Der Sharp-E Newsletter Dezember 2021

Angesichts des Wettlaufs um die Einhaltung von Zielen für Elektrofahrzeuge (EVs) wie dem nachhaltigen Entwicklungsszenario der Internationalen Energieagentur (IEA), das bis 2030 einen Bestand von 245 Millionen EVs, d. h. etwa 30 % des Marktanteils, anstrebt, sind Lösungen für Produktionstechnik in dieser wachsenden Branche erforderlich.

Laut dem Bericht Global Electric Vehicle (EV) Outlook 2021 gab es nach einem Jahrzehnt rasanten Wachstums Ende 2020 weltweit 10 Millionen Elektroautos auf den Straßen. Die Zulassungen von Elektroautos stiegen im Jahr 2020 um 41 %, trotz des pandemiebedingten weltweiten Rückgangs der Autoverkäufe, der 16 % betrug. Weltweit waren im Jahr 2020 rund 370 Elektroauto-Modelle verfügbar, ein Anstieg um 40 % gegenüber 2019. 18 der 20 größten Erstausrüster (OEMs), wie die BMW- und GM-Gruppe, haben sich verpflichtet, das Angebot und den Verkauf von Elektroautos zu erhöhen.

Das Wälzschälen, oder auch Skiving, ist das effizienteste Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern für Elektrofahrzeuge. Die GCX Linear vereint neue Technologien und bietet nun eine In-Prozess-Messung, um den Herstellungsprozess von Wälzschälwerkzeugen erheblich zu verbessern. Als Reaktion auf die Marktnachfrage bietet ANCA eine Komplettlösung für die Herstellung und das Nachschleifen.  Die GCX Linear setzt den neuen Standard für die Herstellung von Wältschälwerkzeugen höchster Qualität aus Hartmetall und HSS. Die In-Prozess-Messung mit analogem Messtaster sorgt für einen präzisen, geschlossenen Fertigungsprozess - eine Innovation, die in der Branche einzigartig ist.  

Länger fahren, leiser fahren: Gangwechsel von DIN 10 auf DIN 6

45 % der gesamten Zahnradproduktion ist für Fahrzeuggetriebe bestimmt. Der Vormarsch der Elektrofahrzeuge verändert die Anforderungen an die Getriebeindustrie. Höhere Motordrehzahlen von bis zu 20.000 U/min bedeuten, dass ein höheres Übersetzungsverhältnis für mehr Effizienz erforderlich ist. Bei einem Planetengetriebe, auch bekannt als Planetenradsatz, sind die Sonnen- und Planetenräder als Außenräder in einem Zahnkranz montiert. Die Außenzahnräder werden durch Wälzfräsen und anschließendes Schleifen hergestellt.

Das Innenzahnrad wird traditionell durch Stoßen oder Räumen hergestellt. Das Wälzstoßen ist jedoch langsam, während das Räumen mit schwerfälligen Werkzeugen verbunden ist. Ein weiterer Trend, der durch die kompaktere Bauweise des neuen Getriebes in Elektrofahrzeugen ausgelöst wurde, sind mehrere Zahnräder auf einer Welle, die sehr nahe beieinander liegen; aufgrund der Störkonturen können die kleineren Zahnräder auf der Welle nicht durch Wälzfräsen hergestellt werden.

Auch die Geräuschemissionen von Elektrofahrzeugen sind ein großes Problem. Zahnräder für Elektroautos müssen noch engere Toleranzen einhalten, die für Innenverzahnungen von DIN 10 auf DIN 6 erhöht wurden. Die Zahnradindustrie sieht im Hartschälen ein revolutionäres Verfahren, um die Millionen von Zahnrädern herzustellen, die für die neuen Elektrofahrzeuge benötigt werden. Mit der GCX werden engere Toleranzen erreicht, so dass präzise Zahnräder hergestellt werden können, die den Herausforderungen einer längeren Lebensdauer und geringeren Geräuschemissionen gerecht werden.

