Einzeladern als Energieversorgung

Steckbrief

• Was wurde benötigt: chainflex Leitung CF270 "Spindelleitung", Energieketten
• Anforderungen: Leistung von 84kW und Stromstärken bis zu 252 A, kaum Bauraum sowie gute Öl-Resistenz
• Branche: Maschinenbau, Vertrikalbearbeitungsmaschinen
• Erfolg für den Kunden: hohe Bauraumersparnis bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten

Die VMC 450-5 MT ermöglicht die hoch präzise Fünfachsbearbeitung von schweren Bauteilen auf kompaktem Raum.

Problem

Hochpräzise Vertikalbearbeitung in fünf Achsen auf kompaktem Raum: Mit diesem Konzept hat EMAG vor drei Jahren einen echten Erfolg im Markt der Präzisionsbearbeitung gelandet. Die damals vorgestellte VMC 450-5 MT 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. Der Vorteil: 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.
Ein weiterer Vorteil, der Vertikalbearbeitungsmaschinen ist die Flexibilität. Die Achsen, Wellen und Gehäuse werden in der Regel in mittleren Stückzahlen und großer Varianz gefertigt. Die Rüstzeit ist damit ein entscheidendes Thema. Be- und Entladung können per Roboter oder manuell erfolgen. Optional kann der Anwender ein integriertes Werkzeugmagazin mit bis zu 80 Werkzeugen ordern.
Im Zuge der Entwicklung der VMC 450-5 MT hatten die Elektrokonstrukteure auch die nicht ganz einfache Aufgabe zu lösen, die im eigenen Hause entwickelte Hochleistungsspindel mit Energie und Signalen zu versorgen. Der Spindelmotor leistet 84 kW, für die Leitungen ist kaum Platz und bei den Beschleunigungsvorgängen werden Stromstärken bis 252 A erreicht.
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.
Zuletzt muss die Spindelleitung auch besonders belastbar und hochwertig sein. So bedeutet der Ausfall einer Motorleitung, dass ein Autstausch stattfinden muss, der aufgrund der sehr kompakten Bauweise einen ganzen Tag Stillstand bedeuten würde.

Lösung

Unter diesen Voraussetzungen lag es nahe, die Energiezuführung zur Spindel ausschließlich mit Einzeladern zu realisieren. Die Logik dieser Entscheidung wird umso deutlicher, wenn man sich die Alternative - eine vieradrige Motorlietung mit einem Querschnitt von 4G10 mm² - vor Augen führt. Eine solche Leitung lässt sich in dem vorhandenen Bauraum gar nicht verlegen, und ihr Biegeradius wäre auch zu groß.
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. Sie erreichen extrem hohe Standzeiten, was für für EMAG und die Nutzer der EMAG-Maschinen von großer Bedeutung ist. Da im Werkzeugmaschinenbau die Kosten immer eine Rolle spielen, hat igus zwar das Prinzip der Einzeladerleitungen aus dem Kranbau übernommen, aber zugleich die Kosten reduziert.
Das Ergebnis: Die chainflex CF270.UL.D mit PUR-Mantel, die im Markt inzwischen die Bezeichung als „Spindelleitung“ trägt. Sie ist unter anderem ölbeständig und kerbzäh, was ein großer Vorteil in der öligen Umgebung einer Werkzeugmaschine mit ihren vielen Metallkanten ist. Die UL-Zulassung für den Weltmarkt ist natürlich auch hier vorhanden und auch preislich kann dieser Leitungstyp überzeugen.
In den Maschinen der VMC-Baureihe verwendet EMAG die Einzeladerleitungen bis zu einem Querschnitt von 50 mm², in Sonderfällen bis 70 mm². Dazu leistet auch die Werkstoffauswahl einen Beitrag. Der Außenmantel ist aus hochwertigem PUR gefertigt. Für die Aderisolation unterhalb der Schirmung kommt TPE zum Einsatz. Hiermit wird die Temperaturfestigkeit der Leitung erhöht, was der dauerhaften hohen Belastung hochdynamischer Spindeln Rechnung trägt.

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

Auch die nicht beweglichen Leitungen der USC-Maschinen sind als Einzeladern ausgeführt.

Blick in den Schaltschrank. Gut zu sehen: die orangen chainflex Leitungen CF270.UL.D.

An mehreren Achsen der VMC-Drehzentren kommen igus Energieketten zum Einsatz.