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Getriebe

Flügelrippen hochpräzise produzieren dank der richtigen Präzisions-Planetengetriebe

| Redakteur: Sandra Häuslein

In einem Werkstückträgersystem und Schwenktisch für die hochpräzise Fertigung der Strukturbauteile von Flugzeugen kommen Zahnkranzsegmente und Präzisions-Planetengetriebe von Redex Andantex zum Einsatz.

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Vier Drehkränze bewegen den 10 Meter langen Werkstückträger mit dem zu bearbeitenden Bauteil um 90°.
Vier Drehkränze bewegen den 10 Meter langen Werkstückträger mit dem zu bearbeitenden Bauteil um 90°.
( Bild: MSB GmbH & Co. KG )

In hohem Tempo und mit hoher Präzision entstehen auf High-Speed-Bearbeitungszentren (BAZ) die Flügelrippen von Flugzeugen. Die Rippenstruktur wird dabei aus massiven Aluminiumblöcken gefräst. Teilweise werden mehr als 95 % des Materials abgetragen. Ein wichtiger Arbeitsschritt der sehr komplexen Prozesskette im Flugzeugbau.

Ein chinesischer Zulieferer der Luftfahrtindustrie, nutzt für diese Aufgabe mehrere Bearbeitungszentren der Starrag Technology GmbH vom Typ Ecospeed 25100. Diese BAZ sind mit einem parallelkinematischen Bearbeitungskopf ausgestattet, der eine hochdynamische Fünfachs-Simultanzerspanung ermöglicht. Die Spindeln laufen dabei mit einer Nennleistung von 120 kW unterbrechungsfrei bei 30.000 min–1 im S1-Modus. Mit einer Beschleunigung von 1 g auf allen fünf Achsen und Ruckwerten bis 200 m/s³ erreichen auch die Linearachsen eine sehr hohe Dynamik.

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Diese Maschinen nutzt der Zulieferer für die Produktion von Flügelrippen und anderen Strukturbauteilen für verschiedene Flugzeugmodelle. Die ersten drei BAZ dieser Bauart wurden bereits 2009 Korea in in Betrieb genommen (s. Infokasten).

Drehtisch für die Horizontalbearbeitung

Charakteristisch für diesen Maschinentyp ist die horizontale Bearbeitung bei senkrecht stehendem Aluminiumblock. Sie bietet u.a. den Vorteil, dass die vielen Späne selbsttätig, per Schwerkraft, aus dem Arbeitsbereich entfernt werden. Voraussetzung dafür ist, dass die bis zu 10 m langen, horizontal auf einer Trägerpalette befestigten Werkstücke zunächst in die vertikale Position gedreht werden.

Bei der neuesten Ecospeed 25100, die bei dem Luftfahrttechnik-Zulieferer in Betrieb genommen wurde, hat die MSB GmbH & Co. KG in Bischofsheim/Rhön im Auftrag der Starrag Technology GmbH das gesamte Werkstückträgersystem sowie den Schwenktisch projektiert und gefertigt – und das in einer XXL-Dimension: Die Werkstückträger sind 10.000 mm lang bei einer Breite von 2500 mm und einem Gesamtgewicht von ca. 60.000 kg (inkl. Werkstück).

Die Palette wird per Hydraulik auf den Träger aufgespannt, fixiert und für die Fräsbearbeitung um 90° gedreht. Die Drehbewegung muss sehr präzise erfolgen, denn Ungleichmäßigkeiten könnten Spannungen ins Bauteil bringen.

Mechatronik ersetzt Hydraulik

Das setzt eine sehr hohe Synchronizität der insgesamt vier Schwenkantriebe voraus. Jürgen Enders, Geschäftsführer von MSB: „Wir haben schon viele ähnliche Systeme entwickelt. Häufig realisieren wir die Schwenkbewegung mit Hydraulikzylindern. Das kam bei diesem Projekt nicht in Frage, weil die Hydraulik viel Platz beansprucht und ein Fundament mit Unterbau erfordert, der Anwender aber flexibel bleiben möchte.“ Deshalb entschieden sich die Konstrukteure für einen elektromechanischen Zahnsegmentantrieb mit Servomotoren und kompakten dreistufigen Planetengetrieben – und für Redex Andantex als Getriebehersteller.

Die mechatronische Lösung bietet neben einem verringerten Platzbedarf auch weitere Vorteile: Da man auf ein Hydraulikaggregat mit Verrohrung und Schläuchen zu den Verbrauchern verzichten kann, gibt es kein Leckagerisiko. Zudem ist der Leistungs- und Kühlbedarf elektromechanischer Antriebe im Vergleich zur Hydraulik geringer. Somit ist die von MSB gewählte Antriebstechnik nicht nur kompakt und hoch präzise, sondern auch sauber, sicher und energieeffizient.

Planetengetriebe mit Übersetzung von 310

Die Redex Andantex-Ingenieure projektierten einen Schwenkantrieb, der aus vier einzelnen Zahnkranzsegmenten besteht. Die von Servomotoren bereitgestellte rotative Bewegung wird über ein dreistufiges, direkt mit dem Motor verbundenes Planetengetriebe der Serie KRPX mit einer Übersetzung von 310 und einem maximalen Abtriebsmoment von 10.050 Nm an das Abtriebsritzel übertragen. Insgesamt muss ein maximales Drehmoment von etwa 600.000 Nm an der Drehachse aufgebracht werden.

Das Ritzel greift in ein Zahnkranzsegment mit einem Segmentwinkel von rund 95° bei einem Teilkreisdurchmesser von 4496 mm ein, das ebenfalls von Redex Andantex geliefert wurde. Die Zahnkränze mit Zähnen der Größe Modul 8 sind gehärtet und geschliffen.

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Getriebe für Einsatz in hochpräzisen Zahnstangenantrieben entwickelt

Die Getriebe der Serie KRP/ KRPX wurden speziell für den Einsatz in hochpräzisen Zahnstangenantrieben für Werkzeugmaschinen entwickelt. Sie zeichnen sich aus durch eine hohe Positioniergenauigkeit, die z.B. durch einen exakten Zahneingriff auf dem Zahnkranzsegment gewährleistet wird.

Oft werden diese Getriebe – elektrisch gegeneinander verspannt – auch als „Twin Drives“ für hochpräzise Positionierantriebe z.B. von Portalfräsmaschinen oder Werkzeugtischen verwendet. Zwei weitere Vorteile für die hier beschriebene Anwendung sind das geschlossene Gehäuse, das das Eindringen von Spänen verhindert, und die kompakten, kubischen Abmessungen des Getriebes, das direkt auf dem Grundrahmen des Schwenktischs montiert werden konnte.

Inzwischen wurde das Palettensystem – inkl. des Drehtischs – mit dem High-Speed-BAZ in China installiert.

EMO 2019: Halle 9, Stand I40

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