Schärfen von Schälfräsern für Getriebe von neuen Elektrofahrzeugen (EV)

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Schärfen von Schälschneiden auf ANCAs TX- und MX-Maschinen ermögliche

 
Fahrzeuge, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, werden bald der Vergangenheit angehören. Viele Länder haben sich eine Frist gesetzt, um den Verkauf von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Autos zu beenden: Frankreich ab 2040, Großbritannien bis 2030, und Norwegen will das erste Land der Welt werden, das dies bis 2025 erreicht. Als Reaktion auf grüne Initiativen und nachdem Milliarden von Dollar in die Elektrifizierung von Fahrzeugen investiert wurden, verpflichten sich die Giganten der Automobilindustrie, keine altmodischen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICE) mehr zu bauen. Volkswagen plant, dass bis 2025 25 % der Verkäufe aus Elektroautos bestehen sollen, General Motors strebt an, bis 2035 keine benzinbetriebenen Fahrzeuge mehr zu produzieren, und Fords Europa-Abteilung wird bis 2030 komplett auf Elektrofahrzeuge umsteigen.

Für Schneidwerkzeughersteller, die die Automobilindustrie beliefern, ist die Elektrifizierung der Branche eine existenzielle Herausforderung und eine revolutionäre Chance. Im Jahr 2017 entfielen 11,8 % des Schneidwerkzeugverbrauchs auf die Automobilfertigung. Die Bearbeitungszeit bei reinen Elektrofahrzeugen (EVs) reduziert sich schätzungsweise um 50-75 % im Vergleich zu herkömmlichen ICEs, was zu einem Rückgang des gesamten Zerspanungswerkzeugverbrauchs führt, wenn die Produktion von ICE-Fahrzeugen eingestellt wird.
 
Die sinkende Nachfrage nach Zerspanungswerkzeugen ist eine erhebliche Bedrohung, insbesondere für Zerspanungswerkzeughersteller, die stark von der Automobilindustrie abhängig sind; gleichzeitig bieten Elektrofahrzeuge auch viele Chancen. Die neuen Schälfräser, die für die in vielen neuen EV-Getrieben verwendeten Innenverzahnungen benötigt werden, sind von erheblicher Wichtigkeit.
 

45 % der gesamten Getriebeproduktion ist für Fahrzeuggetriebe bestimmt. Die Elektromobilität hat die Anforderungen an die Getriebeindustrie verändert. Die hohe Motordrehzahl von bis zu 20.000 U/min bedeutet, dass ein höheres Übersetzungsverhältnis erforderlich ist, um die Drehzahl aus Effizienzgründen zu reduzieren. Das Planetengetriebesystem findet in der neuen Getriebekonstruktion eine größere Verbreitung. Bei einem Planetenradsatz müssen die äußeren Zahnräder geschliffen werden, was mit dem derzeitigen Produktionsverfahren des Abwälzfräsens und anschließenden Schleifens leicht zu bewerkstelligen ist. Das Problem liegt beim Innenzahnkranz. Traditionell werden die Innenverzahnungen durch Wälzstoßen oder Räumen hergestellt; das Wälzstoßen ist langsam, während das Räumen auf umständliche Werkzeuge angewiesen ist.
 
Bei Elektrofahrzeugen hat die Effizienz - ebenso wie die Geräuschemission - für die Kunden eine viel höhere Priorität. Zahnräder für Elektrofahrzeuge erfordern eine größere Präzision und höhere Leistung. Die Qualität muss bei den Innenverzahnungen von DIN 10 auf DIN 6 steigen; die Zahnradindustrie sieht im Hartschälen das revolutionäre Verfahren, um die für Elektrofahrzeuge benötigten Millionen von Innenzahnrädern herzustellen.
 
Angetrieben durch die beispiellose Wachstumsrate von 28% ~ 36% bei Elektrofahrzeugen (siehe Grafik), ist der im Schälprozess verwendete Schälfräser sehr gefragt. Aufgrund seiner komplexen Geometrie erfordert die Herstellung von Vollhartmetall-Schälfräsern eine Reihe von Technologie- und Prozessentwicklungen. Die 2019 auf den Markt gebrachte GCX Linear von ANCA bietet eine Komplettlösung für die Herstellung von Vollhartmetall-Schälfräsern in DIN AA-Qualität - die höchste in der Branche.

