KOEPFER: K 160 Rekordzeit für die perfekte Welle

07.11.2008 - Oliver Hagenlocher

Durchlauf- und Nebenzeiten hängen im Wesentlichen von Schnittgeschwindigkeiten, Werkstückzuführung sowie der Rüstfreundlichkeit der Maschine ab und sind deshalb bei großen Losgrößen entscheidende wirtschaftliche Faktoren. Im Bereich der Fertigung von Ritzeln und Wellen mit kleinsten Zähnezahlen hält das Unternehmen Koepfer hier mit der Wälzfräsmaschine K 160 bislang den Weltrekord in den Span-zu-Spanzeiten. Derzeit aber entsteht in Villingen-Schwenningen eine Maschine, die diesen Rekord nochmals toppen wird.


Ob Trocken- oder Nassbearbeitung ist die Entscheidung des Kunden und dessen Anforderung. Gleiches gilt für Automatisierungslösungen oder Zusatzausstattungen einer Maschine. Mit der neuen Generation der Wälzfräsmaschine Koepfer K 160 für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Zahnrädern bis Modul 2,5 wird die Qual der Wahl nicht leichter. Bei den Bearbeitungszeiten dagegen gibt es nur eine Vorgabe: So schnell wie möglich.
Grundvoraussetzung für schnelle Span-zu-Spanzeiten sind hohe Drehzahlen an Fräskopf und Hauptspindel sowie hohe Schnittgeschwindigkeiten. Um aber wirklich wirtschaftlich zu produzieren, müssen auch die Zeiten für das Be- und Entladen, das Rüsten sowie die Programmierung auf ein Minimum reduziert werden. Diese Zeitfaktoren scheinen die Anwender in den letzten Jahren mit dem Einsatz der K 160 bestens im Griff gehabt zu haben. Lagen die Bearbeitungszeiten von beispielsweise Ankerwellen vor zirka 8-10 Jahren noch bei 20–25 Sekunden, hat die K 160 mit aktuellen 8-10 Sekunden seit einigen Jahren eine weltweite Alleinstellung. Das Trocken-Hochgeschwindigkeitswälzfräsen von Planetenrädern oder Hochgeschwindigkeitsverzahnen von Ankerwellen im „Fliegend“-Verfahren haben daran ebenso Anteil wie die Möglichkeit Schneckenräder im Tangentialfräsverfahren zu verzahnen. Der wesentliche Zeitgewinn allerdings ist wohl auf das optionale Werkstück-Ladekonzept zurückzuführen. Dabei werden die Werkstücke durch die Spindel zugeführt. Dieses Ladekonzept wurde von Koepfer nun weiterentwickelt und verfeinert. Armin Wacker, Leiter Vertrieb und Marketing bei der Koepfer Verzahnungsmaschinen GmbH & Co. KG sieht in dieser Entwicklung einen wahren Quantensprung und damit messbaren Zeitgewinn: „Wir haben mit der K 160 bislang schon die schnellste Wellenherstellung weltweit. Mit dem neuen Konzept, bei dem die Werkstücke wirklich durch die Spindel „geschossen“ werden, haben wir die Wechselzeit fast komplett eliminiert. So können wir die Bearbeitungszeit einer Welle nochmals um etwa zwei Sekunden reduzieren. Das heißt, wir haben den Sprung von acht auf sechs Sekunden geschafft.“ Zum neuen Konzept zählen aber auch ein neuer Shifting-Fräskopf mit einem maximalen Verschiebeweg des Wälzfräsers von 160 mm und eine neue Software mit Dialogprogrammierung. Integriert in einer BWO-Steuerung mit Touch-Panel und einer Speicherkapazität von 1 MB wird durch die Dialogführung die Erstellung komplexer Programme selbst für nicht qualifizierte Fachkräfte enorm einfach. Andererseits wird in Verbindung mit der neuen Software und Antriebstechnik eine Präzision mit nahezu einer Qualität, die bisher nur dem Schleifen vorbehalten war, möglich. Mit dieser Qualität wird die K 160 natürlich zusätzlich auch für sicherheitsrelevante Bauteile sowie die Luft- und Raumfahrt interessant. Wie bereits erwähnt sind Span-zu-Spanzeiten im Wesentlichen auch von der Drehzahl und den Schnittgeschwindigkeiten abhängig. In der Standardausführung verfügt die K 160 mit 1.000 min-1 an der Hauptspindel über eine maximale Fräserdrehzahl von 5.000 min-1. Die kann aber je nach Einsatz und Anforderung problemlos auf 12.000 min-1 gesteigert werden.
Eine Leistungsreserve, die nach Auskunft von Armin Wacker gute Gründe hat: „Zunächst ist es so, dass wir keine Maschine ausgereizt haben, weil wir sie immer der jeweiligen Kundenanforderung anpassen wollen und müssen. Andererseits haben in den letzten Jahren die Werkzeughersteller enorme Fortschritte zum Beispiel bei den Beschichtungen gemacht. Die deutlich standfesteren Werkzeuge mit den entsprechenden Werkstofflegierungen ermöglichen uns nun, mit den Drehzahlen und Schnittgeschwindigkeiten nach oben zu gehen. 5.000 min-1 sind zwar schon sehr hoch aber wenn es die Anforderung nötig macht, müssen wir jedoch reagieren können.“

