Wie lassen sich Pkw-Lenkgetriebe effizient produzieren?

Kaum etwas am Auto verändert sich in den nächsten Jahren so radikal wie die Lenkung – hier steht eine regelrechte Revolution bevor, wie eine Studie von McKinsey deutlich macht. Demnach könnten bereits in rund 20 Jahren autonom fahrende Autos einen Großteil des Verkehrs ausmachen.

Dass diese Entwicklung Auswirkungen auf Lenkrad, Lenksäule und Lenkgetriebe hat, liegt auf der Hand. Und tatsächlich ist eine deutliche Veränderung bereits heute zu beobachten: Effiziente EPS-Lenksysteme sind auf dem Vormarsch – was wiederum die Automobilproduktion verändert. Eine zentrale Frage für die Planer ist hier: Wie lassen sich die dazugehörigen Bauteile wie Lenkritzel, Schnecken und Schneckenräder effizient(er) produzieren, und das mit hoher Präzision und flexibel auf nur einer Maschine?

Natürlich beeinflusst dieser Wandel nicht zuletzt die Produktion des Lenkgetriebes: Zum einen müssen die betroffenen Zulieferunternehmen damit zurechtkommen, dass sich ihre Bauteile immer wieder verändern, weil sich eben die ganze Technologie schnell wandelt. Zum anderen sollen typische Verzahnungselemente des Lenkgetriebes wie Lenkritzel, Schnecken und Schneckenräder idealerweise auf einer Maschine entstehen – immer schneller, flexibler und kosteneffizienter. Aber mit welchen Produktionslösungen lassen sich möglichst viele unterschiedliche Bauteile effizient verzahnen? „Das ist die entscheidende Frage, die unsere Entwickler in den letzten Jahren beschäftigt hat“, sagt Jörg Lohmann, Leiter Technologie & Produktmanagement bei EMAG KOEPFER mit Sitz in Villingen-Schwenningen. „Unsere Antwort ist jetzt die horizontale Verzahnungsmaschine HLC 150 H. Sie ist eine Allround-Lösung in jeder Hinsicht. Die Maschine verarbeitet ein riesiges Werkstückspektrum von Getriebe- und Ankerwellen über Lenkritzel und Schneckenräder bis zum Planetenrad mit einer Länge von bis zu 500 Millimetern. Dafür kommen alle relevanten Verzahnungstechnologien wie Wälzfräsen, Schälwälzfräsen, Schneckenfräsen, Schneckenschälen sowie Anfas-Technologie zum Einsatz.“ Mehr zu den technischen Daten der Maschine finden Sie hier.

Niedrige Kosten im Fokus

Ein genauerer Blick auf die Prozesse innerhalb der Maschine macht die Vorteile dieses Ansatzes deutlich – Beispiel Getriebewelle: Zuerst erfolgt in der HLC 150 H das Wälzfräsen der Laufverzahnung (Schruppen), anschließend wird die Verzahnung drückentgratet und mit dem zweiten Wälzfräsen vollzieht sich das abschließende Schlichten. Das Resultat ist eine gratfreie und angefaste Laufverzahnung. Für Bauteilqualität und Prozesssicherheit sorgen dabei zahlreiche technische Details. So verfährt während der Fräsbearbeitung immer nur der komplette und sehr steif aufgehängte Fräskopf. Folglich läuft der ganze Fräsprozess ruhig und präzise ab. Dazu kommt ein durchdachtes Späne-Entsorgungskonzept: Einerseits profitieren Anwender vom einem freien Spänefall in der Maschine. Bei der Trockenbearbeitung entwickeln sich also keine störenden Spänenester. Andererseits stehen unterschiedliche Lösungen wie Kratzband- oder permanentmagnetische Förderer zur Verfügung. „Der Abtransport vollzieht sich reibungslos. Die Prozesssicherheit ist garantiert“, sagt Lohmann dazu.

Wirtschaftlichkeit im Blick

Darüber hinaus hat EMAG bei der Entwicklung die Wirtschaftlichkeit der Maschine im Blick: Es gibt hier eine Reihe von Details, die für sinkende Maschinenkosten sorgen. So sind zum Beispiel die eingesetzten Hydraulikaggregate sehr energieeffizient. Außerdem ist die Medienzufuhr nur eingeschaltet, wenn man sie benötigt. Ebenso wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass Bediener nur wenig Zeit benötigen, wenn sie die Werkzeuge in der HLC 150 H wechseln. Dafür gibt es ein Schnellspannsystem und alle relevanten Bereiche lassen sich gut erreichen. Und das heißt: Die Maschine steht im Fall eines Werkzeugwechsels nur sehr kurz still – und gerade solche Stillstandzeiten kosten in der Produktion Geld.

Stellt sich abschließend die Frage, wie EMAG dieses System in ein ganzheitliches Produktionssystem einbindet? Die Antwort darauf ist ein modulares Automatisierungskonzept: Zunächst einmal kann die HLC 150 H sowohl mit der Hand als auch per Automation bestückt werden. Im zweiten Fall kommt dann bei leichteren Bauteilen bis 2,5 Kilo ein integriertes Hochgeschwindigkeits-Ladeportal mit Doppel-Rotationsgreifer zum Einsatz. Für schwerere Bauteile bis 10 Kilo steht hingegen ein Lineargreifer in V-Anordnung zur Verfügung. Auch einer Einbindung in komplette EMAG-Produktionslinien steht somit nichts im Weg. Mehr dazu hier. Kurze Span-zu-Span-Zeiten sind dabei immer das Ziel.

Film zeigt viele Details

Übrigens: Einen guten Eindruck von den Prozessen innerhalb der Maschine vermittelt dieser Film mit Jörg Lohmann:

„Wir zeigen hier einige interessante Details. Gleichzeitig deuten die Filmszenen die Dynamik der Maschine mit ihrem leitungsstarken 28-kW-Fräskopf an“, so der Leiter Technologie & Produktmanagement von EMAG KOEPFER. „Insgesamt kommt bei der neuen HLC 150 H wirklich vieles zusammen: Sie ist eine sparsame Verzahnungs-Universallösung mit allen relevanten Bearbeitungstechnologien inklusive Anfasen sowie Drückentgraten bzw. Chamfern. Darüber hinaus bieten wir ein sehr attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis, weil der Grundaufbau der Maschine mit hocheffizienten Prozessen entsteht. Auf dieser Basis hat die Maschine große Marktchancen.“