Technologie-Spotlight: Groß

Durch die Synergie zwischen der Schleifmaschine, dem Schleifprozess und der Schleifscheibe entsteht eine produktive Umgebung, in der hochwertige Zahnräder hergestellt werden können. Bilder: Krebs & Riedel

Die Serienproduktion großer Zahnräder erfordert ein hohes Maß an Qualität und Kontinuität in der Produktion, wobei der Schwerpunkt auf der Schaffung von Synergien zwischen Schleifmaschine, Schleifprozess und Schleifscheibe liegt.

Krebs & Riedel führte mehrere Versuche mit seinen Kunden in ihren Produktionsanlagen auf verschiedenen Klingelnberg Höfler RAPID-Schleifmaschinen durch, um seine neuen Blue Moon TZ-Schleifscheiben zu testen. Das Unternehmen ist für seine Schleifmaschinen und Schleifscheiben in der Automobil- und Elektrofahrzeugbranche bekannt, doch der familiengeführte Hersteller expandiert nun auch in andere Branchen, die ebenfalls große Zahnräder erfordern.

Windkraft war in den letzten Jahren ein wichtiger Faktor zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes. Windkraftanlagen werden immer größer und leistungsfähiger, die Produktionskosten müssen jedoch gesenkt werden. Dafür sind Fertigungsmethoden erforderlich, die auch bei komplexen Flankenmodifikationen die Zahnräder kostengünstig und in hoher Qualität herstellen können.

Typische Getriebegrößen im Windkraftbereich liegen zwischen 800 und 4.000 mm. Manche Zahnräder können sogar einen Durchmesser von 8.000 mm erreichen und bis zu 100 Tonnen wiegen. Die gebräuchlichste Größe im Bereich (von Außenverzahnungen) ist 1.200 mm im Durchmesser und reicht von Modul 12 bis Modul 52. Modul ist ein Begriff, der zur Definition der Zahngröße von Verzahnungen verwendet wird. Zahnräder greifen nur dann ineinander, wenn ihre Zähne das gleiche Modul haben.

Wie bereits erwähnt, ist die Synergie zwischen der Maschine, dem Prozess und dem Rad sehr wichtig.

Um diese Synergie zu erreichen, hat Krebs & Riedel die Blue Moon TZ-Scheibe entwickelt, die über ein präzisionsgeformtes Schleifkorn verfügt.

Nur eine perfekt geschliffene Getriebegeometrie gewährleistet eine optimale Kraftübertragung für einen hohen Windkraftanlagenwirkungsgrad und einen ruhigen Lauf. Außerdem muss Schleifbrand vermieden werden, da die Kräfte im Getriebe sehr hoch sind und der Zahnbruch sehr teuer ist.

Hochpräzise Zahnräder haben eine längere Lebensdauer, was dazu beiträgt, Wartungs- und Produktionskosten zu senken.

In Versuchen zeigte die neue Schleifscheibe eine gute Schnittleistung und einen hohen Materialabtrag.

„In einigen Versuchen betrug die Materialabtragsrate [Q'w oder Q Prime] mehr als 30 mm³/mm“, sagte Sigurd De Ridder, leitender Anwendungsingenieur bei Krebs & Riedel. „Präzisionsgeformte Schleifkörner sind heute Stand der Technik. Blue Moon TZ ist in seiner Leistung mit anderen präzisionsgeformten Schleifmitteln auf dem Markt vergleichbar. Es ist selbstschärfend, sehr scharfkantig, mikrokristallin und hat eine längliche Trapezform.

Bei den Tests wurden Blue Moon TZ-Räder verwendet.

Die homogene Porenstruktur der Scheibe verbessert zudem das gesamte Kühlsystem während des Schleifprozesses. Aufgrund der offenen Struktur wird die gesamte Schleifscheibe sofort von der Kühlflüssigkeit durchflutet. Auch bei hohem Materialabtrag werden Späne von der Kontaktfläche abtransportiert. Dadurch wird der Wärmeeintrag reduziert, der zu thermischen Schäden am Getriebe führt.

Die Scheiben eignen sich gut zum Schleifen von Planetenrädern, Stirnrädern sowie IR-Außen- und Innenringen.

Im Durchschnitt ergaben alle Tests auf Klingelnberg Höfler RAPID 2500-Maschinen einen kühleren Schliff, eine längere Standzeit und eine bis zu 20 Prozent schnellere Schleifzeit im Vergleich zu Scheiben ohne präzisionsgeformtes Schleifkorn. Die längere Werkzeugstandzeit und die höhere Schleifleistung tragen dazu bei, die Kosten zu senken und gleichzeitig die gleiche oder sogar eine bessere Qualität der Verzahnung zu erreichen.

Von De Ridder an diesen Aufbauten durchgeführte Abrichttests zeigten im Durchschnitt eine um 20 Prozent längere Zeit zwischen den Abrichtvorgängen und eine um 30 Prozent geringere erforderliche Zustellung, was auch zu einer längeren Werkzeugstandzeit der Abrichtscheibe führt. Es verbrauchte auch weniger Strom.

Die Profilschleifmaschinen der RAPID-Serie für große Werkstückgrößen sind für Bauteildurchmesser bis 8.000 mm ausgelegt.

Je nach individuellen Anforderungen sind sie mit einem erweiterten Hubbereich (L-Variante) ausgestattet. Neben der Standardkonfiguration ist die Maschine auch mit einem kleinen Schleifkopf für kleine Schleifscheibendurchmesser von 300 bis 20 mm (K-Variante) erhältlich.

In allen Konfigurationen können diese Maschinen durch den Einsatz optionaler Innenverzahnungsschleifarme in kurzer Zeit von Außen- auf Innenverzahnung umgerüstet werden.

Darüber hinaus trägt die Anordnung der Maschinenachsen dazu bei, eine thermisch stabile und nahezu vibrationsfreie Maschine zu schaffen. Das Bett besteht aus Mineralguss und die Anlagen verfügen über verschleißfreie Torqueantriebe im Maschinentisch. Der Schleifkopf ermöglicht 5-Achs-Schleifen und verfügt über einen integrierten 3D-Messtaster. Durch die Anpassung des Schrägungswinkels während des Schleifprozesses entstehen Verzahnungen, die beim Einflankenschleifen oder Zweiflankenschleifen topologisch verändert werden können.

Die Serienproduktion großer Zahnräder erfordert viele Stunden Werkstückeinrichtung, Programmierung, Schleifen, Abrichten und Qualitätskontrolle. Durch die Anwendungsunterstützung sollen die Abricht- und Schleifprozesse kontinuierlich optimiert werden.

Krebs & Riedel ist in Kanada über Machine Tool Systems erhältlich.

Philipp Bötte ist Marketing- und Kommunikationsmanager für Krebs & Riedel, www.krebs-riedel.com, www.machinetoolsystems.com.

Die selbstschärfende, scharfkantige, mikrokristalline Struktur hat eine längliche Trapezform.