Beim Schälen handelt es sich um einen kontinuierlichen Materialabtrag, bei dem die Wälz- und die Fräsbewegung kombiniert werden. Während der Fräser als Ritzel in das Zahnrad eingreift, bewegt er sich gleichzeitig in der axialen Richtung des Zahnrads. Es ist ebenso effizient wie das Wälzfräsen und generell fünf bis 10-mal schneller als das Wälzstoßen. Beim Schälen entstehen kürzere Späne, und geschälte Zahnräder weisen eine höhere Qualität mit geringerer Oberflächenrauhigkeit auf. Für das Hartschälen nach der Wärmebehandlung werden die leistungsstärksten Vollhartmetall-Wälzschälwerkzeuge benötigt.

Herausforderungen bei der Herstellung von Skiving-Werkzeugen bewältigen


Herausforderung Nr. 1 - Komplexe Geometrie

• Die GCX Linear wird mit einer parametrisierten Konstruktionssoftware geliefert, die die Geometrie des Wälzschälwerkzeugs direkt aus den Verzahnungsparametern berechnet und eine Kollisionsanalyse und Schleifsimulation ermöglicht.

Herausforderung Nr. 2 - Enge Toleranz

• Die GCX Linear erreicht DIN AA-Qualität mit einer Reihe von bahnbrechenden Technologien, die auf der TX-Plattform, dem Flaggschiff von ANCA, basieren: MTC (Motor Temperature Control), AEMS (Acoustic Emission Monitoring System), hochpräziser Spindelstock, große Verfahrwege, LinX® Linearmotor in allen Linearachsen und iBalance.  

Herausforderung Nr. 3 - Messung

• Die GCX Linear ist die einzige CNC-Schleifmaschine mit der branchenweit ersten In-Prozess-Messung mit einem analogen Messtaster.
• Herkömmliche Verzahnungsmessmaschinen verfügen nicht über das richtige mathematische Modell für Wälzschälwerkzeuge. Die GCX-Lösung für die prozessbegleitende Messung macht die Investition in eine Messmaschine überflüssig.

Herausforderung Nr. 4 - Abrichten einer Diamantscheibe in eine komplexe Form mit Mikrometer-Toleranz

• ANCAs fortschrittliche Software leitet eine vereinfachte Schleifscheibenform ab und ermöglicht eine direkte Kompensation der Bahn.
• AEMS überwacht den Abrichtprozess der Schleifscheibe mit einem intelligenten maschinellen Lernalgorithmus, um die Kosten zu minimieren und die Effizienz zu verbessern.

Herausforderung Nr. 5 - Qualitätskontrolle

• Ein vollständig geschlossener Produktionskreislauf: Schleifen - Messen - Kompensieren, alles innerhalb der Maschine, ohne dass das Werkzeug ausgespannt werden muss.

Herausforderung Nr. 6 - Wissensdefizit

• ANCA bietet umfassende Schulungsprogramme an, die dem Ingenieur/Bediener den Einstieg in die Welt der exklusiven Verzahnungswerkzeuge erleichtern.
• Vollständige Prozesskenntnisse helfen den Kunden, den Standardprozess an ihre Umgebung anzupassen.

Die Fähigkeit der GCX Linear, das Zahnradprofil anhand der korrekten mathematischen Form auszuwerten, ist ein bedeutender Fortschritt für die Industrie. Zusammen mit der direkten Kompensation ist das Schleifen von Skiving-Werkzeugen auf der GCX Linear eine effiziente und praxisgerechte Closed-Loop-Lösung.
 
Um mehr über die GCX Linear, wie sie die üblichen Herausforderungen in der EV-Fertigung löst, und die branchenweit erste Lösung für In-Prozess-Messungen zu erfahren, laden Sie Ihr kostenloses Whitepaper herunter. 

 

1 Dezember 2021