In der Standardversion zu neuen Maßstäben
Die Standarddrehzahl mit der maximalen Hauptspindeldrehzahl erlaubt beispielsweise 4-zähnige Ankerwellen mit einem 24 mm Wälzfräser mit 300 m/min Schnittgeschwindigkeit zu bearbeiten. Die größte Werkstücklänge beträgt 300 mm, die größte Fräslänge 200 mm. Allerdings ist die K 160 auch als vollautomatische Maschine in der Langbettversion mit einem Fräsweg von 480 mm und einer Werkstücklänge von 600 mm verfügbar. Für die Standardmaschinen bietet Koepfer drei Automatisierungslösungen an. Zunächst ist das das integrierte Ladeportal mit flexiblen Werkstückmagazinen, Zuführkette und Bandablage. Ein Doppel-Rotationsgreifer ermöglicht hier kürzeste Lade- und Entladezeiten. Der Langzeit-Umlaufspeicher dagegen ermöglicht Maschinen-laufzeiten bis zu mehreren Stunden und ist sowohl für Räder als auch wellenförmige Werkstücke schnell und einfach umzurüsten. Beim Einsatz des Mehrfachzuteilers mit Mehrfachzuführschienen rollen die Werkstücke auf einer „schiefen Ebene“ zu und steigern so die Autonomie der Maschine wesentlich. Optional steht zudem ein Hilfswerkzeug zu Verfügung, das neben dem Entgraten mit Scheibe oder Stahl auch als Schwingungsdämpfer oder als Sensorträger für das automatische Orientieren oder für Sonderanwendungen wie für angetriebene Entgratwerkzeuge verwendet werden kann. Die Flexibilität der K 160 setzt sich bei einer eventuellen Integration in eine Fertigungszelle wie zum Beispiel Verzahnen, Waschen, Messen etc. fort.
Alles in allem wird die Wälzfräsmaschine K 160 also künftig neue Maßstäbe setzen. Welch enormes Einsparungspotenzial hinter den zwei Sekunden Zeitgewinn stecken, kann sich, z. B. bei einer Million Ankerwellen im Jahr, dann jeder selbst ausrechnen.

Die Vorteile der K 160 auf den Punkt gebracht

  • hohe Wirtschaftlichkeit durch kürzeste Bearbeitungszeiten, minimale Span-zu-Spanzeiten und Nebenzeiten
  • Zeiteinsparung durch einfachste Handhabung der Koepfer-Dialogprogrammierung, welche die Menüführung selbst durch nicht qualifizierte Fachkräften ermöglicht.
  • breites Einsatzspektrum durch höchste Präzision. Die K 160 ist auch zum Verzahnen sicherheitsrelevanter Werkstücke für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt geeignet.
  • kundenspezifische Automatisierungslösungen 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.

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