Antriebstechnik Ruhe bewahren

Hydrostatische Führungen haben im Vergleich zu konventionellen Linearführungen eine höhere Dämpfung bei gleichem Bauraum und vergleichbarem Lastbereich.

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Auf Grund der vielfältigen Anwendungsgebiete von Linearführungen ergeben sich viele unterschiedliche, zum Teil auch gegensätzliche Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit, Dynamik, Bauraum, Umgebungsbedingungen, Verschiebekraft, Laufqualität, Abdichtung, Robustheit oder etwa Schmierung. Für die meisten Anwendungen sind Profilschienenführungen hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Montageaufwand die beste Lösung. Die bewährten Rollenumlaufeinheiten RUE..-E wurden weiterentwickelt und dabei an die aktuellen Kundenanforderungen angepasst. Die nunmehr fünfte Generation zeichnet sich durch hohe Funktionssicherheit, lange Gebrauchsdauer und Betriebssicherheit aus. Die Steifigkeit wurde um 10% erhöht, die Komponenten sind noch robuster, die Verschiebekraftpulsation wurde weiter reduziert. Das sorgt für einen sehr ruhigen Lauf. Anzahl der Einzelteile wurde reduziertZudem wurde die Anzahl der Einzelteile reduziert. Das hat weniger Fügestellen und hohen Schutz gegen das Eindringen von Schmutz zur Folge. Die Vielzahl an Varianten, Baugrößen und anwendungsspezifischem Zubehör bietet dem Konstrukteur die Möglichkeit, die optimalen Führungen auszuwählen.Profilschienenführungen als präzise, spielfrei vorgespannte und standardisierte Maschinenelemente mit zahlreichen integrierten Funktionen sorgen für einen einfachen, kostengünstigen Aufbau von Maschinen und Anlagen. Mit diesen Eigenschaften traten sie den Siegeszug über die klassischen Gleitführungen an. Dennoch können sie eine Eigenschaft der Gleitführungen nicht übertreffen: die Schwingungsdämpfung. Die Schaeffler Gruppe Industrie bietet als einziger Hersteller ein Element, das diese Anforderung erfüllt: den Dämpfungsschlitten Ruds. Damit werden Festkörperschwingungen und Plattenschwingungen wirkungsvoll gedämpft. Der Nutzen: wirkungsvolle Dämpfung von Schwingungen, erhöhte Standzeit, Steifigkeit und Crashsicherheit der Anlage.Werkzeugmaschinen zum Beispiel werden durch Messereingriffstöße, verschleißende Werkzeuge, regenerative Effekte und durch Störkräfte von außen zum Schwingen angeregt. Durch die Vielzahl von „Federn“ und „Massen“ ergeben sich viele Eigenfrequenzen mit zum Teil starken Auswirkungen auf die Genauigkeit und Oberflächenqualität der Werkstücke. In diesem Fall sorgt der trennende Schmierfilm von hydrodynamischen und hydrostatischen Führungen für eine Schwingungsdämpfung, den so genannten Squeeze-Film-Effekt. Damit wird das Auftreten von Amplitudenüberhöhungen bei den Eigenfrequenzen der Maschinen gedämpft oder sogar vollständig verhindert. Die Maschine wird dynamisch steifer und arbeitet präziser. Allerdings hatten hydrostatische Linearführungen bis dato konstruktive wie wirtschaftliche Nachteile: Sie benötigten einen größeren Bauraum, verursachten einen höheren Montage- und Justieraufwand und damit höhere Kosten. Der Geschäftsbereich Lineartechnik der Schaeffler Gruppe Industrie entwickelte deshalb einen Baukasten mit neutralem Bauraum, der schnell zu montieren ist und damit Kostenspart.Konzept für hydrostatische LinearführungenDer Geschäftsbereich Lineartechnik der Schaeffler Gruppe Industrie hat gemeinsam mit dem Werkzeugmaschinenlabor der TU Aachen ein Konzept für standardisierte hydrostatische Linearführungen erarbeitet. Dabei ist das Besondere an dem neuen Konzept, dass eine hydrostatische Führung im Norm-Bauraum DIN 645 einer Profilschienenführung gefertigt wurde (Bild 3). Die Prototypen verfügen über eine Tragfähigkeit, die dem Lasteinsatzbereich einer Profilschienenführung gleicher Größe annähernd entspricht. Dabei wurden Taschengeometrie und hydraulische Steuerung so angepasst, dass selbst die statische Steifigkeit einer Profilschienenführung in Druckrichtung erreicht