Lineartechnik spannend wie ein Krimi

Was die Spannung beim Krimi ist, sind Harmonie, Präzision, Leistungsdichte und Steifigkeit für die lineare Bewegungsführung. Und spannend wird es dann, wenn es um eine ruhige und dennoch dynamische Bewegungsführung, an höhere Beschleunigungen und Geschwindigkeiten in allen Achsen in Portalfräsmaschinen geht.

Aber nicht genug damit, auch die maximale Systemsteifigkeit für die hochpräzise HSC-Feinbearbeitung muss gewährleistet sein. Das Anwendungsbeispiel zeigt, dass Technik so spannend wie ein Krimi sein kann.

GUIDO BRENNER

Die Abkürzung HPLS steht für das High Performance Linear System. Damit bringt Wittenstein Alpha Spannung in die Lineartechnik, denn das HPLS ist ein Ritzel-Zahnstangensystem, das besonders anspruchsvolle Fälle klärt. Dahinter steht ein besonders spielarmes Planetengetriebe der Baureihe RP+ mit angeschweißtem, schrägverzahntem Ritzel sowie einer in Hochpräzisionsprozessen gefertigten Zahnstange.


Aus einer Hand kommend sind die Komponenten in jeder Applikation perfekt aufeinander abgestimmt – wodurch sie hinsichtlich der Dreh- und Haltemomente für den Vorschub und die Beschleunigung, der Laufruhe, der Leistungsdichte sowie der Spielfreiheit und Systemsteifigkeit beste Leistungswerte für die hochdynamische und präzise Bewegungsführung von Linearachsen bieten. „Die Performance des HPLS liegt in diesen für uns relevanten Kenngrößen deutlich über dem Marktstandard“, bestätigt Hartmut Kälberer, Geschäftsführer der F. Zimmermann GmbH. Sein Unternehmen setzt das Ritzel-Zahnstangensystem in ihren neuesten Portalfräsmaschinen ein. „Hinzu kommt, dass sich die Systeme sehr flexibel entsprechend der Achslängen auslegen lassen“, sagt Kälberer und erklärt, warum er jetzt weniger Aufwand mit der Montage hat. „Darüber hinaus können das Getriebe wie auch die Zahnstange durch besondere konstruktive Merkmale, zum Beispiel Langlöcher am Getriebeflansch und Zahnstangen mit hochpräziser und ergonomischer Exzenter-Montagetechnik, mit deutlich weniger Aufwand als bei herkömmlichen Antriebslösungen dieser Art montiert werden.“

 

Ansprüche an Fräslösungen steigen


Mit diesen Eigenschaften erfüllt das HPLS wesentliche Voraussetzungen für anspruchsvolle Fräslösungen. Deren Entwicklung ist von besonderer Dynamik geprägt, denn die Anforderungen steigen stetig. Entwicklungszyklen werden kürzer, ebenso die „time to market“. Prototypen müssen kurzfristig realisierbar sein – und das in perfekter Ausführung. „Geschwindigkeit, höchste Maßhaltigkeit und Oberflächengüte sind bei Fräslösungen gefragt, aber auch Vielseitigkeit und Flexibilität“, erklärt Hartmut Kälberer. „Auf den Portalfräsmaschinen der neuesten Generation werden heute sowohl Leichtmetalle, Kunst- und Verbundwerkstoffe als auch Stahl und Guss bearbeitet. Deshalb haben solche Maschinen, wie sie für die Bearbeitung großvolumiger Bauteile unter anderem im Automobil-, Flugzeug- und Werkzeugbau oder in der Eisenbahn- und Energietechnik eingesetzt werden, üblicherweise einen großen Arbeitsraum. Gleichzeitig müssen sie dabei über eine hohe Dynamik und eine maximale Systemsteifigkeit verfügen.“

 

Perfekte Performance für Portalfräsmaschinen


Das Unternehmen aus Neuhausen auf den Fildern plant, entwickelt und fertigt High End-Portalfräsmaschinen für unterschiedlichste industrielle Anwendungsbereiche – und setzt dabei seit mehr als einem Jahrzehnt Ritzel-Zahnstangesysteme von Wittenstein Alpha ein. „Die Kunden schätzen F. Zimmermann als Partner mit hoher Systemlösungskompetenz, denn neben der reinen Fräsmaschine ergänzen Automatisierungssysteme, intelligente Spanntechnik, zusätzliche Werkzeuge, Entsorgungstechnik sowie ein individuell abgestimmtes Projektmanagement unser Leistungsportfolio“, erläutert Hartmut Kälberer. Auslegungstechnisch zeichnet sich die Maschinenserie FZ37 durch hohe Dynamik und Zerspanungsleistung, höchste Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit sowie individuell konzipierbare Arbeitsräume aus. Und die können riesig sein: „Die Maschine ermöglicht Arbeitsbereiche von bis zu 40 Meter in der X-Achse, sechs Meter in der Y-Achse und drei Meter in der Z-Achse – also im Extremfall von bis zu 720 Kubikmeter“, bestätigt Marcus Lengerer, der Marketingleiter von F. Zimmermann. „Innerhalb des jeweiligen Arbeitsraums erlaubt die FZ37 eine mehrachsige 5-Seiten-Bearbeitung, durch die auch sehr komplexe Formen in kurzer Zeit aus einem Werkstoff gefräst werden können.“ Ob filigrane Detail- oder weitläufige Flächenbearbeitung – dank HPLS erfüllt die lineare Bewegungsführung alle Leistungsanforderungen seitens der Portalfräsmaschine, zum Beispiel Geschwindigkeiten bis 60 m/min und Beschleunigungen bis 5 m/s².

 

HPLS-Zahnstangenantriebe ermöglichen entscheidende Verbesserungen


Durch den Einsatz des HPLS an den X-, Y- und Z-Achsen der FZ37 werden entscheidende Verbesserungen gegenüber den Vorgängerbaureihen erreicht. So gewährleistet das RP+-Hochleistungs-Planetengetriebe als rotative Komponente durch seine hohe Verdreh- und Kippsteifigkeit sowie die steife Maschinenanbindung einen minimalen Schleppfehler. Zusammen mit der besonderen Präzision der Zahnstange ergibt sich hieraus eine extrem struktursteife Antriebskonzeption und damit eine sehr hohe Systemsteifigkeit der FZ37 über die komplette Achslänge. Der optimierte KV-Faktor der Maschine führt in allen Achsen zu hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bei der High-Speed-Cutting-Feinbearbeitung (HSC). Darüber hinaus ergibt sich aus der hohen Bahntreue im Bewegungssystem der Maschine eine extreme Präzision: Mit einer volumetrischen Genauigkeit bis 55 µm erfüllt die FZ37 hinsichtlich Oberflächengüte und Präzision höchste Maßstäbe. Das RP+-Getriebe für die Z-Achse ist zudem so dimensioniert, dass es alle auftretenden Kräfte komplett aufnehmen kann. „Dadurch konnten wir die Maschine jetzt ohne hydraulischen Gewichtsausgleich auslegen“, erläutert Hartmut Kälberer eine wichtige konstruktive Optimierung der Portalfräsmaschine. „Die FZ37 benötigt durch den Wegfall der Hydraulik weniger Bauteile, die Regelung ist einfacher und der Montage- und Wartungsaufwand ist erheblich reduziert. Durch den besseren Wirkungsgrad sind zudem die laufenden Energiekosten signifikant geringer – sowohl im Vergleich mit dem hydraulischen Konzept als auch mit einer alternativen Lösung mit einem Linearmotor.“ Darüber hinaus bietet die Antriebsauslegung mit dem modularen Ritzel-Zahnstangensystem HPLS den Vorteil, die Maschinen- bzw. Achslänge unbegrenzt auslegen und auch große Hübe umsetzen zu können. „Dies vermeidet nicht nur die Limitierungen, wie sie bei Kugelrollspindeln bestehen, sondern ermöglicht auch eine technisch praktikable und schnelle Reaktion auf besondere Kundenanforderungen hinsichtlich der Achslängen“, ergänzt Hartmut Kälberer.


Die lineare Bewegungsführung mit dem High Performance Linear System HPLS macht die FZ37 zu einer der dynamischsten Portalfräsmaschinen auf dem Markt. Gleichzeitig erfüllt die neue Maschinengeneration höchste Anforderungen an die Präzision und die Oberflächengüte der Bearbeitung. Damit ist die FZ37 – nicht zuletzt dank der innovativen und energieeffizienten Antriebstechnologie ihrer Linearachsen – bereit für die Herausforderungen der Zukunft.

www.wittenstein.de

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Beitrag aus [me] 1/2016

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