µm-genaue Gestelle

Die Vorteile spanlos hergestellter Maschinengestelle aus Mineralguss basieren auf einer werkstoff-, abform- und klebegerechten Konstruktion. Die Anforderungen an Produktivität und Genauigkeit von...

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Die Vorteile spanlos hergestellter Maschinengestelle aus Mineralguss basieren auf einer werkstoff-, abform- und klebegerechten KonstruktionDie Anforderungen an Produktivität und Genauigkeit von Maschinen wachsen ständig. In diesem Zusammenhang gewinnt die Optimierung der statischen und dynamischen Steifigkeit an Bedeutung. Maschinengestelle aus schwingungsdämpfendem Mineralguss leisten dazu einen entscheidenden Beitrag. Im Maschinenbau bietet sich jedoch die Mineralgusstechnik auch zur Kostenreduzierung an. So gibt es eine Reihe von Möglichkeiten zur kostenoptimierten Herstellung hochpräziser Mineralgussgestelle ohne spanende Bearbeitung. Diesbezüglich sind aber Gestaltungsregeln zu beachten.Mineralgussrohlinge können in Präzisions-Gießwerkzeugen bis auf wenige zehntel Millimeter genau gegossen werden. Diese Maß-, Form- und Lagegenauigkeit genügt in hohem Maße den Anforderungen für die Montage der Maschinenkomponenten wie Verkleidungen, Maschinenfüße, Werkzeug- und Werkstückwechsler, Schalter und Späneförderer. Höhere Genauigkeitsanforderungen – zum Beispiel an Flächen für Gleit- und hydrostatische Führungen, an Montageflächen für Profilschienenführungen, Spindellager, Maßstäbe und Linearantriebe – lassen sich in einem zweiten Schritt durch folgende Präzisionsverfahren am Mineralguss-Rohling erzielen:- durch mechanische Bearbeitung eingegossener Leisten oder Platten aus Stahl oder Eisenguss,- durch mechanische Bearbeitung von Mineralguss (Schleifen und Fräsen),- durch Abformen mit hochgenauen Lehren.Erzeugen präziser Flächen ohne ZerspanenDie mechanische Bearbeitung kann sehr kostenintensiv sein, weil zum Teil dazu große Fräszentren oder Führungsbahnschleifmaschinen erforderlich sind. Das Abformen ermöglicht die Herstellung präziser Flächen auf Maschinengestellen ohne spanende Bearbeitung direkt durch den Mineralgusslieferanten. Dabei wird die Kontur hochgenauer Abformlehren mittels spezieller Belagsysteme auf den Mineralgussrohling übertragen. Die Beläge - auch Abformmassen genannt - bestehen aus Spezialharzen, die mit ausgewählten Feststoffen gefüllt sind. Die Eigenschaften der Harze werden den Anforderungen im Maschinenbau angepasst. Dazu gehören hohe Druckfestigkeit, hydrophobe Eigenschaften (auch gegenüber Kühlschmiermitteln und Bettbahnölen), hohe Verschleißfestigkeit, ausgezeichnete Gleitfähigkeit mit gutem Notlaufverhalten und gleichmäßiges, ruckfreies (stickslipfreies) Laufverhalten. In Tabelle 1 sind die Beläge je nach Anwendung in zwei Gruppen unterteilt: in tribologische und statische Anwendungen.Durch Abformen wird eine Form- und Lagegenauigkeit von wenigen tausendstel Millimetern erreicht. Dazu sind in jedem Fall hochgenaue Präzisionswerkzeuge erforderlich: so genannte Abformlehren, deren Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis durch FEM-Analysen optimiert werden sollte. Findet das Abformen in temperierten Hallen - räumlich getrennt von anderen Produktionsprozessen - statt, ist die Prozesssicherheit außerordentlich hoch. Die Abformtechnik erschließt Möglichkeiten der rationellen Herstellung präziser Flächen in unterschiedlicher Form und mit Eigenschaften, die der jeweiligen Anwendung anpassbar sind. So können Geometrien abgeformt werden, die mit anderen Genauigkeitsverfahren nicht oder nur sehr aufwändig herstellbar wären.Gleichwertiges Verhalten wie bei teuren VerfahrenDas Abformen hochgenauer Montageflächen bei Profilschienenführungen auf Mineralgussgestellen hat sich in den vergangenen Jahren durchgesetzt. Aus Untersuchungen des statischen, dynamischen und thermischen Verhaltens an der Schnittstelle