 


Schälfräser werden als Ritzelfräser klassifiziert, bestehend aus Flanke und Spanfläche. Nachdem die Flanken hergestellt sind, wird beim Nachschärfen - oder einfach nur beim Schärfen, wie es in der Branche heißt - nur die Spanfläche zurückgeschliffen. Diese Werkzeuge sind teuer und auf eine lange Standzeit ausgelegt, typischerweise 6 mm bis 10 mm nachschärfbare Tiefe. Beim Nachschärfen wird die Spanfläche jedes Mal um 0,3 mm bis 0,5 mm zurückgeschliffen, je nach Grad der Beschädigung. Während der Lebensdauer eines Werkzeugs kann es zu 30 bis 50 Nachschärfungen kommen. Dem wachsenden Trend der Elektromobilität folgend, könnte bis zum Jahr 2024 ein Bedarf an hunderttausenden von Schälfräsern entstehen, was mehr als einer Million Schärfungen entspricht.
 
Um ANCA-Kunden die Möglichkeit zu geben, diesen schnell wachsenden Markt zu erschließen, hat ANCA ein neues Softwarepaket zum Schärfen von Schälfräsern und Stoßfräsern herausgebracht. Kunden mit MX- und TX-Maschinen müssen lediglich ein Software-Update erwerben und den Standard-Taster durch eine Rubin-Tastspitze ersetzen.
 
Im ToolRoom Softwarepaket enthält die neue Kaufoption "Ritzelschärfen" Operationen zum Digitalisieren und Schärfen der beiden Spanflächenarten: gestufte Spanfläche und konische Spanfläche.

 

Eine konische Spanfläche ist ein Teil einer konischen Fläche, die durch einen Spanwinkel und einen Schnittpunkt mit der Freifläche definiert ist, um die Schneide des Werkzeugs zu bilden. Das Schärfen einer konischen Spanfläche erfordert einen Arbeitsgang, bei dem das Ende der Werkzeugposition digitalisiert wird und dann die konische Fläche mit einer 1A1-Scheibe nachgeschliffen wird. Es gibt eine Einstechschleifmethode für den ersten schweren Schliff und oszillierende Schleifmethoden für nachfolgende Nachschärfungen.

Nachschärfen einer konischen Spanfläche mit 1A1-Scheibe
 

Eine gestufte Spanfläche ist eine ebene Fläche, die durch einen Spanwinkel und einen Steigungswinkel definiert ist. Um eine gestufte Spanfläche nachzuschärfen, ist es entscheidend, die genaue Indexposition des Zahns zu finden und sich daran auszurichten. Die ANCA-Software berechnet die korrekte Geometrie, um den Rubintaster zu führen und die richtige Position zu finden. Der Prozess ist automatisiert, eine besondere Ausrichtung und manuelle Eingriffe sind nicht erforderlich. Das Schärfen der Spanflächenebene erfolgt Zahn für Zahn, entweder mit einer 1A1-Schleifscheibe für Geschwindigkeit oder einer Topfscheibe für verbesserte Oberflächengüte.

Nachschärfen der gestuften Spanfläche mit 1A1-Scheibe
 

Das Nachschärfpaket ist für die Maschinen MX und TX erhältlich. Mit minimalen Änderungen an der Hardware kann die MX-Maschine für Werkzeugdurchmesser bis zu 105 mm eingesetzt werden. Die TX ist sogar noch leistungsfähiger, mit einem größeren Arbeitsbereich und einer robusteren Bauweise, um einen Werkzeugdurchmesser von bis zu 240 mm aufzunehmen. Die Naben- und Scheibenfräser können mit einer Vorrichtung auf die Spannzange montiert werden. Die Schaftfräser können direkt in der Spannzange oder mit einem Adapter für Morsekegel eingespannt werden.
 
Dieses Paket ist auch eine attraktive Lösung für Getriebehersteller, die diese Werkzeuge regelmäßig im eigenen Haus nachschärfen wollen.
 

19 März 2021