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Hochpräzise Redex-Getriebe

Zahnstangenantriebe für die Luftfahrtindustrie
Elektromechanischer Zahnsegmentantrieb

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Bei der Produktion von Aluminium-Flügelrippen werden auf High-Speed-Bearbeitungszentren (BAZ) mit hohem Tempo und hoher Präzision Rippenstrukturen aus dem Vollen gefräst. Dabei wird teilweise mehr als 95 % des Materials abgetragen. Eine Herausforderung für Bearbeitungszentren und Werkstückträgersysteme.

Jean-Bernard Tetart,
Redex

In weniger als 20 Stunden verwandelt sich bei der Produktion von Flügelrippen ein Aluminiumblock mit vier Tonnen Gewicht in ein komplexes Strukturbauteil mit nur noch 120 kg Gewicht. Dafür kommen beispielsweise Ecospeed 25100 Bearbeitungszentren der Starrag Technology GmbH zum Einsatz. Diese BAZ verfügen über einen parallel-kinematischen Bearbeitungskopf, der eine dynamische Fünfachs-Simultanzerspanung ermöglicht. Die Spindeln laufen dabei mit einer Nennleistung von 120 kW unterbrechungsfrei bei 30.000 U/min im S1-Modus. Mit einer Beschleunigung von 1 g auf allen fünf Achsen und Ruckwerten bis 200 m/s³ erreichen auch die Linearachsen hohe Dynamikwerte.

Diese Bearbeitungszentren kommen für die Produktion von Flügelrippen und anderen Strukturbauteilen zum Einsatz. Bereits 2009 wurden die ersten drei BAZ in dieser Bauart in Südkorea eingesetzt. Sie erreichen ein Zerspanvolumen von bis zu 10.000 cm³/min. Charakteristisch für diesen Maschinentyp ist die horizontale Bearbeitung bei senkrecht stehendem Aluminiumblock. Dies bietet unter anderem den Vorteil, dass die vielen Späne dank der Schwerkraft automatisch aus dem Arbeitsbereich fallen. Dafür müssen die bis zu 10 Meter langen, horizontal auf einer Trägerpalette befestigten Werkstücke zunächst in eine vertikale Position gedreht werden.

Für die hochpräzise Fertigung von solchen Flugzeug-Strukturbauteilen hat die MSB GmbH & Co. KG ein Werkstückträgersystem plus Schwenktisch im Format XXL projektiert. Die Werkstückträger sind 10.000 mm lang, 2.500 mm breit und besitzen ein Gesamtgewicht von ca. 60.000 kg (inklusive Werkstück). Das System führt die bis zu zehn Meter langen Aluminiumblöcke den Hochleistungs-Bearbeitungszentren zu. Die Palette wird per Hydraulik auf den Träger aufgespannt, fixiert und für die Fräsbearbeitung um 90 ° gedreht. Diese Drehbewegung muss mit hoher Synchronizität der insgesamt vier Schwenkantriebe erfolgen; Ungleichmäßigkeiten könnten Spannungen ins Bauteil einbringen. Deshalb wurden die Synchronantriebe des Schwenktischs mit Zahnkranzsegmenten und Präzisions-Planetengetrieben von Redex realisiert. Jürgen Enders, Geschäftsführer von MSB: „Wir haben schon viele ähnliche Systeme entwickelt. Häufig realisieren wir die Schwenkbewegung mithilfe von Hydraulikzylindern. Das kam bei diesem Projekt nicht infrage, weil geeignete Hydraulik-Komponenten viel Platz beanspruchen und ein Fundament mit Unterbau erfordern, der Anwender aber flexibel bleiben möchte.“ Deshalb entschieden sich die Konstrukteure für einen elektromechanischen Zahnsegmentantrieb mit Servomotoren und kompakten dreistufigen Planetengetrieben – und für Redex als Getriebehersteller.

Mechatronik ersetzt Hydraulik

Diese mechatronische Lösung bietet neben einem verringerten Platzbedarf noch weitere Vorteile: Das Hydraulikaggregat mit Verrohrung und Schläuchen zu den Verbrauchern entfällt – und damit auch das Risiko einer Leckage. Zudem ist der Leistungs- und Kühlbedarf elektromechanischer Antriebe im Vergleich zu Hydraulik-Komponenten deutlich geringer. Weitere Pluspunkte sind die geschlossene Gehäusebauform, die das Eindringen von Spänen verhindert sowie die kompakten Abmessungen des Getriebes. Dieses kann ohne weitere Halterungen auf dem Grundrahmen des Schwenktischs montiert werden. Die Redex-Ingenieure konstruierten im Rahmen dieses Projektes einen Schwenkantrieb, der aus vier einzelnen Zahnkranzsegmenten besteht. Die von Servomotoren bereitgestellte rotative Bewegung wird über ein dreistufiges, direkt mit dem Motor verbundenes Planetengetriebe der Serie KRPX mit einer Übersetzung von 310 und einem maximalen Abtriebsmoment von 10.050 Nm an das Abtriebsritzel übertragen. Insgesamt muss ein maximales Drehmoment von etwa 600.000 Nm an der Drehachse aufgebracht werden. Das Präzisions-Ritzel greift in ein Zahnkranzsegment mit einem Segmentwinkel von rund 95 ° bei einem Teilkreisdurchmesser von 4496 mm ein, das ebenfalls von Redex geliefert wurde. Die Zahnkränze in Größe Modul 8 sind gehärtet und geschliffen.

Redex-Getriebe der Serie KRP/ KRPX wurden speziell für den Einsatz in hochpräzisen Zahnstangenantrieben für Werkzeugmaschinen entwickelt. Dabei können diese Getriebe als „Twin Drives“ elektrisch gegeneinander verspannt werden – zum Beispiel für präzise Positionierantriebe von Portalfräsmaschinen oder von Werkzeugtischen.


Redex in Zahlen

Die Redex Gruppe ist ein Spezialist für hochpräzise mechatronische Antriebe. Das Unternehmen erzielt einen Umsatz von knapp 50 Mio. €, beschäftigt weltweit mehr als 320 Mitarbeiter und betreibt drei Produktionswerke in Frankreich und Deutschland.



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