Energieversorgung für Werkzeugmaschinen
Wozu Emag die Spindeln via Einzeladerleitung mit Energie versorgt
Die vertikalen Drehzentren der Vmc-serie des Herstellers Emag sind auch als „Fünfachser“verfügbar, die das Bearbeiten komplexer Geometrien erlauben. Dabei werden etwa raumschräge Bohrungen und Flächen in schwere Bauteile eingebracht. Für die Energieversorgung der Spindel ist dies eine Herausforderung. Wie der Maschinenbauer diese angegangen ist.
Hochpräzise Vertikalbearbeitung in fünf Achsen auf kompaktem Raum: Vor drei Jahren hat Emag die für die Präzisionsbearbeitung entwickelte VMC 450-5 MT vorgestellt. Die Maschine eignet sich für die Bearbeitung von schweren Bauteilen mit Durchmessern bis 700 mm, die auch raumschräge Bohrungen und Flächen aufweisen können. Möglich wird das durch die Erweiterung des Basismodells um eine Schwenkachse (B-achse) mit integrierter Dreh-/ Frässpindel und eine Y-achse mit integrierter Hauptspindel.
Hochpräzise Bearbeitung in fünf Achsen
Die aus Kundensicht erfreuliche Konsequenz: Hersteller von Getriebeteilen und -gehäusen für Lkw oder mobile Arbeitsmaschinen brauchen maximal zwei Maschinen statt, wie bisher, vier oder sechs, um ein komplettes Bauteil zu bearbeiten. Das spart Platz, Kosten und verkürzt die Prozesskette. Das schätzen die Anwender, wie ein Beispiel zeigt: Georg Händel, Manager Technical Sales Heavy Parts bei Emag: „Ein Getriebehersteller hat zentrale Komponenten bisher gedreht, gefräst, extern verzahnen lassen und dann weiterbearbeitet. Das erforderte einen erheblichen logistischen Aufwand und kostete Zeit. Jetzt kann er alle Arbeitsgänge einschließlich des Wälzschälens für die Verzahnung mit einer Maschine und in einer Aufspannung erledigen.“
Ein weiterer Vorteil, der für alle Vertikalbearbeitungsmaschinen der Vmc-serie gilt, ist die Flexibilität. Georg Händel: „Die Achsen, Wellen und Gehäuse werden in der Regel in mittleren Stückzahlen und großer Varianz gefertigt.“Deshalb ist die Rüstzeit ein entscheidendes Thema für die Anwender der Vmc-maschinen. Be- und Entladung können per Roboter oder manuell erfolgen. Optional kann der Anwender ein integriertes Werkzeugmagazin mit bis zu 80 Werkzeugen ordern.
Extreme Beschleunigung – und kaum Platz für Leitungen
Gefertigt wird dieser Maschinentyp am traditionsreichen Emag-standort Leipzig, wo auch die Konstruktion und Entwicklung der Vertikaldrehmaschinen beheimatet ist. Im Zuge der Entwicklung der VMC 450-5 MT hatten die Elektrokonstrukteure auch die nicht ganz einfache Aufgabe zu lösen, die im eigenen Hause entwickelte Hochleistungsspindel mit Energie und Signalen zu versorgen. B. Eng. Markus Pannicke, Lead-engineer Kabel und Leiter der Abteilung ‚Fluid, Hardware, Steuerungstechnik, Robotik‘ bei Emag:
„Der Spindelmotor leistet 84 kw, für die Leitungen ist kaum Platz und bei den Beschleunigungsvorgängen werden Stromstärken bis 252 A erreicht.“
Hinzu kommt, dass sich die Spindel bei den Vertikaldrehmaschinen unterhalb von Werkstück und Werkzeug befindet. Die beweglichen Leitungen müssen somit gut gegen Späne und Öl geschützt werden.
