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AMB 2018

Hohe Oberflächengüte dank cooler Spindel

| Autor/ Redakteur: Al Breitenberger / Stefanie Michel

Um die Anforderungen an noch höhere Präzision und bessere Oberflächengüten bei der Bearbeitung zu erfüllen, sind oft grundlegende Entwicklungen erforderlich. Eine Motorspindel mit Wellenkühlung punktet neben geringem thermischen Verzug mit hoher Steifigkeit und Planlauf.

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Coolcore-Spindel: Fräsen eines Grafitsteges. Das Twin-Air-Sealing-System garantiert eine trockene Spindelnase.
Coolcore-Spindel: Fräsen eines Grafitsteges. Das Twin-Air-Sealing-System garantiert eine trockene Spindelnase.
(Bild: Step-Tec)

Seit der Lancierung der neuen Generation der Coolcore-Spindel vor fast 2 Jahren hat die Hochpräzisionsspindel Coolcore von Step-Tec im Markt ihre Eigenschaften unter Beweis gestellt. Die hohen Genauigkeitsansprüche im Formenbau werden von der HVC140CC mühelos erfüllt.

Die stetig steigenden Erwartungen hin zu noch höherer Präzision und besseren Oberflächengüten bestätigen Step-Tec, mit dieser High-End Spindel das Marktbedürfnis getroffen zu haben. Mit der Neuentwicklung der gesamten 140er Plattform flossen eine Reihe technischer Neuheiten ein, welche nicht nur die bekannte, mantelgekühlte Opticool-Spindel (OCS) mit 42.000 min-1 aufwertete, sondern die Coolcore-Spindel mit Wellenkühlung in Sachen Präzision und Stabilität als neue Referenz etablierte.

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Geringste Temperaturdifferenzen am vorderen Spindelmantel

Für die gesamte HVC140-Generation wurde der OCS-Kühlkreislauf einer Strömungsoptimierung (Fluid Dynamics, CFD) unterzogen. Die Kühlkanäle wurden für Zwangsführung des Kühlmediums ausgelegt was Wassereinschlüsse oder Wirbelstellen im Kühllabyrinth ausschließt.

All diese Maßnahmen führten zu geringsten polaren Temperaturdifferenzen im Bereich des vorderen Spindelmantels von lediglich noch 1 K. Der thermische Einfluss auf die Spindelaufnahme ist somit auf ein Minimum reduziert und die Maschinen-Spindelachsgeometrie bleibt frei von Verzug.

Die neu gestaltete Dreheinführung zur Übergabe des Kühlmediums in die rotierende Welle hat eine größere Lebensdauer und ist im Bedarfsfall vor Ort in kürzester Zeit austauschbar. Alle heute gängigen Kühlmedien (außer Schneidöl) können über diese Dreheinführung durch die Spindel zum Werkzeug gefördert werden.

Kühlemulsionen unter Hochdruck (KSS), Minimalmengenschmierung (MQL) und Kühlung mit Luft (ATR): Diese Dreheinführungen können trocken bis zur maximalen Drehzahl ohne Beschädigung betrieben werden.

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Präzisionsspindeln für verschiedenste Zerspanaufgaben

Die Step-Tec AG aus der Schweiz entwickelt und produziert seit 1995 Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeits-Motorspindeln für die Bereiche Werkzeug- und Formenbau sowie Produktion. Das zu GF Machining Solutions gehörende Unternehmen bietet ein Portfolio an High-Speed-Spindeln für den Formenbau wie auch für Anwendungen in der Medizintechnik bis hin zu High-Performance-Spindeln für Schwerzerspanung im Energie- und Aerospacebereich.

Von standardisierten Spindelplattformen bis zur kundenspezifischen Entwicklung: Die Präzisionsspindeln von Step-Tec verrichten seit Jahrzehnten zuverlässige Zerspanungsarbeit in Bearbeitungszentren führender Maschinenhersteller weltweit. Bis heute entwickelte und baute die Firma über 100 verschiedene Spindelvarianten im Durchmesserbereich 90 bis 320 mm, die einen Leistungsbereich bis 130 kW abdecken, im Bereich Titanzerspanung sogar mit Drehmomenten bis 1200 Nm.

