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Effizient verzahnen mit BALINIT ALCRONA EVO

Wälzschälen im Trend: Die dritte Generation der PVD-Schicht erhöht die Standzeiten deutlich

Die Anforderungen an die Qualität von Zahnrädern steigen laufend – nicht nur, aber insbesondere bei Zahnrädern für Elektrofahrzeuge. Das Wälzschälen gewinnt deshalb gegenüber den traditionellen Verfahren immer stärker an Bedeutung, da es eine deutlich höhere Oberflächengüte und flexible Korrekturen im Fertigungsprozess ermöglicht. Mit BALINIT® ALCRONA EVO bietet Oerlikon eine Hochleistungsbeschichtung, die gezielt entwickelt wurde, um die Standzeiten dieser kostspieligen Werkzeuge weiter zu optimieren und die Produktionskosten nachhaltig zu senken.

Zahnräder sind das A und O in der Mechanik – ohne sie würde sich keine Maschine und kein Gerät auf der Welt bewegen: in medizinischen Geräten und Uhren ebenso wie beim Gaszähler zu Hause oder in Großanlagen im Tagebau. Entsprechend variieren ihre Größen von unter einem Millimeter bis hin zu mehreren Metern Durchmesser. Ein Großteil der weltweit produzierten Zahnräder dreht sich in Fahrzeugen – in Autos, Lastwagen und Traktoren. Die Verzahnungen werden mit hochpräzisen Verfahren wie Wälzfräsen, Wälzschälen, Räumen oder Wälzstoßen hergestellt. Dabei steigt der Anspruch an Qualität und Präzision immer weiter.

Für die Hersteller stellt der Maschinenstundensatz den größten Kostenfaktor dar. Ziel muss also sein, die Bearbeitungszeit pro Bauteil zu verringern und gleichzeitig die Werkzeugstandzeit zu erhöhen. Je länger ein Werkzeug ohne Qualitätsverlust arbeitet, desto weniger Maschinenstillstände, und umso profitabler wird der Fertigungsprozess. Zentral ist also die Frage: Wie kann der Werkzeugverschleiß, insbesondere Kolk- und Freiflächenverschleiß, minimiert werden?

Bei Skiving-Anwendungen spielt BALINIT ALCRONA EVO ihre Stärken aus. Bild: © Liebherr / Oerlikon Balzers

Bei Skiving-Anwendungen spielt BALINIT ALCRONA EVO ihre Stärken aus. Bild: © Liebherr / Oerlikon Balzers

BALINIT ALCRONA EVO: 30% weniger Verschleiß bei einem deutschen Automobilhersteller
Mit BALINIT ALCRONA EVO hat Oerlikon Balzers die seit 2004 bewährte Universalschicht BALINIT ALCRONA erneut weiterentwickelt. In Sachen Performance und Effizienz übertrifft sie sogar BALINIT ALCRONA PRO, ihre leistungsstarke Vorgängerschicht und steigert die Standzeit von Werkzeugen um mehr als 30%.

Die Gründe dafür liegen in den spezifischen Vorteilen der Schicht:

  • Die homogene Struktur erhöht die Stabilität an der Schneidkante.
  • Wärme wird dank der geringen Leitfähigkeit effektiv vom Grundmaterial des Werkzeugs ferngehalten, die thermische Belastung minimiert sich.
  • Die höhere Härte resultiert in verstärkter Abriebfestigkeit.

BALINIT ALCRONA EVO ermöglicht damit höhere Schnittgeschwindigkeiten und kürzere Fertigungszeiten pro Bauteil. Der Maschinenstundensatz pro Bauteil sinkt, und die Produktivität steigt. 

Ein deutscher Automobilhersteller konnte durch den Wechsel von BALINIT ALCRONA PRO auf BALINIT ALCRONA EVO eine jährliche Einsparung von einer halben Million Euro erzielen. Die Standzeit der Werkzeuge wurde um 30% erhöht. So konnten 300 Neuwerkzeuge eingespart werden – eine Entlastung für das Budget und Einsparung von Ressourcen.

Ein Win-Win in der Kleinserienproduktion
Da BALINIT ALCRONA EVO den Verschleiß reduziert, muss beim Nachschleifen weniger Material abgeschärft werden. Dies ist ein besonders interessanter Aspekt in der Kleinserien-Produktion. Denn so lässt sich die Anzahl der möglichen Nachschleifzyklen deutlich erhöhen, was bei den relativ teuren Werkzeugen zu erheblichen jährlichen Einsparungen führen kann.

