Spindelreihenrevolver

Andreas Mühlbauer,

Komplexe Werkstücke parallel bearbeiten

Um mit marktüblichen Motorspindeln alle Bearbeitungsschritte komplexer Werkstücke abbilden zu können, sind häufig mehrere Maschinen notwendig. Die Folge: Durch aufwendiges Umspannen gehen Zeit und Genauigkeit verloren. Eine flexiblere Lösung für die mehrspindlige Parallelbearbeitung komplexer Werkstücke bietet ein Spindelreihenrevolver.

Zwei bis vier Spindelreihen mit jeweils acht Werkzeugen lassen sich in den Spindelreihenrevolver integrieren. So lassen sich bis zu vier Werkstücke parallel bearbeiten. © Sauter Feinmechanik

In Transferzentren produzieren Automobilhersteller kleine bis mittelgroße Bauteile in großer bis sehr großer Stückzahl. Um alle Bearbeitungsschritte für eine Serie abbilden zu können, benötigen die Hersteller häufig mehrere Bearbeitungsmaschinen, die in Reihe gekoppelt werden. Der Grund dafür: Oftmals kommen Spindeln zum Einsatz, die alle einzeln angetrieben werden müssen. Daher lässt sich die erforderliche Spindelzahl für eine gleichzeitige Komplettbearbeitung mehrerer Bauteile oftmals nicht sinnvoll und kollisionsfrei in eine Maschine integrieren. Das hat Auswirkungen auf die Qualität und die Geschwindigkeit des Produktionsprozesses: Werden mehrere Maschinen zur Fertigung der Werkstücke benötigt, müssen die Rohlinge mehrfach umgespannt werden, wodurch Zeit und Genauigkeit verloren gehen. In der in höchsten Qualitätsansprüchen denkenden Automobilproduktion nehmen die Anforderungen an die Effizienz stark zu. Daher sind Maschinenbauer gefordert, der Branche Alternativen zu konventionellen Bearbeitungszentren zu bieten.

Vier Direktantriebe für 32 Werkzeuge

In Zusammenarbeit mit Elha-Maschinenbau hat Sauter Feinmechanik den ersten Spindelreihenrevolver entwickelt. Die Maschine hat die typischen Eigenschaften eines direktangetriebenen Werkzeugrevolvers, ist getriebelos, verschleißresistent und kann an sieben Tagen in der Woche je 24 Stunden pausenlos in Betrieb gehalten werden. Darüber hinaus verfügt der Spindelreihenrevolver über mehrere in Reihe geschaltete Arbeitspositionen: zwei bis vier Spindelreihen, die jeweils von einem wassergekühlten Direktantrieb in Gang gesetzt werden. Dadurch lassen sich bis zu vier Werkzeuge gleichzeitig antreiben – eines pro Reihe. In jeder Spindelreihe stehen acht Werkzeuge zur Bearbeitung eines Werkstücks zur Verfügung. Sobald ein Bearbeitungsschritt abgeschlossen ist, schwingt der Spindelreihenrevolver innerhalb von 0,8 Sekunden auf die nächste Position, und in jeder Reihe kommt ein neues Werkzeug zum Einsatz.

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Derzeit lassen sich bis zu vier Spindelreihenrevolver mit jeweils vier Spindelreihen und insgesamt 128 Werkzeugen in ein Transferzentrum integrieren. Das bedeutet, dass sich pro Werkstück bis zu 32 Bearbeitungsschritte ohne Umrüsten in nur einer Maschine realisieren lassen. Der Grund für diese hohe Flexibilität: Während bei Einzelspindeln für jede Spindel ein Antrieb erforderlich ist, werden im Spindelreihenrevolver acht Werkzeuge von einem Direktantrieb angetrieben. „Neben dem schnellen Wechsel von einer Arbeitsposition auf die nächste ist die hohe Anzahl an unterschiedlichen Werkzeugen einer der großen Vorteile unseres Spindelreihenrevolvers. Dadurch muss das Werkstück nie umgespannt werden. Anwender erhalten damit einen deutlichen Produktivitätsschub und erhöhen gleichzeitig die Qualität ihrer Bauteile“, sagt Matthias Beck, Leiter Konstruktion Werkzeugträgersysteme bei Sauter.

Hohe Drehzahlen und Drehmomente

Derzeit lassen sich bis zu vier Spindelreihenrevolver mit insgesamt 128 Werkzeugen in ein Transferzentrum integrieren. © Elha-Maschinenbau

Nicht nur der Wechsel zwischen den Bearbeitungsschritten, sondern auch die Dauer der einzelnen Vorgänge wird durch den Spindelreihenrevolver erheblich beschleunigt. Hauptverantwortlich dafür sind die hochdynamischen Synchronmotoren in den Werkzeugscheiben, die hohe Drehzahlen und Drehmomente ermöglichen. Anwender maximieren damit ihr Zeitspanvolumen und verkürzen ihre Werkstückzeiten massiv. Um dieses Potenzial nutzbar zu machen, hat Sauter neue Sicherheitssysteme entwickelt: Bevor alle vier Direktantriebe gleichzeitig eingekuppelt werden, verriegelt eine dreiteilige Hirth-Verzahnung die Werkzeugscheiben mikrometergenau, und die gewünschten Werkzeuge befinden sich auf Arbeitsposition. Dieses Kupplungsprofil sorgt für maximale Prozessstabilität, sodass Drehmomente von bis zu 250 Nm erreicht werden.

