Weniger Luft schleifen

Linearmotoren sorgen beim Pendelschleifen für extrem kurze Umschaltwege. In den vergangenen zwei Jahren hat sich der Linearmotor auf Grund von Weiterentwicklungen einiger Hersteller in Bezug auf die...

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Linearmotoren sorgen beim Pendelschleifen für extrem kurze UmschaltwegeIn den vergangenen zwei Jahren hat sich der Linearmotor auf Grund von Weiterentwicklungen einiger Hersteller in Bezug auf die thermische Konstanz und die nach außen abgegebene Wärme auch für einen Einsatz in Flachschleifmaschinen angeboten. Und so werden heute Synchronmotoren statt Asynchronantrieben verwendet, die etwa 50% mehr Kraft aus gleicher Baugröße erzielen und auch geringere Wärme produzieren.Bisher wurde der Linearmotor in Bearbeitungszentren, in Dreh- und Fräszentren und bei Rundschleifmaschinen beispielsweise für das Bearbeiten von Kurbel- und Nockenwellen mit Erfolg eingesetzt. Seit etwa zwei Jahren setzt der Schleifmaschinenhersteller aba speziell bei Flachschleifmaschinen der aba-Ecoline-Baureihe vermehrt auf Linearantriebe (Bild 1), weil diese Antriebstechnik bei der hochproduktiven Bearbeitung von Schleifteilen viele Vorteile bietet, während die anzuführenden Nachteile nur von geringer Bedeutung sind. Linearantriebe sind in erster Linie immer dort in einer guten Position, wo es um hochdynamische und hochgenaue Bewegungen geht.Der Hauptvorteil des Linearmotors liegt wohl in seinem Geschwindigkeitspotenzial, das erst bei 200 m/min begrenzt ist. Wohl kann man dieses Potenzial aus verschiedenen Gründen noch nicht in den Werkzeugmaschinen ausschöpfen, es scheinen aber in Kürze Verfahrgeschwindigkeiten bis 80 oder gar 100 m/min auch bei Schleifmaschinen erreichbar.Höhere Geschwindigkeit steigert ProduktivitätDie derzeitige maximale Achsgeschwindigkeit einer Serien-Flachschleifmaschine der Baureihe Aba-Ecoline unter Produktionsbedingungen liegt bei 60 m/min. Und bereits das ist schon ein hoher Zuwachs an Produktivität gegenüber den gängigen Achsantrieben wie Kugelgewindetrieb oder hydraulische Pendelachse, die bisher in der Regel nur eine Geschwindigkeit von maximal 40 m/min zulassen. Die Vorteile von Linearmotoren liegen klar auf der Hand. Denn nur Maschinen mit höherer Produktivität sind (gerade in konjunkturschwächeren Zeiten) wettbewerbsfähig.Jedoch sollte jeder Antrieb dort eingesetzt werden, wo er den größten Nutzen für den Anwender bietet: Das heißt, Einsatz der Linearmotoren dort, wo höhere Genauigkeiten und höhere Produktivität gleichermaßen gefordert sind. Dagegen erweist sich ein Einsatz in Maschinen, die nicht mit voller Kapazität genutzt werden, aufgrund der höheren Investitionskosten als nicht wirtschaftlich. Es gilt, das Antriebs- und Maschinenkonzept direkt auf die Anforderungen und Wünsche des Kunden zuzuschneiden.Linearmotor verkürzt BeschleunigungsrampenDas Ergebnis kann sich dann sehen lassen: Eine kundenseitige Steigerung der Produktivität durch Linearmotoren um etwa 20 bis 30%!Zu weiteren Vorzügen der Linearmotoren zählt das hohe Beschleunigungsvermögen. Bei Maschinen mit konventionellen Achsantrieben wurden bisher nur Beschleunigungen von 0,5 bis maximal 1 m/s2 erreicht, was zu langen Brems- und Beschleunigungsrampen führte und damit zu ungewolltem ,,Luftschleifen" neben oder hinter dem Werkstück. Bei Maschinen mit einem Linearmotor in der Pendelachse werden heute Beschleunigungen bis zu 3,5 m/s2 realisiert und damit extrem kurze Umschaltwege beim Pendelschleifen erreicht, was eben zu einer deutlich höheren Produktivität führt.Der Zugewinn an Produktivität ist umso höher, je kürzer die Werkstücke sind, weil hier der Anteil des Luftschleifens überproportional hoch ist. So kann beispielsweise bei einem 2000 mm langen Werkstück mit einer Zeitersparnis von rund 20% gegenüber konventionellen Antrieben ausgegangen werden, wogegen 100 mm lange Werkstücke drei- bis viermal schneller bearbeitet werden können, bei hoher Oberflächenqualität (Bilder 2 und 3). Zwar sind heute auch Kugelgewindetriebe durchaus in der Lage, diese Geschwindigkeiten zu erreichen, aber nicht verschleißfrei und nicht mit der Laufruhe und Präzision wie der Linearmotor.Schnell pendeln bei geringer ZustellungDer Zeitgewinn resultiert in erster Linie aus den Vorteilen beim Bremsen und Beschleunigen. Aber auch beim eigentlichen Schleifvorgang sind Vorteile festzustellen. So stehen bereits Schleifscheiben am Markt zur Verfügung, die ein verbessertes Zeitspanvolumen erreichen können und die damit auch in der Lage sind, die höheren Pendelgeschwindigkeiten in Zerspanungsleistung umzusetzen. So kann man selbst bei einer gängigen Korundschleifscheibe bei hoher Pendelgeschwindigkeit und dann verringerter Zustellung Vorteile erzielen wie:- geringere Temperatur in der Schleifzone,- kleinere Thermospannungen im Schleifzonenbereich