Motorspindel Die Motorspindel entscheidet über die Produktivität der Maschine

Redakteur: Ute Drescher

Anwender von Werkzeugmaschinen erwarten von ihren Maschinen eine Steigerung der Produktivität und Effizienz. Entscheidenden Anteil an der Produktivität einer Maschine haben HF-Motorspindeln – Sycotec optimiert sie nach Kundenwunsch.

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Integriert im kundenspezifischen Werkzeughalter sorgt die Motorspindel 4033 für Produktivitätsvorteile.
Integriert im kundenspezifischen Werkzeughalter sorgt die Motorspindel 4033 für Produktivitätsvorteile.
(Bild: Sycotech)

Die Anforderungen an Werkzeugmaschinen sind vielfältig: Idealerweise sollten sie die Komplettbearbeitung des Werkstücks sowie die einfache, aber gleichzeitig flexible Automatisierung ermöglichen. Kunden nicht nur aus der metallbearbeitenden Industrie, sondern auch aus der Automobil-und Luftfahrtindustrie erwarten von der Werkzeugmaschine eine Steigerung der Produktivität und Effizienz und damit nicht zuletzt ihrer Wettbewerbsfähigkeit. Zu den Hochleistungsanwendungen der Maschinen gehören das Fräsen, Bohren und Entgraten, aber auch das Schleifen und Abrichten der Werkstücke.

Der wichtigste Teil der Werkzeugmaschine

Die Spindel ist der wichtigste Teil jeder Werkzeugmaschine. Güte und Qualität der Werkzeugspindel entscheiden über:

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  • Geschwindigkeit und Taktzeiten
  • Präzision und Oberflächengüte
  • Leistungsdichte und Miniaturisierung
  • Mehrzweck-Operationen

Nur wenn Spindellösungen kontinuierlich weiterentwickelt werden, ist es möglich, die allgemeine Leistung, Produktivität und Effizienz der Werkzeugmaschine zu steigern.

Hochfrequenzmotorspindeln nach Kundenwünschen u.a. für Werkzeugmaschinen konzipiert die Sycotec GmbH & Co. KG, Leutkirch. Zum Programm gehören elektrisch geregelte HF-Motorspindeln mit eigens entwickelten Frequenzumrichtern, drehzahloptimierte Spindeln mit Drehzahlen bis zu 100.000 min-1 sowie individuell konfigurierte Motorspindeln.

Für die Auslegung und Verifizierung der elektrischen Spindel-Komponenten haben die Konstrukteure bei Sycotec über die Jahre hinweg ein eigenes Berechnungsprogramm von Asynchron- und Synchronmotorelementen perfektioniert. Die FEM-Kalkulationen umfassen die statische, nichtlineare Berechnung der Verformungen und Spannungen von Wellen einer Motorspindel für mehrere Lastfälle – entsprechend der Belastungen und real wirkenden Zerspanungskräfte. Die Brechnung berücksichtigt sowohl die radiale als auch die axiale Steifigkeit.

Wirksamer Schutz bis IP57

Die Konstruktion erfolgt im Anschluss nach den kundenspezifischen Anforderungen hinsichtlich der Schutzart – so sind Beständigkeit und Sicherheit unter den verschiedenen Umgebungsbedingungen gewährleistet und die Spindeln bieten wirksamen Schutz gegen Staub und Flüssigkeiten bis IP57.

Für eine Kundenapplikation haben die Sycotec-Ingenieure die Motorspindel 4033 AC in ein kundenspezifisches Werkzeughalter-System integriert. Der Einsatz dieser flexiblen Motorspindel ergab einige deutliche Produktivitätsvorteile.

Konventionelle „Schnellläufer“ bleiben trotz hoher Anschaffungs- und Betriebskosten in den Bearbeitungsgeschwindigkeiten stark limitiert. Die 4033 AC schont dagegen den Hauptantrieb der Werkzeugmaschine deutlich und sorgt für einen geringeren Verschleiß aller beteiligten Komponenten. Das senkt nicht nur die Betriebskosten, sondern reduziert auch wartungsbedingte Stillstandzeiten. Gleichzeitig ermöglicht die hohe Drehzahl der Motorspindel kürzere Bearbeitungszeiten bei einer exzellenten Oberflächengüte.

