Revolverschnittstelle Neue Revolverschnittstelle auf dem Weg zur Norm

Ein Konsortium aus Forschung und Industrie entwickelt eine neue einheitliche Revolverschnittstelle für Drehmaschinen. Ein Zwischenbericht auf dem Weg zur Normung von Werkzeug-, Revolveraufnahme und einheitlicher Kupplung.

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Werkzeugmaschinenlabor WZL RWTH Aachen

Mit dem Ziel eine einheitliche Werkzeugschnittstelle für Revolverdrehmaschinen zu normen, die den Anforderungen moderner Zerspanungsprozesse gerecht wird und zu einer Reduzierung der heutigen Schnittstellenvielfalt beiträgt, begannen die Partner mimatic, Ott-Jakob Spanntechnik, Sauter und das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University im Jahr 2012 mit der Entwicklung des pti. Die Arbeiten am pti werden heute mit einem vergrößerten Konsortium fortgesetzt.

Die Werkzeugschnittstelle liegt bei der Zerspanung stets direkt im Kraftfluss und sollte sowohl eine hohe Steifigkeit aufweisen, als auch einen schnellen Werkzeugwechsel ermöglichen, um die Nebenzeiten gering zu halten. Als etablierte genormte Schnittstelle kann der VDI-Zylinderschaft die Anforderungen moderner Maschinen oft nicht mehr in jedem Bereich erfüllen. Außer dem HSK-T und dem PSC sind kaum genormte Alternativen am Markt. Insbesondere stetig steigende Bearbeitungskräfte in der Zerspanung und der steigende Anteil von Fräsoperationen auf modernen Dreh-Fräs-Bearbeitungszentren motivierten die Entwicklung einer neuen Schnittstelle.

Die steigenden Bearbeitungskräfte resultieren aus stetig steigenden Antriebsleistungen, sowie anspruchsvolleren Werk- und Schneidstoffen. Dies führt zu steigenden Belastungen der Werkzeugschnittstelle, welche diese beschädigen können oder ihren Einsatz aufgrund geringer Steifigkeiten und hoher Genauigkeitsanforderungen ausschließen.

Kupplung und Antriebswelle im Werkzeug sind unzureichend vereinheitlicht

Der kontinuierlich steigende Anteil von Fräsoperationen auf modernen Dreh-Fräs-Bearbeitungszentren hat zu einer Leistungssteigerung der Antriebe für angetriebene Werkzeuge (AGW) geführt, welche diese in größere Zerspanleistungen umsetzen können. Um die Leistung vom Motor zum Werkzeug zu übertragen, sind eine Kupplung und eine Antriebswelle im Werkzeug notwendig. Diese können allerdings bauraumbedingt beim VDI-Zylinderschaft nicht ausreichend dimensioniert werden und sind bei den BMT-Systemen mangels Normung nicht ausreichend vereinheitlicht. Die mechanische Schnittstelle wurde im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts Revosit bis zum funktionsfähigen Prototypen entwickelt und getestet [1]. Eine einheitliche Revolverkupplung und vereinheitlichte Schnittstellen für Kühlschmierstoff, Öl-Luft-Lagerschmierung, Sperrluft und Minimalmengenschmierung sind erst im Laufe des Projekts als zwingend notwendige Elemente der neuen Schnittstelle in den Fokus der Projektpartner gerückt.

Drehmaschinen

Optimierte Revolverschnittstelle bietet höhere Steifigkeit

Wie auch zu Beginn des Projekts Revosit, ist es erklärtes Ziel den pti in einer Normenreihe, bestehend aus je einem Normenteil für die werkzeug- und revolverseitige Aufnahmegeometrie sowie einem Normenteil für eine einheitliche Kupplung für angetriebene Werkzeuge, der Allgemeinheit zugänglich und zukunftsfähig zu machen. Die weiteren zur Normung notwendigen Arbeiten lassen sich in die Themenbereiche mechanische Schnittstelle und Antriebskupplung aufteilen. Die mechanische Schnittstelle des pti wurde im Projekt Revosit entwickelt und ausführlich auf Prüfständen und im Maschinenversuch getestet [2, 3]. Entstanden ist eine Werkzeugschnittstelle mit Plananlage und einem achteckigen kegeligen Polygonschaft, die in Kombination mit einem manuellen Spannsystem deutlich höhere Biege- und Torsionssteifigkeiten aufweist, als etablierte Werkzeugschnittstellen, die auf Revolvern gleicher Baugröße eingesetzt werden können [2].

Im Anschluss an das Forschungsprojekt haben die beteiligten Firmen mimatic, Sauter und Ott-Jakob das Thema auf eigene Initiative weiter vorangetrieben. Das Interesse aus der Industrie war zeitweilig so groß, dass sich die Firmen Benzinger und Weisser als Maschinenhersteller und die Firma WTO als Spezialist für Werkzeugsysteme an den folgenden Arbeiten beteiligen. Das so entstandene Konsortium hat den pti in der Baugröße 65 weiterentwickelt und kann nun auf der EMO Hannover 2017 den ersten industriell einsetzbaren Prototypen vorstellen.

