{"id":4329,"date":"2025-11-19T11:11:12","date_gmt":"2025-11-19T10:11:12","guid":{"rendered":"https:\/\/www.emag.com\/blog\/?p=4329"},"modified":"2025-11-19T12:07:24","modified_gmt":"2025-11-19T11:07:24","slug":"stufenplaneten-fuer-e-antriebe-prozessoptimierung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.emag.com\/blog\/stufenplaneten-fuer-e-antriebe-prozessoptimierung\/","title":{"rendered":"Stufenplaneten f\u00fcr E-Antriebe: Prozessoptimierung durch Verfahrenskombination in der Verzahnungsbearbeitung"},"content":{"rendered":"

Stufenplaneten sind ein zentrales Bauteil in den Antriebsstr\u00e4ngen von Elektrofahrzeugen. Diese Komponenten m\u00fcssen hohe Pr\u00e4zisionsanforderungen erf\u00fcllen und gleichzeitig kosteneffizient in Serie produzierbar sein. Die Kombination aus geometrischer Komplexit\u00e4t und engen Toleranzvorgaben macht durchdachte Fertigungskonzepte erforderlich.<\/strong><\/p>\n

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Konstruktive Merkmale und Toleranzanforderungen des Stufenplaneten<\/h3>\n

Der Stufenplanet zeichnet sich durch zwei unterschiedlich dimensionierte Verzahnungen aus, die auf einem gemeinsamen Grundk\u00f6rper angeordnet sind. Die kleinere Innenverzahnung liegt dabei in unmittelbarer N\u00e4he zu einem angrenzenden Absatz gr\u00f6\u00dferen Durchmessers, der als Schr\u00e4gstirnverzahnung ausgef\u00fchrt ist.<\/p>\n

F\u00fcr die Funktion im Planetengetriebe ist die pr\u00e4zise Orientierung beider Verzahnungen zueinander entscheidend. In der Praxis werden Positionstoleranzen von 0,03 mm bezogen auf den Teilkreis gefordert. Diese Anforderung resultiert aus der Notwendigkeit, eine gleichm\u00e4\u00dfige Lastverteilung im Planetengetriebe sicherzustellen. Abweichungen in der Winkellage w\u00fcrden zu erh\u00f6htem Verschlei\u00df, Ger\u00e4uschentwicklung und einer reduzierten Lebensdauer des Getriebes f\u00fchren.<\/p>\n

\"Stufenplanet

Stufenplanet mit zwei pr\u00e4zise zueinander orientierten Verzahnungen. Die unterschiedlichen Durchmesser und der damit einhergehende, beengte Raum f\u00fcr den Einsatz von Verzahnungswerkzeugen stellen besondere Anforderungen an die Fertigungstechnik.<\/p><\/div>\n

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Konventionelle Fertigungsstrategien und ihre Limitierungen<\/h3>\n

Bei der Fertigung von Stufenplaneten ergibt sich ein Problem aus der Geometrie selbst: Die innere Verzahnung liegt so nah an der angrenzenden Schulter, dass f\u00fcr das W\u00e4lzfr\u00e4swerkzeug kein ausreichender Auslauf zur Verf\u00fcgung steht. Ein konventionelles W\u00e4lzfr\u00e4sen w\u00fcrde zu Kollisionen mit der angrenzenden Schulter f\u00fchren. Als Alternative bliebe das Sto\u00dfen, ein diskontinuierliches Verfahren mit deutlich geringerer Produktivit\u00e4t, oder das W\u00e4lzsch\u00e4len auf einer separaten Maschine.<\/p>\n

Daher werden Stufenplaneten traditionell in zwei Aufspannungen auf einer W\u00e4lzfr\u00e4s- und einer W\u00e4lzsch\u00e4l- bzw. W\u00e4lzsto\u00dfmaschine gefertigt. In diesem Prozess wird zun\u00e4chst die erste Verzahnung bearbeitet. Anschlie\u00dfend muss das Bauteil umgespannt werden, um die zweite Verzahnung zu bearbeiten. Dieses Vorgehen hat mehrere Nachteile:<\/p>\n