Ein Getriebehersteller bestätigte eine um 34% längere Standzeit von mit BALINIT ALCRONA EVO beschichteten HSS-Wälzschälfräsern bei der Trockenbearbeitung. Der Freiflächenverschleiß reduzierte sich um 50%. So konnte sowohl das Nachschleifvolumen verringert als auch die Zahl der der Nachschleifzyklen erhöht werden. Damit konnten die Werkzeugkosten pro Bauteil um 25% reduziert werden.

Wälzschälen – der Trend im Verzahnungsbereich
Obwohl als Technologie nicht ganz neu, ist das Wälzschälen – auch bekannt als Skiving – aktuell einer der großen Trends im Verzahnungsbereich. Während der Anteil von Verfahren wie Wälzstoßen und Räumen zurückgeht, überzeugt das Wälzschälen durch seine Vielseitigkeit und Qualität: Es ermöglicht präzisere Ergebnisse, relativ hohe Geschwindigkeiten und bietet mehr Korrekturmöglichkeiten während des Prozesses als beispielsweise das Wälzstoßen oder Räumen.

Wälzschälen boomt auch wegen E-Mobilität
Wälzschälen gewinnt auch aufgrund der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen an Bedeutung, in denen Planetengetriebe verbaut werden. Traditionell werden ihre Hohlräder mit Räumnadeln und Schneidrädern gefertigt. Das Wälzschälen ist schneller als das Stoßen, ermöglicht eine deutlich höhere Oberflächenqualität und erlaubt zudem flexible Korrekturen im Fertigungsprozess.

Eine weitere Herausforderung für die Hersteller: Elektrofahrzeuge benötigen größere und breitere Zahnräder, die das hohe Drehmoment aus dem Stand übertragen können. Gleichzeitig müssen sie noch präziser gearbeitet sein, um störende Geräusche auszuschließen – etwas, das bei Verbrennungsmotoren durch die Motorengeräusche weniger ins Gewicht fällt.

Ein Getriebehersteller bestätigte eine um 34% höhere Standzeit von mit BALINIT ALCRONA EVO beschichteten HSS-Wälzschälfräsern bei der Trockenbearbeitung. Bild: © Liebherr / Oerlikon Balzers

Entscheidend: Die richtige Kantenpräparation für die jeweilige Anwendung
Beim Verzahnen, insbesondere beim Wälzschälen, sind sehr scharfe Werkzeuge nötig. Zudem entstehen beim Wälzschälen sehr feine Späne und bei hochfesten Materialien besteht das Risiko, dass die Schneidkante ausbricht. Die richtige Kantenpräparation und Vorbehandlung des Werkzeugs sind daher von zentraler Bedeutung. 

Oerlikon Balzers verfügt über umfassendes technologisches Know-how im Verzahnungsbereich und kann deshalb seinen Kunden eine einzigartige Kombination aus Vorbehandlung, Beschichtung und Nachbehandlung von vorher geschärften Werkzeugen anbieten.

Die Anforderungen variieren je nach Anwendung. Zudem gilt es, Faktoren wie den zu bearbeitenden Werkstoff und die Schnittparameter zu berücksichtigen. Nur so können die Werkzeuge perfekt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Beim Wälzschälen sind beispielsweise sehr scharfe Kanten erforderlich, die eine Kantenpräparation von 7 bis 10 µm erfordern. Im Gegensatz dazu ist beim Wälzstoßen eine stabilere Kante gefragt. Die enge Abstimmung mit dem Kunden und dem Schleifexperten ist also unerlässlich und wird in Zukunft noch wichtiger, da die Anforderungen an Präzision und Effizienz weiter steigen.

Räumwerkzeuge und Abwälzfräser mit BALINIT ALCRONA EVO beschichtet. © Oerlikon Balzers

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    Fachartikel: Effizient verzahnen mit BALINIT ALCRONA EVO

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Petra Ammann

Petra Ammann

Head of Communications Oerlikon Balzers
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Oerlikon Balzers Coating AG; Iramali 18, 9496 Balzers, Liechtenstein

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