SPECIAL Mobilität der
SPECIAL Mobilität der Zukunft E-Mobilität: Hartfeinbearbeitung von Getriebekomponenten Kleine Schnecke – großes Potenzial Getriebe für E-Fahrzeuge sind nicht nur auf hohe Drehzahlen und Drehmomente ausgelegt; sie sind auch sehr kompakt. Das gilt für den Automotive-Sektor, vor allem aber für neuartige Anwendungen wie E-Bikes. Die kleinen Getriebe mit hoher Leistungsdichte und elektrischen Antrieben motivieren Konstrukteure zu kreativen Lösungen. Häufig enthalten sie kleine und störkonturbehaftete Komponenten, die die Fertigung vor neue Herausforderungen stellen. sind voll im Trend. Sie vergrößern Reichweite und Transportkapazitäten im Alltag und in der Freizeit signifikant. Entsprechend hoch ist die Nachfrage. Davon profitieren die Hersteller und deren Zulieferer, unter anderem auch die Getriebehersteller. Ob zwei oder vier Räder: Die Antriebe sind technologisch anspruchsvoll. Im Fokus stehen dabei die geforderten Flankentragfähigkeiten und das Geräuschverhalten der Verzahnungen aufgrund der Randbedingungen des elektrischen Antriebsmotors – ein nahezu konstant hohes Drehmoment über den Drehzahlbereich von 0-18 000 U/min. Neue Anforderungen beschränken sich jedoch nicht nur auf die fertigen Teile, auch der Herstellungsprozess selbst ist betroffen: Durch die kompakte Bauweise tauchen im Getriebedesign vermehrt Bauteile mit störkonturbehafteten Verzahnungen auf. Große Werkzeuge mit den gängigen Schleifschneckendimensionen stoßen hier rasch im wahrsten Sinn des Wortes an ihre Grenzen. Will man nicht auf zeitintensivere und damit kostspieligere Verfahren ausweichen, muss man auch die Werkzeuge miniaturisieren. Grenzen erkennen und überwinden Das Wälzschleifen einer störkonturbehafteten E-Getriebewelle. Bild: Kapp Niles ■■■■■■ Bei der Hartfeinbearbeitung dieser Verzahnungen gehen mit den verfahrensbedingten Möglichkeiten hohe Fertigungskosten einher. Die wohl wirtschaftlichste Variante stellt das Wälzschleifen dar. Allerdings eignen sich nicht alle Wälzschleifmaschinen für die Fertigung der kompakten Bauteile. Dieser Artikel beschreibt die Anforderungen und zeigt Lösungen auf. Man muss die Getriebefertigung für die E-Mobilität nicht neu erfinden, aber einige neue Herausforderungen gibt es doch. Dazu gehören vor allem die hohe Leistungsdichte und der kompakte Bauraum, in dem der gesamte Antriebsstrang Platz finden muss. Mit den neuen Anwendungen entstehen neue Absatzchancen: E-Bikes Bisher wurde die Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern mit Störkonturen hauptsächlich durch diskontinuierliches Profilschleifen oder Verzahnungshonen realisiert. Im Vergleich zum kontinuierlichen Wälzschleifen haben beide Prozesse unterschiedliche Nachteile in Bezug auf Produktivität, Wirtschaftlichkeit oder Qualitätskonstanz. Das Problem ist, dass die gängigen Wälzschnecken mit Durchmessern von 300 mm zu groß für Bauteile mit Störkonturen sind. Kleinere Werkzeuge erfordern höhere Drehzahlen, um hohe Schnittgeschwindigkeiten zu realisieren. Bisherige Maschinenkonzepte waren jedoch nicht auf die hohen dynamischen Anforderungen für Werkzeug- und Werkstückantrieb ausgelegt. Abhilfe schaffen neuartige Hochgeschwindigkeitsspindeln in Kombination mit einem dynamischen Direktantrieb der Werkstückachse. Damit lassen sich die Vorteile des Wälzschleifens mit kurzen Bearbeitungszeiten, niedrigen Werkzeugkosten und sehr hoher Qualitätskonstanz nutzen. Anhand zweier ausgewählter Bauteile „Car“ und „Bike“ lässt sich die Wirtschaftlichkeit des 36 Juli/August 2021
Werkstück „Bike“: Kopfkreisdurchmesser von 11,8 mm, Modul 0,72 mm, Zähnezahl 13, Verzahnungsbreite 12 mm. Bild: Kapp Niles Wälzschleifens im Vergleich zum Profilschleifen aufzeigen. Die zugehörigen Tabellen („Car“ und „Bike“) veranschaulichen die Zeit- und Kostenvorteile. Die passenden Maschinen Der Coburger Verzahnungsspezialist Kapp Niles bietet für diese Kundenanforderungen zwei Maschinentypen an. Beide Baureihen sind mit hochdynamischem Werkzeug- (25.000 U/min) und Werkstückantrieb (5.000 U/min) ausgestattet. Die KNG 350 flex HS verfügt über einen konventionellen Aufbau mit einem Werkstückantrieb. Sie ist in zwei Ausführungen erhältlich: für kleinste und kleine Losgrößen mit Handbeladung. Für höhere Stückzahlen steht eine automatisierte Variante mit schnellem Ringlader zur Verfügung. Bearbeitet werden auf dieser Maschine Werkstücke mit einem Durchmesser von bis zu 350 mm. Sie zeichnet sich durch kurze Rüstzeiten aus, die durch intelligente Komponenten und einzigartige Ergonomie erreicht werden. Für die Großserienfertigung lohnt es sich dann aber, die konzeptionellen Nebenzeiten der Maschine näher zu betrachten. Die KX TWIN-Baureihe mit zwei Werkstückantrieben und hauptzeitparallelem Be- und Entladevorgang bietet hier weiteres Potenzial zur Bodenzeitreduzierung. Das zeitneutrale Schleudern der Bauteile direkt in der Maschine ermöglicht die Einhaltung von „Clean Factory“-Anforderungen mit allen bekannten Automationskonzepten. ■ Kapp Niles GmbH & Co. KG www.kapp-niles.com Werkstück „Car“: Kopfkreisdurchmesser: 49,5 mm, Modul: 1,33 mm, Zähnezahl: 31 mm, Verzahnungsbreite: 44 mm. Bild: Kapp Niles Juli/August 2021 37
