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Produktivitдtssteigerungen und Kostenreduzierungen bei gleichbleibend hoher Bearbeitungsqualitдt stehen stдndig im Fokus der Automobilindustrie. So auch bei der Fertigung eines neuen Querlenkers fьr die Hinterachsaufhдngung bei einem namhaften deutschen Automobilhersteller. Hier strebte man das ehrgeizige Ziel an, die Querlenker aus dem relativ gut zu zerspanenden Aluminium-Sandguss AlSi7Mg mit einer Hдrte von 70 bis 100 HB in einer Taktzeit von 200 s zu bearbeiten. Bei vergleichbaren Querlenkern von Vorgдngermodellen betrug die Taktzeit 294 s.

Bearbeitungsaufgabe An dem neuen Querlenker sind die vier in Durchmesser und Gestalt unterschiedlichen Lager W, H, G und V (Bild 1) mit Durchmessertoleranzen von 0,05 mm und einem R_z von 16 µm zu bearbeiten. Des Weiteren sind sieben M8-Sacklochgewinde an der Oberseite des Querlenkers in zwei unterschiedlichen Gewindelдngen herzustellen, die der Befestigung von Handbremsseil, Steinschlagschutz und Koppelstange dienen. AuЯerdem mьssen an der Unterseite vier M6-Gewindebohrungen fьr die Befestigung der ABS-Leitung und eines Sensors fьr die Leuchtweitenregulierung erstellt werden. Dabei sind alle Gewindebohrungen mit einer zylindrischen Schutzsenkung auszustatten. Ein weiterer Bearbeitungsschritt besteht im Heraustrennen eines Steigers.

Bild 1 Oberseite des zu bearbeitenden Querlenkers

Die Forderung seitens des Kunden bestand nun darin, diese Fertigungsaufgabe auf einem fьnfachsigen Doppelspindelbearbeitungszentrum ELHA HBZ-2-630 mit einer Antriebsleistung von 30 kW pro Spindel, waagerechten Spindeln und Palettensystem in einer Taktzeit von 200 s komplett zu bearbeiten. Fьr die Bearbeitung einschlieЯlich der notwendigen Werkzeugwechsel stehen aber nur 190 s zur Verfьgung, da der 10 s dauernde Palettenwechsel in der Taktzeit enthalten ist.

Kombinationswerkzeuge erreichen vorgegebene Taktzeit Da die verfьgbare Bearbeitungszeit fьr den gesamten Arbeitsumfang sehr kurz ist, kommt es hier auf jede Zehntel Sekunde an, die an Haupt- und Nebenzeiten eingespart werden kann. Die bisherigen Querlenker wurden mittels Einzelwerkzeugen bearbeitet. Dabei kamen abhдngig vom Querlenkertyp mindestens 24 Einzelwerkzeuge zum Einsatz. Rechnet man fьr einen Werkzeugwechsel (inkl. Positionieren) etwa 9 s, resultiert dies in einer Werkzeugwechselzeit von 207 s, so dass die geforderte Taktzeit von 200 s auf diese Art und Weise nicht erreicht werden kann.

Da der Werkzeugwechsel hier den grцЯten Teil der Nebenzeiten ausmachte, fьhrten die Ьberlegungen sehr schnell in Richtung Kombinationswerkzeuge. Resultat war die Entwicklung von acht Kombinationswerkzeugen, die jeweils bis zu neun Einzeloperationen ьbernehmen kцnnen:

• je ein Kombinationswerkzeug fьr die Bearbeitung der vier Lager,

• ein Scheibenfrдser zum Heraustrennen eines Steigers am Rohteil,

• ein Hartmetallleisten-Gewindeformer zum Formen der sieben M8-Gewinde,

• ein Winkelkopf mit Stufenbohrer zur Herstellung der Kernlцcher fьr die M6-Gewinde,

• ein Winkelkopf mit Gewindebohrer M6 zum Bohren der M6-Gewinde.

Da jedes der vier Lager wegen unterschiedlicher Funktionen spezifische Besonderheiten aufweist, wurde fьr jedes Lager ein eigenes Ausspindelwerkzeug entwickelt, mit dem die Lagerbohrung komplett in einem Durchlauf bearbeitet wird. Die Spindelwerkzeuge stellen jeweils Kombinationswerkzeuge dar, in die bis zu neun verschiedene Bearbeitungsoperationen integriert sind. Beispielhaft fьr den Aufbau wird hier das Ausspindelwerkzeug fьr das H-Lager dargestellt.

Der sandgestrahlte Grundkцrper ist aus hochfestem Stahl und hat eine HSK63-Aufnahme mit Plananlage B80, deren Anlageflдche einen auf 80 mm vergrцЯerten AuЯendurchmesser aufweist. Im Grundkцrper sind je eine Hartmetall-Wendeschneidplatte fьr die stirnseitige Planbearbeitung und das vorderseitige Anfasen der Lagerbohrung untergebracht. AuЯerdem ist in den Grundkцrper ein schwingungsarmer Schwermetall-Kцrper eingeschrumpft, der aus einem verjьngten Schaft, einem ausgebauchten Mittelteil und einem schlanken Kopfteil besteht. Im oberen Mittelteil sind zwei Wendeschneidplatten zum Ausspindeln der Lagerbohrung (Bild 2) angeordnet. Um die Durchmessertoleranz von 0,05 mm genau einstellen zu kцnnen, sind die viereckigen, mit einem groЯen Spanwinkel (15°) versehenen Schneidplatten ьber eine Exzenterschraube verstellbar.

