Ein kleiner Kopf bewegt Großes
In der Zahnradfertigung und hier im Modulbereich 0,3 bis 3,0 mm jede Profilgeometrie herzustellen, war bislang auf Wälzfräsmaschinen nicht möglich. Durch die Entwicklung eines neuen Fräskopfes und einer entsprechenden Software ist es dem Unternehmen Koepfer jetzt gelungen, das Tangential- und Radialfräsen sowie die Hartbearbeitung auf einer Maschine zu vereinen und die Qualität um ein Vielfaches zu erhöhen.
Mit gekreuzten Achsen in Schneckenantreiben lassen sich große Kräfte bei relativ kleinem Bauraum übertragen. Diese Weisheit schien bei deutschen Entwicklern in den letzten Jahren in Vergessenheit geraten zu sein. Vor zirka zwei Jahren war es deshalb der asiatische Markt, vor allem Hersteller von Reduktionsgetrieben, die, die Fertigung von Schnecken und das Hartschälen mit entsprechenden Wälzfräsmaschinen forderte. Bei der Koepfer Verzahnungsmaschinen GmbH in Villingen-Schwenningen standen die Verantwortlichen deshalb vor der Wahl.
Man konnte auf der Basis der wesentlich größeren Wälzfräsmaschine K 300 eine neue Maschine entwickeln oder für die bewährte K 200 wesentliche Zusatznutzen zu schaffen. Das Ergebnis ist eine K 200 mit einem neuen Universal-Shifting-Fräskopf. Ein Fräskopf, der extrem leistungsfähig ist, sehr klein baut und für das Wälzfräsen von Stirnrädern sowie zum Fräsen von ein- und mehrgängigen Schnecken ausgelegt ist. Die kompakte Bauform ermöglicht zudem, den Fräskopf unter den Reitkopf zu schwenken und so Schneckengeometrien zu fräsen. Ein Highlight, wie Armin Wacker, Leiter Vertrieb und Marketing bei Koepfer, es bezeichnet, das vor allem für die typischen Hersteller von Reduktionsgetrieben, deren Zulieferer und denen der Automobilindustrie von großem Vorteil ist:
„Mit der neuen K 200 haben wir es geschafft, völlig neue Einsatzbereiche zu schaffen und so das Anwendungsspektrum wesentlich zu erweitern. So ist es damit möglich, auch Schnecken zu fräsen, was für alle Hersteller in diesem Bereich besonders interessant ist. Anderseits erreichen wir in Verbindung mit der neuen Software auch eine Präzision, die bisher nur mit dem Schleifen erreicht werden konnte. Mit dieser Qualität wird die K 200 aber natürlich auch für sicherheitsrelevante Bauteile oder die Luft- und Raumfahrt besonders interessant.“
Diese hochgenauen Verzahnungen sind ein ganz entscheidender Aspekt, denn ein Schneckenradantrieb mit gekreuzten Achsen wurde bislang im Tauchverfahren angefertigt. Hierfür sind zwar nahezu alle herkömmlichen Wälzfräsmaschinen geeignet, allerdings kann damit keinesfalls diese Genauigkeit erreicht werden. Eine Präzision von DIN7 bzw. DIN6, ist aber in der Luft- und Raumfahrt, beispielsweise bei Antrieben für die Flugzeug-Landeklappenverstellung, zwingend erforderlich. Mit der K 200 konnten diese Vorgaben vor allem deshalb erfüllt werden, weil die Möglichkeit des Tangentialfräsens besteht, spezielles Werkzeug zum Einsatz kommt und die entsprechende Software entwickelt wurde. Die Software wurde von Koepfer mit einer enorm bedienerfreundlichen Dialogprogrammierung ausges-tattet, für die kein qualifizierter Facharbeiter mehr notwendig ist.
Eine boomende Nachfrage
Mittlerweile sind auch die europäischen Ingenieure auf den Zug der gekreuzten Achsen in Schneckenantrieben aufgesprungen. Zu Recht, wie die betriebswirtschaftliche Betrachtung zeigt. Mit der K 200 kann die Schnecke weich vorgefräst, auf derselben Maschine mit dem Schälwälzfräsen hart nachbearbeitet oder sogar ohne Schleifen hart verzahnt werden. Das heißt, es wird bis 54 HRC gehärtet und anschließend in das harte Material gefräst. Der Vorteil ist, dass damit höchste Qualität erzielt wird. Es ist sicher die Summe aller Weiterentwicklungen, die, die K 200 zu einer produktiven und wirtschaftlichen Maschine machen.