Sobald die Bearbeitung beginnt, befördert die interne Kühlmittelzufuhr mit einem Druck von 80 bar Kühlflüssigkeit durch den Direct Drive und das Tooling an die Werkzeugschneiden. Bei Bedarf lässt sich der Spindelreihenrevolver auch auf Minimalmengenschmierung umrüsten. Dabei wird ein Aerosol durch das Werkzeug an die Werkzeugscheibe transportiert. Da kein Kühlschmierstoff verwendet wird, ist die Minimalmengenschmierung umweltfreundlicher als die klassische Kühlung.

Drehzahlen bis 16.000 min-1 und Drehmomente bis 250 Nm erreicht der Spindelreihenrevolver dank präzisen Sicherheitssystemen. © Sauter

Bei beiden Varianten kommt ein neues Dichtungskonzept zur Anwendung, das auf berührende Dichtungen verzichtet und die Reibung im Einsatz reduziert. Das erhöht die Prozesssicherheit bei der Kühlmittelübergabe zwischen Werkzeugrevolver und Tooling und ermöglicht Drehzahlen von bis zu 16.000 min-1. Solche Ergebnisse sind möglich, weil Sauter ein Werkzeugtechnik-Komplettpaket bietet, bestehend aus Werkzeugrevolver, Tooling und Rüstsystemen: „Es ist ein zentraler Bestandteil unserer Philosophie, alle Komponenten perfekt aufeinander abzustimmen. Dadurch erreichen wir eine konstant hohe Qualität. Das verdeutlicht unser Dichtungskonzept, das auf einem Ineinandergreifen von Werkzeugrevolver und Tooling basiert“, sagt Beck.

Lange Lebensdauer

Der große Wert des Spindelreihenrevolvers liegt nicht zuletzt in seiner Langlebigkeit. Bei Bedarf lassen sich Schlüsselkomponenten des Werkzeugrevolvers einfach austauschen. Damit bleibt er lange einsatzfähig und lässt sich flexibel an sich verändernde Anforderungen und technische Möglichkeiten anpassen. Bei Verschleiß oder wenn eine höhere Motorenleistung gefordert ist, kann beispielsweise die komplette Direktantriebseinheit in der Maschine ausgetauscht werden. Somit muss der optimal auf der Maschine ausgerichtete Werkzeugrevolver nicht wieder bewegt werden, wodurch Genauigkeit verloren ginge. Auch beim Tooling sind Änderungen unkompliziert  – ganz im Gegensatz zu Maschinen mit fest verbauten Spindeln. Anwender gewinnen hohe Flexibilität. „Bei der Konstruktion des Spindelreihenrevolvers haben wir ein besonderes Augenmerk auf die Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit gelegt. Durch den leichten Wechsel einzelner Bestandteile erreicht der Werkzeugrevolver eine sehr lange Lebensdauer. Damit bieten wir eine besonders wirtschaftliche und zukunftsfähige Lösung“, sagt Matthias Beck.

Schlüsselkomponenten des Spindelreihenrevolvers lassen sich einfach austauschen; das macht den Werkzeugrevolver langlebig. © Sauter Feinmechanik

Anwender des Spindelreihenrevolvers erreichen bei der Großserienfertigung komplexer Automobilbauteile hohe Effizienz und Qualität. In unter einer Sekunde wechselt der Werkzeugrevolver im Einsatz von einem Werkzeug zum nächsten. Während der Bearbeitung lassen sich durch die leistungsstarken Synchronmotoren hohe Zeitspanvolumina erreichen. Das Ergebnis sind sehr kurze Werkstückzeiten. Darüber hinaus ist der Spindelreihenrevolver sehr flexibel. Dank der großen Zahl an unterschiedlichen Werkzeugen können alle Bearbeitungsschritte in einer Maschine stattfinden. Somit müssen die Werkstücke nicht umgespannt werden, und es kommt zu keinem Genauigkeitsverlust, wie er bei konventionellen Bearbeitungszentren auftritt. Das kommt auch der Produktqualität zugute. Bei Bedarf lassen sich zudem einzelne Komponenten des Werkzeugrevolvers einfach austauschen. Damit hat der Spindelreihenrevolver eine lange Lebensdauer und unterstützt den Anwender über viele Jahre bei anspruchsvollsten Aufgaben in der Mehrspindelbearbeitung.

Felix Schöller, Vertriebsleiter (CSO) bei Sauter / am

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