Die mehrfache Handhabung f\u00fchrt zu Positionierfehlern, die sich direkt auf die Winkellage der Verzahnungen zueinander auswirken. Zus\u00e4tzliche Mess- und Ausrichtoperationen sind erforderlich, um die geforderten Toleranzen einzuhalten. Dadurch verl\u00e4ngern sich die Durchlaufzeiten und die Fertigungskosten steigen an.<\/p>\n

Oftmals bleibt nur die L\u00f6sung, beide Verzahnungen in einer Aufspannung durch W\u00e4lzsch\u00e4len herzustellen, damit die Positioniergenauigkeit sichergestellt wird. Das bedeutete wiederum ein Verlust an Produktivit\u00e4t, da die gro\u00dfe Verzahnung auch durch das effizientere W\u00e4lzfr\u00e4sverfahren vorverzahnt werden k\u00f6nnte.<\/p>\n

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Prozessoptimierung durch kombinierte W\u00e4lzverfahren<\/h3>\n

Die L\u00f6sung liegt in der gezielten Kombination zweier W\u00e4lzverfahren innerhalb einer einzigen Aufspannung: W\u00e4lzsch\u00e4len f\u00fcr die kleine, kollisionstr\u00e4chtige Verzahnung und W\u00e4lzfr\u00e4sen f\u00fcr die Au\u00dfenverzahnung.<\/p>\n

Beim W\u00e4lzsch\u00e4len wird die kleine, kollisionstr\u00e4chtige Verzahnung bearbeitet. Dabei greift ein wahlweise konisches Glockensch\u00e4lrad oder ein zylindrisches W\u00e4lzsch\u00e4lrad kontinuierlich in das Werkst\u00fcck ein und erzeugt die Verzahnung durch einen abw\u00e4lzenden Schneidprozess. Der entscheidende Vorteil ist, dass das Sch\u00e4lrad nur einen sehr kleinen axialen Auslauf ben\u00f6tigt und daher auch bei begrenztem Bauraum eingesetzt werden kann. Die Bearbeitung erfolgt in mehreren Schnitten, wobei das Werkzeug schrittweise zugestellt wird, bis die Sollgeometrie erreicht ist.<\/p>\n

\"W\u00e4lzsch\u00e4len

Das W\u00e4lzsch\u00e4lverfahren erm\u00f6glicht die Bearbeitung schulternaher Verzahnungen ohne axialen Auslauf.<\/p><\/div>\n

Nach Abschluss des W\u00e4lzsch\u00e4lens schwenkt der Fr\u00e4skopf der HLC 150 H (maximaler Schwenkwinkel: 180 Grad) zur Bearbeitung der Au\u00dfenverzahnung. Die gr\u00f6\u00dfere Au\u00dfenverzahnung wird nun mittels W\u00e4lzfr\u00e4sen bearbeitet. Hierbei kommt ein mehrg\u00e4ngiger W\u00e4lzfr\u00e4ser zum Einsatz, der ein deutlich h\u00f6heres Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit erm\u00f6glicht als das W\u00e4lzsch\u00e4len. Die Schr\u00e4gstirnverzahnung wird im Zweischnittverfahren gefertigt, was eine hohe Oberfl\u00e4cheng\u00fcte bei gleichzeitig kurzen Bearbeitungszeiten garantiert.<\/p>\n

\"Geschwenkter

Nach dem W\u00e4lzsch\u00e4len schwenkt der Fr\u00e4skopf zum W\u00e4lzfr\u00e4sen der zweiten Verzahnung.<\/p><\/div>\n

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Technische Voraussetzungen<\/h3>\n

Die Realisierung dieser Verfahrenskombination stellt spezifische Anforderungen an die Werkzeugmaschine. Erforderlich ist ein Schwenkkopf mit ausreichendem Schwenkbereich, um beide Werkzeuge \u2013 Sch\u00e4lrad und W\u00e4lzfr\u00e4ser \u2013 in die erforderliche Arbeitsposition zum Werkst\u00fcck zu platzieren.<\/p>\n

