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Leitungen Energieversorgung für Spindeln: Am besten mit Einzeladern

| Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Ein vertikales fünfachsiges Dreh-Fräszentrum von EMAG erlaubt das Bearbeiten komplexer Geometrien – etwa raumschräge Bohrungen und Flächen in schweren Bauteilen. Eine Herausforderung für die Energieversorgung der Spindel.

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Mehraderleitung (oben) oder Einzeladern (unten)? Für EMAG gibt es gute Gründe, auf Einzeladern zu setzen.
Mehraderleitung (oben) oder Einzeladern (unten)? Für EMAG gibt es gute Gründe, auf Einzeladern zu setzen.
(Bild: Igus)

Hochpräzise Vertikalbearbeitung in fünf Achsen auf kompaktem Raum: Mit diesem Konzept hat der Hersteller von Werkzeugmaschinen EMAG vor drei Jahren einen echten Erfolg im Markt der Präzisionsbearbeitung gelandet. Die damals vorgestellte, am traditionsreichen Standort Leipzig gefertigte VMC 450-5 MT ist unverändert stark nachgefragt und dafür gibt es gute Gründe. Die Maschine eignet sich für die Bearbeitung von schweren Bauteilen mit Durchmessern bis 700 mm, die auch raumschräge Bohrungen und Flächen aufweisen können. Möglich ist das durch die Erweiterung des Basismodells VMC 450 MT um eine Schwenkachse (B-Achse) mit integrierter Dreh-/ Frässpindel und eine Y-Achse mit integrierter Hauptspindel.

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Hochpräzise Bearbeitung in fünf Achsen auf kompaktem Raum

Die aus Kundensicht erfreuliche Konsequenz: Hersteller zum Beispiel von Getriebeteilen und -gehäusen für LKWs oder mobile Arbeitsmaschinen brauchen maximal zwei Maschinen statt, wie bisher, vier oder sechs, um ein komplettes Bauteil zu bearbeiten. Das spart Platz, Kosten und verkürzt die Prozesskette. Das schätzen die Kunden, wie ein Anwendungsbeispiel beweist. Georg Händel, Manager Technical Sales Heavy Parts: „Ein Getriebehersteller hat zentrale Komponenten bisher gedreht, gefräst, extern verzahnen lassen und dann weiterbearbeitet. Das erforderte einen erheblichen logistischen Aufwand und kostete Zeit. Jetzt kann er alle Arbeitsgänge einschließlich des Wälzschälens für die Verzahnung mit einer Maschine und in einer Aufspannung erledigen.“

Ein weiterer Vorteil, der für alle Vertikalbearbeitungsmaschinen der VMC-Serie gilt, ist die Flexibilität: Die Achsen, Wellen und Gehäuse werden in der Regel in mittleren Stückzahlen und großer Varianz gefertigt. „Deshalb ist“, so Georg Händel, „die Rüstzeit ein entscheidendes Thema für die Anwender der VMC-Maschinen.“ Be- und Entladung können per Roboter oder manuell erfolgen. Optional kann der Anwender ein integriertes Werkzeugmagazin mit bis zu 80 Werkzeugen ordern.

Leistungsstarke Spindel, extreme Beschleunigung und kaum Platz für Leitungen

Auch die Konstruktion und Entwicklung dieser Maschinen erfolgt am EMAG-Standort Leipzig. Hier hatten die Elektrokonstrukteure die nicht ganz einfache Aufgabe zu lösen, die im eigenen Hause entwickelte Hochleistungsspindel mit Energie und Signalen zu versorgen. Markus Pannicke, Lead-Engineer Kabel und Leiter der Abteilung ‚Fluid, Hardware, Steuerungstechnik, Robotik‘: „Der Spindelmotor leistet 84 kW, für die Leitungen ist kaum Platz und bei den Beschleunigungsvorgängen erreichen wir Stromstärken bis 252 A.“ Hinzu kommt, dass sich die Spindel bei den Vertikaldrehmaschinen unterhalb von Werkstück und Werkzeug befindet. Die beweglichen Leitungen müssen somit gut gegen Späne und Öl geschützt ein.

