DVS MACHINE TOOLS & AUTOMATION

Hocheffiziente Hohlräderbearbeitung

Bei einem Tier 1 für die Nutzfahrzeugbranche konnte Pittler die Komplettbearbeitung von Hohlrädern für Planetengetriebe mit weniger Aufwand zu höherer Präzision führen.

Vom Fahrrad bis zum Nutzfahrzeug – in einer Vielzahl von Antriebssträngen befinden sich Planetengetriebe. Die kompakte Bauweise und die Möglichkeit, verschiedene Antriebe und Generatoren formschlüssig und mit hohem Wirkungsgrad zu verbinden, macht sie aber auch zum idealen Drehmomentübersetzer für Hybrid- und Elektrofahrzeuge.

Besonders anspruchsvoll zu fertigen ist dabei das innen- und außenverzahnte Hohlrad. Dazu kommt, dass der Qualitätsmaßstab bei dieser Kernkomponente in den letzten Jahren stark gestiegen ist. Sowohl das Hohlrad selbst, als das Planetengetriebe als Ganzes soll heute möglichst kompakt, leicht, leistungsfähig und präzise sein. Das empfindliche Bauteil ist deshalb sowohl mit höchstmöglicher Präzision als auch maximaler Wirtschaftlichkeit zu fertigen. Beide Attribute gleichermaßen umzusetzen, ist ausgesprochen anspruchsvoll aufgrund der dünnwandigen Architektur des Bauteils und der Vielzahl an Bearbeitungsschritten zur Herstellung von Nuten, Ölbohrungen oder Schmiertaschen am Innen- und Außenradius.

Dieses Problem erkannte auch ein führender Nutzfahrzeughersteller und wendete sich daher an Pittler T&S, um die bestehende Fertigungslinie deutlich schlanker und wirtschaftlicher aufzustellen. Ziel war, die hohe Zahl von sechs verschiedenen Prozessschritten und Aufspannungen maßgeblich zu reduzieren. Erfolgreiche Testbearbeitungen im Werk des Herstellers von Dreh- und Verzahnungszentren in Dietzenbach bestätigten den Schritt zur kombinierten, ganzheitlichen Prozessauslegung — von der Weichdrehbearbeitung bis zum Verzahnen per Pittler-Skiving-Technologie unter Anwendung der Maschinenserie SkiveLine.

Weniger Einzelschritte im Prozess

Im Prozess OP 10 wurden die Dreh- und Verzahnungsbearbeitungen sowie die Bohrprozesse am Außendurchmesser zusammengeführt. Die Verzahnung des Innendurchmessers per Pittler- Skiving-Technologie sowie vorgelagerte Drehbearbeitungen wurden im OP-20- Prozess vereint. Auf diese Weise ist das Bauteil bereits nach dem Nitrierhärten einbaufertig.

Durch die Aufteilung der Komplettbearbeitung auf zwei SkiveLine-Maschinen samt Automationseinheit konnten die Taktzeiten besser aufeinander abgestimmt und mit lediglich zwei Prozessschritten und Aufspannungen eine höhere Gesamtproduktivität erzielt werden. Zudem konnten Rüst- und Ladezeiten trotz der sehr unterschiedlich langen Bearbeitungszeiten so kurz wie möglich gehalten werden.

Spanntechnik als Präzionstreiber

Eine Schlüsselrolle in Sachen Präzision spielte die richtige Auslegung der Spannwerkzeuge. Hier konnte Pittler auf das Know-how von Kollegen aus dem konzerneigenen Geschäftsfeld der DVS Spanntechnik zugreifen. »Bereits nach den ersten Bearbeitungsversuchen richtetet sich unser Blick auf die infolge des Materialabtrags sehr dünnen Wänden des Bauteils«, erklärt Omar Sharif, Produktmanager für die Skiving-Technologie im Hause Pittler. »Mit konventionellen Spannmethoden hätte sich das Bauteil bei der Bearbeitung zu sehr verformt«, führt er weiter aus. »Die Größenordnung des damit einhergehenden Rundlauffehlers hätte das Erreichen der geforderten Endqualität nahezu unmöglich gemacht«, resümiert Sharif.

Das Bauteil wird nunmehr in der ersten Operation OP 10 mit einem Axial-Spanndorn gespannt, der innen lediglich zentriert und mit drei Fingern das Werkstück mit einer Kraft von 10000 N axial spannt. Die spannmittelbedingte Verformung konnte auf nur 10  µm reduziert werden. Ähnliche Erfolge konnte man bei der zweiten Operation erzielen. Ein ebenfalls von DVS Spanntechnik entwickeltes 6-Backen-Membranspannfutter nimmt das Bauteil am Außendurchmesser auf, welches zuvor lageorientiert aus der Automationszelle in den Arbeitsraum eingeführt wurde.

Insgesamt ergeben sich durch die Reduktion der innovativen Spannwerkzeuge ein maximaler Rundlaufehler der Innenverzahnung zur Außenverzahnung von lediglich 30 µm.

Weniger Aufwand + höhere Qualität = höchste Effizienz

So entstand eine seit der Erfindung des Planetengetriebes Ende des 18. Jahrhunderts einzigartig präzise und effiziente Fertigungslösung. Für den Nutzfahrzeughersteller bedeutet dies: Weniger Maschinen produzieren in weniger Aufspannungen und mit weniger Personaleinsatz eine höhere Menge präziser bearbeiteter Hohlräder mit besserer Rundlaufqualität.