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Energieketten® in CNC-Mehrspindel-Drehautomaten

Große Bewegungsfreiheit bei sehr hoher Taktrate

CNC-Drehautomaten von Schütte sind weltweit bekannt für höchste Produktivität und – ganz wichtig – Flexibilität. Mit bis zu neun Spindeln und zugeordneten Bearbeitungseinheiten ermöglichen sie viele Zerspanvorgänge in einer Aufspannung. Dabei muss jede Lage für die Bearbeitung am Umfang und an der Stirnfläche des Werkstücks mit Energie, Signaltechnik sowie Fluidik (Kühlschmierstoff, Antriebskühlung) versorgt werden. Für diese Aufgabe setzt Schütte bei der Baureihe SCX auf die 3D-Energieketten® triflex® R von igus® .

Hersteller von komplexen Drehteilen möchten möglichst viele Bearbeitungsvorgänge in einer Aufspannung erledigen, denn das spart Zeit und Kosten. Dieses Ziel lässt sich mit der SCX-Baureihe von Schütte bestmöglich verwirklichen. Die Mehrspindel-Drehautomaten bieten schon in der Grundausbaustufe sechs Hauptspindeln inkl. zugeordneten Kreuz- und Längsschlitteneinheiten für Werkstücke, die sich fast vollständig von der ersten Werkstückseite fertigen lassen.

Für Einsatzfälle, bei denen auch die zweite Werkstückseite umfangreich bearbeitet werden muss, lässt sich das Konzept um eine bzw. drei Gegenspindeln erweitern. Und da die Spindeln und Bearbeitungseinheiten auch in der C- und Y-Achse arbeiten können, ergeben sich für den Anwender eines SCX-Drehautomaten ganz neue Freiheiten bei der Fertigung hochkomplexer Werkstücke.

Aufgeräumter Arbeitsraum –
anspruchsvolle Energie- und Medienversorgung

Zu den grundlegenden Konstruktionsmerkmalen der SCX-Serie gehört die Tatsache, dass die Entwickler alles aus dem Arbeitsraum verbannt haben, was nicht direkt an der Entstehung des Werkstücks beteiligt ist: Antriebs- und Führungselemente, Schmier- und Kühlleitungen sowie Elektrokabel. Dennoch muss natürlich jeder Revolverkopf bzw. jede Spindel mit Kühlmedium, Energie und Signalen versorgt werden. Dabei werden an die Medien-, Energie- und Signalzuführung hohe Anforderungen gestellt: Neben dem axialen Vorschub muss auch eine sehr schnelle Rotativbewegung ausgeführt werden.

Mit der SCX-Baureihe setzt Schütte Maßstäbe bei Mehrspindel-Drehautomaten.

 

Die Grundausbaustufe der SCX verfügt über sechs Spindeln. Für die Zweiseitenbearbeitung sind bis zu neun Spindeln möglich.

 
Extreme Anforderungen an die Lebensdauer

Wie die Konstrukteure diese Aufgabe gelöst haben, wird deutlich, wenn die Maschinenverkleidung rechts oder links des Arbeitsraums geöffnet ist. Während der Arbeitsraum extrem „aufgeräumt“ wirkt, um dem Anwender größtmögliche Freiheiten in der Konfigurierung und einfachstes Umrüsten zu gewährleisten, sind Antriebs- und Spindelkasten dicht gepackt mit den Antriebseinheiten, den Pinolenführungen und den beweglichen Energiezuführungen zu den Bearbeitungseinheiten. Dr.-Ing. Guido Spachtholz, Leiter Konstruktion Mehrspindel- Drehautomaten: „Jede einzelne Lage muss mit vielfältigen Medien, zum Beispiel KSS oder Schmierstoff für die Lagerung der Werkzeuge sowie Energie versorgt werden.“

100.000 Zyklen nach 17 Schichten

Dabei stellt die Anwendung extreme Anforderungen an die Lebensdauer der Energiekette: „Bei realisierbaren Taktzeiten von 5 bis 10 Sekunden kommt man auf 5760 Takte pro Schicht – und entsprechend vielen Bewegungen der Energiekette.“ Das heißt: Nach nur 17,3 Schichten sind die ersten 100.000 Zyklen erreicht. Hochgerechnet auf ein Jahr im 24 Stunden/5 Tage-Betrieb kommt man auf mehr als 4,5 Millionen Zyklen pro Jahr! Und mit einem Jahr Lebensdauer einer Komponente gibt sich Schütte keinesfalls zufrieden: Die Maschinen sind weltweit bekannt für hohe Lebensdauer.

