Transrapid-Technik darf in die Maschine

n Dr. Birgit Oppermann birgit.oppermann@konradin.de

Die Transrapid-Technologie haben Forscher vom Produktionstechnischen Zentrum Hannover (PZH) in ein Drei-Achsen-Bearbeitungszentrum integriert. Prüfstände und Einzelachsen dieser Bauart hatte es schon mehrfach gegeben, und damit haben auch die Niedersachsen begonnen. Für die Integration in ihre Maschine nehmen die Hannoveraner dennoch den Status einer Weltneuheit in Anspruch, die bei Seminaren das Interesse von Werkzeugmaschinen- und Komponentenherstellern geweckt habe.

Namen und Gestalt bekam der Prototyp im Rahmen des Projektes „Schnelle Maschine“. Das auf Beschleunigung getrimmte Bearbeitungszentrum ist nicht nur in allen Achsen mit Linearmotoren bestückt, sondern verfügt auch über einen Werkzeugschlitten, der sich berührungslos auf einer Magnetführung bewegt.

Der größte Vorteil, den ein Anwender bei der Bearbeitung von dieser Konstruktionsweise hat, ist nach Auskunft der Experten die „hervorragende Dämpfung“. Diese kommt, in Zahlen ausgedrückt, deutlich besser weg als herkömmliche Lösungen:Für die Magnetführung gibt Franz Kallage, der die Abteilung Maschine und Roboter am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) des PZH leitet, einen Dämpungswert von 1 an. Eine Profilschienenführung würde es auf 0,01 bringen, eine hydrostatische Führung auf einen Wert von immerhin 0,7. „Bei einer hydrostatischen Führung kommt wegen der Hydraulik aber ein erheblicher konstruktiver und apparativer Aufwand auf den Maschinenbauer zu“, sagt Kallage.

Ganz ohne Aufwand gehe es bei einer Magnetführung zwar auch nicht, da eine aktive Regelung erforderlich ist. „Mit dem Aufwand für die Magnetführung gewinnt der Anwender aber den Vorteil der aktiven Dämpfung“, erläutert Kallage. Denn die Luftspalte in der Magnetführung werden nicht nur überwacht. Ihre Weite lässt sich über die entsprechende Regelung auch verstellen, und damit lasse sich das Rattern beim Fräsen komplett vermeiden. „Man könnte sogar sagen, dass die Magnetführung wie ein zusätzlicher Antrieb wirkt“, ergänzt der Experte. Was mit dieser Führung alles möglich ist – bis hin zur Feinpositionierung –, untersuchen die Hannoveraner derzeit in einem Folgeprojekt.

Mit Beschleunigungen von bis zu 5 g gehört die Maschine aber schon jetzt zu den schnellsten der Welt. Kein Wunder also, dass die Industrie Interesse bekundet. Abgesehen davon, dass die Qualität in der Fertigung steigt, sprechen laut Prof. Berend Denkena, Leiter des IFW, weitere Gründe für das neue Konzept: „Der Aufbau senkt den Verschleiß und die Produktionskosten.“

Generell soll sich der konstruktive Aufwand für Anwendungen lohnen, in denen Profilschienenführungen heutiger Bauart an Grenzen stoßen. „Ein Beispiel dafür ist das High Performance Cutting bei der Bearbeitung von Aluminium“, erläutert Kallage. Aber auch das Arbeiten im Kontakt mit abrasiven Medien wie dem Abrieb diamantbesetzter Werkzeuge oder dem Staub, der bei der CFK-Bearbeitung entsteht, wäre ein Grund, eine Magnetführung einzusetzen.

Trotz dieser Vorteile sind Magnetführungen bislang noch nicht in der Praxis angekommen. Zu viele Besonderheiten, zu viele Unsicherheiten im Betrieb wurden befürchtet. Dieses Argument will Kallage nicht entkräften: „Man braucht natürlich eine Menge Know-how, um eine Magnetführung in eine Werkzeugmaschine zu integrieren.“ Auf diesem Gebiet sei die Forschung in den vergangenen Jahren aber viel weiter vorangekommen, als man anhand der Produkte auf dem Markt vermuten würde. Den Anstrengungen der Industrie, zu möglichst einfach implementierbaren Systemen zu kommen, liefen komplexe Lösungen natürlich entgegen. Dennoch gibt es laut Kallage bereits Gespräche mit einem führenden Werkzeugmaschinenhersteller, der die Integration der Magnetführung in seine Serienmaschinen prüft.

Magnetführung dämpft am besten

Die Technologie der Magnetführung steht nach Auskunft vom IFW. Um sie zusammen mit Linearmotoren in eine Serienmaschine zu integrieren, wären schätzungsweise noch ein bis zwei Jahre Optimierungsarbeit erforderlich.

Die Arbeiten mit Magnetführungen begannen auch in Hannover mit Einzelachsen. In der Schnellen Maschine setzt sich die Führung aus acht Elektromagneten zusammen, die jeweils eine Zugkraft von bis zu 25 kN entwickeln. Ein echtzeitfähiges Betriebssystem soll Ausfälle ausschließen. Für den Notfall schützt ein Fanglager die Maschine vor Schäden.