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Leichtgewichte für höchste Ansprüche

Sonderwerkzeuge: Leichtbau eröffnet neue Möglichkeiten
Leichtgewichte für höchste Ansprüche

Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrstangen bringen Leichtbauwerkzeuge weniger als die halbe Masse ins Werkzeugmagazin oder die Spindel Bild: Mapal
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Beim Bearbeiten großer Durchmesser in Gehäusen liefern Leichtbauwerkzeuge präzise Ergebnisse. Sie sind steif und überfordern die Maschine dennoch nicht mit einem hohen Gewicht. Zudem verbessern die geringeren bewegten Massen die Energieeffizienz der Prozesse.

Durchmesser von 300 mm und Auskraglängen von 600 mm – für derartige Anwendungen hat die Aalener Mapal Dr. Kress KG Führungsleistenwerkzeuge in Leichtbauweise entwickelt. Mit diesen Tools lassen sich beispielsweise verschiedene Durchmesser an den Aluminiumgehäusen moderner Hochleistungsgetriebe präzise bearbeiten. Die Anforderungen der Automobilbranche an die Koaxialität und die Stufenmaße sind dabei sehr hoch. Als Lösung haben sich laut Mapal Schweißkonstruktionen aus hohlen Stahlteilen ebenso in der Praxis bewährt wie Werkzeuge, bei denen leichtere Werkstoffe wie Aluminium oder Titan eingesetzt werden. Diese Konstruktionen haben bei einem vergleichsweise geringen Gewicht eine hohe Stabilität und Steifigkeit. Gegenüber herkömmlich ausgeführten Bohrstangen soll sich das Gewicht um die Hälfte oder mehr reduzieren lassen. Das Biegewiderstandsmoment ist laut den Schwaben durch die Rohrkonstruktion und die Stabilisierungsrippen sehr gut, so dass auch bei ungünstigen Auskraglängen die Werkzeuge hochgenau sind. Durch die Führungsleistentechnologie werden die Werkzeuge zusätzlich geführt, was wiederum der Präzision zu Gute kommt.

Zu einer etwas anderen Lösung kamen die Spezialisten für die Vor- und Fertigbearbeitung eines Aluminiumgehäuses für ein Maschinengetriebe. Bei dieser Anwendung ergaben konstruktive Untersuchungen und Berechnungen, dass mit einer Schweißkonstruktion die geforderten Grenzen hinsichtlich Gewicht und Kippmoment nicht einzuhalten sind. In den Aluminiumkörper des Werkzeugs sind die Schneiden in einstellbaren Kassetten montiert. Der Grund: Auch bei der Schruppbearbeitung, bei der Tangentialschneiden mit sechs nutzbaren Schneidkanten zum Einsatz kommen, sollte die Stabilität des Plattensitzes gewährleistet sein. In den Feinbearbeitungswerkzeugen zur Fertigbearbeitung der Bohrungen sind in feinjustierbaren Kassetten Tangentialschneiden mit Bogenschliff aufgenommen. Die gewählte Aluminiumkonstruktion mit Kassetten bringt zusätzlich Vorteile bezüglich der möglichen Gehäusevarianten, die durch Austausch der Kassetten abgedeckt werden können. Und beim Optimieren des Prozesses lassen sich Schneiden oder Anstellwinkel einfach austauschen oder verändern.
Ein weiteres Beispiel zeigt, was Leichtbau-Werkzeuge leisten können: Fürs Bearbeiten einer Stufenbohrung, wiederum in einem Getriebegehäuse, forderte der Kunde, fünf Bearbeitungsschritte in einem einzelnen Werkzeug zu vereinen und gleichzeitig das maschinenseitig zulässige Werkzeuggewicht von nur 8 kg nicht zu überschreiten. Das Tool – ausgeführt als festes PKD-Werkzeug – sollte die Bohrungen in einer Operation fertig bearbeiten. Ingenieure konzipierten für diese Anwendung ein Titanwerkzeug mit PKD-Schneiden, das weniger als 6 kg wiegt. Alle Bearbeitungsstufen sind achtschneidig ausgeführt. Das Ergebnis: Gegenüber den vorher eingesetzten Werkzeugen konnte die Taktzeit um 70 % reduziert werden.
Die Aalener beschäftigen sich seit längerem mit dem Thema Leichtbau. Bei besonders großen Werkzeugen oder langer Auskragung sind von Seiten der Werkzeugmaschinen bestimmte Grenzen gesetzt. Die Werkzeugwechsler und die Magazine können nur Werkzeuge bis zu einem bestimmten Gewicht und Kippmoment halten. Sonst besteht die Gefahr, dass die Tools aus dem Wechsler oder dem Magazin fallen. Zudem wirken sich zu große bewegte Massen negativ auf die maximale Verfahrgeschwindigkeit und die mögliche Genauigkeit aus.
Doch nicht nur hinsichtlich Präzision und Dynamik bieten die leichtgewichtigen Ausdrehwerkzeuge Vorteile. Für die meisten Hersteller und Anwender von Werkzeugmaschinen und Präzisionswerkzeuge spielt der Energieeffizienz bisher eher eine untergeordnete oder keine Rolle. Dabei haben Untersuchungen ergeben, dass der Energieverbrauch mit rund 20 % der gesamten Lebenszykluskosten in der Nutzungsphase einer Werkzeugmaschine einen Anteil darstellt, über den es sich nachzudenken lohnt. Leichtbau-Werkzeuge wie die beschriebenen stellen einen Ansatz dar, mit dessen Hilfe sich die Energieeffizienz verbessern lässt. hw
Kombiwerkzeug aus Titan verkürzt Taktzeit um 70 %
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