Die DMG-Portalfräsmaschinen DMU 600P sind in der Lage, große Bauteile mit bis zu 40 t Gewicht zu bearbeiten – und das mit sehr hoher Geschwindigkeit, Dynamik und Präzision. Dank der 5-Achs-Bearbeitung in einer Aufspannung ist auch ein hohes Maß an Flexibilität gegeben. Innovative Antriebssysteme von Redex Andantex leisten dazu einen wesentlichen Beitrag.
Wird beispielsweise ein Werkzeug für ein größeres Kfz-Karosserieteil hergestellt, ist höchste Präzision gefordert. Das Werkzeug wiegt viele Tonnen, ist unter Umständen mehrere Meter lang, und es kommt auf jeden Mikrometer an. Ähnlich hoch sind die Anforderungen an das Bearbeiten von Motorgehäusen für Schiffsdieselantriebe.
Exakt für solche Aufgaben hat DMG die Portal-Fräsmaschinen der DMU P-Baureihe entwickelt. Vor allem die größte Modellreihe DMU 600P ist auf präzise, schnelle Bearbeitungsvorgänge in XXL-Dimensionen ausgelegt und erledigt Fräs- und Dreharbeiten hochgenau bei maximalen Verfahrwegen von 6000 x 4200 x 1500 mm (X/Y/Z-Achse) und bis 2000 mm in der W-Achse. Das Beladegewicht kann bis zu 40 t betragen. Zugleich sind auch höchste Geschwindigkeit und Flexibilität gewährleistet, denn die DMU 600P wurde für das Fünf-Achs-Drehen und -Fräsen in einer Aufspannung konstruiert.
Eine der größten Herausforderungen für die DMG-Konstrukteure war es, bei derart großen Verfahrwegen eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten. Hier spielen die Linearantriebe eine zentrale Rolle. Florian Garbarsky, der bei DMG in Pfronten das Projekt verantwortet: „Die Antriebe müssen spielfrei mit reproduzierbarer Genauigkeit arbeiten, und das über tausende Betriebsstunden hinweg und bei hohen Kräften, die auch aus den maximal 60 kW Leistung der Motorspindel resultieren.“ In Zahlen ausgedrückt: Über eine Verfahrlänge von 6 m werden Genauigkeiten von bis zu +/- 0,0075 mm erreicht, und das bei Beschleunigungen von bis zu 3 m/s2. Das setzt bei der gesamten Maschinenkonstruktion einschließlich der Antriebe eine sehr hohe Genauigkeit, Steifigkeit und Temperaturkonstanz voraus. Bei diesen Verfahrlängen war das mit einer Kugelgewindespindel nicht mehr machbar.
Um diese Steifigkeit zu gewährleisten, haben die DMG-Konstrukteure große Sorgfalt auf die Wahl des geeigneten Antriebssystems verwendet. Florian Garbarsky: „Wir haben ein umfassendes Benchmarking durchgeführt und uns dafür entschieden, in der X- und Y-Achse einen spielfreien Zahnstangenantrieb von Redex Andantex einzusetzen.“ Auch in der C-Achse, also in der Drehachse der Spindel, sorgt ein solcher TwinDrive-Präzisionsantrieb für hochgenaue Bewegungsanläufe. In der W-Portalachse sind zwei separate Servo-Planetengetriebe vom Typ SRP2 auf Kugelgewindespindeln synchronisiert.
Um an der Spindel bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehmomente zu erreichen, wurde inline – das heißt zwischen Antriebsmotor und Spindel im Stößel – ein zweistufig schaltbares Getriebe der RAM-Baureihe von Redex Andantex eingebaut. So realisiert DMG hier das Prinzip „Alles aus einer Hand“.
Bei konventionellen Zahnstangenantrieben gibt es Prinzip-bedingt immer ein gewisses Flankenspiel, das die Positioniergenauigkeit beeinträchtigt. Diese Einschränkung gilt nicht für die TwinDrive-Systeme von Redex Andantex, mit denen das französische Unternehmen einen Weg gefunden hat, komplett spielfreie Zahnstangenantriebe anzubieten. Das Grundprinzip: Es kommen jeweils zwei elektronisch synchronisierte Antriebe auf einer Zahnstange zum Einsatz. Einer der beiden Servomotoren dient als Antrieb, der andere übt eine Bremswirkung aus und sorgt somit für konstante Verspannung. Dadurch wird das Flankenspiel komplett eliminiert und absolut präzise Bewegungsabläufe ermöglicht.
