Drehtischantrieb für das Verzahnungsfräsen von Zahnkränzen bis 16 m Ø
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Waldrich Coburg erweitert seine Technologiepalette um das Verzahnungsfräsen. So werden aktuell 3 Aufträge abgewickelt, bei denen Zahnringe bzw. Zahnkränze mit den Technologien Drehen, Bohren, Fräsen und Verzahnungsfräsen komplett bearbeitet werden. Diese Zahnkränze kommen beispielsweise als Hohlräder von Planetengetrieben für Windkraftanlagen, als Zahnkranz für Erzmühlen oder Drehtischen zum Einsatz. Für die Bearbeitung von Außen- und Innenverzahnungen hat der Werkzeugmaschinenspezist spezielle Vorsatzfräsköpfe entwickelt, mit denen die Verzahnungsbearbeitung im Einzelteilverfahren oder im Wälzverfahren möglich ist.
Die Maschinen sind mit einem Drehtisch ausgerüstet, der im Dreh- oder Fräsbetrieb betrieben werden kann. Die Drehtische werden von einem Zahnkranz und mechanischen Doppelritzelantrieb mit einem Servomotor angetrieben. Je nach Leistungsfähigkeit des Drehtisches und den dynamischen Anforderungen können mehrerer dieser Antriebseinheiten vorgesehen werden. Der Antrieb arbeitet wahlweise als Spindel- oder als Achsantrieb (NC-Achse).
Für Drehbearbeitungen werden dem Drehtisch hohe Drehmomente und hohe Drehzahlen abverlangt. Für diese Betriebsart ist der gesamte Antriebsstrang mit einem definierten Verdrehspiel ausgerüstet. Beim Dreh- Fräsbetrieb ist hingegen Spielfreiheit gefordert. Hierzu wird der Doppelritzelantrieb mit einer definierten Kraft hydraulisch verspannt.
Bei der konstruktiven Auslegung muss eine hohe mechanische Steifigkeit des Getriebes berücksichtigt werden. Nur dadurch ist es möglich, den Antrieb mit hoher Dynamik in Relation zu den bewegten Massen (Massenträgheiten) zu betreiben. Dadurch kann die Achse mit höherer Dynamik sprich höherem Kv – Faktor betrieben werden, der letztendlich eine geringere Konturabweichung garantiert bzw. den Drehtisch mit höchster Genauigkeit positioniert. Um das Regelverhalten des Antriebes beurteilen zu können, muss die Eigenfrequenz des Antriebssystems berechnet werden. Dabei sind folgende Faktoren zu ermitteln:
1. Alle dynamisch bewegten Massen
2. Die Nachgiebigkeiten aller im Antriebsstrang vorhandenen Bauteile.
Dies sind sich proportional verhaltende Nachgiebigkeiten wie:
* Verdrehung von Wellen
* Verformung von Zähnen
* Biegung von Wellen
* Nachgiebigkeiten von Lagerungen.
Die Berechnung dieser Nachgiebigkeiten erfolgt analytisch und mit dem Berechnungsprogramm „Bearinx“ von Schaeffler. Des weiteren sind Nachgiebigkeiten mit unproportionalem Verhalten zu berücksichtigen wie:
* Spiel in Verzahnung Welle 1 + 2
* Ölbenetzte Flächen von nahezu spielfreien formschlüssigen Kraftübertragungs-Bauteilen.
Die mathematische Behandlung dieser Gegebenheiten ist äußerst aufwendig. Der Einfluss auf die Gesamtsteifigkeit des Antriebssystems wird mit einer Ersatzkennlinie hergeleitet. Aus den vorgenannten Berechnungen lässt sich die Eigenfrequenz des Antriebssystems bestimmen, die maßgeblich für die maximal erreichbare Beschleunigung und für die Größe der einstellbaren Geschwindigkeitsverstärkung (Kv – Faktor) ist.
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