Spindel für Grafit- und Kunstoffbearbeitung prädestiniert

Mit dem neu ausgelegten Labyrinth, Twin Air Sealing System (TAS) genannt, konnte eine absolute Dichtheit erzielt werden. Die Verschmutzung des Werkstücks und des Bearbeitungsraumes durch Ölaustritt an der Spindelnase ist somit kein Thema mehr, was die Spindel für Grafit- und Kunstoffbearbeitung wie auch Medizintechnikanwendungen oder die Herstellung von Formen für 3D-Glasprodukte für den gesamtem ICT-Bereich (Information and Communications Technology) prädestiniert. Die Plananlage für das Werkzeug wurde segmentiert und mit Kegelreinigungsbohrungen versehen. So lässt sich die Auflage bessere reinigen, um die hohe Spindelgenauigkeit bei einem Werkzeugwechsel nicht zu schmälern.

Die Leistungsdaten der Coolcore-Spindel HVC140:
  • Leistung (S6): 13,5 kW
  • Drehmoment (S6): 8,8 Nm
  • Drehzahl: 42.000 min-1
  • Beschleunigung: 2,5 s
  • Schmierung: Öl-Luft
  • Wellenkühlung: Cool-Oil
  • Werkzeug: HSK-E40 DIN69063-1
  • Abmaße: 140 mm × 490 mm
  • Gewicht: 36 kg
  • Dreheinführung: Kühlemulsion 8 MPa, Minimalmengenschmierung, Luft in Rotation
  • Antriebsmodul: Siemens, Heidenhain, Fanuc, oder andere
  • Anbindung an CNC: via Profibus
  • Intelligenz („Digitale Spindel, Industrie 4.0 tauglich“): Integration der Intellistep-Sensorik zur Überwachungs- und Prozesskontrolle wie auch Fernwartung, beispielsweise R-Connect
  • Höchste dynamische Steifigkeit

    Eine neue Lagerauslegung mit jetzt vier Hochpräzisions-Hybridlager führte zu einer markanten Verbesserung der Steifigkeit in radialer Richtung wie auch in der Achslage.

    Das Ergebnis zeigt sich in einem Rundlauf von lediglich 3 µm am Messdornende und einem Planlauf an der Werkzeuganlage von 1 µm und garantieren höchste Werkzeug- Wechselgenauigkeiten. Damit ist eine Teilebearbeitung in dieser Präzisionsklasse mit einem Oberflächenfinish von Ra 0.05 µm überhaupt erst möglich. Zudem baut die neue Spindel gegenüber dem Vorgängermodel rund 60 mm kürzer.

    Weitere Informationen zu Spindeln von Step-Tec

    Ein neues, optional bestellbares, hochauflösendes Längenmesssystem mit integrierter Elektronik liefert das Signal für die dynamische Kompensation und ein zweites Signal zur Kompensation des thermischen Restwachstums der bereits hochgenauen Coolcore-Spindel. Der Kunde kann mit dieser Option und eigener Software Achskompensationen einleiten um höchste Genauigkeitsansprüche zu erfüllen.

    Step-Tec ist es nicht nur gelungen die beste heute mögliche Coolcore-Spindel zu bauen, sondern der Markt hat dies bereits honoriert. Sie erfüllt höchste Ansprüche an Oberflächengüte und Dauerfestigkeit um die heutigen Anforderungen zu befriedigen. Außerdem ist die Spindel Industrie-4.0-tauglich und ermöglicht externes Datenmonitoring, um den Spindelstatus und vor allem Spindelzustand abzufragen. Das ermöglicht beispielsweise die Planung präventiver Wartung.

    Step-Tec auf der AMB 2018 (GF Machining Solutions): Halle 7, Stand 7C31

    * El.-Ing. (HTL) Al Breitenberger ist Mitarbeiter der Entwicklungsabteilung der Step-Tec AG in 4542 Luterbach (Schweiz)

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