Besonders relevant ist die Achsanordnung f\u00fcr diese Applikation. Der Fr\u00e4skopf der Verzahnungsmaschine kann inklusive seines Rotationsmittelpunkts in der Vertikalen verfahren werden. Nur so wird der n\u00f6tige Verfahrweg erreicht, um sowohl W\u00e4lzfr\u00e4ser als auch Sch\u00e4lr\u00e4der f\u00fcr das jeweilige Bearbeitungsverfahren positionieren zu k\u00f6nnen. Ohne diese M\u00f6glichkeit l\u00e4sst sich das W\u00e4lzsch\u00e4len geometrisch nicht umsetzen.<\/p>\n

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Die HLC 150 H ist die passende Maschinenl\u00f6sung f\u00fcr Stufenplaneten<\/h3>\n

Die HLC 150 H von EMAG erf\u00fcllt diese konstruktiven Anforderungen und erm\u00f6glicht die beschriebene Verfahrenskombination. Die Maschine verf\u00fcgt \u00fcber einen Fr\u00e4skopf mit 180-Grad-Schwenkfunktion. Anhand eines automatischen Gegenlagers und einer automatischen Fr\u00e4skopf-Schnittstelle ist der Werkzeugwechsel ohne den Einsatz von Werkzeugen m\u00f6glich. So erfolgt der Werkzeugwechsel in unter zwei Minuten!<\/p>\n

Aufgrund ihrer Konstruktion bietet die HLC 150 H die M\u00f6glichkeit, den Rotationspunkt des Fr\u00e4skopfes vertikal zu verfahren. Dies ist eine Grundvoraussetzung f\u00fcr das W\u00e4lzsch\u00e4len. Dieser Aufbau unterscheidet die Maschine von anderen Verzahnungsmaschinen und macht sie zur geeigneten Plattform f\u00fcr diese Verfahrenskombination.<\/p>\n

Die Maschine ist mit wassergek\u00fchlten Direktantrieben sowohl am Fr\u00e4skopf als auch an der Hauptspindel ausgestattet. Im Gegensatz zu L\u00f6sungen mit Reduktionsgetrieben eliminieren diese Direktantriebe jegliches Getriebespiel und mechanische \u00dcbertragungsfehler. Dies f\u00fchrt zu reproduzierbaren Ergebnissen und l\u00e4ngeren Werkzeugstandzeiten.<\/p>\n

Das Maschinenbett besteht aus Mineralguss und sorgt so f\u00fcr thermische Stabilit\u00e4t und Schwingungsd\u00e4mpfung. Die Steuerungstechnik der HLC 150 H berechnet die komplexe Kinematik beider Verzahnungsverfahren automatisch. Ein speziell entwickelter Programmierdialog erm\u00f6glicht die NC-Programmgenerierung auf Basis eingegebener Verzahnungsdaten und Werkzeugparameter. Der Programmierer gibt die relevanten Geometriedaten ein und das System erzeugt automatisch das vollst\u00e4ndige Bearbeitungsprogramm, wodurch sich die Programmierzeit im Vergleich zur manuellen NC-Programmierung deutlich reduziert.<\/p>\n

Ein praxisrelevantes Detail ist die Werkzeugflexibilit\u00e4t: Die Maschine kann sowohl konische als auch zylindrische W\u00e4lzsch\u00e4lwerkzeuge einsetzen. Zylindrische Werkzeuge k\u00f6nnen h\u00e4ufiger nachgesch\u00e4rft werden, erfordern jedoch einen sogenannten Mittenversatz bei der Einrichtung. Dieser wird von der Steuerung automatisch berechnet, sodass f\u00fcr den Maschinenbediener kein zus\u00e4tzlicher Aufwand entsteht.<\/p>\n

\"HLC

Die HLC 150 H von EMAG vereint W\u00e4lzsch\u00e4len und W\u00e4lzfr\u00e4sen in einer Maschine.<\/p><\/div>\n

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Wirtschaftliche Vorteile f\u00fcr die Serienfertigung \u2013 Einsparung von bis zu 30 %<\/h3>\n

Die Bearbeitung in einer Aufspannung eliminiert Fehlerquellen durch Umspannen und reduziert die R\u00fcstzeiten signifikant. Die geforderte Positionstoleranz von 0,03 mm hinsichtlich der Winkellage beider Verzahnungen zueinander wird prozesssicher eingehalten, da beide Verzahnungen in einer Aufspannung bearbeitet werden.<\/p>\n

