Motorspindel Präzision und Wiederholgenauigkeit gesteigert

Autor / Redakteur: Al Breitenberger / Stefanie Michel

Für die Bearbeitung benötigen Werkzeugmaschinen immer leistungsfähigere Spindeln. Die Überarbeitung einer Spindelreihe – beispielsweise eine verbesserte Temperaturstabilität, eine Gewichtsreduzierung und ein neuer Antrieb – sorgt für eine Leistungssteigerung bei höchster Präzision.

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Für Anwendungen im Formenbau steht eine überarbeitete Spindelbaureihe zur Verfügung, die hohe Leistung und Präzision vereint.
Für Anwendungen im Formenbau steht eine überarbeitete Spindelbaureihe zur Verfügung, die hohe Leistung und Präzision vereint.
(Bild: Step-Tec)
  • Auf Basis der Technik einer Formenbauspindel wurde eine leistungsfähigere Spindelbaureihe überarbeitet, um auch dort eine höhere Präzision, Wiederholgenauigkeit und Thermostabilität zu erzielen.
  • Die Optimierung sorgte für eine höhere thermische Stabilität, ein geringeres Spindelgewicht, ein günstigeres Masse-Leistungs- Verhältnis und absolute Dichtheit des Schmiersystems.
  • Optional ist ein Längenmesssystem erhältlich. Aufgrund des neuen Einbauverfahrens ist es mit diesem Sensor möglich, noch präzisere Signalwerte zu generieren.

Step-Tec hat die bewährte 150-mm-Spindelreihe einer umfassenden Überarbeitung unterzogen. Pate dazu stand die Spindeltechnologie der jüngsten Generation HVC 140. Es ist gelungen, dieser Formenbauspindel mit 36.000 min-1 im höheren Leistungssegment die erwartete Präzision, Wiederholgenauigkeit und Thermostabilität zu verleihen.

Auch der neuen HVC-150-Generation wurden die Vorzüge des Opticool-Prinzips (OCS), also der Strömungsoptimierung mithilfe von Fluid Dynamics (CFD), verpasst. Die Kühlung der sehr nahe an der Werkzeugschnittstelle liegenden vorderen Lagerpaare ist durch eine separate Kühlwendel sichergestellt, einmal mehr getrennt von der Statorwärmequelle durch die OCS-eigene integrierte Kühlbarriere.

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Diese Optimierung führte zu minimalen polaren Temperaturdifferenzen von deutlich unter 1 K im Bereich des vorderen Spindelmantels. Der thermische Einfluss auf die Spindelaufnahme ist somit auf ein Minimum reduziert und die Maschinen-Spindelachsgeometrie bleibt frei von Verzug.

Weniger Gewicht erhöht die Dynamik

Step-Tec setzt sich stets zum Ziel, nicht nur das technisch Machbare auszureizen, sondern auch bei der Entwicklung seiner Spindeln die neuesten Markttrends zu verfolgen, um sie in allen möglichen Bereichen zu verbessern. So war es möglich, das Spindelgewicht um 3 kg zu reduzieren, weil die Ingenieure Carbon-Abdeckhülsen eingesetzt und die Baulänge um 60 mm reduziert haben. Damit können kompakte, hochdynamische Schwenkköpfe gebaut werden, was der Dynamik zugutekommt und damit die Produktivität im Simultanachsfräsen erhöht.

Das günstige Masse-Leistungs-Verhältnis dieser Kompaktspindel wurde durch den Einsatz eines Synchronantriebs erreicht, dessen Dynamik gegenüber der des Vorgängers um das Doppelte gesteigert werden konnte. Die Motorleistung steht im oberen Drehzahlbereich konstant zur Verfügung. Für Produktionsanwendungen ist ein Synchronantrieb ein klarer Vorteil in Sachen Produktivität.

