01 Maschinen Steigerung
01 Maschinen Steigerung der Energieeffizienz durch verbesserte Zahnradoberflächen in der E-Mobilität Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern Die in der E-Mobilität eingesetzten Elektromotoren weisen gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren einen deutlich höheren Wirkungsgrad auf: Bis zu 80 % der in der Batterie gespeicherten Energie übertragen die hocheffizienten Elektromotoren mittels Getriebe als Bewegungsenergie auf die Räder. Beim Verbrennen fossiler Kraftstoffe beträgt die Ausbeute mit 30 bis 40 % nur etwa die Hälfte. Bild 1: Zahnräder nach dem Polierschleifen (l.) und nach dem Kugelstrahlen (r). Bild: Kapp Niles ■■■■■■ Dennoch versucht man die Energieeffizienz von Elektro-Autos vor allem mit Blick auf die erzielbaren Reichweiten weiter zu steigern. Eine Stellschraube ist dabei auch die Oberflächenbeschaffenheit der Zahnflanken in den eingesetzten Getrieben. Die Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern durch Schleifen und anschließendem Feinschleifen bzw. Polieren ist der qualitätsbestimmende Prozess am Ende der Bearbeitungskette von Zahnrädern. Dabei gibt es stetig steigende Anforderungen an Lebensdauer, Laufruhe, Leistungsübertragung und effiziente Nutzung der eingebrachten Energie. Da es für die Begriffe Fein- und Polierschleifen keine offizielle Definition gibt, wurde bei Kapp Niles eine Definition geschaffen, die sich auf die erreichbare Oberflächenqualität beim Wälzschleifen bezieht (Tabelle 1). Als Vergleichsgrößen wurden die gemittelte Rautiefe R z und der arithmetische Mittenrauwert R a herangezogen. Dabei ist klar, dass ab bestimmten Oberflächenqualitäten andere Größen, wie z. B. Traganteile, die Oberfläche besser charakterisieren als R z und R a . Um die steigenden Oberflächenanforderungen zu erfüllen, werden bei den unterschiedlichen Verfahren, wie folgt beschrieben, auch verschiedene Werkzeuge eingesetzt: Standard-Schleifen: Beim Standard-Wälzschleifen wird eine keramisch gebundene Korund-Schleifschnecke eingesetzt, die komplett aus einer Spezifikation besteht. Feinschleifen: Beim mehrstufigen, kombinierten Bearbeitungsprozess des Feinschleifens wird zum Vorschleifen (Standard-Wälzschleifen) eine andere Schleifschneckenspezifikation als beim eigentlichen Feinschleifen eingesetzt. Beide Spezifikationen beinhalten eine keramische Bindung, jedoch ggf. unterschiedliche Korundarten und/oder Korngrößen. Polierschleifen: Beim mehrstufigen, kombinierten Bearbeitungsprozess des Polierschleifens wird beim Vorschleifen (Standard-Wälzschleifen) eine Schleifschnecke mit keramischer Bindung und zum Polierschleifen eine Schleifschnecke mit einer Polyurethan- oder Kunstharz- Bindung eingesetzt. Beim einstufigen Bearbeitungsprozess des Polierschleifens (ohne Kombination mit einem direkten Vorschleifen) wird ein einteiliges Werkzeug mit Poly - urethan- oder Kunstharz-Bindung eingesetzt. Feinschleifen Das Werkzeug besteht aus zwei verschiedenen Werkzeugspezifikationen. In dem für das Feinschleifen eingesetzten Bereich wird die Vorschubgeschwindigkeit beim Abrichten reduziert (Bild 2). Damit kann die erreichba- Tabelle 1: Erreichbare Oberflächenqualitäten. Bild: Kapp Niles 28 Juni 2023
Bild 2: Reduzierung der Abrichtgeschwindigkeit. Bild: Kapp Niles We make it work. Es gibt nur eine Werkzeugmaschine, die dreht, fräst, bohrt und in höchster Präzision performt. Eine MILLTURN von WFL. re Oberflächenqualität des Werkstücks beeinflusst werden. Diese Vorgehensweise beim Abrichten hat Einfluss auf die Oberflächenqualität des Zahnrades, auch dann, wenn die Schleifschnecke nur aus einer einzigen Spezifikation bestehen würde. Nachfolgend werden Profil- und Flankenlinienmessungen jeweils vor und nach dem Feinschleifen beschrieben. Bereits im Profil-Messprotokoll der Verzahnungsmessung ist zu erkennen, dass mit dieser Abrichttechnik die Profilformabweichung (ffα) erheblich verbessert werden konnte. In der Flankenlinienmessung ist erwartungsgemäß keine Veränderung eingetreten, da die Schleifriefen entsprechend des größten Geschwindigkeitsvektors in Zahnbreitenrichtung liegen. Die Gegenüberstellung der Rauheitsmessung zeigt, dass die Oberfläche geglättet wurde. Eine Rauheitsstruktur ist dennoch zu erkennen. D. h. die gemittelte Rautiefe R z und der arithmetische Mittenrauwert R a konnten um Faktor 2 bis 3 reduziert werden. Die Kernrautiefe R k und die reduzierte Spitzenhöhe R pk konnten um Faktor 2 reduziert werden (siehe Tabelle 2). www.wfl.at Halle 13 - B51 Polierschleifen kugelgestrahlter Verzahnungen Ein weiterer Anwendungsbereich für hochfein bearbeitete Zahnflankenoberflächen sind Lkw-Getriebe sowohl für E-Antriebe als auch für konventionelle Antriebsstränge. Mittlerweile werden Elektro-Lkw zum Beispiel in der Abfallwirtschaft oder für die Verbrauchsgüteranlieferung in den Städten eingesetzt. Einige Lebensmitteldiscounter werben sogar damit, dass der Transport ihrer Waren zwischen den Filialen in den Großstädten mit elektrisch angetriebenen Lkw durchführt wird. Im Folgenden wird das Polierschleifen von kugelgestrahlten Zahnflanken vorgestellt. Die Arbeitsfolge gestaltet sich hier wie folgt: Zahnräder werden nach dem Härten wie üblich mit einer einteiligen Schleifschnecke WFL Millturn Technologies GmbH&Co.KG | www.wfl.at EINMAL SPANNEN – KOMPLETT BEARBEITEN Juni 2023 29
