Mehr Leistung für die Spindel

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Werkzeugmaschinenlabor WZL RWTH Aachen

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Weitere Themen und Kontinuierliche Fortführung der Arbeiten

Aufbauend auf einem durch die AiF öffentlich geförderten Forschungsprojekt [5] wird am WZL im Rahmen des Arbeitskreises das Betriebsverhalten fettgeschmierter Hybrid-Spindellager bei Drehzahlkennwerten bis n × d_m = 2,5 · 10⁶ mm/min untersucht. Erste Versuche unter Laborbedingungen zeigen die grundsätzliche Eignung solcher Lager für diesen Einsatz auch über mehrere tausend Stunden.

Bei dem vierten derzeit im Arbeitskreis bearbeiteten Thema steht die Spindeldynamik im Vordergrund. Um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse von Spindelerprobungen in Prüfständen und realen Maschinen hinsichtlich des dynamischen Verhaltens zu verbessern, werden im Arbeitskreis aufbauend auf der Substrukturkopplung [6] Methoden entwickelt, um das dynamische Verhalten der Spindel rechnerisch von dem des Gesamtsystems zu trennen.

Hohe Relevanz der Spindellager für die Werkzeugmaschine

Die branchenübergreifende Zusammenarbeit im Industriearbeitskreis „Spindel-Lager-Systeme“ zeigt die Relevanz, die die Spindellager für das Gesamtsystem Werkzeugmaschine haben, und bietet eine qualifizierte Plattform zur Bearbeitung komplexer vorwettbewerblicher Fragestellungen. Die laufenden Arbeiten in der Wälzlagerentwicklung, die öffentlich geförderte Forschungsprojekte flankieren oder auf diesen aufbauen, zielen langfristig auf den Einsatz neuartiger Lagertypen in Hauptspindeln ab. Lager mit Mehrpunkt-Geometrie sollen eine weitgehend drehzahlunabhängige Steifigkeit besitzen und erste Zerspanversuche zeigen, dass sich der Drehzahl-Schnitttiefen-Bereich, in dem stabil bearbeitet werden kann, damit vergrößern lässt.

Für Spindeln, die bei mittleren Drehzahlen und hohen Lasten betrieben werden, werden Lagerungen mit großer Steifigkeit und Tragfähigkeit benötigt. Kegelrollenlager können hier und bei beengten Platzverhältnissen eine Alternative zu Spindellagern sein. Die Erprobung eines ersten Prototypen zeigt, dass es möglich ist, Kegelrollenlager für deutlich höhere Drehzahlen als heute üblich zu entwickeln und so für den Spindeleinsatz zu qualifizieren.

Literatur

[1] Brecher, C., Fey, M., Bartelt, A., Hassis, A. (2016): Design and Test Rig Experiments of a High Speed Tapered Roller Bearing for Main Spindle Applications. In: Procedia CIRP. Vol. 46. 7th CIRP Conference on High Performance Cutting. 2016, S. 533-536.

[2] Spachtholz, G. (2008): Erweiterung des Leistungsbereichs von Spindellagern. Diss. RWTH Aachen, 2008.

[3] Rossaint, J. (2014): Steigerung der Leistungsfähigkeit von Spindellagern durch optimierte Lagergeometrien. Diss. RWTH Aachen, 2014.

[4] Brecher, C., Fey, M., Falker, J., Möller, B. (2015): Externe Dämpfung bei Hochgeschwindigkeitsspindeln. In: wt Werkstattstechnik online. 105. Jg., 2015, Nr. 5, S. 257-262.

[5] Brecher, C., Mayer, J., Fey, M., Hassis, A. (2015): Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Schmierfette auf das tribologische Verhalten von Hybridlagern. Hamburg: DGMK, 2015.

[6] Brecher. C., Fey, M., Daniels, M. (2016): Substructure coupling approach to parameterization of passive dynamic auxiliary systems. In: Production Engineering. 10. Jg., 2016, Nr. 3, S. 351-360.

* M. Sc. Alexander Hassis, und Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Jens Falker sind Mitarbeiter, Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher ist Direktor des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen in 52074 Aachen

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