Neue Linear-Produktgenerationen
Systemlösungen für die Werkzeugmaschine
Moderne Fertigungsprozesse erfordern eine kontinuierliche Leistungssteigerung bei höherer Leistungsdichte. Die Entwicklungen in der Werkzeugmaschine hin zur Komplettbearbeitung, verbunden mit der Bearbeitung neuer Werkstoffe, bei gleichzeitiger Forderung nach hoher Schnittleistung und Bearbeitungsgenauigkeit erfordern Anlagen mit entsprechender Stabilität, Präzision und Dynamik. Dabei ist zusätzlich der Verbrauch an Energie und Ressourcen zu minimieren. Gleichzeitig gewinnen einbaufertige Baugruppen und Systeme immer mehr an Bedeutung, die spezifisch auf die Anwendung abgestimmt sind.
Im Bereich der Hauptachsen-Führungen der Werkzeugmaschine haben sich, neben Flachkäfigeinheiten und Rollenumlaufschuhen, die Profilschienenumlaufeinheiten etabliert. Diese sind einbaufertig, vorgespannt und können daher Kräfte und Momente aus allen Richtungen aufnehmen. Bedingt durch die immer schwereren Werkstücke, neue Bearbeitungsmaterialen und hohen Schnittkräfte finden in diesem Fall hauptsächlich Rollenumlaufeinheiten der Baureihe RUE Anwendung. Sie bieten höchste Tragfähigkeit, hohe Flexibilität und Funktionsintegration.
Mit der neuen Baugröße RUE25-E komplettiert der Geschäftsbereich Lineartechnik von Schaeffler sein Portfolio an Rollenumlaufeinheiten der Baureihe RUE-E. Die neuen Varianten der Baugröße RUE25-E weisen zahlreiche bewährte Features aus der Vorgängerreihe RUE-D auf, zeichnen sich jedoch durch eine höhere Funktionsintegration aus. So ist unter anderem ein Minimalschmiermengenverteiler integriert. Dieser ermöglicht die Ölschmierung unabhängig von der Einbaulage und ohne zusätzliche Vorkehrungen wie z. B. den Anbau von beidseitigen Schmieranschlüssen.
Durch konstruktive sowie material- und fertigungstechnische Optimierungen konnte die Reibung bzw. der Verschiebewiderstand um ca. 40 Prozent reduziert werden. Dies wirkt sich leistungsfördernd auf die Laufeigenschaften und die Dynamikwerte sowie die maximale Verfahrgeschwindigkeit (bis 3 m/s) aus. Bei vergleichbarer Baugröße und Abmessung erhöht sich somit die Leistungsdichte. Das optimierte Abdichtungskonzept der Baureihe RUE-E wurde komplett übernommen. Bereits in der Standardausführung sind Doppellippen-Frontabstreifer vorhanden. Diese halten den Schmierstoff im Führungswagen und verhindern zudem das Eindringen von Schmutz. Die Wälzkörper-Umläufe sind so für alle denkbaren Praxisanwendungen bestmöglich abgedichtet.
Gegenüber der Vorgängerversion ist die neue Baureihe 1:1 austauschbar. Die Führungsschienen bleiben unverändert. Neu ist allerdings, dass Führungswagen und Führungsschienen beliebig kombinierbar sind. Sie lassen sich ab sofort (in den Genauigkeitsklassen G2 und G3) getrennt ordern und aufbewahren. Damit verringern sich Beschaffungs- und Bevorratungsaufwand, gleichzeitig ist eine hohe Verfügbarkeit gegeben. Die Rollenumlaufeinheiten RUE25-E werden in den Ausführungen Standard-Flanschtype, langer Flanschwagen sowie hoher und langer Führungswagen angeboten. Bei den Führungsschienen kann der Kunde aus den Versionen Standard (von oben verschraubt), U-Schiene (von unten verschraubt) sowie ADK-/ADB-Schiene (für geklemmtes Abdeckband) wählen.
Integriertes magnetisches Wegemesssystem LMSA
In vielen Produktionsmaschinen ist es zum Bewegen, Steuern und Positionieren notwendig, Wege, Wegeänderungen oder Standpunkte zu bestimmen. Hierzu werden häufig Wegemesssysteme parallel zu den Linearführungen eingesetzt. Integriert man diese Messsysteme in die Führung, hat dies den Vorteil, dass beide Funktionen – Führen und Messen – optimal aufeinander abgestimmt sind. Schaeffler hat zur integrierten Wegemessung in Hauptachsen das Messsystem der Baureihe LMSA (Längen-Mess-System-Analog) entwickelt. Dabei hat sich Schaeffler für ein induktives analoges Messprinzip entschieden, das eine Genauigkeit von +/- 3µm/m erreicht. Es zeichnet sich durch eine hohe Robustheit aus, ist unempfindlich gegenüber magnetischen Störfeldern und arbeitet hysteresefrei, also ohne jeglichen Magnetismus oder Rest-Magnetismus.
