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Prozess clever beschleunigt

Umformtechnik: Neues Werkzeugkonzept vereinfacht Zahnradproduktion
Prozess clever beschleunigt

Prozess clever beschleunigt
Warmgestauchte Zahnkränze – das neue Verfahren reduziert die Zahl der Fertigungsschritte von 16 auf sieben. Es spart Zeit, Geld und Material Bild: Schuler
Ein Stufenwerkzeug verkürzt den Fertigungsprozess von dünnwandigen Zahnrädern deutlich. Statt wie bisher aus mehreren Teilen zusammengesetzt, entstehen die Werkstücke aus einer Ronde, die in sieben Schritten fertig bearbeitet wird. 2012 soll der Prozess serienreif sein.

Für jeden Produktionsplaner ist es eines der wichtigsten Ziele, Herstellungsprozesse zu vereinfachen. Das spart Zeit und Kosten und verbessert zugleich die Zuverlässigkeit und Qualität der Prozesse. Ganz in diesem Sinn stellten die Werkzeugbauer des zum Göppinger Schuler-Konzern gehörenden Unternehmens Schuler Cartec kürzlich ein neues Verfahren vor, bei dem ein innovatives Stufenwerkzeug die Fertigung dünnwandiger Zahnräder – wie etwa Anlasser-Räder – deutlich vereinfacht. Bisher werden solche Bauteile in 16 Produktionsschritten gefertigt. Mit dem neuen Konzept soll das gleiche Bauteil in sieben Schritten entstehen – und das prozesssicher innerhalb eines Durchgangs in einer Transferpresse. Aber Vereinfachung ist für die Entwickler bei Schuler Cartec nicht das einzige Ziel. Wie der Pressenspezialist mitteilt, verbessert das eingesetzte Warmstauch-Verfahren auch die Bauteil-Qualität.

Ein typisches Werkstück offenbart die Herausforderung: Anlasser-Räder haben einen äußeren Zahnkranz mit vergleichsweise dünnem Bodenbereich. Bislang ist der Produktionsprozess aufwändig. Zunächst wird in einer Presse eine Ronde ausgestanzt, umgeformt und gelocht. So entsteht das Innere des späteren Zahnrads. Der Zahnkranz wird separat spanend hergestellt und das ebenso in mehreren Einzelschritten. Erst am Ende werden die beiden Bauteile zusammengefügt.
Ein großer Automobil-Zulieferer wies die Spezialisten von Schuler Cartec in Weingarten auf den langwierigen Produktionsprozess hin und regte eine Werkzeug-Entwicklung an. Ziel der Ingenieure war es, die Zahnräder innerhalb eines kompakten Ablaufs mit hoher Prozesssicherheit zu fertigen. Um die Herstellung des Bauteils zu ermöglichen, integrierten sie einen Warmumformprozess. „In seriennahen Tests haben wir die Vorteile des neuen, mehrstufigen Verfahrens nachgewiesen“, sagt Martin Behles, Geschäftsführer bei Schuler Cartec.
Auf der Basis des Versuchsmodells entwickeln die Experten das Stufenwerkzeug: Zunächst wird eine Ronde zur Herstellung des Napfes erzeugt, im zweiten Schritt wird dann der Napf tief gezogen, im dritten gelocht. Nach dem induktiven Erwärmen im vierten Schritt folgt im fünften das Warmstauchen, durch das der Außenkranz entsteht. In Schritt sechs und sieben kalibriert und locht ein Werkzeug das Bauteil. Anschließend verlässt ein fertiges Zahnrad die Presse.
Weitere Vorteile des Verfahrens: Der Faserverlauf der Verzahnung ist nicht unterbrochen, der Verzug des Bauteils gering, und gleichzeitig steigt durch das Warmstauchen die Festigkeit des Werkstücks. Diese Effekte konnten laut Behles bei unterschiedlichen Werkstoffen nachgewiesen werden. Das Verfahren verkürze die Produktionszeit dünnwandiger Zahnräder und komme mit geringeren Materialmengen aus als herkömmliche Prozesse. Außerdem sei es flexibel einsetzbar, liefere Bauteile mit Durchmessern zwischen 40 und 400 mm und einer Wanddicke zwischen 1 und 10 mm. Unterschiedliche Außen- und Innenverzahnungen sind genauso möglich wie der Einsatz von verschiedenen Werkstoffen – von Stahl über Messing und Kupfer bis zu Aluminium.
Der Einsatz der Bauteile ist im allgemeinen Maschinenbau genauso denkbar wie bei der Produktion von Schiffsmotoren oder Traktoren. Allerdings stehen derzeit noch weitere Entwicklungsschritte an. Die Entwickler rechnen mit der Serienreife des Werkzeugs nicht vor 2012. Derzeit untersuchen sie entscheidende Parameter wie die Umformgeschwindigkeit und die Erwärmungstemperatur. hw
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