Die Kombination der Verfahren nutzt die St\u00e4rken beider Technologien: Das W\u00e4lzsch\u00e4len l\u00f6st das Kollisionsproblem bei der schulternahen, kleinen Verzahnung, w\u00e4hrend das produktivere W\u00e4lzfr\u00e4sen f\u00fcr die Au\u00dfenverzahnung die Taktzeiten und die Werkzeugkosten minimiert. Im Vergleich zu einer reinen W\u00e4lzsch\u00e4l-Strategie f\u00fcr beide Verzahnungen lassen sich Zeiteinsparungen von bis zu 30 % realisieren.<\/p>\n

F\u00fcr die Serienfertigung bietet die HLC 150 H verschiedene Automatisierungsl\u00f6sungen. Mit einem Ladeportal und Lineargreifer lassen sich Werkst\u00fccke bis 150 mm Durchmesser bei 10 kg Gewicht handhaben. F\u00fcr kleinere, leichtere Bauteile bis 2,5 kg steht alternativ ein schnellerer Lader mit Doppelrotationsgreifer zur Verf\u00fcgung, mit dem Span-zu-Span-Zeiten von unter f\u00fcnf Sekunden realisierbar sind. Die Automatisierung kann je nach Losgr\u00f6\u00dfe und Produktionsstrategie von einfacher Handbeschickung \u00fcber Magazinsysteme bis zur vollst\u00e4ndigen Roboterzellen-Integration skaliert werden.<\/p>\n

\"Ladeportal

Das automatische Ladeportal mit Lineargreifer handhabt Werkst\u00fccke bis 150 mm Durchmesser und 10 kg Gewicht.<\/p><\/div>\n

Ein praxisrelevanter Aspekt ist die Werkzeugwechselzeit. Durch ein automatisches Gegenlager l\u00e4sst sich der Fr\u00e4serwechsel auf der HLC 150 H in nur zwei Minuten durchf\u00fchren. Das Gegenlager f\u00e4hrt per Knopfdruck automatisch zur\u00fcck, die HSK-Schnittstelle \u00f6ffnet sich, und ein vorger\u00fcstetes Werkzeug kann eingebaut werden. Diese kurze R\u00fcstzeit wirkt sich direkt auf die Maschinenverf\u00fcgbarkeit aus \u2013 ein entscheidender Faktor bei der Kalkulation von St\u00fcckkosten.<\/p>\n

Die HLC 150 H ist standardm\u00e4\u00dfig mit FANUC-Steuerung ausgestattet. F\u00fcr Unternehmen mit entsprechenden Anforderungen \u2013 beispielsweise im Rahmen von Key-Account-Gesch\u00e4ften \u2013 ist auch eine Siemens-Steuerung verf\u00fcgbar. Die Lieferzeit betr\u00e4gt aktuell sieben Monate.<\/p>\n

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Erweiterungspotenziale: Anfasen und Zusatzoperationen<\/h3>\n

Eine sinnvolle Erg\u00e4nzung der Prozesskette stellt das Anfasen der Verzahnungen dar. Die HLC 150 H verf\u00fcgt \u00fcber drei zus\u00e4tzliche NC-gesteuerte Achsen f\u00fcr Hilfswerkzeuge. Diese k\u00f6nnen f\u00fcr verschiedene Zusatzoperationen genutzt werden: Entgraten mittels Entgratscheibe, Schwingungsreduktion durch den Einsatz von D\u00e4mpfungsk\u00f6pfen oder der Einsatz von Sensoren zur Werkst\u00fcckorientierung.<\/p>\n

Der besondere Vorteil der NC-gesteuerten Hilfswerkzeuge liegt in der Reproduzierbarkeit: Bei wiederholten R\u00fcstvorg\u00e4ngen m\u00fcssen die Positionen nicht manuell neu eingerichtet werden. Das Programm wird aufgerufen, und die Hilfswerkzeuge fahren automatisch in ihre gespeicherten Positionen \u2013 eine weitere Reduzierung der R\u00fcstzeiten.<\/p>\n