Energieversorgung der Spindel: Nur mit Einzeladerleitungen

Unter diesen Voraussetzungen lag es nahe, die Energiezuführung zur Spindel ausschließlich mit Einzeladern zu realisieren, zumal EMAG mit dieser Art der Energieversorgung bereits Erfahrung gesammelt hat. „Bei der Baureihe USC – das sind Bearbeitungsmaschinen für Rohrenden – nutzen wir seit rund 15 Jahren dieses Prinzip. Deshalb hatten wir überhaupt keine Bedenken, auch bei der VMC-Serie vier Einzeladerleitungen mit je 10 mm2 Nennquerschnitt zu verwenden“, erklärt Pannicke. Die Logik dieser Entscheidung wird umso deutlicher, wenn man sich die Alternative vor Augen führt: „Wir bräuchten dann eine vieradrige Motorleitung mit einem Querschnitt von 4G10 mm2. Eine solche Leitung lässt sich in dem vorhandenen Bauraum gar nicht verlegen, und ihr Biegeradius wäre auch zu groß.“

Chainflex: Entwickelt für Beweglichkeit

Allerdings gibt es in der Elektrotechnik Vorbehalte gegenüber dieser Art der Energieversorgung, weil sich die Adern beziehungsweise Leitungen gegenseitig beeinflussen können. Die Leitungen aus der Serie CF270 des Chainflex Programms von Igus sind aber genau für diesen Einsatzfall entwickelt sowie für bewegliche Anwendungen. Das trifft auf alle Chainflex Leitungen zu. Hier erreichen sie extrem hohe Standzeiten, das ist für EMAG und für die Nutzer der EMAG-Maschinen von großer Bedeutung. „Sollte eine Motorleitung ausfallen und ein Austausch steht an, bedeutet das wegen der sehr kompakten Bauweise einen Tag Stillstand. Deshalb ist eine hochwertige und belastbare Spindelleitung ein wichtiges Konstruktionsmerkmal“, erläutert Pannicke.

CF270: Die „Spindelleitung für die Werkzeugmaschine“

Wobei „hochwertig“ nicht mit „teuer“ gleichzusetzen ist, schließlich spielen die Kosten im Werkzeugmaschinenbau immer eine Rolle. Deshalb hat Igus zwar das Prinzip der Einzeladerleitungen aus dem Kranbau übernommen, wo man schon seit Jahrzehnten Einzeladern einsetzt, aber zugleich die Kosten reduziert. Andreas Muckes, Produktmanager Chainflex Leitungen bei Igus: „Bei Leitungen für Werkzeugmaschinen müssen die Leiterseile auch hochwertig sein, aber die Anforderungen an die Ummantelung sind nicht so hoch, weil die Maschinen im Gegensatz zur Kranbranche im Innenbereich zum Einsatz kommen.“

Exakt für diesen Anwendungsbereich gibt es daher die geschirmte Einzeladerleitung ohne (teure) TPE-Ummantelung: Chainflex CF270.UL.D mit PUR-Mantel, die im Markt inzwischen die Bezeichnung „Spindelleitung“ trägt. Sie ist unter anderem ölbeständig und kerbzäh, was vorteilhaft in der öligen Umgebung einer Werkzeugmaschine mit ihren vielen Metallkanten ist und trägt die UL-Zulassung für den Weltmarkt.

Entscheidend: Die Leitungsqualität

In den Maschinen der VMC-Baureihe verwendet EMAG die Einzeladerleitungen der CF270-Serie bis zu einem Querschnitt von 50 mm2, in Sonderfällen bis 70 mm2. „Die Auslastung und Beanspruchung der Leitungen ist stets hoch. Umso wichtiger ist ein sehr hohes Qualitätsniveau“, betont Pannicke. Dazu leistet auch die Werkstoffauswahl einen Beitrag. Der Außenmantel ist aus PUR gefertigt. Für die Aderisolation unterhalb der Schirmung kommt TPE zum Einsatz. Damit wird die Temperaturfestigkeit der Leitung erhöht, was der dauerhaften hohen Belastung hochdynamischer Spindeln Rechnung trägt. Igus gibt auf sein Chainflex Leitungsprogramm eine Garantie von 36 Monaten bzw. bis zu 40 Mio. Doppelhübe. Außerdem lässt sich über den Online-Lebensdauerrechner die über die Garantie hinaus zu erwartende Lebensdauer der Leitungen ermitteln. Durch die Lösung mit der Spindelleitung spart EMAG Bauraum und reduziert gleichzeitig Kosten.

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