Motorspindel meistert Crash und erhöht Maschinenverfügbarkeit
Fehler passieren auch im Maschinenbau immer wieder. Damit solche bei der spanenden Bearbeitung in Werkzeugmaschinen nicht zwangsläufig zu erheblichen Schäden an Motorspindeln, Spindellagern und anderen sensiblen Komponenten führen, hat die Firma Jakob Antriebstechnik das Motorspindelschutzsystem mit dem Namen MS³ entwickelt.
Für Kollisionen im Maschinenraum kann eine Vielzahl von Ursachen verantwortlich sein. Neben Programmierfehlern, falsch definierten Werkzeugen, nicht berücksichtigten Störkonturen kann auch unbeabsichtigtes Verfahren in Eilgeschwindigkeiten zu massiven Einschlägen führen. Das Problem bleibt unabhängig von Ursache das Gleiche: Kraftspitzen von bis zu 100 kN, die auf Spindellager und andere Komponenten wirken.
Gebrochene Werkzeuge oder zerstörte Werkzeugaufnahmen sind in einem solchen Fall aber sicherlich noch leichter zu verkraften, als Schäden an der Motorspindel oder Deformationen am Maschinenrahmen. Die nicht gerade günstige Anschaffung eines MS³-Systems kann sich laut Angaben des Herstellers aber bereits nach einer massiven Kollision mehr als amortisiert haben. Allein die Instandsetzung von Werkzeugmaschinen und den darin verbauten höherwertigen Spindeln verschlingt schnell einen fünfstelligen Betrag – ganz zu schweigen von den Kosten, die ein wochenlanger Stillstand einer Produktionsmaschine mit sich bringt. Mechanische Schutzsysteme, zu denen auch das MS³ von JAKOB zählt, entfalten ihre Wirkung noch bevor die Maschinensteuerung über elektronische Prozessüberwachungssysteme reaktionszeitbedingt Maßnahmen wie Abbremsen, Reversieren und Stillstand der Vorschubachsen der Werkzeugmaschine zur Crashverhinderung einleiten kann. Das System wird vom Hersteller bezüglich der Haltekraft der Magnete und der Geometrie des Systems an die Motorspindel angepasst.
Durch das Permanentmagnetsystem und die daraus folgende Beweglichkeit kann MS³ gleichermaßen auf axiale als auch radiale Kollisionen reagieren. Gleichzeitig gewährleistet das System eine hohe Steifigkeit bei der Bearbeitung und ermöglicht nach einem Crash und Austausch des beschädigten Werkzeuges in der Regel den weiteren Einsatz der Maschine. Ursache hierfür ist in erster Linie die selbstzentrierende Konstruktion als Doppelflanschsystem.
Beim Überschreiten der Haftkraft an der Trennstelle bewirkt das Magnetsystem eine unmittelbare Trennung der werkzeugmaschinen- und motorspindelseitig installierten Flansche. Mit dem Ablösen des motorspindelseitigen Flansches und zunehmendem Luftspalt nimmt die Magnetkraft rapide ab. Nach der Trennung übernehmen radial angeordnete und maschinenseitig verankerte Druckfederelemente die Abstützung und die schwimmende Führung des Flansches der Motorseite. Die Federn wirken dabei entgegen der Auslenkrichtung und ermöglichen es der Motorspindel um einen vorher definierten Winkel auszuschwenken. Gegen Schmutz, Schmierstoffe und Späne ist das System effizient geschützt.
In den Flanschen verbaute Näherungsschalter erfassen permanent die Auflagesituation der Flansche und senden im Kollisionsfall ein Not-Aus-Signal an die Maschinensteuerung, wodurch die Achsen der Werkzeugmaschine abgebremst werden. Im Anschluss kann die Motorspindel vom Kollisionsort frei fahren. Durch die Druckkraft der Federn und die selbstzentrierende Trennstellenausführung soll sich das System zuverlässig mit einer Genauigkeit von < 0,01 mm wieder auf seinen Ursprung ausrichten. Die Spindel muss nach einem Unfall nicht neu justiert werden, die Bearbeitung kann zeitnah fortgesetzt werden.
Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt hat das System in einer Referenzanwendung in einer Fräsmaschine verbaut. Nach Absprache mit dem Hersteller kann das MS³ dort begutachtet werden.
Bild links:
Motorspindel meistert den Crash und erhöht die Maschinenverfügbarkeit
