Motorspindelschutz

Schlagfertige Motorspindel meistert Crash

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Neue Lösung mit gefügtem Doppelflanschsystem

Einen neuen Lösungsansatz für den mechanischen Maschinenschutz bei Überlast am Werkzeug verfolgt das Motorspindel-Schutzsystem von Jakob Antriebstechnik. Das innovative Schutzsystem umfasst ein gefügtes Doppelflanschsystem. Der Kraftschluss und die hohe Steifigkeit des Flanschsystems werden durch ein Permanentmagnetsystem mit hohen Haftkräften erreicht. Der Einbau erfolgt an der Trennstelle von Motorspindel und Spindelkasten.

Die Funktionsweise des Schutzsystems basiert auf einem abrupten Steifigkeitsabfall und unmittelbarer Trennung der Flansche beim Erreichen einer Lastgrenze unterhalb der ertragbaren maximalen Komponentenbelastung (i. A. der Tragfähigkeit der Spindellager). Das Auskoppeln der Spindel aus dem Kraftfluss der Maschine erfolgt in Abhängigkeit der Überlastsituation am Werkzeug durch axialen Aushub oder radiales Ausschwenken der Spindel. Mit dem Ablösen des motorspindelseitigen Flansches und zunehmendem Luftspalt nimmt die Haftkraft der Magnete rapide ab. Nach der Trennung übernehmen die Feder-Dämpferelemente die Abstützung und Führung, die Motorspindel kann dadurch um einen einstellbaren Federweg auslenken.

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Der Pufferweg entspricht im Idealfall dem Reaktions- und Bremsweg der Maschinenachsen. Stossdämpfer absorbieren die kinetische Energie des Stoßes, wodurch Kraftspitzen gedämpft werden. Im Spindelflansch integrierte Sensoren erfassen den Fügezustand der Trennstelle. Durch einen in der Steuerung implementierten Automatismus reversieren die Vorschubantriebe unmittelbar und die Motorspindel wird frei gefahren. Anschließend fügen sich die Hälften des Schutzsystems durch die Rückstellkräfte von Federn und Magneten wieder selbsttätig in die Ausgangsposition zusammen. Die Motorspindel wird dadurch im Überlastfall effektiv geschützt. Messungen zeigen, dass hohe radiale Wiederholgenauigkeiten (< 5 µm) durch den Einsatz einer Kegel-Plananlage in der Trennstelle erreicht werden.

Prozessstabilität auch bei anspruchsvoller Zerspanung

Im Betriebszustand gewährleistet die Sicherheitslösung hohe Prozessstabilität auch bei anspruchsvollen Zerspanvorgängen. Untersuchungen des PTW der TU Darmstadt zeigen, dass bei Bearbeitung eines höherfesten Formenbaustahls (42CrMo4V) mit einem zweischneidigen Hartmetall-Schaftfräser eine minimale Grenzspanungstiefe ap,grenz von 6,5 mm mühelos erreicht werden kann. Ein unkontrolliertes Ausrücken der Spindel im Bereich der stabilen Zerspanung tritt nicht auf. Die hohe Steifigkeit wird durch die magnetbasierte Kraftschlussverbindung der Trennstelle mit auslegbaren Haftkräften von 10 bis 30 kN – je nach Motorspindelgröße – erzielt.

Das Schutzsystem überdauert auch mehrere Kollisionen im Lebenszyklus der Maschine zerstörungsfrei. Unabhängig von der Zahl der Achsen in der Werkzeugmaschine ist im Gegensatz zur Sicherheitskupplung nur ein Schutzsystem pro Motorspindel erforderlich. Bereits nach einer einmaligen schadenfrei überstandenen durchschnittlichen Kollisionssituation hat sich der Einbau des Motorspindelschutzsystems mehr als amortisiert.

* Dr. Arno Wörn, Jakob Antriebstechnik in 63839 Kleinwallstadt

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