Kontinuierliche Verbesserung: Neue Energiezuführungen

Für die Energiezuführung zu den Bearbeitungseinheiten und Spindeln war von Beginn an eine Energiekette vorgesehen. Das ursprünglich ausgewählte Modell erfüllte aber nicht die hohen Ansprüche von Schütte. Konstruktionsleiter Dr. Spachtholz: „Bei der Produktion der ersten Serien gaben uns die Kollegen aus der Montage die Rückmeldung, dass die Energieketten® nicht ideal zu befüllen sind. Daraufhin haben wir uns nach einer Alternative umgesehen.“

Die fand man nicht weit vom Schütte-Fertigungsstandort, der in bester Lage direkt am Rhein und nur wenige Kilometer entfernt von der Kölner Innenstadt gelegen ist: Die triflex® R-Energiekette der Kölner Energieketten® experten igus® wurde ursprünglich für anspruchsvolle sechsachsige Roboter-Anwendungen in rauen industriellen Umgebungen entwickelt, d.h. für axiale und rotative Bewegungen in einer Kette.

Einfache Befüllung bis zum letzten Zentimeter

Das „R“ in der Produktbezeichnung steht für „rund“, und mit einem Baukasten von mehr als 100 Einzelkomponenten lässt sich die triflex® R exakt an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Trotz der hohen Zugfestigkeit lässt sich die dreigeteilte 3D-Kette sehr einfach befüllen – bis auf den letzten Zentimeter. Dipl.-Ing. Markus Rudat, der das Projekt in der Konstruktion betreute: „Selbst die Medienleitungen z.B. für den Kühlschmierstoff, die einen recht großen Querschnitt haben, lassen sich ohne großen Kraftaufwand in die Kette einclipsen.“

Das Personal in der Fertigung von Schütte war daher schnell von der neuen E-Kette überzeugt. Und die Konstrukteure schätzen die kompakte Bauform, die angesichts des begrenzten Platzangebots in der Maschine wichtig ist. Die triflex® R bietet mehr Platz für Leitungen als das zuvor genutzte Modell, und da sie dank der präzise gefertigten Kugelgelenk- Verbindung ohne Stahlseil auskommt, ist sie auch ausgesprochen flexibel.

Lange Lebensdauer in Praxistests bestätigt

Für die Schütte-Konstrukteure war es von entscheidender Bedeutung, dass die Kette auch in puncto Lebensdauer mindestens ebenso gut abschneidet wie das zuvor eingesetzte Modell des Wettbewerbers. Dipl.-Ing. (FH) Markus Kogelmann, igus® -Branchenmanager Werkzeugmaschinen, sah den Tests, die Schütte durchführte, gelassen entgegen: „Die triflex® R ist von Grund auf für sehr lange Standzeiten auch bei höchster Beanspruchung konstruiert.“

Jede einzelne Arbeitslage muss mit Medien, Energie und Signalen versorgt werden.

 

Schütte hat standardisierte Anbindungen für die Montage der triflex® R-Ketten an den Spindeln geschaffen.

 

Zufrieden mit dem Ergebnis der gemeinsamen Arbeit: igus®-Verkaufsberater Hans-Josef Kleinert, Dipl.-Ing. (FH) Markus Rudat, Konstrukteur Mehrspindel-Drehautomaten bei Schütte, Dipl.-Ing. (FH) Markus Kogelmann, igus®- Branchenmanager Werkzeugmaschinen, Dr.-Ing. Guido Spachtholz, Leiter Konstruktion Mehrspindel-Drehautomaten von Schütte (v.l.n.r).

 

Das bestätigten sowohl die Versuche als auch die Praxiseinsätze, bei denen inzwischen Erfahrungen gesammelt wurden: Die Energieketten® halten den hohen Belastungen stand – und das, obwohl sie bei jedem Takt des Werkzeugs mit hoher Geschwindigkeit große Wege zurücklegen und ausgreifende Hub- und Schwenkbewegungen ausführen. Auch die Ölnebel der häufig aggressiven Kühlschmierstoffe beeinträchtigen die Lebensdauer der Kette nicht.

Rotative und axiale Bewegungen getrennt

Allerdings haben die Schütte-Ingenieure auch viel konstruktive Detailarbeit geleistet, um bestmögliche Voraussetzungen für eine lange Lebensdauer zu schaffen. Markus Rudat: „Teilweise verwenden wir zwei Ketten für eine Bearbeitungslage, von denen eine die rotative und die andere die axiale Bewegung ausführt. Für die Befestigung haben wir verschiedene standardisierte Möglichkeiten definiert.“

In der SCX-Baureihe kommt die triflex® R-Type TRL 60 zum Einsatz, wobei das L für „light“ steht und die Zahl den Innendurchmesser von 60 mm angibt. Auf die geschlossene Ausführung der Basisversion triflex® R konnte man verzichten, weil der Antriebsraum spanfrei bleibt. Markus Rudat hat mehrere Kettenlängen definiert, die jeweils individuell – abhängig von der Ausstattung der kundenspezifisch gefertigten SCX – befüllt werden. Auch bei Servicearbeiten profitiert das Personal von der einfachen Handhabung der Kette: Leitungen können ebenso einfach ausgetauscht werden wie einzelne Kettenglieder. Mit all diesen Eigenschaften entspricht die triflex® R in ihrer Flexibilität und Langlebigkeit dem Anspruch, den Schütte an die eigenen Maschinen stellt und den Anwender in aller Welt seit Jahrzehnten schätzen.

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