Hochleistungs-Drehspindeln müssen immer schneller drehen

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Schages GmbH & Co.KG

JESSBERGER GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

FISCHER Präzisionsspindeln GmbH

Bei den oben erwähnten Hochschul-Versuchen konnten MRR-Werte bis zu 12 l/min erzielt werden, was einer Steigerung von 50% von der bisher existierenden Obergrenze gleichkommt. Diese Steigerung hat eine beachtliche Verkürzung der Zerspanzeit und damit Erhöhung der Produktivität zur Konsequenz. Bei einem Rohbauteil-Gewicht von 1,5 t und einem gewichtsbezogenen Zerspanungsanteil von nur 70% wäre eine Reduzierung der Zerspanzeit beim Schruppen von 33% erzielbar, setzt man ein ausreichendes Beschleunigungsvermögen der Maschinenachsen voraus.

Titan-Zerspanung erfordert hohes Drehmoment

Im Vergleich zur Aluminium-Zerspanung bestehen für die Titan-Zerspanung konträre Anforderungen an die Spindel. In der konventionellen Titanzerspanung (Schruppen) werden Schnittgeschwindigkeiten von 30 bis 50 m/min gefahren. Weil die Drehzahl somit von untergeordneter Bedeutung ist, rückt vielmehr das verfügbare Drehmoment anstatt der verfügbaren Leistung bei der Spindelauslegung in den Mittelpunkt.

Aus den deutlich niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten resultiert ein anderes Beanspruchungsprofil der Spindel: deutlich höhere Prozesskräfte, Mischreibung durch fehlende Drehzahl zum Aufbau eines elasto-hydrodynamischen Schmierfilms in Wälzlagern.

Veränderte Randbedingungen erfordern Weiterentwicklung

Die im Vergleich zur Zerspanung von Aluminiumlegierungen veränderten Randbedingungen (höhere Drehzahlen, verbunden mit dem Siegeszug der HSC-Technik) erforderten es, die Motorspindeln weiterzuentwickeln. Die Drehzahlanforderungen an die Spindeln für die Zerspanung von Ti-Legierungen sind, wie bereits erwähnt, gering.

Darüber hinaus lassen sich durch den Einsatz konventioneller Getriebespindeln Drehmomente bereitstellen, die ausreichend sind. Solche Einheiten befinden sich aber in der Regel in der Systemverantwortung der Maschinenhersteller und werden auch von diesen hergestellt.

Die Aufgabe und zugleich das Dilemma für den Spindelhersteller ist, sich mit Lösungen, die einen Mehrwert bieten, eine Nische auf dem neuen Markt der Titanzerspanung suchen zu müssen. Erfolgreich kann dies nur funktionieren, wenn der Spindelhersteller sein angestammtes Know-how (Motorspindeln) mit den Anforderungen nach hohen Drehmomenten so verknüpft, dass ein Wettbewerbsvorteil gegenüber konventionellen Getriebelösungen erwächst.

Hochpolige Synchronmotoren für die Titanzerspanung geeignet

Eine Möglichkeit ist es zum Beispiel, hochpolige Synchronmotoren zu verwenden. Die Vorteile der direkt angetriebenen Motorspindeln liegen in ihrer Kompaktheit und Fünf-Achs-Fähigkeit sowie in der Einsparung kosten- und oft wartungsbehafteter Getriebekomponenten.

Fischer Precise entwickelt kundenspezifische Lösungen mit Drehmomenten bis 2000 Nm (S1) mit einem Außendruchmesser von 420 mm und einer Länge von 1100 mm, genauso wie 600 Nm mit 275 mm Durchmesser und 700 mm Länge. Um solche Drehmomente zu erzeugen, benötigt man Umrichter, die hohe Ströme bei hohen Taktfrequenzen zulassen. Dies ist wegen der Vielpoligkeit der verwendeten Motoren erforderlich.

Rudolf Walter ist Leiter des technischen Vertriebs bei der Fischer Precise Deutschland GmbH in 70771 Leinfelden-Echterdingen.

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