Drehdurchführungen Miniaturisierung fordert flexible Kühlmittelschnittstellen

Autor / Redakteur: Helmut Jehring / Peter Königsreuther

Werkzeuge mit Innenkühlung gibt es heute in winzigen Durchmessern. Aber um einen Bohrer von 0,5 mm zu stabilisieren, muss das Kühlschmiermittel (KSS) unter hohem Druck strömen. Dabei kommt es auf die sichere Funktion der Verbindung zwischen rotierender Spindel und KSS-Versorgung an: der Drehdurchführung.

Firmen zum Thema

Drehdurchführungen in Closed-Seal-Ausführung funktionieren beim Arbeiten mit KSS auch bei Verunreinigungen im verwendeten Medium problemlos.
Drehdurchführungen in Closed-Seal-Ausführung funktionieren beim Arbeiten mit KSS auch bei Verunreinigungen im verwendeten Medium problemlos.
(Bild: Deublin)

Schneller, feiner, tiefer heißt das treibende Motto in vielen Branchen. Schneller meint die stetig steigenden Umdrehungszahlen, feiner den Bezug auf die eingesetzten Werkzeugdurchmesser, die der Bauteilminiaturisierung angepasst werden, und tiefer meint vergrößerte Eintauchwege selbst für feinste innengekühlte Bohrer. Das KSS muss dabei mit 140 bar stabilisieren und auch die Späne sicher entfernen, da sonst eine Beschädigung von Werkzeug oder Spindel droht. Speziell an der Schnittstelle von rotierender Spindel und KSS-Zuführleitungen kommt es auf die richtigen Drehdurchführungen an. Ein Know-how-Schwerpunkt des Unternehmens Deublin aus Hofheim.

Gute Drehdurchführungen punkten auch durch innere Werte

Den Markenherstellern von Drehdurchführungen, zu denen auch Deublin gehört, sind durch die kontinuierliche und enge Zusammenarbeit mit den Herstellern von Werkzeugen und Werkzeugmaschinen (WZM) die verschiedenen Anforderungen an die technischen Eigenschaften dieser Maschinenkomponenten bekannt. Sie bieten daher ein Produktportfolio an, das die meisten dieser Forderungen abdecken kann.

Bildergalerie

Ein Werkzeugmaschinen-Hersteller kann sich dabei meistens für ein Komplettmodell, also eine eigenständige Drehdurchführung mit Gehäuse und eigener Lagerung, oder für eine Ausführung ohne eigene Lagerung (salopp als Dichtsatz bezeichnet) entscheiden. Den Experten ist klar, dass, egal welcher Typus zum Einsatz kommt, in der Regel vor allem die inneren Werte der Produkte die gewünschten Ergebnisse liefern.

Die Spezialisten in Sachen Drehdurchführungen zählen folgende Grundeigenschaften eines gelungen Produktes dieser Art auf:

  • Es muss präzise sein, um über eine ausgezeichnete Laufruhe zu verfügen. Ist das nicht der Fall, übertragen sich die von der Drehdurchführung angeregten Vibrationen auf Spindel und Werkzeug und mindern so die Oberflächenqualität des Bauteils.
  • Die Drehdurchführung sollte nicht nur den rein dynamischen Anforderungen entsprechen, sondern auch über Reserven verfügen. Das bedeutet, dass sie eng an die Betriebsparameter der WZM angepasst sein sollte, damit etwa der Wartungstermin mit den geplanten Stillstandszeiten der Maschine übereinstimmt.
  • Die Drehdurchführung soll das KSS sicher nur zum Bestimmungsort führen sowie optional auch andere Medien leiten. Dabei dürfen weder die Lager der Durchführung angegriffen noch die Spindel verschmutzt werden. Beim Führen mehrerer Medien darf keine Vermischung entstehen.

Fünf Typen basieren auf der entlasteten Gleitringdichtung

Deublin liefert insgesamt fünf verschiedene Dichtungsvarianten, um den passenden Typ für jede Werkzeugmaschinenanwendung bereitzustellen. Das Konzept basiert auf dem Prinzip der entlasteten Gleitringdichtung: Vom Grundgedanken her läuft bei diesem Konstruktionsansatz die Dichtungspaarung zwischen Rotor und Stator ausbalanciert aufeinander. Der hohe Mediendruck beeinträchtigt die sichere Funktion dann fast nicht mehr, wie die Praxis zeigt.

Wenn von dem Fall ausgegangen wird, dass KSS gefahren wird, um die Aufgaben Kühlung/Schmierung, Stabilisierung des Werkzeuges und Spanabfuhr zu realisieren, steht die Closed-Seal-Variante im Fokus (Bild 1 – siehe Bildergalerie): Ihre Gleitringe liegen mit oder ohne Kühlmitteldruck geschlossen aneinander. Sämtliche Drehdurchführungen dieses Prinzips arbeiten mit einem dünnen Medienfilm zwischen den Gleitringflächen. Drehdurchführungen mit geschlossenen Gleitringflächen werden generell weniger durch stark verunreinigtes Kühlmittel belastet als andere Baureihen.

