im 60°-Winkel
angeordnete Schrägachse, die einen
Grossteil der vertikal wirkenden
Kräfte direkt ins Maschinenbett
einleitet. So müssen die linearen
Antriebe nur noch einen Teil der
bei der Bearbeitung auftretenden
Kräfte aufnehmen.
«Um beim Werkstückwechsel
möglichst kurze Nebenzeiten zu
erreichen, wird das Werkstück bei
höheren Drehzahlen indexiert und
dann im vollen Lauf mit dem Hon-
Das Abrichten des Honrads erfolgt mithilfe einer diamantbestückten Rolle
(rechts neben der Spindel) und dem darüber angeordneten diamantbestückten Meisterrad.
rad in Eingriff gebracht», sagt KarlJosef Schäferling. Das Einwechseln
des Werkstücks erfolgt durch einen
Schwenk-Schnellwechsler, der von
einer automatischen Ladeeinheit
bedient wird. Er hält das jeweils
neue Werkstück bereit, während er
das bearbeitete Bauteil vom HSKSpannfutter der Spindel übernimmt
und dieses nach einer 180°-Drehung
erneut bestückt. Anschliessend beschleunigt die Spindel innerhalb
kurzer Zeit und fährt mit dem
Werkstück zur unmittelbar vor dem
Honrad angebrachten Indexierungseinheit. Hier wird die aktuelle Position des Werkstücks zur Zahnlücke
des Honrads mithilfe eines Sensors
mit einer Genauigkeit von 10 µm
eingemessen und korrigiert, bevor
das Teil bei voller Drehzahl mit dem
Honrad zum Eingriff gebracht wird.
Zuvor wird das Werkstück mithilfe eines Meisterrads vorgeprüft,
um Schäden am Honrad durch
Grate oder N.i.O.-Teile zu vermeiden. Zudem lässt sich so das genaue
Werkstückmass ermitteln. Hierauf
wird die relative Position von Teil
und Honrad angepasst, um so die
Bearbeitungszeiten zu optimieren.
Diese Vorprüfung kann wahlweise
bereits vorab – also hauptzeitparallel – in der Werkstückzuführstation
oder nach Bestückung der Spindel
erfolgen.
Das Honwerkzeug wird vollautomatisch abgerichtet, ohne dass manuell in den Produktionszyklus eingegriffen werden muss. Eingesetzt
wird dabei ein diamantbestücktes
Meisterrad für die Zahnkontur und
eine ebenfalls diamantbestückte
Rolle zur Anpassung des Innendurchmessers des Honrings.
«Mithilfe spezieller Software
können wir bei der Bearbeitung
so gut wie alle üblichen Korrekturen der Zahnflanken realisieren»,
freut sich Karl-Josef Schäferling.
Während einige dieser Korrekturen in klassischer Weise über entsprechende Modifikationen der
Geometrie des Abrichtzahnrades
erzeugt werden, wird dies insbesondere bei Flankenlinienmodifikationen durch die Interpolation
linearer Achsen erreicht. Dabei
wird die Berührellipse gezielt über
die Zahnflanken geführt und somit die Korrekturen eingearbeitet.
Diese Besonderheit der Korrekturstrategien der 150 SPH-L und ZHBaureihe heisst Spheric-Honen. ■
Klaus Vollrath
Gleason-Hurth
Maschinen und Werkzeuge GmbH
DE-80809 München, Tel. +49 89 354 01 0
[email protected]
EMO, Halle 22 Stand A43