Ähnlich wie bei den bereits bekannten integrierten Messystemen LMST und LMSD besteht die komplette Kugelumlaufeinheit der Serie KUVE..LMSA aus einem Führungswagen mit adaptierbarem Gehäuse für den Messkopf und einer Führungsschiene zur Aufnahme der Maßverkörperung. Die Messung erfolgt nach dem induktiven Prinzip eines Transformators mit beweglichem Reluktanzkern. Eine planare Spulenstruktur im Sensorkopf tastet mittels eines hochfrequenten Wechselfeldes die Inkremental-Maßverkörperung im Schienenkopf ab und erzeugt zwei um 90 Grad phasen-verschobene Sensorsignale. Ein Edelstahlband mit hochgenauer fotolithografisch geätzter Teilung bildet die Maßverkörperung. Die Bewegung zwischen Abtastkopf und Maßband erzeugt eine Gegeninduktivität der einzelnen Spulen und generiert damit sinusförmige Signale. Auf diese Art und Weise hat das Messsystem LMSA einen Analogausgang 1Vss mit unterverteilter Signalperiode bis zu 10 µm. Damit ist das Messsystem einfach mit vorhandenen Steuerungen zu kombinieren.
Um die hohe Genauigkeit von ± 3µm/m sicherzustellen, muss ein exakter, geringer Abstand zwischen dem Messkopf am Führungswagen und der Maßverkörperung in der Schiene gegeben sein. Daher wurde die Maßverkörperung in ein spezielles 3-Schicht-Maßband integriert. Dieses Band besteht aus einem Trägerband, aus der eigentlichen Maßverkörperung und einem Abdeckband. Das Trägerband nimmt die einzelnen Schichten auf, stellt den exakten Abstand zum Messkopf sicher und verleiht die notwendige Robustheit.
Die Maßverkörperung wird im gereckten (kompensierten) Zustand auf das Trägerband aufgebracht und stellt die Genauigkeit sicher. Das dünne harte Abdeckband dient zum Oberflächenschutz. Zur einfachen Handhabung und Montage ist dieses 3-Schicht Maßband auf der Unterseite mit einem Klebeband versehen. Der Sensorkopf wird von einem Metallgehäuse aufgenommen. Dieses Gehäuse ist direkt mit dem Stahltragkörper des Führungswagens verbunden. Der genaue Abstand des Messkopfes zum Maßband ist werksseitig voreingestellt. Das Gehäuse ist dabei so aufgebaut, dass im Bedarfsfall über vier Fixierschrauben der Sensorkopf-Abstand jederzeit neu eingestellt werden kann.
Zweite Generation der hydrostatischen Führung HLE
Angesichts zunehmender Dynamik und höher Leistungsdichte in der Werkzeugmaschine spielen die dynamische Steifigkeit und die Reduzierung von Schwingungen eine wichtige Rolle. Schaeffler bietet neben der adaptiven Dämpfung mit dem Dämpfungsschlitten RUDS die vollhydrostatische Linearführung HLE, die jetzt in zweiter Generation vorgestellt wird.. Das einbaufertige, abgedichtete System mit integrierter Druckregelung vereint im Bauraum einer Profilschienenführung die Funktionen „Führen“ und „Dämpfen“. Es ersetzt also die Profilschienenführungen.
Die hydrostatische Kompaktführung der Baugröße 45 (Schienenbreite 45 mm) verfügt über Dämpfungswerte von über 470.000 kg/s. Sie wird bei 100 bar Nenndruck mit einem Öl der Viskositätsklasse ISO VG 46 betrieben. Die Durchflussmenge eines Wagens der Baugröße 45 liegt bei ca. 1,2 Liter pro Minute. Die Zug-/Drucksteifigkeit entspricht nahezu derjenigen einer entsprechenden Wälzlagerung. Der Führungswagen besteht aus dem Stahltragkörper mit den Drucktaschen und zwei Kopfstücken.
Auf der Seite der Ölzuführung ist im Kopfstück eine entsprechende Druckregelung integriert. Das zweite Kopfstück dient lediglich der Ölrückführung. Entscheidend für die Leistungsfähigkeit der hydrostatischen Führung sind die Dimensionierung, die Ausführung und die geometrische Anordnung der Druckflächen von Tragkörper und Schiene. Minimale Verformungen, die aus der Druckbeaufschlagung resultieren, werden entsprechend vorgehalten. So wird eine gleichmäßige Druckverteilung im System sichergestellt).
Zur Vermeidung von Crashsituationen sind die Drucktaschen des Tragkörpers mit einem Gleitwerkstoff ausgegossen. In der neuesten Generation der HLE 45 wurde dieser Gleitwerkstoff durch eine spezielle Bronzebeschichtung ersetzt. Die Bronzebeschichtung bietet höchste Formgenauigkeit und Beständigkeit. Durch die Notlaufeigenschaften ist gewährleistet, dass auch bei Überlast oder gar beim Betreiben ohne Druck das System nicht beschädigt wird.
