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maschine+werkzeug 03/2013

Präzise und produktiv

Technik - Maschinen

Schleifen - Das Maschinenkonzept der Liebherr LFG ermöglicht Profilschleifen im großen Werkstückbereich. Die Serie von Außen- und Innenverzahnungen kann Werkstücken bis 2000 mm bearbeiten.

Hier geht es zum Anbieter: www.liebherr.com

Der kontrollierte und gezielte Umgang mit der Zahnflankenverschränkung löst produktionstechnische Probleme und eröffnet gleichzeitig neue Möglichkeiten in der Zahnradfertigung. Am Markt existieren verschiedene Ansätze, mit der Verschränkungsproblematik umzugehen. Die Profilschleifmaschinen der Baureihe LFG ermöglichen durch den Einsatz von fünf Achsen verschränkungsfreies Profilschleifen oderbei Bedarf das Herstellen von gezielten Verschränkungen – sowohl beim ein- als auch beim zweiflankigen Schleifen.

Das Maschinenkonzept arbeitet mit fünf Achsen. Die LFG benötigt keine Abrichtachse, was eine mögliche Ungenauigkeitsquelle ausschließt. Ein weiterer Unterschied zu vergleichbaren Maschinen ist die Invertierung der Shift- und der Schwenkachse. Die mechanische Limitation, die durch den Ablauf ›Erst schwenken, dann Shiften‹ entsteht, ist dadurch aufgehoben. Durch diese spezielle Anordnung konnte der Shiftweg deutlich größer ausgelegt werden als gewohnt.

Zur hohen Präzision trägt auch der mittels des hochdynamischen, verschleißfreien Torquemotors direkt angetriebene Tisch der Maschine bei. Er bildet eine Grundlage für das ein- oder zweiflankige Schleifen von topologisch korrekten beziehungsweise topologisch frei vorgebbaren Zahnflanken.

Da die Maschine die Shift- und die Schwenkachse auch zum Abrichten der Schleifscheiben verwendet, fällt die Abrichtachse weg. In der Basisausstattung wird die Schleifscheibe der LFG durch einen Single-Abrichter in Kombination mit der Shift- und Schwenkachse abgerichtet. Die Syncdress-Ausführung bietet zwei Abrichtrollen, die links und rechts simultan abrichten und damit die Abrichtzeit deutlich verkürzen.

Aufgrund der Bedeutung der Schwenkachse für das Profilschleifen liegt bei der LFG der Fokus verstärkt auf dieser Achse, die ständig aktiv gehalten wird.

Traditionell war die Schwenkachse eine Setup-Achse, die zum Schleifen eingeschwenkt und geklemmt wurde. Der Schleifkopf für das Fertigen von Innenverzahnungen ist über dem Außenschleifkopf montiert. Der Außenschleifkopf wird nicht berührt. Es muss lediglich die Schleifscheibe demontiert werden. Der Abrichtprozess für die Innenschleifscheiben verläuft nacheinander mithilfe der Shiftachse.

Bei der herkömmlichen Schleifvariante konnte eine Breitenballigkeit nur über die X-Achse erzeugt werden. Durch diese Art der Bearbeitung entstehen Verschränkungen. Es ergibt sich über die Verzahnungsbreite ein veränderter Profilwinkel. Diese Problematik der Verschränkungen spielte lange Zeit eine eher untergeordnete Rolle in der Getriebefertigung.

»Die Verschränkung zu verhindern ist die eine Sache, gezielte Verschränkungen einzubauen ist die andere. Die Maschinen können schleifen, was gewünscht ist«, erklärt Dr. Hansjörg Geiser, Leiter Entwicklung & Konstruktion Verzahnmaschinen bei Liebherr-Verzahntechnik.

