Step-Tec Thermostabile Spindel sorgt für höchste Präzision

Autor / Redakteur: Al Breitenberger / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Mit der Entwicklung einer thermostabilen Spindel ist es einem Schweizer Unternehmen gelungen, die Präzision und die Repetitionsgenauigkeit weiter an die Grenze des physikalisch Machbaren zu bringen.

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Auf der Basis des Opti-Cool-Prinzips (OCS) ist es bei dieser Spindel gelungen, die polare Temperaturverteilung im Flansch-/Mantelbereich auf 1K zu bringen.
Auf der Basis des Opti-Cool-Prinzips (OCS) ist es bei dieser Spindel gelungen, die polare Temperaturverteilung im Flansch-/Mantelbereich auf 1K zu bringen.
(Bild: Step-Tec)

Step-Tec ist es mit der neusten Generation der Spindel HVC140 (mit 42.000 min-1) auf der Basis des Opti-Cool-Prinzips (OCS) gelungen, den bereits ausgeglichenen optimierten Temperaturhaushalt mit einer Präzision und Steifigkeit zu vereinen, die den anspruchsvollsten Anforderungen im hochgenauen Formenbau gerecht wird. Das OCS-Prinzip sorgt mit einer tieferliegenden, umlaufenden Kühlbarriere dafür, dass die Motorwärme von der Spindelnase ferngehalten wird. Diese wird mit zwei Kühlwendeln im Bereich des vorderen Lagersystems gekühlt, was das Längenwachstum aufgrund der Wärmeausdehnung auf ein Minimum beschränkt. Motorspindeln sind selbst Wärmequellen und haben damit unvermeidlich einen Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit der gesamten Werkzeugmaschine.

Polare Temperaturverteilung unter 1 K

Ziel der Entwicklung war, die polare Temperaturverteilung im Bereich des Spindelflansches und des vorderen Mantels auf maximal 1 K zu bringen, um den thermischen Einfluss auf die Maschinenachse auf ein Minimum zu reduzieren, um dessen Geometrie nicht zu beeinflussen. Dazu wurde die Strömung des OCS-Kühlkreislaufs mittels entsprechender Berechnung und Simulation weiter optimiert. Dies führte zu einem noch ausgeglicheneren Wärmehaushalt. Die Wiederholgenauigkeit, zum Beispiel nach Werkzeugwechsel, ist somit nachhaltig optimiert.

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Zusätzlich werden die im hinteren Teil der Spindel befindlichen Wärmequellen durch Verwendung einer Karbonhülse mit geringstem Wärmeübergang von der Maschinenachse ferngehalten. Mit einem optimierten Luftmanagement in der Spindel und einem neu ausgelegten Labyrinth mit integriertem Längenmesssystem konnte eine absolute Dichtheit erzielt werden. Eine Verschmutzung des Werkstücks durch Ölaustritt an der Spindelnase wird somit verhindert!

Höchste dynamische Steifigkeit

Besondere Relevanz in Bezug auf dynamische Steifigkeit, Standzeit der Werkzeuge sowie erzielbare Präzision am Werkstück sind dabei die Wechselgenauigkeit sowie der Rund- und Planlauf der Schnittstelle.

Die Auslegung des Lagersystems bestimmt maßgeblich die Leistungsfähigkeit einer Spindel auf einer Fräsmaschine und damit die Genauigkeit und Oberflächengüte am Werkstück.

Ferner hat die Spindel als Schnittstelle zum Werkzeug die gesamten Bearbeitungskräfte aufzunehmen und dies über Jahre mit gleichbleibender Qualität.

Das Beschreiten neuer Wege in der Lagerwahl von Ultrahochpräzisions-Hybridlager und der Lagerauslegung des gesamtem rotierenden Systems führte letztlich zu einer bis dahin nie erreichten Steifigkeit.

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