Zusammenarbeit mit dem Hersteller

Dabei wurde nicht einfach nur eine Drehmaschine optimiert. Bei der Zusammenarbeit zwischen Sycotec und dem Hersteller von Werkzeugen und Werkzeughaltern ist ein intelligentes Werkzeug für ein modernes Bearbeitungszentrum entstanden. Mit dieser Motorspindel lassen sich neue Werkzeugkonzepte unabhängig von Maschinenhersteller und Maschinenart umsetzen. Eine Nachrüstung bestehender Anlagen – gerade bei Mehrspindeldrehmaschinen – ist in den meisten Fällen problemlos möglich.

Ein weiteres Beispiel zeigt, wie Sycotec auf die steigenden Anforderungen im Sondermaschinenbau reagiert: In diesem Fall wurde eine spezielle Variante der Motorspindel 4033 AC-ESD-LN15 entwickelt. Besonders im dentalen CAD/CAM-Markt werden die Bedingungen durch das Bearbeiten von Hochleistungswerkstoffen wie Zirkonoxid, Glaskeramik, Titan, Kobalt-Chrom oder Kunststoff immer anspruchsvoller. Durch optimierte Arbeitsparameter sind Metallarbeitsprozesse auch im Spindelspannbereich Durchmesser von 33 mm möglich, die bisher durch größere Motorspindeln im Durchmesser von 40 bis 45 mm geleistet wurden. Die Antriebslösung von Sycotec kann eine Leistung von 500 W bei einer Drehzahl bis zu 100.000 min-1 erreichen.

Eingesetzt haben die Konstrukteure ein dreifach-lebensdauer-geschmiertes Kugellagersystem. Aufgrund der verlängerten Spindelnase können komplizierte Fräs-und Entgratkonturen präzise und schnell in der geforderten Qualität hergestellt werden. Das Werkzeugkegelreinigungssystem arbeitet pneumatisch; Sperrluft schützt die Spindel IP57 vor Verschmutzungen. Die Spindel selbst wiegt nur 970 g, ein verschleißfestes Edelstahlgehäuse sorgt für die nötige Steiffigkeit. Möglich ist die Fräserbrucherkennung.

Schlanke Spindel dreht bis 100.000 m-1

Auch im Werkzeug- und Sondermaschinenbau ist die Miniaturisierung längst angekommen – Leistung und Baugröße spielen hier daher eine entscheidende Rolle. Diesen Anforderungen wird die HF-Motorspindel 4020 DC gerecht. Sie eignet sich für das Hochgeschwindigkeitsbohren sowie das Hochgeschwindigkeitentgraten und -gravieren. Bei der Bearbeitung von CFK-Bauteilen lassen sich Bohrungen mit einem Durchmesser von 1,5 mm innerhalb von 0,8 s durchführen.

In dem schlanken Gehäuse – der Durchmesser beträgt 20 mm, das Gewicht der Spindel 300 g mit Anschlussleitung – ist ein Synchronmotor integriert mit einer Maximalleistung von 275 W bei Umdrehungen von max. 100.000 min-1. Die Spindel weist eine hohe Festigkeit und Widerstandskraft auf. Sperrluft und IP54 schützen vor Verschmutzung. Anwendungen liegen in der Luftfahrtindustrie (verschiedene Bohr- und Fräsarbeiten) sowie im Werkzeugmaschinenbau (zusätzliche Option zum Bohren und Gravieren).

Sycotec entwickelt auch andere Motorspindeln in Asynchron- und Synchrontechnik für den Werkzeugmaschinenbau und optimiert sie mit dem Kunden entsprechend seiner Anforderungen. Das Unternehmen versteht sich als verlässlicher Partner bei Entwicklung und Konstruktion von Motorspindeln für den Werkzeugmaschinenbau und punktet mit hoher Fertigungstiefe in der Produktion. Dabei schaffen Synergieeffekte Flexibilität in der Betreunung von Projekten. Darüber hinaus liefert Sycotec Motorkomponenten (Stator- und Rotorkombination) für Hauptspindelantriebe. (ud)

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