Bearbeitungszentren Kollisionsgefahren mit neuartigem Überlastschutzsystem begegnen

Autor / Redakteur: Eberhard Abele, Matthias Berger, Dennis Korff / Jürgen Schreier

Verschiedene Ursachen führen zu unerwünschten Kontakten zwischen bewegten Elementen einer Bearbeitungsmaschine. Oft kommt es dabei zu kostspieligen und zeitraubenden Beschädigungen, die sich mit einem neuartigen, mechanischen Schutzsystem speziell an der Motorspindel vermeiden lassen.

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Bild 1: Ein mit Permamentmagneten und Federn arbeitendes Kollisionsschutzsystem in der Motorspindel vermeidet schwere Beschädigungen an Maschine, Werkzeug und Bauteil.
Bild 1: Ein mit Permamentmagneten und Federn arbeitendes Kollisionsschutzsystem in der Motorspindel vermeidet schwere Beschädigungen an Maschine, Werkzeug und Bauteil.
(Bild: Jakob Antriebstechnik)

Aufgrund des stetig zunehmenden Produktivitätsdrucks wird von vielen Unternehmen heute eine Maschinenverfügbarkeit von etwa 80 % angestrebt [1]. Im Rahmen des Projekts „Make-it“ fand eine Befragung bei mehr als 34 Unternehmen zum Thema „Ausfälle von Werkzeugmaschinen“ statt [2]. Zusammengefasst, können die Hauptursachen dieser Stillstände zu 46 % einer mangelnden Instandhaltung zugeschrieben werden. Hier können Maßnahmen der präventiven beziehungsweise zustandsorientierten Instandhaltung für Abhilfe sorgen.

Eine weitere bedeutende Schadensursache stellen mit 19 % die Bedienungsfehler dar (Bild 2). Genauer betrachtet, lassen viele der Ursachen auf eine mechanische Überlast schließen, wie sie überwiegend bei Kollisionen auftritt, die den technischen Kernkomponenten Schaden zufügen. Ein Problem, das von verschiedenen Autoren bestätigt wird. In Bearbeitungszentren kann nach [3] zwischen technischen und geometrischen Kollisionen unterschieden werden. Technische Kollisionen umfassen Überlastungen während des Eingriffs der Werkzeugschneide in das Werkstück.

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Darunter fallen etwa das Überschreiten der maximal zulässigen Schnittgeschwindigkeiten und der Zahnvorschübe was aber nur zwischen Werkstück und Werkzeug zum Problem werden kann. Geometrische Kollisionen sind ungewollte Kontakte zwischen anderen bewegten Maschinenkomponenten, wie beispielsweise der Werkzeugspindel und dem Werkstückspannsystem bei Positionierbewegungen. Wegen der vergleichsweise hohen Dynamik von modernen Bearbeitungsmaschinen mit ihren sehr hohen Eilgangsgeschwindigkeiten in den Vorschubachsen führen insbesondere die geometrischen Kollisionen in Abhängigkeit von den Maschineneigenschaften (Steifigkeit, bewegte Masse) zu hohen Kontaktkräften [4].

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