zwischen Führungsschiene und Montagefläche ging hervor, dass sowohl durch mechanische, zum Teil teure Präzisionsverfahren als auch durch Abformen annähernd gleichwertige Eigenschaften erreicht werden können. Praxiserfahrungen zeigen sogar dynamische Vorteile durch die zusätzliche schwingungsdämpfende Zwischenschicht der Abformmasse.Bei der Konstruktion des Mineralgussgestells sind einige abformspezifische Regeln bezüglich der Geometrie der Abformkontur, der Auswahl der Profilschienen und der Ausführung der Gewindeanker zu beachten:- Die Anschlagschulter ist entsprechend der auftretenden Querkräfte - bei der Schienenmontage und im Maschinenbetrieb - zu dimensionieren. Hier sollte mindestens vom fünffachen Wert im Vergleich zur Graugusskonstruktion ausgegangen werden.- Freistiche an der Anschlagschulter sind nicht abformbar. Der Eckenradius muss unter 0,5 mm liegen.- Um den Aufwand beim Abdichten im Abformprozess zu reduzieren, empfiehlt sich die Ausführung der abzuformenden Fläche als „Wanne“. Wenn dies nicht möglich ist, sollte ausreichend Platz für Dichtmaterialien vorgesehen werden.- Maschinenbauer und Kompaktführungshersteller favorisieren unterschiedliche Strategien zum Andrücken oder Fixieren der Schienen an der Anschlagschulter, zum Beispiel durch Exzenter, Keilleisten oder Verkleben. Mit der Abformtechnik können alle Strategien unterstützt werden.- Die mechanischen Eigenschaften der Abformmassen erfordern eine größtmögliche Kontaktfläche zwischen Schiene und Maschinenge-stell. Diesbezüglich haben sich Profilschienen, deren Basis ohne oder mit nur schmalen Nuten ausgeführt ist, besonders bewährt.- Je nach Anwendungsfall oder Empfehlung des Kompaktführungsherstellers werden die Schienen mit unterschiedlichen Schrauben-Anzugsmomenten montiert. Dazu bieten Mineralgusshersteller die jeweils passenden Gewindeanker an. Bei Verwendung hochfester Schrauben und adäquaten Anzugsmomenten sind in jedem Fall hochfeste Anker und Schienen ohne Nuten auszuwählen.Heute bieten Mineralgusslieferanten auf der Basis hochgenauer Mineralgusskomponenten Maschinengestelle der verschiedensten Bauweisen (Bild 3) als Systemlösungen (Rumpf- oder Basismaschinen) an. Es werden weitere Komponenten wie Führungsschienen, Antriebssysteme (Spindeltrieb, Linearmotor), Schlitten und Tischsysteme auf präzise abgeformte Flächen montiert. Komplexe Strukturen von Maschinengestellen können durch Verkleben mehrerer Einzelkomponenten sehr präzise zusammengefügt werden. Messprotokolle aller relevanten Maß-, Form- und Lagetoleranzen sind im Lieferumfang enthalten. Führungslängen bis zu 2000 mm können technisch sicher und wirtschaftlich sinnvoll zum Teil weit unter 0,01 mm genau abgeformt werden.Schnelle Amortisierung der WerkzeugkostenHauptziel der spanlosen Herstellung von hochgenauen Maschinengestellen ist die Reduzierung des Teilepreises, weil erhebliche Einsparpotenziale erschlossen werden:- So entfallen die kostenintensiven Stahlleisten oder -platten, die bei der konventionellen Mineralgusstechnik in die Maschinengestelle eingegossen werden.- Es ist keine aufwändige mechanische Bearbeitung (Fräsen, Schleifen) auf Bearbeitungszentren oder Führungsbahnschleifmaschinen erforderlich.- Der Logistikaufwand ist reduziert, weil das Maschinenbett als Systemlösung oder fertige Rumpfmaschine direkt zum Maschinenbauer versandt wird.Zusätzlich zu den Einmalkosten für die Gießform zur Herstellung der Mineralgussrohlinge fallen Kosten für Abformlehren und - möglicherweise - für Klebevorrichtungen an. Untersuchungen haben ergeben, dass sich diese Werkzeugkosten bereits bei Stückzahlen ab 15 Maschinengestelle im Jahr amortisieren können. Die mit durch Abformen erreichbaren Gestellpreise sind auch international wettbewerbsfähig. So konnten in einigen Fällen global beschaffte Maschinengestelle aus Grauguss durch Mineralgussbetten abgelöst werden.