Hohes Zeitspanvolumen für eine hohe Manövrierfähigkeit
Hohe Wellen, der Wind stürmt gegen Backbord und die Gischt peitscht über das Deck. Das Versorgungsschiff ist nur wenige Meter von den gewaltigen Stützfüßen der Offshore-Plattform entfernt. Jedoch weicht das Schiff nicht einen Meter von seiner Position. Wie ist das möglich? Die Crew steuert dieses mit Voith-Schneider-Propellern. Seit rund 100 Jahren produziert Voith diesen speziellen Antrieb im schwäbischen Heidenheim. Die Kraftübertragung geschieht der mechanischen Variante über enorme Verzahnungsbauteile. Zum Schruppen der Verzahnungen setzt das Team um den Prozess-Ingenieur Dr. Thomas Glaser auf Hochvorschub-Frässysteme der Paul Horn GmbH und Boehlerit.
Grâce à sa conception, un propulseur Voith-Schneider (VSP) peut générer une poussée dans n’importe quelle direction. Il assure ainsi à la fois la propulsion et la direction. Grâce à des temps de réponse très courts aux commandes de pilotage, le VSP permet également des manœuvres rapides, sûres et précises, même dans des conditions difficiles. Ce système permet même un déplacement latéral (translation). Ce concept de propulsion est utilisé sur les navires nécessitant une très grande manœuvrabilité. Cela inclut par exemple les remorqueurs portuaires, les ferries à double extrémité, les grues flottantes ainsi que les navires de ravitaillement pour plateformes pétrolières.
Principe simple
Dans un corps de roue sont montées des pales mobiles verticalement et orientables. Selon le type, leur nombre varie entre quatre et huit pales. Lorsque le corps de roue tourne et que les pales effectuent simultanément un mouvement oscillant, une poussée est générée. La vitesse de rotation du corps de roue ainsi que l’amplitude de l’oscillation déterminent la force produite. La position de phase des pales détermine quant à elle la direction de la poussée. En fonctionnement, le VSP travaille à de faibles vitesses de rotation, représentant seulement environ 25 % de celles des hélices marines conventionnelles. Les couples élevés qui en résultent exigent une conception particulièrement robuste du système. Les VSP sont entraînés par des moteurs diesel ou électriques.
Dans la version mécanique, la transmission de puissance entre le moteur et l’hélice s’effectue via un réducteur à engrenages coniques. Selon la taille du VSP, les dimensions des composants dentés varient également. En raison de temps d’usinage parfois très longs, Glaser cherche constamment des moyens d’optimiser les procédés de fabrication : « La fabrication d’un pignon conique de module 21,4 nécessitait une adaptation. Pour le pré-usinage du pignon, nous avions besoin d’un temps d’usinage très important sur une machine spéciale de taillage par enlèvement. » L’objectif était de passer du taillage au fraisage d’ébauche simultané 5 axes afin de réduire presque de moitié le temps d’usinage. « Un autre point essentiel concernait la durée de vie des outils. Nous avons fixé comme objectif qu’un outil puisse usiner au minimum une pièce complète », explique Glaser.
Fraises à grande avance de Horn et Boehlerit
Grâce aux bonnes expériences réalisées avec les fraises en carbure monobloc Horn pour le fraisage dur et de finition, le fabricant d’outils de Tübingen a été le premier interlocuteur pour le processus de fraisage de la denture de module 21,4. En raison du volume élevé de matière à enlever et de l’objectif de réduction du temps d’usinage de 40 %, des systèmes de fraisage à grande avance ont été utilisés pour l’ébauche. Compte tenu de la géométrie de la denture, le choix s’est porté sur trois diamètres différents ainsi que sur différents types de fraises. La première passe est réalisée par une fraise à plaquettes amovibles Boehlerit de 40 mm de diamètre et à six dents. La seconde passe est effectuée avec des fraises à tête interchangeable Horn de type DGH, équipées de quatre arêtes de coupe et d’un diamètre de coupe de 20 mm. Pour l’ébauche du fond de dent du pignon, une fraise monobloc en carbure de la série DSH est utilisée, avec un diamètre de 12 mm et également quatre dents.
Les fraises à grande avance coupent en bout. Grâce aux efforts exercés dans l’axe, la broche de l’outil est principalement soumise à des charges de compression, tandis que les efforts transversaux restent relativement faibles. En raison de leur faible tendance aux vibrations, les outils peuvent supporter en toute sécurité les fortes sollicitations avec des avances par dent habituelles de fz = 1 mm et des profondeurs de coupe ap allant jusqu’à 1,5 mm. Le grand rayon de l’arête principale des plaquettes de coupe assure une coupe douce, garantit une répartition homogène des efforts de coupe et permet ainsi d’obtenir une longue durée de vie des outils. Sur la face intérieure, un petit rayon d’arête facilite une pénétration rapide et sans problème. Un angle de dépouille primaire et secondaire assure un angle de coin stable ainsi qu’une bonne stabilité de l’arête de coupe. Grâce à des avances nettement plus élevées qu’en fraisage conventionnel, le volume d’enlèvement de matière en fraisage à grande avance est considérablement supérieur, malgré des profondeurs de passe plus faibles.
Horn et Boehlerit
La coopération commerciale entre Horn et Boehlerit existe depuis septembre 2016. L’objectif de ce partenariat est de regrouper les synergies de produits et de distribution de deux entreprises de taille intermédiaire afin de croître ensemble, en tant qu’entreprises familiales, sur des marchés ciblés. Pour Horn, le programme de fraisage de Boehlerit constitue un complément idéal à sa propre gamme de fraisage. Horn étend ainsi sa position de leader dans les outils destinés aux applications techniques exigeantes également au domaine de l’usinage général.
Objectif atteint
Pour l’ébauche de la denture, Voith mise sur un nouveau système de fabrication entièrement automatisé de Grob. L’installation se compose de trois centres d’usinage 5 axes avec magasin linéaire automatique ainsi que de plusieurs postes de préparation. Grâce au passage à ce nouveau concept d’outillage, le temps d’usinage du prétaillage des dentures a pu être réduit de 55 % par rapport au procédé de taillage par enlèvement. L’objectif initial de 40 % a donc été dépassé. Comme exigé, la durée de vie des outils atteint une pièce par outil, ou une arête de coupe dans le cas de la fraise à plaquettes amovibles. « Les performances des fraises nous ont pleinement convaincus. Mais il ne s’agit pas seulement des solutions d’outillage : la réalisation de tels projets nécessite également un conseil technique compétent ainsi qu’une grande réactivité et des délais de livraison rapides. Horn répond parfaitement à ces exigences en tant que partenaire outillage », explique Glaser.