F\u00fcr das Anfasen der Verzahnungen kann das RGC-Verfahren (Radial Gear Chamfering) auf der HLC 150 H implementiert werden. Ein Formfr\u00e4ser interagiert mit den beiden Zahnflanken durch kontinuierliches Zykloidenfr\u00e4sen und erzeugt definierte Fasen am Verzahnungsprofil. Dies sch\u00fctzt die Verzahnung bei der weiteren Handhabung und im sp\u00e4teren Betrieb vor Ausbr\u00fcchen und Kantenbesch\u00e4digungen. Die Integration dieses Arbeitsschrittes in die Komplettbearbeitung erh\u00f6ht den Wertsch\u00f6pfungsgrad pro Aufspannung weiter.<\/p>\n

Die Maschine bietet dar\u00fcber hinaus M\u00f6glichkeiten f\u00fcr kleinere Drehoperationen. In der Vergangenheit wurden bereits L\u00f6sungen umgesetzt, bei denen Wendeschneidplatten am Fr\u00e4skopf oder an Hilfswerkzeugen angebracht wurden, um zus\u00e4tzliche Bearbeitungen wie R\u00e4ndelrollen oder leichte \u00dcberdrehungen durchzuf\u00fchren. Diese Flexibilit\u00e4t erm\u00f6glicht es, auch Bauteilvarianten mit erweiterten Anforderungen auf einer Maschine zu fertigen.<\/p>\n

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Prozessintegration als Schl\u00fcssel zur Wirtschaftlichkeit<\/h3>\n

Die Fertigung von Stufenplaneten f\u00fcr E-Antriebe erfordert ein tiefes Verst\u00e4ndnis der Wechselwirkungen zwischen Bauteilgeometrie, Toleranzanforderungen und verf\u00fcgbaren Fertigungsverfahren. Die gezielte Kombination von W\u00e4lzsch\u00e4len und W\u00e4lzfr\u00e4sen in einer Aufspannung stellt eine technisch und wirtschaftlich effiziente L\u00f6sung dar.<\/p>\n

Mit Maschinen wie der HLC 150 H von EMAG, die konstruktiv auf diese Verfahrenskombination ausgelegt sind, lassen sich die beschriebenen Prozesse in der Praxis umsetzen. Die Verf\u00fcgbarkeit von Direktantrieben, NC-gesteuerten Hilfswerkzeugen und flexiblen Automatisierungsl\u00f6sungen erm\u00f6glicht eine wirtschaftliche Serienfertigung bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit.<\/p>\n

Die Bearbeitung von Verzahnungskomponenten f\u00fcr elektrische Antriebsstr\u00e4nge wird auch zuk\u00fcnftig von steigenden Qualit\u00e4tsanforderungen bei gleichzeitig zunehmendem Kostendruck gepr\u00e4gt sein. Integrierte Fertigungskonzepte, die mehrere Bearbeitungsverfahren intelligent kombinieren, werden daher zuk\u00fcnftig zum Standard in der Getriebefertigung.<\/p>\n

Mehr \u00fcber die horizontale W\u00e4lzfr\u00e4s- und Schneckenfr\u00e4smaschine HLC 150 H finden Sie hier.<\/span><\/a><\/h3>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Stufenplaneten f\u00fcr E-Antriebe effizient fertigen: Kombination von W\u00e4lzsch\u00e4len und W\u00e4lzfr\u00e4sen in einer Aufspannung.<\/p>\n","protected":false},"author":13,"featured_media":4351,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"video","meta":{"_lmt_disableupdate":"no","_lmt_disable":"","editor_notices":[],"footnotes":""},"categories":[67],"tags":[128,2210,93,1891,2208,2209,1955,105,1893],"class_list":["post-4329","post","type-post","status-publish","format-video","has-post-thumbnail","hentry","category-maschinen","tag-e-mobilitat","tag-getriebefertigung","tag-hlc-150-h","tag-planetengetriebe","tag-stufenplanet","tag-stufenplanetenrad-e-antrieb","tag-verzahnungstechnik","tag-walzfrasen","tag-waelzschaelen","post_format-post-format-video"],"yoast_head":"\nStufenplanet E-Antrieb: W\u00e4lzsch\u00e4len + W\u00e4lzfr\u00e4sen<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Stufenplaneten f\u00fcr E-Antriebe effizient fertigen: Kombination von W\u00e4lzsch\u00e4len und W\u00e4lzfr\u00e4sen in einer Aufspannung. 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