sowie- geringere Verformung der Werkstücke, was vor allem bei den heute üblichen Form- und Lagetoleranzen von Vorteil ist.Auch im Vergleich bezüglich der mechanischen Beanspruchung mit konventionellen Antrieben schneidet der Linearmotor hervorragend ab. Er hat, bedingt durch seine berührungslose Kraftübertragung (Umsetzung von elektrischer Energie in Vorschubkräfte), keinerlei mechanischen Verschleiß. Auch nach längeren Betriebszeiten sind keine Verschleißteile wie Antriebsriemen und Lagerungen in den Kugelgewindetrieben oder Dichtungen der Hydraulikzylinder auszuwechseln. Auch eine Schmierung ist nicht erforderlich.Im Regelverhalten beim exakten Positionieren hat der Linearmotor ebenfalls Vorteile wie sehr hohe Regeldynamik, verbunden mit guter Bahngenauigkeit und geringen Schleppfehlern. Die Positionier- und Wiederholgenauigkeit ist erheblich höher als bei Wälzgewindetrieben. So wird beim Betrieb ein hochauflösender absoluter Glasmaßstab verwendet, der durch die nahezu schleppfehlerfreie Regelung zu hochgenauen, schnellen Positionierbewegungen führt.Das ist enorm wichtig für die neben dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang immer erforderlichen Achsbewegungen ohne Bearbeitung, die ja, weil uneffizient, möglichst schnell sein sollen. Hier wird auch die hohe Beschleunigung wieder wichtig. Demgegenüber sind auch sehr langsame, hochpräzise Vorschubbewegungen möglich. Das alles erfordert zwar die Verwendung einer leistungsfähigen Maschinensteuerung, jedoch reichen die heute üblichen Steuerungen, die meistens über eine große Rechnerkapazität verfügen, in der Regel aus. Das alles bedeutet, dass unter Umständen auch der Einsatz eines Linearmotors in einer Vollschnittschleifmaschine gewinnbringend sein kann, auch wenn das sicher nicht zu den Haupteinsatzgebieten des Motors zählt.Ein weiterer Vorteil des Linearmotors ist seine Robustheit. Die verwendeten Motoren haben in der Regel mindestens eine Schutzart IP 65, was bedeutet, dass sie in erster Linie nur gegen Flüssigkeiten von außen zu schützen sind. Das kann konstruktiv und ohne großen Aufwand bewältigt werden, weil der Motor normalerweise im Inneren der Achsen angeordnet ist. Staub und Schmutz aber machen ihm im Gegensatz zu seinen ,,Konkurrenten" nur sehr wenig aus.Den höheren Preis gleichen die Vorteile ausDer Linearmotor hat allerdings auch Nachteile. An erster Stelle ist hier der deutlich höhere Preis zu nennen, der bis zu 10% des Maschinenpreises betragen kann. Dieser Nachteil wird aber durch die vielen Vorteile, die zu einer höheren Produktivität führen, beim zweckgerichteten und spezifischen Einsatz der Linearantriebe mehr als ausgeglichen. Um Fehlinvestitionen durch falsche Entscheidungen zu vermeiden, werden von aba Kundenbedürfnisse produktivitäts- und vor allem preisgerecht schon in der Bedarfs- und Konstruktionsphase spezifisch analysiert und im gemeinsamen Gespräch mit dem Kunden umgesetzt. Als weiterer Nachteil wird immer die entstehende Wärme angeführt, die zu thermischen Veränderungen der Maschine führt.Das jedoch ist bei den heute zur Verfügung stehenden Linearmotoren nur noch sehr bedingt richtig. Es stehen Thermokapselungen zur Verfügung, die in Verbindung mit einer Flüssigkeitskühlung zu der sehr geringen Kontakttemperatur von 1 K führen. Diese Temperaturdifferenz kann durch zusätzliche, konstruktive Maßnahmen an der Maschine so weit beherrscht werden, dass keine thermische Veränderung auf Grund diesen Einflusses an der Maschine mehr festzustellen ist.Man könnte auch die höheren Sicherheitsaspekte als Nachteil werten. Muss doch die höhere kinetische Energie bei einem Stromausfall ohne Schaden an Mensch und Maschine verarbeitet werden. Dafür sind aber ebenfalls wirksame Stoßdämpfungselemente am Markt verfügbar. Die Kosten dafür sind in den vorher angeführten höheren Systemkosten des Antriebs bereits berücksichtigt.Die Gefährdung durch den Magnetismus des Motor-Sekundärteils muss natürlich berücksichtigt werden, nimmt aber mit der Entfernung stark ab. So liegt bereits in einem Abstand von 150 mm der messbare Magneteinfluss unter der geforderten Stärke. Ein Bediener aber kann auf Grund der konstruktiven Anordnung bei sachgemäßem Betrieb (montierten Schutzabdeckungen) nicht in diesen Bereich gelangen und somit in keine Gefährdungssituation geraten.Linearmotor rechnet sich beim PendelhubschleifenMan kann also feststellen, dass derzeit ein Einsatz von Linearmotoren in Flachschleifmaschinen vor allem beim Pendelhubschleifen sinnvoll ist, weil hier die Vorteile dieses Konzepts die Nachteile bei weitem übertreffen. Daneben kann der Linearmotor aber auch als interessante Alternative beim Vollschnittschleifen gelten. Ein Einsatz in Maschinen, die nicht mit voller Kapazität genutzt werden, erscheint dagegen auf Grund der höheren Investitionskosten als nicht sinnvoll.