Energieversorgung der Spindel mit Einzeladerleitungen
Unter diesen Voraussetzungen lag es nahe, die Energiezuführung zur Spindel ausschließlich mit Einzeladern zu realisieren – zumal Emag mit dieser Art der Energieversorgung bereits Erfahrung gesammelt hat. Markus Pannicke: „Bei der Baureihe USC – das sind Bearbeitungsmaschinen für Rohrenden – nutzen wir seit rund 15 Jahren dieses Prinzip. Deshalb hatten wir überhaupt keine Bedenken, auch bei der Vmc-serie vier Einzeladerleitungen mit je 10 Quadratmillimeter Nennquerschnitt zu verwenden.“
Die Logik dieser Entscheidung wird umso deutlicher, wenn man sich die Alternative vor Augen führt: „Wir bräuchten eine vieradrige Motorleitung [Querschnitt 4G10 Quadratmillimeter]. Eine solche Leitung lässt sich in dem vorhandenen Bauraum gar nicht verlegen, und ihr Biegeradius wäre auch zu groß.“
Allerdings gibt es in der Elektrotechnik Vorbehalte gegenüber der Energieversorgung mit Einzeladerleitungen, weil sich die Adern beziehungsweise Leitungen gegenseitig beeinflussen können. Die Leitungen aus der Serie CF270 aus dem Chainflex-programms von Igus wurden jedoch genau für diesen Einsatzfall entwickelt und – wie alle Chainflex-leitungen – für bewegliche Anwendungen. Hier erreichen sie nach Herstellerangaben extrem hohe Standzeiten, und das ist für Emag und für die Nutzer der Maschinen von großer Bedeutung. Markus Pannicke: „Sollte eine Motorleitung ausfallen und ausgetauscht werden müssen, bedeutet das wegen der sehr kompakten Bauweise einen Tag Stillstand. Deshalb ist eine hochwertige und belastbare Spindelleitung ein wichtiges Konstruktionsmerkmal.“
Die „Spindelleitung“
Wobei„hochwertig“nicht mit„teuer“gleichzusetzen ist, schließlich spielen die Kosten im Werkzeugmaschinenbau immer eine Rolle. Deshalb hat Igus zwar das Prinzip der Einzeladerleitungen aus dem Kranbau übernommen, wo man schon seit Jahrzehnten Einzeladern einsetzt, aber zugleich die Kosten reduziert. Andreas Muckes, Produktmanager Chainflex-leitungen bei igus: „Bei Leitungen für Werkzeugmaschinen müssen die Leiterseile auch hochwertig sein, aber die Anforderungen an die Ummantelung sind nicht so hoch, weil die Maschinen im Gegensatz zur Kranbranche im Innenbereich zum Einsatz kommen.“
Deshalb hat Igus exakt für diesen Anwendungsbereich eine geschirmte Einzeladerleitung ohne (teure) Tpe-ummantelung entwickelt: die Chainflex CF270.UL.D mit Pur-mantel, die im Markt inzwischen als „Spindelleitung“bezeichnet wird. Sie ist unter anderem ölbeständig und kerbzäh, was ein großer Vorteil in der öligen Umgebung einer Werkzeugmaschine mit ihren vielen Metallkanten ist. Die Ul-zulassung für den Weltmarkt ist natürlich auch hier vorhanden und auch preislich kann dieser Leitungstyp überzeugen.
Entscheidend:
Die Leitungsqualität
In den Maschinen der Vmc-baureihe verwendet Emag die Einzeladerleitungen der Cf270-serie bis zu einem Querschnitt von 50 Quadratmillimetern, in Sonderfällen bis 70 Quadratmillimetern. Markus Pannicke: „Die Auslastung und Beanspruchung der Leitungen ist stets hoch. Umso wichtiger ist ein sehr hohes Qualitätsniveau.“Dazu leistet auch die Werkstoffauswahl einen Beitrag. Der Außenmantel besteht aus hochwertigem PUR. Als Aderisolation befindet sich jedoch TPE unterhalb der Schirmung. Andreas Muckes: „Damit erhöhen wir die Temperaturfestigkeit der Leitung, was der dauerhaften hohen Belastung hochdynamischer Spindeln Rechnung trägt.“
Aufgrund der über 25-jährigen Praxiserfahrung und auch dank unzähliger Tests im 3.800 Quadratmeter großen Testlabor in Köln, gibt Igus seit über fünf Jahren als einziger Hersteller am Markt auf sein Chainflexleitungsprogramm eine Garantie von 36 Monaten beziehungsweise bis zu 40 Millionen Doppelhübe. Außerdem lässt sich über den Online-lebensdauerrechner die über die Garantie hinaus zu erwartende Lebensdauer der Leitungen berrechnen.
Die Lösung mit der Spindelleitung CF270.UL.D bedeutet im Fall von Emag eine hohe Bauraumersparnis bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten. Dank der umfassenden und belastbaren Garantie von Igus komplett ohne Risiko für den Werkzeugmaschinenbauer.