wird.Die Entwicklungsziele sind dabei klar benannt: gleiche geometrische Anschlussmaße, gleiches Lichtraumprofil, ähnlicher Lasteinsatzbereich wie bei den Profilschienenführungen RUE..E gleicher Größe. Zudem soll die neue hydrostatische Kompaktführung als komplett einbaufertige Einheit einschließlich integrierter hydraulischer Steuerung ausgeliefert werden. Der Anwender soll demnach nur noch ein Hydraulikaggregat und Verbindungsleitungen benötigen.Mehr Freiheiten für den KonstrukteurDurch die Einhaltung des Normbauraums und unter Berücksichtigung der gleichen geometrischen Anschlussmaße der Profilschienenführungen bietet dieses Konzept dem Konstrukteur mehr Freiheiten. Zum Beispiel die Freiheit, bei gleichem Maschinenkonzept sowohl wälzgelagerte als auch hydrostatische Führungselemente einzusetzen. Das bedeutet auch: Mit dem gleichen Maschinenkonzept lassen sich unterschiedliche Leistungsklassen von Werkzeugmaschinen realisieren. Ein weiteres Merkmal ist die hervorragende Schwingungsdämpfung der hydrostatischen Führung.Dass solche flexible Führungskonzepte von hohem Nutzen sind, bestätigt auch das Schaeffler-Versuchslabor. An drei baugleichen Linearachsen mit verschiedenen Lagerungen wird bei identischen Voraussetzungen die Schwingungsdämpfung gemessen (Bild 4). Die erste Achse wurde ausgestattet mit einer vollrolligen Rollenumlaufeinheit RUE..-E. Die zweite Achse war mit der gleichen Profilschienenführung RUE..-E, aber mit Dämpfungsschlitten (Ruds) ausgerüstet, die dritte mit der bauraumgleichen hydrostatischen Kompaktführung. Das Messergebnis war deutlich: Die Schwingungsdämpfung bei Achsen zwei und drei war nahezu identisch hoch. Die Profilschienenführung RUE..-E ohne zusätzlichen Dämpfungsschlitten wies dagegen eine sehr geringere Dämpfung auf. Damit ermöglicht die neue hydrostatische Kompaktführung im Normbauraum einer Wälzführung die Verbesserung der Bearbeitungsergebnisse bei der Hochleistungszerspanung. Und das sowohl bezüglich Schnitttiefe, Schnittleistung als auch Oberflächengüte und Genauigkeit. Die Anschlussmaße entsprechen der einer Profilschienenführung. Hydrostatische Führungen für Highend-LösungenEin wichtiges Merkmal der hydrostatischen Kompaktführung ist die vollkommene Rundum-Dichtung mit Ölrückfluss; der Leckagestrom wird über das zweite Kopfstück abgesaugt. Weitere Kenndaten sind die mit einer RUE45-E vergleichbare statische Steifigkeit sowie die theoretischen Kraftwerte für Druckbelastungen von 28 kN, für Zugbelastungen von 22 kN und für Seitenbelastungen von 20 kN. Der Tragkörper hat vier Drucktaschen mit je einer eigenen Steuerung. Die Spalthöhe zwischen Schiene und Tragkörper beträgt wenige Mikrometer. Durch die integrierte hydraulische Steuerung ist das System einbaufertig. Die Nutzervorteile dieses Konzepts liegen auf der Hand: So soll dem Anwender zukünftig eine hydrostatische Kompaktführung als standardisiertes Konstruktionselement für Highend-Lösungen in der Hochleistungszerspanung angeboten werden. Diese vereint im gleichen Lichtraum die positiven Montageeigenschaften der Profilschienenführungen mit den exzellenten Dämpfungseigenschaften der Hydrostatik.Schwingungsdämpfung erfolgt durch ÖlfilmDer Versuch zeigt auch, dass mit dem Dämpfungsschlitten bei lagerichtigem Einsatz Schwingungen der Anschlusskonstruktion wirkungsvoll gedämpft werden können. Somit kann auch nachträglich die dynamische Steifigkeit der Maschinenstruktur optimiert und das Bearbeitungsergebnis verbessert werden. Der Ruds-Dämpfungsschlitten wird dazu je nach Schwingungsform (Biege- oder Festkörperschwingung) auf die Führungsschiene vor, zwischen oder hinter die Rollenumlaufeinheiten gesetzt und mit der Anschlusskonstruktion verschraubt. Die Schwingungsdämpfung erfolgt durch einen Ölfilm zwischen Dämpfungsschlitten (Ruds) und der Führungsschiene. Durch den geringen Spalt, der im Bereich der elastischen Einfederung von Profilschienenführungen liegt, dient der Ruds gleichzeitig auch als Crash-Schutz.