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Aktuelles über die Kupplung

Sicherheitskupplung, Wellenkupplung, Klauenkupplung, Lamellenkupplung

ktr0713Anwenderbericht

EMO Halle 25, Stand D46

Werkzeugmaschinen sind in ihrer Grundkonstruktion robust und daher fast unkaputtbar. Ein neuer Trend zeigt, dass es ein paar gute Gründe gibt, Präzisions-Maschinen mit Retrofitting wieder in neuem Glanz erstrahlen zu lassen - zumindest hinsichtlich Dynamik und Präzision. Luhatec hat hierbei seine ganz eigenen Erfahrungen gemacht: Beim umfassenden Retrofitting ihrer Präzisions-Werkzeugmaschinen und Nachrüsten mit modernen Servoantrieben werden die Maschinenbauer künftig nicht mehr vergessen, dass auch der Einsatz einer spielfreien, drehelastischen Kupplung von KTR Kupplungstechnik die Performance der Maschinen erhöht.



ktr10713Bei vielen Maschinenbauern und Sondermaschinenbauern findet man in den Fertigungshallen  und insbesondere im Musterbau neben einem hochmodernen Maschinenparkt auch noch Nischen, in denen ältere Werkzeugmaschinen ihren Dienst verrichten. In manchen Betrieben haben sie nur noch gelegentlich „zu tun“ und werden daher gerne noch für ganz spezielle Aufgaben eingesetzt. Das kommt natürlich nicht von ungefähr und ist nicht beispielgebend für die hier beschriebene Anwendung. Dennoch können auch die in der jüngeren Vergangenheit hergestellten Präzisions-Werkzeugmaschinen eine sehr lange Lebensdauer erreichen. Die Fachleute loben besonders die hohe Steifigkeit der Grundkonstruktion von älteren Maschinen und zögern deshalb oft, in neue Anlagen zu investieren. Es dauere einfach eine Zeit, bis sich die in den Neumaschinen vorhandenen Eigenspannungen über die Zeit abgebaut haben.

Aus diesen Gründen ist derzeit das Retrofitting von hochwertigen Bearbeitungszentren im Trend. Erneuert werden dabei zumeist die Antriebe und Steuerungen mit dem Ziel, Präzision und Dynamik der Maschine zu verbessern und auf den neuesten Stand zu bringen. Ein vergleichsweise unscheinbares Bauelement im Antriebsstrang spielt dabei eine wichtige Rolle: Auch die Wellenkupplung sollte an die veränderte Antriebsdynamik angepasst werden.

Flexibel mit baugleichen Maschinen

Wer diese Empfehlung beherzigt, kann von einem wahren Leistungssprung der Maschine profitieren. Davon können die Verantwortlichen der Luhatec Maschinenbau GmbH in Bad Bentheim aus erster Hand berichten. Das Unternehmen bietet mechanische Bearbeitungen, vornehmlich mit der Zerspanung von prismatischen Teilen. Bearbeitet werden hier beispielsweise maßgenaue Anbauteile von Großmotoren, Lenkachsen für Gabelstapler und unterschiedlichste Gehäuse für die Antriebe von mobilen Arbeitsmaschinen.

Für derart anspruchsvolle Aufgaben hält Luhatec das nötige Know-how und den geeigneten Maschinenpark bereit. Auf elf baugleichen horizontalen Bearbeitungszentren vom Typ Scharmann Solon 3 können Bauteile mit einem Stückgewicht bis 2,5 t hoch präzise bearbeitet werden. Alle Maschinen sind mit einem Zweifach-Palettenwechsler, Hochdruck-Werkzeuginnenkühlung und CNC-gesteuertem Präzisions-Drehtisch ausgestattet. Für kleinere Bauteile bis 500 kg Gewicht stehen acht Horizontal-Bearbeitungszentren Steinel FFZ 260 zur Verfügung.

Die ersten Scharmann-Fräszentren hat Luhatec bewusst gebraucht gekauft. „Angefangen haben wir 2001 mit fünf Maschinen, die wir aus der Motorenfertigung eines Automobilherstellers übernommen haben, sagt Erich Luttermann, einer der beiden geschäftsführenden Gesellschafter des Unternehmens. „Die Maschinen haben dort fünf Jahre lang Kurbelgehäuse von Zwölfzylindermotoren bearbeitet. Sie sind robust, sehr zuverlässig und die Steifigkeit des Maschinenbettes ist sehr hoch.“

Bei komplexen Teilen verfolgen Erich Luttermann und sein Geschäftspartner Heiko ten Hagen das Ziel, möglichst viele Arbeitsschritte in einer Aufspannung  zusammenzufassen, um Bearbeitungszeit und somit Kosten zu sparen. Ein weiterer Wettbewerbsvorteil ist die hohe maschinentechnische Kompetenz des Unternehmens, das 32 Mitarbeiter beschäftigt: Nicht nur Standardreparaturen wie der regelmäßige Austausch der Kugelspindeln werden mit eigenen Mitteln realisiert. Auch mit umfassenden Umbauten haben die Fertigungstechniker Erfahrung. 

