Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hocheffiziente KSS-Zufuhr beim Wälzschleifen von Verzahnungen

Das Vorhaben hat zum Ziel, für das kontinuierlich Wälzschleifen KSS-Zufuhrsysteme zu erforschen und zu entwickeln, die in ihrer Effizienz deutlich über den heutigen Stand der Technik hinausgehen.

Motivation für das Forschungsvorhaben sind aktuelle Kenntnisse aus dem laufenden Vorhaben „KSS-Zufuhr beim Verzahnungsschleifen“ (IGF Nr.: 18204/N), der AiF, welches am IWT Bremen bearbeitet wird, indem für das diskontinuierliche Profilschleifen eine signifikante Steigerung in der Energieeffizienz und der Prozessleistung realisiert werden konnte. Diese Ergebnisse lassen sich jedoch nicht direkt auf das Wälzschleifen übertragen, da sich die Prozesse u.a. durch die Eingriffsbedingungen und Schnittgeschwindigkeiten deutlich unterscheiden.

Daher sind umfangreiche Untersuchungen, sowohl aus strömungstechnischer und als auch schleiftechnischer Sicht notwendig. Der Lösungsweg sieht zuerst die Untersuchung der strömungsmechanischen Verhältnisse in KSS-Düsen, deren Auswirkung auf den Strahlzerfall und auf den Wirkungsgrad vor. Aufbauend hierauf wird die Ermittlung des Einflusses der Prozessparameter auf die Energieumsetzung in der Kontaktzone bzw. der dadurch begründeten Veränderungen der Randzoneneigenschaften unter Berücksichtigung unterschiedlicher KSS-Zufuhrstrategien untersucht.

Als Ergebnis dieses Vorhabens entstehen Richtlinien zur KSS-Zufuhr:

- Auslegungsrichtlinien für KSS-Düsen

- Optimale Parameter für die KSS-Zufuhr

- Richtlinien zur KSS-Düsenpositionierung

- Richtlinien zur Auslegung von KSS-Leitelementen

Die Umsetzung der Ergebnisse ermöglicht KMU, eine Steigerung der Leistungsfähigkeit wirtschaftlich zu erzielen und somit einen für den Wettbewerb entscheidenden Techno¬logievorsprung zu erreichen. Mit den erzielten Forschungsergebnissen wird den KMU eine Grundlage zu einer exakten und reproduzierbaren Prozessauslegung für das Wälzschleifen zur Verfügung gestellt, so dass die Fertigung zielsicher und ohne negative Randzonenbeeinflussung ausgelegt werden kann.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des FVA-Vorhabens 712 II wurden Methoden zur gezielten Variation der Kühlschmierstoff-Zufuhr untersucht und ihr Einfluss auf den Werkzeugverschleiß und die thermo-mechanische Randzonenschädigung beim kontinuierlichen Wälzschleifen bewertet. Die Umsetzung eines möglichst kohärenten Strahls tangential zur Schleifschnecke war zu empfehlen, da hierdurch eine bessere Energieeffizienz als auch die beste Kühl- und Schmierwirkung realisiert werden konnte. Bedingt durch verbesserte Strahlanhaftungseffekte konnten die geringsten Randzonenschädigungen bei Strahlgeschwindigkeiten festgestellt werden, die der Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit entsprachen. Im Hinblick auf den Volumenstrom konnte für die untersuchten Verzahnungen ein Grenzwert ermittelt werden, ab dem eine weitere Erhöhung zu keiner zusätzlichen Reduzierung der thermo-mechanisch bedingten Randzonenschädigungstiefe führte.

Aus den in diesem Vorhaben erarbeiteten Erkenntnissen konnte eine Auslegungsempfehlung für optimale KSS-Zufuhrbedingungen (Strahlgestalt, Strahlgeschwindigkeit, Volumenstrom, Düsenposition, Leitelemente) und KSS-Düsengestalten während des kontinuierlichen Wälzschleifprozesses von kleinmoduligen Zahnrädern abgeleitet werden. Durch das Nutzen dieser Erkenntnisse sollte es Anwendern möglich sein, bisher eingesetzte Abrichtintervalle bzw. Zeitspanvolumina zu erhöhen, ohne ein gesteigertes Schleifbrandrisiko zu erwarten. Gleichzeitig profitieren Schleifanwender und Maschinenbauer von der gesteigerten Energieeffizienz durch die empfohlenen Düsengestalten. Auf den Einbau größerer Pumpen, größerer Kühlschmierstofftanks sowie die Realisierung von mehr im Umlauf befindlichen Kühlschmierstoff kann durch Gestaltung von Düsen, die eine turbulenzarme Kühlschmierstoffzufuhr ermöglichen, verzichtet werden.