Auf dem Weg zur Norm sind allerdings noch weitere Arbeiten geplant. So soll der pti mit einer vollständigen Baugrößenreihe genormt werden, die das gesamte Leistungsspektrum von VDI-Zylinderschaft und BMT abbilden kann. Bei der Skalierung des pti sind umfangreiche Fragestellungen zur Fertigbarkeit des Polygons, dessen Einbringung in den Revolver und nach einem funktionalen Spannsystem durch die Firmen gemeinsam zu lösen. In diesem Zusammenhang wird die Polygonverbindung normgerecht überarbeitet, um langlebige und kosteneffizient fertigbare Komponenten zu erhalten, die die Funktion des pti im Fertigungseinsatz dauerhaft sicherstellen. Um Erfahrungen mit ebendiesem anspruchsvollen Einsatz sammeln zu können, erwarten die beteiligten Unternehmen erste Piloteinsätze des Systems in der industriellen Anwendung.

Einheitliche Antriebskupplung für angetriebene Werkzeuge

Den Gedanken einer einheitlichen Werkzeugschnittstelle konsequent weiter verfolgend, haben die Firmen Sauter, Ott-Jakob, Weisser und WTO gemeinsam mit dem WZL ein weiteres Forschungsvorhaben begonnen. Im Projekt Rekunorm, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird, werden die Firmen eine einheitliche Antriebskupplung für angetriebene Werkzeuge entwickeln und der Normung zuführen. Im diesem Projekt werden Lösungen für die Übertragung von Medien wie Kühlschmierstoff, Minimalmengenschmierung, Sperrluft und Öl-Luft-Lagerschmierung entwickelt. Somit soll gewährleistet werden, dass ein Werkzeug, das mit der pti Schnittstelle ausgestattet ist, auf jeder Maschine mit einem pti Revolver einsetzbar ist und dies nicht an unterschiedlichen Kupplungen oder Medienzuführungen scheitert, wie dies bisher häufig der Fall ist. Um den zukünftigen Anforderungen an AGW gerecht zu werden, werden Lösungen zur Übertragung von Energie und Datensignalen für interne Sensorik entwickelt. Eine große Herausforderung ist die Entwicklung einer Kupplung, die gleichzeitig radial und axial kuppelbar ist.

Derzeitig werden viele verschiedene Kupplungen eingesetzt, die mit unterschiedlichen Kupplungsverfahren eine Verbindung des Antriebsstrangs realisieren. Die angestrebte einheitliche Lösung soll eine hohe übertragbare Leistung garantieren und sich durch hohe Torsionssteifigkeit, gutes dynamisches Übertragungsverhalten sowie leichte Kuppelbarkeit vom Stand der Technik abheben. Die Vereinheitlichung der Kupplung ist für die Integration der pti-Schnittstelle in weitere Revolverbauformen neben dem Radial-Scheibenrevolver notwendig, welche ebenfalls in diesem Projekt untersucht wird.

Um, wie schon bei der Werkzeugschnittstelle, die Leistungsfähigkeit des gesamten pti-Systems mit angetriebenen Werkzeugen bei extremen Bedingungen zu testen, ist ein Prüfstand für angetriebene Werkzeuge geplant, mit dem messtechnische Untersuchungen im Prüffeld und in einer Werkzeugmaschine möglich sein werden. Zum Abschluss des Projekts wird der pti in seiner vollen Funktionalität in einer Weisser Drehmaschine, mit einem Sauter Revolver, Ott-Jakob Spannsätzen und Werkzeugen von WTO am WZL intensiv untersucht.

Literatur

[1] Brecher, C.; Bergs, C.; Wagner, P. et al.: Abschlussbericht zum Projekt Einheitliche Revolverschnittstelle für Drehmaschinen (Revosit). WZL der RWTH Aachen, Aachen 2016.

[2] Brecher, C.; Wagner, P.; Müller, F.: Optimierte Revolverschnittstelle bietet höhere Steifigkeit. MM Maschinenmarkt 36 (2014), S. 67–70. Internetadresse: http://www.maschinenmarkt.vogel.de/optimierte-revolverschnittstelle-bietet-hoehere-steifigkeit-a-456864/.

[3] Brecher, C.; Fey, M.; Wagner, P. et al.: Werkzeugschnittstelle für Drehmaschinen. Hohe Steifigkeit unter Biege- und Torsionsbelastung: Prototyp bewährt sich in Funktionstests. VDI-Z (2015), S2, S. 52–55. Internetadresse: http://www.ingenieur.de/VDI-Z/Heftarchiv/2015/Ausgabe-S1/Maschinenelemente/Werkzeugschnittstelle-fuer-Drehmaschinen.

* Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher ist Inhaber des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University, Dr.-Ing. Marcel Fey ist Oberingenieur am WZL und Christian Bergs, M.Sc. RWTH ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am WZL in 52074 Aachen. Weitere Informationen: Tel.: (02 41) 8 02 62 93, C.Bergs@wzl.rwth-aachen.de

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