Austausch der Antriebs- und Steuerungstechnik

Deshalb ging Luhatec auch das Projekt des Retrofits zunächst allein an und der Geschäftsführer berichtet über die Hintergründe: „Wir haben vor zwei Jahren beschlossen, an allen Solon-Maschinen die Antriebe und die Steuerung zu erneuern, denn die Mechanik der Maschinen ist noch in einem hervorragendem Zustand. Dennoch benötigten wir eine höhere Dynamik und wollten darüber hinaus Problemen bei der Ersatzteilbeschaffung vorbeugen.“

Doch trotz des umfassenden Maschinenbau-Know-hows des Unternehmens endete das Retrofit-Projekt an der ersten Maschine mit einer glatten Enttäuschung. „Der Spindelmotor pfiff sehr laut, und es war keine präzise Bearbeitung möglich. Obwohl wir die Maschinen inzwischen in- und auswendig kennen, konnten wir die Ursache dafür nicht finden“, so der geschäftsführende Gesellschafter.

Digitale Servoantriebe: Dämpfung ist wichtig

ktr20713In dieser Situation erhielt Luhatec Unterstützung durch den Hersteller der Servoantriebe. Dieser empfahl den Maschinenbauern, die drehsteife Kupplung durch eine spielfreie dreleastische „Rotex GS“-Kuppplung von KTR zu ersetzen. „Der Motorenhersteller hatte die Erfahrung gemacht, dass digital geregelte Servoantriebe zum Aufschwingen neigen, wenn sie vollkommen steif ausgelegt sind. Deshalb empfiehlt er grundsätzlich, in den Achsspindelantrieben drehelastische Rotex GS Kupplungen zu verwenden.“

Luhatec hat sich auf diese Empfehlung hin an die KTR Kupplungstechnik GmbH in Rheine gewandt. Der Spezialist für die Auslegung von Antriebssystemen in hochdynamischen Spindelantrieben hat die erste Rotex GS bereits vor gut zwanzig Jahren entwickelt. Deren Ingenieure haben innerhalb kurzer Zeit anhand der Motordaten die passende Kupplung ausgelegt und den für diesen anspruchsvollen Anwendungsfall nötigen Kompromiss zwischen Steifigkeit und Schwingungsdämpfung gefunden. Da es sich bei dieser Kupplung um ein Produkt aus dem KTR-Katalogprogramm handelt, konnten die Bauteile anschließend schnell an Luhatec ausgeliefert werden.

Als spielfreie Klauenkupplung mit definierter Drehelastizität bewährt sich die Rotex GS in den hochdynamischen Antrieben von Werkzeugmaschinen sowohl in der Erstausrüstung als auch beim Retrofit. Über die Shore-Härte des Zahnkranzes kann man die Dämpfungseigenschaften exakt an die Antriebsparameter anpassen. Johannes Deister, Produktmanager der KTR Kupplungstechnik GmbH: „Unsere Erfahrungen zeigen, dass bei digital geregelten, hochdynamischen Antrieben ein gewisses Maß an Dämpfung benötigt wird, das sich leistungssteigernd auswirkt. Wenn das Antriebssystem einhundert Prozent steif ist, weil beispielsweise eine Balg- oder Stahllamellenkupplung eingesetzt wird, müsste man die Beschleunigungswerte künstlich begrenzen, und das wäre kontraproduktiv.“

Unterschied wie Tag und Nacht

ktr30713Die Tatsache, dass man in hochdynamischen Positionierantrieben ein gewisses Maß an Dämpfung und Elastizität benötigt, mag auf den ersten Blick erstaunen. Auch die Verantwortlichen bei Luhatec waren zunächst skeptisch, ob der Ersatz einer drehstarren durch eine drehelastische Kupplung die Probleme beheben kann. Aber nachdem sie die Kupplung ausgetauscht hatten, erreichte die Maschine sofort die erwartete Dynamik und Präzision. „Das Ergebnis war wirklich verblüffend – ein Unterschied wie Tag und Nacht“, freut sich Luttermann heute noch.

Die Vorteile eines Retrofittings in der Praxis ließen sich schnell erkennen. Die Maschine arbeitet nicht nur schneller sondern auch noch präziser: „Das merken wir beispielsweise beim Fräsen von großen Passungen. Hier ist die Präzision vor allem an den Übergängen größer, weil die achsübergreifenden Bewegungsabläufe besser geregelt werden“, resümiert der Geschäftsführer.  Dank des größeren Arbeitsspeichers der Steuerung könne man nun anspruchsvolle Aufgaben wie Formenfräsen besser abarbeiten und auch das neu installierte direkte Messsystem trägt zu höherer Präzision der Bauteile bei.

Retrofit wird fortgesetzt

Angesichts dieser Vorteile überrascht es nicht, dass Luhatec das Retrofit-Programm fortsetzt und somit die Präzision und Leistungsfähigkeit des vorhandenen Maschinenparks steigert. Nachdem man nun Erfahrung damit gewonnen hat, wird die Schlagzahl erhöht: Luhatec plant, in Kürze weitere Scharmann-Bearbeitungszentren umzurüsten und selbstverständlich auch wieder drehelastische Rotex GS-Kupplungen von KTR für den Spindelantrieb einzusetzen.

Bild oben: Luhatec bearbeitet vorwiegend Antriebskomponenten, die hohe Anforderungen an Präzision und Maßhaltigkeit erfüllen müssen.

Der Autor Johannes Deister ist Produktmanager bei der KTR Kupplungstechnik GmbH in Rheine.


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