Nach diesem Prinzip ist die bis zu 6000 mm lange X-Achse der DMU 600P ausgeführt, ebenso die 4200 mm lange Y-Achse und die C-Rundachse. In der X-Achse ist eine Baueinheit mit jeweils zwei Servomotoren und DRP-Planetengetrieben im Einsatz (siehe Bild rechts auf der vorigen Seite), in der Y-Achse sind es KRPX-Planetengetriebe, die links und rechts am Z-Schlitten der Maschine angebracht sind. Eine elektronische Steuerung übernimmt jeweils die Synchronisation und Verspannung der beiden Antriebe. Aber nicht nur die Spielfreiheit der Antriebe ist eine wichtige Voraussetzung für höchste Präzision und beste Oberflächen. Ebenso bedeutend sind Steifigkeit, ein optimales Temperaturverhalten und sehr hohe Transmissionsgenauigkeiten.
So zeichnen sich die Antriebe laut Angaben durch extrem hohe Steifigkeiten in alle Richtungen aus, die zu hervorragender Positioniergenauigkeit, Bearbeitungsoberfläche und Reproduzierbarkeit führen.
Um das zu ermöglichen, sind die Getriebe mit massiven Ausgangslagern versehen und die Ritzel direkt in die Abtriebswelle integriert. Die Lageranordnung selbst besteht aus zwei vorgespannten, überdimensionierten Kegelrollenlagern, die sehr nah am Eingriffspunkt der Ritzel angebracht sind. Die Getriebegehäuse selbst sind extrem präzise gefertigt und auf höchste Steifigkeit hin optimiert.
Diese Konstruktion gewährleistet nicht nur eine sehr hohe Torsionssteifigkeit, sondern auch beste Steifigkeitswerte in allen anderen relevanten Achsrichtungen. Vor allem wird die radiale Durchbiegung stark vermindert, die nach Untersuchungsergebnissen von Redex Andantex für rund 60 % der Gesamtverformung eines Zahnstangenantriebs verantwortlich ist.
Aber auch auf der ökonomischen Seite überzeugt das Antriebskonzept. Nach einem Kostenvergleich des Herstellers kann man bei einem Verfahrweg von 6 m auf der X-Achse im Vergleich zu allen anderen technischen Lösungen mit den Zahnstangenantrieben von Redex die günstigsten kundenbezogenen Gesamtkosten erreichen – bei höheren Beschleunigungswerten, höheren bewegten Massen und unter Beibehaltung der hohen Genauigkeitsanforderungen.
Dieses Konzept kann Redex Andantex in verschiedenen Varianten anbieten – einmal mit mechanischer oder elektrischer Vorspannung, wobei sich DMG für die elektronische Synchronisierung entschied, und zum anderen mit unterschiedlichen Servomotor- und Getriebe- oder Gehäusebauarten. In der C-Achse, also in der Drehachse des Portals der DMU 600 P, verwendet DMG zum Beispiel eine Twin Drive-Kombination mit zwei Servo-Planetengetrieben vom Typ DRP.
Dass Redex Andantex neben den mechatronischen TwinDrive-Getriebekombinationen weitere interessante Antriebe für den Werkzeugmaschinenbau zu bieten hat, zeigt ein Blick in die Spindel der Portalfräsmaschine DMU 600 P. Hier kommt ein kompaktes, hochpräzises Schaltgetriebe der Baureihe RAM zum Einsatz. Und der Fräskopfwechsler verfährt mit einem Zahnstangenantrieb, der über ein weiteres Servo-Planetengetriebe aus der SRP-Baureihe angetrieben wird.
Damit hat DMG bei dieser anspruchsvollen Bearbeitungsmaschine das Prinzip „Alles aus einer Hand“ für sämtliche Antriebsachsen verwirklicht – und die gesamten Antriebsaufgaben mit der Technologie und dem Antriebsbaukasten von Redex Andantex realisiert. Dieses Konzept kommt gut an. Florian Garbarsky: „Die Maschinen der DMU P-Baureihe sind stark nachgefragt, wenn es um die präzise, schnelle und wirtschaftliche Bearbeitung großer Bauteile geht.“
Ein weiteres entscheidendes Kriterium für DMG war die Unterstützung von der Designphase bis hin zur Erstinbetriebnahme. Beim erstmaligen Einsatz eines Zahnstangenantriebes ist das von großer Bedeutung. Redex konnte hier durch vielfache Berechnungen, Optimierung und konstruktive Hinweisen wertvolle Hilfen für den Einsatz von Zahnstangenantrieben geben und damit einen wichtigen Beitrag zum Erfolg der Maschine leisten. dk
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