„Konstruierte“ Werkzeugschicht steigert Wirtschaftlichkeit des Wälzstoßfräsens

Bei der Herstellung von Zahnrädern, insbesondere mit Innenverzahnung, kommt häufig das so genannte Wälzstoßverfahren zum Einsatz: Ein Stoßwerkzeug, das im Prinzip wie ein Ritzel aufgebaut ist, hat Schneidkanten an der unteren Stirnfläche und nimmt damit bei jeder Abwärtsbewegung Späne vom Werkstück ab. Zusätzlich wälzt das Werkzeug wie ein Planet im Hohlrad.

Was im Prinzip einfach ist, kann in der Praxis durchaus Tücken haben. Das weiß kaum jemand besser, als die Mitarbeiter der Liebherr-Verzahntechnik GmbH in Ettlingen. Der Maschinen- und Werkzeugspezialist für Verzahntechnik gehört zur Liebherr-Gruppe.

„Konstruieren“ einer Beschichtung

Um in einem schwierigen Anwendungsfall die Werkzeugkosten zu senken, suchte Liebherr eine geeignete Werkzeugbeschichtung. Am Anfang der Suche standen umfangreichen Tests mit Standardbeschichtungen, die jedoch nicht zum Erfolg führten. In enger Zusammenarbeit mit dem Beschichtungsspezialisten Cemcon, Würselen, wurde daher eine Beschichtungslösung „konstruiert“, mit der sich die Werkstückmenge beim Wälzstoßfräsen um ein Drittel erhöhen ließ.

Konkret ging es dabei um die Beschichtung eines Schaft-Fertigschneidrades aus dem Schnellarbeitsstahl S 6-5-3-8, mit dem eine schrägverzahnte Innensteckverzahnung an einer Welle gefertigt werden sollte. Nicht der Schrägungswinkel von 12° oder der Eingriffswinkel von 30° waren das Problem bei der Herstellung und auch nicht, dass die 14 mm breite Verzahnung sehr tief lag.

Vielmehr kam hinzu, dass die Zähnezahlen von Werkzeug (z0=11) und Werkstück (z2=-15) angesichts der Geometrie der Verzahnung sehr dicht beieinander lagen. Dies kann zu einem unerwünschten Verschleiß an den Schneidkanten des Schneidrades führen. Und besonders erschwerend war, dass die Verzahnung eine hohe Festigkeit haben musste. Als Werkstückstahl wurde daher die Legierung 42CrMoS4 gewählt – ein Vergütungsstahl mit entsprechend hoher Zugfestigkeit und Härte.

Reduzierung der Werkzeugkosten

Liebherr war daran gelegen, die Werkzeugkosten pro verzahntem Werkstück zu senken. Die Aufgabe bestand nun darin, das bisherige Werkzeug, das bis dato mit einer Standardbeschichtung eingesetzt worden war, so zu verbessern, dass die zuvor immer wieder differierenden Standmengen bei jedem Werkzeugeinsatz künftig konstant bleiben. Gleichzeitig sollte die erreichte Zahl von 90 Werkstücken je Schneidradscharfschliff deutlich übertroffen werden.

Die Zusammenarbeit mit Cemcon brachte den gewünschten Erfolg: Gemeinsam entwickelte man eine genau für diese Anwendung ausgelegte Beschichtung auf Basis eines Hyperlox-Schichtwerkstoffs – einem Supernitrid der zweiten Generation. Exakt konstruiert ist diese Nanocomposit-Schicht unter anderem für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen geeignet.

Dass am Ende die Standmenge auf 120 verzahnte Werkstücke gesteigert werden konnte, sei diesem Basiswerkstoff, vor allem aber auch der gemeinsamen Optimierung aller erforderlichen Parameter zu verdanken, heißt es.