Selbst mit Abstreifern ausgestattete Führungselemente halten besonders rauen Bedingungen in Maschinen nicht stand. Ein Forschungsprojekt hat gezeigt, dass Wartungsarmut nur zu erreichen ist, wenn Antriebe und Späne voneinander getrennt werden.
Anton Richard Schweizer ist Konstruktionsleiter der Tuttlinger Chiron-Werke GmbH & Co. KG
Betreiber erwarten von Bearbeitungszentren heute eine sehr hohe Verfügbarkeit, die nur durch ausreichende Pflege und Wartung zu erreichen ist. Gleichzeitig wird jedoch gefordert, dass mit diesen Aufgaben möglichst wenig Personal beschäftigt sein und auch die Zeit des Maschinenstillstands sehr kurz bleiben muss. Um diese Vorgaben zu erfüllen und darüber hinaus den sparsamen Einsatz umweltverträglicher Kühl- und Schmierstoffe zu ermöglichen, hat die Tuttlinger Chiron Werke GmbH & Co. KG wartungsarme und schmierstoffemissionsfreie Bearbeitungszentren entwickelt. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück, hat das Forschungsprojekt gefördert, bei dem zusammen mit dem Aachener Werkzeugmaschinenlabor (WZL) unter anderem Antriebselemente getestet wurden.
Lebensdauergeschmierte Radiallager der Achsantriebe sind in Hauptspindeln und Kugelrollspindeln bereits Stand der Technik. Lediglich für sehr hohe Drehzahlen der Hauptspindeln müssen besondere Maßnahmen und Materialien ausgewählt werden, wie beispielsweise Hybridlager mit keramischen Kugeln und Lagerringen aus hochlegiertem Stahl. Für Drehzahlen über 18000 min-1 kommt nur Ölnebelschmierung in Frage. Um in diesen Fällen Emissionen zu vermeiden, wird der Ölnebel in einem geschlossenen Kreislauf abgesaugt, gereinigt und fein dosiert wieder zugeführt.
Für Linearführungssysteme werden in Bearbeitungszentren oft zentrale Schmieranlagen eingebaut, mit denen die Maschine während des Betriebes manuell abgeschmiert wird, ohne dass die Bearbeitung unterbrochen werden muss. Die Antriebstechnik-Hersteller bieten heute jedoch neben Abstreifern weitere Zusatzelemente für ihre Produkte an, die kontinuierlich kleinste Mengen Schmieröl abgeben.
Um den Einfluss der Bearbeitungsbedingungen auf solche modernen Antriebselemente zu untersuchen, wurde im Rahmen des Forschungsprojektes im Hause Chiron ein Versuchsstand gebaut. WZL-Mitarbeiter entwickelten Sensoren, mit denen sich Reibkraftveränderungen erkennen und dokumentieren ließen. In einen Maschinentorso wurden dann beispielsweise Linearführungen der Typen LY/LA mit K1-Abstreifern der NSK-RHP, Ratingen, eingebaut und unter verschiedenen Bedingungen getestet.
Bei trockener Bearbeitung sowie unter Einfluss von Kühlschmierstoff (KSS) mit Spänen überstanden die getesteten Führungs- und Antriebselemente mehr als 6000 h ohne Nachschmieren. Beim Trockenbearbeiten von Grauguss versagten die Führungswagen jedoch schon nach 1900 h, da feiner Grauguss-Staub die Kugeln in der Umlenkung blockierte. Da die Führungssysteme jedoch auch bei so extremen Einsatzbedingungen sauber bleiben und funktionieren müssen, ist es für Bearbeitungszentren erforderlich, den Arbeitsraum von den Antriebskomponenten effektiv abzutrennen.
Abstreifer allein reichen nicht aus für Schmierzyklus von 6000 h
Im Maschinenfuß des Bearbeitungszentrums FZ 08 beispielsweise wird der Arbeitsraum durch speziell entwickelte Rolloabdeckungen von den dahinter liegenden Antriebskomponenten getrennt. Die Späne fallen oder rutschen auf 45° Schrägen direkt in den Spänebehälter. Dadurch kann auf eine Wannenspülung zum Austragen der Späne verzichtet werden. Die über Kopf angebrachten Rollos verhindern, dass sich Späne ablagern, so dass die Axialführungen und Kugelrollspindeln geschützt sind und spänefrei im Trockenen laufen.
Das neue Bearbeitungszentrum FZ 15, das auf der diesjährigen Metav vorgestellt wurde, ist ebenso mit einem vollgekapselten Arbeitsraum und zudem mit einem spänesicheren Werkzeugwechsler ausgestattet. Das Werkzeug ist innen gekühlt mit einem Kühlschmierstoffdruck von bis zu 120 bar. Das verursacht Kühlschmierstoffnebel, der jedoch über wartungsfrei filternde Geräte abgesaugt wird. Auf diese Weise können die zulässigen Emissionswerte weit unterschritten werden, und kontaminierte Filterhilfsstoffe fallen nicht an. Daher muss das Filtersystem nicht gewartet werden. Spezielle Abtropfbleche verringern den Austrag der KSS um über 80 %, da das abgeschiedene Mittel dem Kreislauf in der Anlage wieder zugeführt wird. Die Pflege des Kühlschmierstoffs kann bei laufender Maschine vorgenommen werden.
Durch Weiterentwicklung der Maschinenkomponenten ist es demnach möglich, heute übliche Schmierzyklen der Antriebselemente von 2000 auf über 6000 Betriebsstunden auszudehnen – vorausgesetzt, der Maschinenbauer ermöglicht durch seine Konstruktion den einwandfreien Betrieb. Das Ergebnis sind wartungsarme Bearbeitungszentren, bei denen auch keine kontaminierten Filterhilfsstoffe zur Kühlschmierstoffaufbereitung und Abluftreinigung anfalllen.
Teilen:
