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antriebstechnik 8/2019

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SPECIAL: ANTRIEBE FÜR

SPECIAL: ANTRIEBE FÜR WERKZEUGMASCHINEN 3. WIE MAN MASCHINENAUSFÄLLE REDUZIERT UND DIE MASCHINE BESSER AUSLASTET 03a Aufbau des Überwachungssystems Schaeffler SpindleSense: 1 Abstandssensoren 2 Auswerteeinheit 3 Anschlusskabel 03b Schaeffler DuraSense gibt es für Profilschienenführungen mit vierreihiger Kugelumlaufführung Kuve, Rollenumlaufführung Rue und sechsreihiger Kugelumlaufführung Kuse Der größte Anteil an Werkzeugmaschinen-Ausfällen ist auf defekte Spindeln zurückzuführen, insbesondere als Folge von Kollisionen und andauernder, aber unentdeckter Überlastung. Schaeffler bietet mit dem Überwachungssystem Schaeffler SpindleSense nun eine Lösung, die Überlastung erkennt und den Betreiber entsprechend warnt. Zur EMO 2019 stehen Kunden die ersten serienreifen Sensorring-Einheiten SRS inklusive radialem und axialem Messring mit Innendurchmesser 70 mm zur praktischen Erprobung zur Verfügung. Weitere Baugrößen mit 80 und 100 mm Innendurchmesser werden zum Jahresende lieferbar sein. Die Breite beträgt einheitlich 16 mm. Zum Lieferumfang zählt auch ein Setup-Service-Tool SST, mit dem SpindleSense parametriert und in Betrieb genommen werden kann. Die am Spindellager integrierte Sensorik misst mit einer sehr hohen Auflösung die Verlagerung der Spindelwelle unter Last in fünf Raumrichtungen – drei translatorisch und zwei rotatorisch. Übersteigen die ermittelten Einfederungen an den Wälzkörpern eine spezifische Schwelle, wird vom Sensorring ein elektrisches Warnsignal an die Maschinensteuerung ausgegeben. Die Schwelle wird für jeden Spindel- und Maschinentyp individuell festgelegt. Sie basiert auf einer Bewertung der betriebsrelevanten Lagerkennwerte, wie Pressung, Bohr-Roll-Verhältnis und Käfigtaschenspiel, in welche das langjährige Wälzlager- Know-how von Schaeffler einfließt. Die gesamte Software und alle erforderlichen Algorithmen sind in den 16 mm breiten Sensorring integriert. Es sind keine weiteren Komponenten für das System notwendig. Dadurch dass SpindleSense auch dauerhafte Überlastungen erkennt, und somit ein Nachjustieren des Betreibers vor dem Ausfall ermöglicht, werden geringere Spitzen lasten, seltenere Ausfälle und somit eine höhere Produk tion erzielt. Schaeffler DuraSense hingegen ist für einen sicheren Betrieb von INA-Kugel- und -Rollenumlaufeinheiten konzipiert und überwacht den tribologischen Zustand der Linearführung auf Basis von Schwingungssignalen. Das System besteht aus Laufwagen mit einer speziell für diese Aufgabe entwickelten Sensorik und einer Pre-Processing- Unit für bis zu sieben Sensoren. Dabei stellt die Pre-Processing-Unit das Herzstück von DuraSense dar, denn diese beinhaltet das Schaeffler Wälzlager-Know-how, wertet die Sensorsignale aus und generiert einen aussagefähigen Kennwert, den Schmierkennwert. Schaeffler DuraSense nutzt den Effekt, dass mit alterndem Schmierstoff bzw. kleiner werdender Schmierstoffmenge die emittierte Schwingungsenergie des Laufwagens beeinflusst wird. Der bei den Messfahrten ermittelte Schmierkennwert beschreibt den aktuellen Schmierzustand des Laufwagens und sendet bei Überschreitung eines im Neuzustand (= Sollzustand) generierten Schmiergrenzwertes ein Signal an die Maschinensteuerung. Optional kann Schaeffler DuraSense mit einem Schmiersystem aus dem Hause Schaeffler (Concept2 oder Concept8) kombiniert werden. Schaeffler DuraSense macht den Schmierzustand der Führung transparent und zeigt ein kritisches Schmierniveau an. Somit kann bei Linearachsen, die z. B. aufgrund von geringen Belastungen und Laufleistungen lediglich aus Sicherheitsgründen an die Zentralschmierung angeschlossen waren, auf eine manuelle Nachschmierung umgestellt werden. Das Maschinenlayout wird vereinfacht und die Kosten für die Verrohrung an die Zentralschmieranlage inklusive der Zumessventile eingespart. Überfettung bzw. ein Ansammeln von Fett sowie das Risiko von verunreinigten Werkstücken – ein häufiges Phänomen bei Nutzung zentraler Schmieranlagen – kann ebenso vermieden werden. Da Schaeffler DuraSense die Veränderungen des Schmierzustandes am Laufwagen überwacht, erkennt das System sämtliche Fehler und Veränderungen, die darauf Einfluss haben. Dies schließt alle Defekte am Schmiersystem, aber auch Defekte an Abdeckungen des Führungssystems bzw. den Einfluss von Kühlschmierstoff o. Ä. ein. Das System meldet ggf. eine notwendige Nachschmierung an die Steuerung noch vor dem nächsten, fix definierten Schmierintervall. Bei ungewöhnlich kurzen Nachschmier intervallen wird eine Fehlersuche ermöglicht. In hochautomatisierten Fertigungen mit einer starken Verkettung der Maschinen können so auch ganze Fertigungslinien vor ungeplanten Stillständen geschützt werden, was die Gesamtanlageneffektivität entscheidend steigert. 60 antriebstechnik 2019/08 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: ANTRIEBE FÜR WERKZEUGMASCHINEN 4. WIE DIE ROBUSTHEIT UND LANGLEBIGKEIT DER HAUPTSPINDEL VERBESSERT WERDEN KANN 04a Eine Spindellager-Baureihe mit drei Performance-Klassen: Eine effiziente Möglichkeit, die Drehzahleignung und Robustheit der Spindellager den Kundenbedürfnissen anzupassen DIE IDEE „Die Gesamtanlageneffektivität (OEE) ist ein Maß für die Wertschöpfung einer Anlage. Diese sinkt, wenn die Maschine steht oder nicht mit voller Leistung arbeiten kann. Schaeffler hat zur EMO 2019 Produkte und Dienstleistungen rund um die Werkzeugmaschine entwickelt, die dies verhindern und somit die OEE maximieren sollen.“ Die Leistungsfähigkeit und Produktivität von Werkzeugmaschinen wird in besonderem Maße von der Hauptspindel vorgegeben. Ihre Drehzahleignung, Steifigkeit und Robustheit gegenüber betrieblichen Einflüssen wiederum bestimmen die Spindellager. Wichtige Entwicklungsziele der FAG-Spindellager der M-Baureihe in X-life-Qualität waren eine besonders reibungsoptimierte Innenkonstruktion sowie eine große Toleranz gegenüber schnell wechselnden thermischen Betriebszuständen, wie sie in Motorspindeln häufig auftreten. Angeboten wird die neue Baureihe in den drei Varianten M, HCM und VCM. Die Kugeln und Ringe der X-life High-Speed- Spindellager der M-Variante sind aus dem bewährten Wälzlagerstahl 100Cr6 gefertigt. X-life High-Speed-Spindellager der HCM-Variante sind mit Kugeln aus Keramik bestückt, während die Ringe aus Wälzlagerstahl 100Cr6 bestehen. 04b Ralf Moseberg, Durch die sehr hohe Drehzahleignung bietet die HCM-Variante Leiter Geschäftsbereich die Möglichkeit, die Leistung von Motorspindeln zu steigern. Industrial Automation bei Die Kugeln der X-life High-Speed-Spindellager der VCM­ Schaeffler, begrüßt die Fachpresse zum Workshop Variante sind ebenfalls aus Keramik, die Lagerringe jedoch aus im Schwarzwald dem neu entwickelten Hochleistungswerkstoff Vacrodur gefertigt. Dieser Hochleistungsstahl verfügt über eine Vielzahl an herausragenden Eigenschaften, die speziell für die Anwendung als Spindellager sehr vorteilhaft sind. Im Bereich der Dauerfestigkeit erträgt Vacrodur bis zu 35 % höhere Pressungen als der bewährte Wälzlagerstahl 100Cr6. In zertifizierten Versuchen konnte mit guten Schmierverhältnissen eine 2,4-fach höhere dynamische Tragfähigkeit im Vergleich zum Standardwälzlagerstahl 100Cr6 nachge ­ wiesen werden. Dies entspricht einer 13-fachen Verlängerung der nominellen Lagerlebensdauer. Unter Mangelschmierungsbedingungen ergibt sich sogar eine 25-fache Verlängerung der Gebrauchsdauer. In Versuchen auf Dauerlaufprüfständen bei Schaeffler unter kontrollierten Verschmutzungsbedingungen konnte im Vergleich zum bisherigen Benchmark eine fast 20-fache Steigerung der Gebrauchsdauer bis zum Lagerausfall realisiert werden. Diese außergewöhnlichen Ergebnisse bestätigen auch Tests bei mehreren Kunden. Mit einer Umstellung der Spindellager auf die X-life M-Serie haben Maschinen- und Spindelhersteller die Auswahl zwischen drei Performance-Stufen hinsichtlich Drehzahleignung, Belastbarkeit und Gebrauchsdauer. Die im Durchschnitt längere Gebrauchs dauer führt zu signifikanten Einsparungen bei den Betriebskosten der Werkzeugmaschinen. Bezogen auf die Betriebsstunden fallen geringere Kosten für die Spindelreparatur an. Vor allem die Spindellager der VCM-Variante aus Vacrodur widerstehen selbst schwierigsten Einsatzbedingungen erheblich länger als Lager aus konventionellen Werkstoffen und machen Spindelantriebe deutlich robuster. www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/08 61

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