Wenn bei der Fertigung außer dem KSS noch eine Trockenbearbeitung durchgeführt wird, dann ist die Pop-off-Variante das Mittel der Wahl (Bild 2), denn die Gleitringe dieser Dichtungen liegen unter Druck geschlossen aneinander.

Drehdurchführungen fast unbegrenzt trockenlauffähig

Wenn das System drucklos ist, lösen sich die Dichtungen wieder und geben einen minimalen Spalt frei. Diese Technik reduziert Reibung und Abnutzung der Dichtung während der Trockenbearbeitung. So sind diese Drehdurchführungen nahezu unbegrenzt trockenlauffähig.

Für den Fall, dass noch andere Medien wie trockene Luft, Minimalmengenschmierung (MMS) mit Ölnebel im Wechsel und automatisiert geführt werden sollen, stehen folgende Optionen bereit:

  • Die kontrollierte Leckage: Hier haben die Dichtungen beständig einen definierten kleinen Spalt zwischen sich, auch wenn Druck wirkt. Das prädestiniert sie ausschließlich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit trockener Luft.
  • Das selbsteinstellende Auto-Sense: Es stellt eine Kombination aus Pop-Off und kontrollierter Leckage dar. Sobald der Kühlmitteldruck wirkt, schließen sich die speziellen Auto-Sense-Dichtungen. Ohne Druck lösen sich sich wieder. Auch hier bildet sich ein kleiner Spalt unter Druckluft. Auto-Sense-Systeme eignen sich daher für wässrige KSS, MMS und Druckluft, weil sie auch die Medienart erfassen und automatisch die passende Dichtungsstellung ausführen.
  • Das System Alle Medien: Diese Variante erlaubt die umfassende Kontrolle über das Öffnen und Schließen der Dichtflächen. Diese Art stellt die flexibelste Möglichkeit dar, weil sie sich an Schneidöl, Ölnebel, Druckluft oder KSS anpasst.

Drehdurchführung mit eigenem Lager mit Standardschnittstellen nutzbar

Drehdurchführungen mit eigener Lagerung bestehen aus einem Element und sind deswegen leicht zu installieren oder auswechselbar. Generell werden zwei verschiedene Anbindungsarten genutzt: Einmal die rotorgetragene Baureihe, bei der mittels Gewinderotor eine Verbindung mit der Spindel erfolgt. Oder die sogenannte gehäusegetragene Variante, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie präzise in ihre vorgesehene Aufnahme am Ende der Spindel oder Löseeinheit passt.

Der Vorteil ist, dass dem Anwender die Standardschnittstellen zur Verfügung stehen. Drehdurchführungen dieser Arten benötigen aber immer einen größeren Bauraum, besonders in axialer Richtung. KSS-Überschuss wird über das eigene Gehäuse in den Leckageanschluss abgeführt.

Lagerlose Drehdurchführungen ermöglichen höhere Drehzahl

Lagerlose Drehdurchführungen bieten andere Vorteile: Ein Verzicht auf ein Lager senkt zum einen die Kosten und erhöht die zulässige Drehzahl, die sonst vom dynamischen Verhalten des Lagers begrenzt wird: Ohne Lager entstehen etwa keine Vibrationen, weil der kleine Rotor direkt mit der Spindel verbunden ist. Lagerlose Arten (Bild 3 und 4) sind wesentlich kompakter ausführbar, was sich bei der Mehrachsbearbeitung mit kleinen Spindeln und eng stehenden Mehrfachbohrköpfen bezahlt macht.

Grundlegend ist, ob eine Werkzeugmaschine oder ein Bearbeitungszentrum die zugedachten Aufgaben ausführen kann. Sekundär kommt wie bei allen Anlagen die Frage hinzu, welche Kosten mit der Produktion verbunden sind. Bei Betrachtung der Total Cost of Ownership (TCO) der Maschine machen die Investitionskosten für die höchste Qualität dieser Anlage nämlich nur einen Teil aus.

Hochwertige Komponenten machen sich im Lebenszyklus bezahlt

Ganz wesentlich sind auch die laufenden Kosten und der Aufwand für Wartung und Instandhaltung über die Betriebszeit. Es zeigt sich meist, dass ein Gesamtsystem aus hochwertigen Komponenten, obwohl es in der Anschaffung teurer sein mag, sich effektiv rechnet und in der TCO besser abschneidet als ein gleich scheinendes System, das auf billigere Komponenten setzt. Wobei bezweifelt werden darf, dass billigere Drehdurchführungen überhaupt feinste Bohrer mit KSS-Innenkühlung unterstützen.

Ähnliches gilt für die Verfügbarkeit von Ersatzteilen, denn die Maschinen stehen international im Einsatz, sodass selbst am weltweiten Maßstab gemessen eine zügige Versorgung mit Teilen gewährleistet sein muss. Insofern benötigt ein Maschinenhersteller, um seinen Kunden Investitionssicherheit zu bieten, genauso zukunftssichere Zulieferer. Ein Punkt, der bei Deublin mit Werken in Deutschland, den USA, Italien und China sowie einem weltweiten Netz an Niederlassungen und Vertriebspartnern gegeben ist.

* Helmut Jehring ist technischer Verkäufer bei der Deublin GmbH in 65719 Hofheim-Wallau

(ID:33713260)