Die Erweiterung des bereits umfangreichen Produktportfolios um die hydrostatische Kompaktführung bietet dem Werkzeugmaschinenhersteller zukünftig die Möglichkeit, unter Beibehaltung des Maschinenkonzepts verschiedene Performance-Klassen in Werkzeugmaschinen zu realisieren. Die HLE bietet exzellente Dämpfungseigenschaften in Verbindung mit hoher dynamischer Steifigkeit. Dies bedeutet für den Endkunden höhere Schnittleistungen, bessere Oberflächengüte und längere Werkzeugstandzeiten.
Systemlösungen für die Werkzeugmaschine
Konstrukteure und Anwender haben zunehmend den Wusch, nicht mehr nur Komponenten, sondern bevorzugt montagefertige Komplettlösungen einzusetzen. Der Geschäftsbereich Lineartechnik hat daher ein Portfolio von standardisierten, einbaufertigen Komplettlösungen aufgebaut, die in der Regel aus bewährten Schaeffler-Führungssystemen und entsprechenden Antriebssystemen kombiniert mit Motoren und Sensorik bestehen. Darüber hinaus können heute aber auch Baugruppen und komplette Anlagenteile gefertigt werden, die spezifisch auf die Kundenanwendung abgestimmt sind.
Ein Beispiel für eine Standardachse ist die Entwicklung des kompakten Linearmoduls MKUVS32-KGT. Die Baureihe bietet in der kompakten Bauweise 80mm x 48mm eine hohe Leistungsdichte. Durch die Verwendung der Kugelumlaufschuhe KUVS als Führungseinheit konnte bei diesem Aktuator der als Präzisions-Kugelgewindetrieb ausgeführte Antrieb zentral positioniert werden. Eingebunden in ein Aluminiumgehäuse können so trotz des niedrigen Gesamtgewichtes und der flachen Bauweise hohe Kräfte und Momente übertragen werden.
Insgesamt umfasst die Baureihe MKUVS32-KGT sechzehn Ausführungen, bei denen der Kunde zwischen verschiedenen Steigungen beim Kugelgewindetrieb, einem oder zwei Laufwagen und Abdeckungsmöglichkeiten wählen kann. Durch seine Leistungsfähigkeit und seine flexible Nutzungsmöglichkeiten ist das Linearkompaktmodul MKUVS32-KGT hervorragend für die Anforderungen in der Werkzeugmaschine geeignet.
Mit Blick auf die geforderte Tragfähigkeit werden aber auch sogenannte Schwerlastmodule immer häufiger im Umfeld der Werkzeugmaschine eingesetzt. Ein Bespiel ist hier die Baureihe MDKUSE..-3ZR, die aus einem eigensteifen Aluminium-Trägerprofil mit zwei parallel angeordneten sechsreihigen Kugelumlaufeinheiten vom Typ KUSE besteht. Angetrieben wird das Modul von drei Zahnriemeneinheiten. Alternativ hierzu bietet die Baureihe als MDKUSE35-LM für hochdynamische Anwendungen auch einen Linearmotor der INA Drives & Mechatronics GmbH & Co. oHG (IDAM). Der Direktantrieb ist mit zwei genuteten Synchron-Linearmotoren vom Standardtyp L1C ausgerüstet und erzeugt eine Spitzenkraft von 3.934N.
Das Modul kann eine Länge von bis zu 12.000 mm aufweisen. Die Bauhöhe ist 200 mm. Der angetriebene Laufwagen ist 500 mm breit und 700 mm lang. Die Masse des vergleichsweise recht kompakten Tandem-Linearmoduls beträgt nur gut 800 kg. Trotz der Größe kann der Laufwagen bei einer Verfahrgeschwindigkeit von bis zu 2m/s und einer Beschleunigung von bis zu 0.5g reproduzierbar präzise auf ± 0,01 mm positioniert werden.
Bei Systemlösungen kann es sich um Mehrachsen-Systeme konfektioniert aus Standardaktoren, aber auch um speziell auf die Anwendung maßgeschneiderte Mehrachssysteme handeln. Aufgrund der Flexibilität und Leistungsfähigkeit kombiniert mit der Vielzahl an Befestigungs- und Verbindungselementen werden Standard-Tandemmodule immer häufiger in Form von Mehrachseneinheiten in Werkzeugwechselsystemen eingesetzt. Auf Wunsch bekommt der Kunde eine individuelle, anwendungsintegrierte Systemlösung inklusive Anbauelementen komplett aufgebaut und betriebsbereit geliefert. Das Leistungsspektrum reicht bei solchen Komplettlösungen von Projektierung und Auslegung über Vor- und Fertigmontage bis hin zu Inbetriebnahme und Service.
Mehr Informationen zur Schaeffler KG:
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Schaeffler KG |
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Schaeffler Gruppe Industrie |
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Georg-Schäfer-Straße 30 |
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97421Schweinfurt |
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Tel.: +49 9721 91-3400 |
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Fax +49 9721 91 3375 |
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E-Mail: info.de@schaeffler.com |
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www.ina.de |
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