Die Achsen der LFG ermöglichen zusätzliche Bewegungen und schaffen die Möglichkeit, eine gewünschte Breitenballigkeit zu schleifen und durch eine Überlagerung der Achsbewegungen die Verschränkung auch beim zweiflankigen Schleifen zu verhindern. Durch den Einsatz der V-, C- und A-Achse zusätzlich zur X- und Z-Achse kann der Profilwinkel variiert und die Verschränkungsproblematik sowohl beim zweiflankigen als auch beim einflankigen Schleifen gelöst werden. Auf diese Weise können Anwender die Zahnflankenverschränkung komplett ausschließen oder bewusst erzeugen – unter Einhaltung auch engster Toleranzen.

Natürlich haben die Möglichkeiten, die die fünf Achsen mit Blick auf die Verschränkung schaffen, eine mathematische Grenze. Zusätzlichen Spielraum schafft das topologische Schleifen. Die Aufteilung der Topologie in mehrere streifenförmige Bereiche und die entsprechende Bearbeitung mit mehreren Hüben eröffnet vielfältige individuelle Möglichkeiten beispielsweise für die Prototypenentwicklung oder akademische Anwendungen. Man ist nicht mehr an die Korrekturen fHa , Caß, fHß, Cß, et cetera gebunden, sondern kann einzelne Punkte gezielt bearbeiten.

Bei der radialen Zustellung und drei Zustellungen ist das abgetragene Material im Bereich des Zahnkopfes bei den letzten Hüben am größten ( Bild 1 ). Dabei ist das Werkstück aufgrund der variablen Abschleifschritte unnötig hohen Belastungen ausgesetzt.

Die Fünf-Achs-Zustellung ergibt eine möglichst konstante Aufmaßverteilung über die Hübe. Das Hauptmaterial wird nicht am Kopf abgetragen, wodurch das Schleifbrandrisiko minimiert wird. Je nach Anwendung können so Hübe und damit Produktionszeit eingespart werden.

Die verschiedenen Evolventen ( Bild 2 ) zeigen den Unterschied zwischen den drei Verzahnungen, der hauptsächlich in der Krümmung der Evolventen liegt. So kann beim Ritzel mit der größten Krümmung auch der größte Nutzen aus der Fünf-Achs-Zustellung gezogen werden. Die Anzahl der Zustellungsschritte verringert sich aufgrund der Fünf-Achs-Zustellung von 15 auf neun. Beim Stirnrad ist (unter anderem wegen der hohen Zähnezahl) die Krümmung gering und somit auch die Einsparung der Zustellungsschritte kleiner.

Der Messtaster wird seitlich zur Schleifscheibe ausgeschwenkt und nutzt den großen Shiftweg (+/- 300 Millimeter) und misst wie eine vollwertige Messmaschine die Verzahnung. Dies führt zu einer weiteren Beschleunigung des Prozesses. Es muss nicht mit Tischdrehung und radialer Zustellung gemessen werden, was zusätzlich zur Präzision der Messergebnisse führt.

Insbesondere steht bei der Messung der mit Blick auf die Kalibrierung bei der herkömmlichen Messmethode sensible Profilwinkel fHa im Fokus. Wenn die Maschine mit dem Taster radial ein- und ausfährt, entsteht Potenzial für Ungenauigkeit. Beim seitlichen Einfahren (Shiften) ist die Sensibilität wesentlich geringer und die Ergebnisse entsprechend genauer. Man kann dank der präzisen Messmethode bereits auf der Produktionsmaschine eine sichere Aussage treffen.

  • Vergleich: Konventionelle Zustellung und Fünf-Achs-Zustellung.

    Vergleich: Konventionelle Zustellung und Fünf-Achs-Zustellung.

  • Auswirkungen des abtragoptimierten Schleifens bei drei Verzahnungen.

    Auswirkungen des abtragoptimierten Schleifens bei drei Verzahnungen.

  • Die Basis-Ausführung der LFG.

    Die Basis-Ausführung der LFG.

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Unternehmensinformation

Liebherr-Verzahntechnik GmbH

Kaufbeurer Straße 141
DE 87437 Kempten
Tel.: 0831-786-0
Fax: 0831-786-360

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