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Motorspindel

Vortritt für die direkt angetriebe Spindel in Werkzeugmaschinen

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Der spielfreie Direktantrieb hat daher prinzipbedingt eine ganze Reihe von Vorteilen: kürzere Bearbeitungszeiten, hochwertigere Werkstückoberflächen und geringeren Wartungsbedarf. Außerdem hat der Motor von direktgetriebenen Spindeln eine deutlich geringere Massenträgheit. Daraus resultieren eine höhere Regeldynamik, schnellere Positionierungs-, Beschleunigungs- sowie Bremsvorgänge und die Möglichkeit, mit höheren Drehzahlen zu arbeiten. Dank dieser Vorzüge lässt sich unmittelbar die Produktivität steigern.

Motorspindeln steigern Werkstückgenauigkeit von Drehmaschinen

Hinsichtlich der Werkstückgenauigkeit kann auch der Drehmaschinen-Anwender vom Direktantrieb profitieren. Eine Spindel mit integriertem Motor ist deutlich torsionssteifer als ein mehrstufiger Antriebsstrang, bei dem sich die Elastizität aller Komponenten addiert.

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Bei Drehmaschinen wird zudem oft gewünscht, die Spindel auch für Bearbeitungen in der C-Achse nutzen zu können. Hierbei lässt sich die Spindel genauer positionieren, da der Rotor des Motors und der Lagegeber auf derselben Welle sitzen.

Auf den ersten Blick mag der Anschaffungspreis von Motorspindeln höher erscheinen als die fremdgetriebene Gesamtlösung. Dennoch müssen Motorspindeln den wirtschaftlichen Vergleich nicht scheuen: Da die Motor-/Spindeleinheit aus weniger Komponenten besteht, gestalten sich Montage, Justage, Wartung und Reparaturen weniger zeitaufwändig und damit kostengünstiger.

Motorspindel mit Planetengetriebe zerspant hochfeste Werkstoffe

Für die Zerspanung hochfester Werkstoffe mit geringen Drehzahlen, aber hohen Drehmomenten waren Motorspindeln bis vor kurzem noch nicht geeignet. Obwohl inzwischen weitgehend Synchronmotoren eingesetzt werden, die bei gleichem Bauvolumen rund 30% mehr Drehmoment aufbringen als Asynchronmotoren, reicht dies für schwere Zerspanung nicht aus. Zwar gibt es Motoren, die die geforderten Drehmomente jenseits der 2000 Nm leisten. Diese sind aber zu groß, um sie in Spindeln einzubauen.

Abhilfe schafft die jüngste Entwicklung: eine Motorspindel mit integriertem Planetengetriebe, das sich optional schalten lässt. Diese Spindel wird von einem leistungsstarken Siemens-Drehstromsynchronmotor angetrieben.

Zwischen Motor und Spindel arbeitet ein Planetengetriebe mit den Übersetzungsstufen 1:1 und 1:3. In dieser Ausführung erreicht die Spindel bei der neutralen Getriebestellung 1:1 eine Nennleistung von 81,6 kW und 1100 Nm Nenndrehmoment bei der Nenndrehzahl 950 min-1. Die höchste Werkstück- bzw. Bearbeitungsdrehzahl beträgt in diesem Modus 2500 min-1.

Titanbearbeitung auf Drehmaschinen mit neuer Motorspindel möglich

Wird ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl benötigt, schaltet der Bediener das Getriebe auf die Untersetzungsstufe 1:3. Dann erreicht die Spindel ein Nennmoment von 3330 Nm bei einer Motordrehzahl von 316 min-1 und maximaler Werkstückdrehzahl von 1400 min-1. Mit diesem Leistungsprofil kann eine Drehmaschine selbst anspruchsvolle Aufgaben erledigen, wie etwa die Titanbearbeitung.

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