Bild 2 Ausspindeln der Lagerbohrung

Bild 3 Schneidplatte fьr das Zirkularfrдsen der Lagerbohrungsrьckseite

In zwei weiteren Plattensitzen im unteren Mitteilteil sind zwei Formplatten eingesetzt. Sie dienen zur rьckseitigen Bearbeitung der Lagerbohrung (Bild 3). Dabei wird durch Zirkularfrдsen in einem Umlauf ein AuЯenradius in einen Steg gefrдst, die Stirnseite geplant sowie eine 30°- und eine 5°-Fase hergestellt. Um weitere Werkzeugwechselzeiten einzusparen und damit die Taktzeit zu verkьrzen, enthдlt das Werkzeug im schlanken Kopfteil zwei weitere Plattensitze zur Aufnahme zweier Sonderschneidplatten. Mit diesen Stellplatten wird eine kleine Auflageflдche auf der Unterseite des Querlenkers plangefrдst. Das Planfrдsen der kleinen Augenflдche erfolgt mit Hilfe der fьnften Achse des Doppelspindlers. Dabei ragt der Teil des Werkzeugs mit den Sonderschneidplatten in den 50 mm breiten Spalt zwischen Vorrichtung und Palette hinein.

An der Spitze des Kombinationswerkzeugs sitzt ein Stufenbohrer aus Vollhartmetall, der mit einer Spannschraube im Kopfteil fixiert ist. Mit ihm werden fьnf der sieben M8-Kernbohrungen mit Schutzsenkung in die Oberseite des Querlenkers gebohrt. Die beiden fehlenden M8-Kernbohrungen haben eine kleinere Bohrungstiefe und eine andere Schutzsenkung. Dieser Stufenbohrer ist Teil des Kombinationswerkzeugs fьr das W-Lager.

Um beim Zirkularfrдsen der Rьckseite Beschдdigungen der Lagerbohrung z.B. durch Wickelspдne zu vermeiden, wurden vier Kьhlschmiernuten in den Schaft des Schwermetallkцrpers eingebracht. Durch diese Schlitzlцcher werden die Schneiden mit einem starken Kьhlschmierstoffstrom beaufschlagt, der die Aluminiumspдne unmittelbar nach dem Entstehen wegschwemmt. Dadurch bleiben keine Spдne in der Bohrung liegen und kцnnen auch nicht am Schaft anhaften.

Die Werkzeuge fьr das W- und G-Lager sind дhnlich aufgebaut. Mit dem erstgenannten Werkzeug werden insgesamt sieben, mit dem Werkzeug fьr das G-Lager neun Einzeloperationen ausgefьhrt.

Zirkularfrдsen auf PKD umgestellt Aus Kostengrьnden waren alle Werkzeuge in der ersten Testphase durchgдngig mit Wendeschneidplatten aus Hartmetall bestьckt. Allerdings lieЯ sich damit die geforderte Taktzeit von 200 s nicht realisieren. Weil das Zirkularfrдsen der rьckseitigen Lagerbohrungsbearbeitung die lдngste Bearbeitungszeit in Anspruch nahm, wurden bei den Kombinationswerkzeugen fьr das H-, G- und W-Lager die Hartmetall-Wendeschneidplatten durch polykristalline Diamant (PKD)-Schneidplatten ersetzt (Bild 4).

Bild 4 Umstellung auf PKD-Schneidplatten, u.a. beim Werkzeug fьr das H-Lager (links) und das G-Lager (rechts)

Damit konnten die Schnittgeschwindigkeiten bei Schnitttiefen von 2 bis 3 mm von 500 m/min auf 1.000 m/min sowie die Vorschьbe von 0,12 mm/z auf 0,23 mm/z (z=2) gesteigert werden. Aus Grьnden der Standzeitvereinheitlichung wurden des Weiteren die Hartmetall-Wendeschneidplatten zum Ausspindeln der Lagerbohrungen durch PKD-Wendeschneidplatten ersetzt. Resultat der Umstellung dieser drei Kombinationswerkzeuge war eine Reduzierung der Taktzeit um 15 s auf die geforderten 200 s bei gleichzeitig besserer Oberflдchenqualitдt, gьnstigerer MaЯhaltigkeit und deutlich erhцhter Standzeit, so dass sich eine wesentliche Verbesserung der Prozesssicherheit ergab.

Bild 5 Schwesterprojekt Trapezlenker

Mittlerweile werden die Querlenker serienmдЯig auf vier Bearbeitungszentren ELHA HBZ-2-630 mit diesen Kombinationswerkzeugen bearbeitet, wobei monatlich etwa 30.000 Satz Querlenker, d.h. 30.000 linke und 30.000 rechte Querlenker, komplett bearbeitet werden. Die Standzeit der Kombinationswerkzeuge fьr die Bearbeitung von H-, G- und W-Lager liegt bei 45.000 Bauteilen. Die hier gemachten Erfahrungen waren so gut, dass ein weiteres Projekt zur Komplettbearbeitung eines дhnlich aufgebauten Trapezlenkers (Bild 5) gestartet worden ist. Die bisherigen Ergebnisse sind ebenso positiv wie bei der beschriebenen Querlenkerbearbeitung.

Bildnachweis: Joh. + Ernst Link GmbH + Co.KG, Stuttgart.

Dieter Trick ist Leiter der Projektabteilung der Joh. + Ernst Link GmbH + Co.KG, Stuttgart. Ralf Pickenhahn ist Assistent der Projektabteilung im selben Unternehmen.