Das bewährte Lagersystem der 140er-Baureihe mit vorne und hinten je zwei Ultra-Hochpräzisions-Hybridlagern sorgt auch bei größeren Lagern in der HVC 150 für geringe Wellenverlagerung bei Krafteinleitung durch den Fräsprozess. Das ist auch in den Rundlaufwerten an der Werkzeugschnittstelle von nur 1 bis 2 µm ersichtlich, was ideale Bedingungen für das Fräsen von Formen aus Stahl sowie Aluminium bietet.

Neue Dreheinführung mit längerer Lebensdauer

Mit dem neu ausgelegten Labyrinth, Twin Air Sealing System (TAS) genannt, konnte eine absolute Dichtheit erzielt werden. Eine Verschmutzung des Werkstücks und des Bearbeitungsraumes durch Ölaustritt an der Spindelnase ist somit kein Thema mehr.

Die neu eingesetzte Dreheinführung zur Übergabe des Kühlmediums in das Werkzeug und somit auf das Werkstück hat eine längere Lebensdauer und ist im Bedarfsfall vor Ort in kürzester Zeit austauschbar. Alle heute gängigen Kühlmedien können über diese Dreheinführung durch die Spindel zum Werkzeug gefördert werden. Step-Tec bietet für diese Spindel, im Speziellen auch in der HPC-Ausführung, eine Drehdurchführung für kryogene Kühlung an.

Die neue HVC-150-Generation kann mit dem Längenmesssystem AMS geordert werden, mit dessen Signal die dynamische und thermische Verlagerung der Werkzeugaufnahme kompensiert werden kann. Neuartig bei dieser Spindel ist das Einbauverfahren dieses Hochpräzisionssensors, mit dem es möglich ist, noch präzisere Signalwerte (Auflösung < 1 µm) zu generieren. Das führt im Kompensationsverfahren in der Steuerung zu höchster Bearbeitungs- und Wiederholgenauigkeit für Formenbauanwendungen.

Basismodell der Plattformspindel ist verfügbar

Das Basismodell dieser Plattformspindel steht auf dem Stand von GF Machining Solutions auf der EMO Hannover 2019 in der Ausführung 36.000 min-1 mit 33 kW und der Schnittstelle HSK-E50 zur Ansicht. Eine weitere Version in HPC-Ausführung wurde ebenfalls bereits entwickelt. Diese auf Präzisionsproduktion ausgerichtete Spindel mit 24.000 min-1 liefert mehr Drehmoment – von 40 bis 60 Nm je nach Kundenspezifikation – an der HSK-A63-Schnittstelle.

Neue Spindelplattformen werden von Step-Tec gleich so entwickelt, dass sich eine Coolcore-Version anbieten lässt. Das ist auch bei der 150er-Baureihe geschehen und rundet die HVC 150 in der 36.000 min-1-Ausführung mit HSK-E50 ab.

Mehr zu Step-Tec Step-Tec gehört als Hersteller von Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeits-Motorspindeln seit langem zum Unternehmen GF Machining Solutions. Nun ist man vom Kanton Solothurn in das neue Gebäude von GF Machining Solutions in Biel/Bienne (Kanton Bern) umgezogen. Damit ist Step-Tec inmitten modernster Schlüsseltechnologien – vom Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsfräsen mit den dazugehörigen Automationslösungen bis hin zu Elektroerosionstechnologien (EDM), additiven Fertigungslösungen, der Lasertexturierung und der Lasermikrobearbeitung – positioniert.
Alle Schlüsseltechnologien sind nun vereint unter einem Dach, was nicht nur die Innovationskraft Step-Tecs stärken, sondern bisherige und vor allem neue Kunden von Step-Tec-Spindeln davon profitieren lassen soll.

Step-Tec bei GF Machining Solutions auf der EMO Hannover 2019: Halle 27, Stand B26

* El.-Ing. (HTL) Al Breitenberger ist Mitarbeiter der Entwicklungsabteilung der Step-Tec AG in 2504 Biel/Bienne (Schweiz), alois.breitenberger@georgfischer.com

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