Andererseits entwickelt sich der Markt rasant in Richtung Hartnachbearbeitung von Schnecken. Lag die Nachfrage nach dieser Form von Schneckenfertigung vor sieben Jahren noch bei einem Prozent, sind das heute stolze 50 Prozent. So sind beispielsweise im Automobilbau Hilfsgetriebe für Fensterheber, Sitzverstellung oder auch Schiebedach mit gekreuzten Achsen ausgelegt. So ist es auch kaum verwunderlich, dass in Villingen-Schwenningen mittlerweile acht von zehn Maschinen des Typs K 200 mit dem Universalfräskopf ausgerüstet werden. Selbst die Lohnverzahner sind inzwischen von dem Konzept überzeugt.
Automatisiert wird ab einer Losgröße von30 Stück
Die K 200 ist für Verzahnungsaufgaben bis Modul 3 mm, Werkstückdurchmesser bis 120 mm und Werkstück-längen bis 300 mm ausgelegt. Dabei sind die Fräserdrehzahl von 5.000 min -1 und der Werkstückdurchmesser als Standard zu sehen. Standard deshalb, weil Armin Wacker da noch genügend Reserven sieht:
„Unsere Maschinen sind selten ausgereizt. So können wir besser auf die Kundenbedürfnisse eingehen. Bei der K 200 beispielsweise sind auch Durchmesser bis 157 mm oder höhere Drehzahlen zu realisieren. Das ist allerdings wirklich vom Einsatzfall abhängig und wird im Dialog mit dem Kunden festgelegt“.
Gleiches gilt für die Automatisierung. Selbst wenn die durchschnittlichen Losgrößen meist nicht die 4.000 Stück im Jahr übersteigen, wird die K 200 nahezu ausschließlich mit Automatisierungslösungen von Koepfer ausgestattet.
Ob Ladeportal mit V-Greifer, „schiefer Ebene“ und Bandablage, Mehrfachzuteiler mit Mehrfachzuführschiene oder der Langzeit-Umlaufspeicher, zirka 98 Prozent der ausgelieferte Maschinen werden inzwischen mit einer der genannten Automatisierungen geordert. Mehr noch, inzwischen greifen selbst andere Unternehmen in der Branche gezielt auf die Koepfer-Automatisierungskonzepte zurück. Ab Losgrößen von 30 Stück, spätestens ab 50 Stück und Laufzeiten von zwei Minuten ist das auch wirtschaftlich sinnvoll.
Aufbauend auf dem bewährten Polymerbetonbett und mindestens acht aktivierten CNC-Achsen (eine davon für das Ladeportal) setzt Koepfer nach wie vor auf die geschlossene Rahmenbauweise. Im Gegensatz zu vertikalen Maschinen mit der U-Form verhindert das geschlossen Kräftediagramm die Durchbiegung der Reitstock-Hauptspindelachse auch bei höchsten Spann- und Bearbeitungskräften. In Sachen Steuerung kommt die vielleicht etwas exotische BWO zum Einsatz, die aber nach Meinung der Verantwortlichen hier durchaus ihre Daseinsberechtigung hat. Ausgerüstet mit Touch-Panel verfügt die Steuerung über einen steuerungsinternen Programmspeicher mit 1 MB Speicherkapazität.
Nebenbei bemerkt
Armin Wacker, Leiter Vertrieb und Marketing:
„An eine Neuentwicklung des Fräskopfes hat vor Jahren noch niemand gedacht, weil der Bedarf nicht da war. Heute allerdings werden zirka 80 Prozent unserer Wälzfräsmaschinen K 200 mit dem Shifting-Fräskopf ausgerüstet.“
Interessantes am Rande
Für ältere Maschinen bietet das Unternehmen Koepfer einen Winkelfräskopf als Adapter für Shifting-Fräsköpfe zum Fräsen ein- und mehrgängiger Schnecken an.
Die Vorteile der K 200 auf den Punkt gebracht
- Mit dem Universal-Shiftingfräskopf ist ein vielseitiger Einsatz der Maschine möglich. Die Flexibilität ermöglicht ein breites Spektrum in Bezug auf Werkstückgeometrien und Verfahren wie zum Beispiel Tangentialfräsen, Radialfräsen, weich vor bearbeiten, weich und hart nachbearbeiten.
- die einfachste Handhabung durch die Koepfer-Dialogprogrammierung ermöglicht die Menüführung selbst durch nicht qualifizierten Fachkräfte.
- durch höchste Präzision ist die K 200 auch für sicherheitsrelevante Anwendungen sowie für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt geeignet.
- kundenspezifische Automatisierungslösung lassen sich auf Grund der hohen Flexibilität nahezu beliebig realisieren.
- eine Integration in Fertigungszellen (wie z.B. verzahnen, waschen, messen und beschädigungsfreies Ablegen) ist problemlos möglich.
Technische Highlights der K200
- Größter Modul: 3 mm
- Max. Werkstückdurchmesser: 180/120 mm
(gilt für automatische Beschickung) - Max. Fräslänge: 200 mm
- Max. Werkstücklänge: 300 mm
- Max. Fräserdrehzahl: bis 2.000/3.000/5.000 min-1
- Größte Fräserbreite: 130/100/63 mm
