Motorspindel Hochgeschwindigkeitsspindel mit bis zu 65 Prozent weniger Schwingungen

Eine neue Modellreihe von Hochgeschwindigkeitsspindeln mit einer hocheffizienten hydroviskosen Dämpfung stellt der Nürnberger Maschinenbauer GMN auf der diesjährigen EMO in Mailand vor. Bei der Innovation gelang es, die Eigenschwingungen gegenüber einer Standardspindel deutlich zu reduzieren.

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Das hydroviskose Dämpfungssystem der neuen Hochgeschwindigkeitsspindeln wird autark mit einem eigenen kleinen und energiesparenden Hydraulikaggregat betrieben. Da sie äußerlich baugleich mit den Standardmodellen sind, lassen sie sich auch auf vorhandenen Maschinen leicht nachrüsten.
Das hydroviskose Dämpfungssystem der neuen Hochgeschwindigkeitsspindeln wird autark mit einem eigenen kleinen und energiesparenden Hydraulikaggregat betrieben. Da sie äußerlich baugleich mit den Standardmodellen sind, lassen sie sich auch auf vorhandenen Maschinen leicht nachrüsten.
(Bild: GMN)

Die neuen Hochgeschwindigkeitsspindeln von GMN weisen eine bis zu 65 % niedrigere Eigenschwingung als Standardspindeln auf. Das erlaubt eine wirtschaftlichere Werkstückbearbeitung, denn Bauteile können mit höheren Schnitttiefen und damit größerem Zeitspanvolumen stabil bearbeitet werden. Eine höhere Oberflächenqualität wird über alle Drehzahlbereiche hinweg erzielt – nicht nur beim Schruppen, sondern ebenfalls bei der Schlichtbearbeitung und beim Schleifen. Auf der EMO 2015 in Mailand ist die neue Modellreihe zu sehen.

Verbesserte dynamische Steifigkeit

Die neuen Hochgeschwindigkeitsspindeln zeichnen sich durch eine deutlich verbesserte dynamische Steifigkeit aus, so Dr.-Ing. Bernd Möller, Leiter Entwicklung & Konstruktion bei GMN: „Durch das hydroviskose System wird die Dämpfung von Eigenfrequenzen deutlich verbessert. In axialer Richtung konnte die dynamische Steifigkeit zum Beispiel um bis zu 135 % verbessert werden. Das führt zu wesentlich reduzierten Eigenschwingungen im Bearbeitungsprozess, so dass man eine sehr gute Bauteilqualität erreichen kann.“

Dagegen entsteht bei Standardspindeln unter hohen Zerspanungskräften aufgrund der schwach gedämpften Eigenfrequenzen häufig ein „Rattern“. Die starke Geräuschentwicklung ist ein Anzeichen für die starke Anregung von Eigenschwingungen. Raue, teils zerkratzte Oberflächen, stark wellige Schnittkanten, verbreiterte Nuten bis hin zu Werkzeugbrüchen und sogar Spindelausfällen sind die gravierenden Folgen.

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Stabile Schnitttiefe verdoppelt sich

Einer Untersuchung des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zufolge konnte bei einer Hochgeschwindigkeitsspindel HCS 280 – 18000/60 mit HSK-100 die minimale stabile Schnitttiefe bei Drehzahlen zwischen 10.000 und 18.000 min-1 verdoppelt werden. Beim Einsatz der hydroviskos gedämpften Spindeln wurden – auch bei ungünstigen Drehzahlen – bis zu einer Einstechtiefe von 6 mm stabil gute Oberflächen erzielt. Hingegen wurden bei der Standardspindel unter gleichen Bedingungen lediglich 3 mm erreicht.

Auch die Oberflächengüte beim Innenrund- und Planschleifen wird spürbar besser. Unter Produktionsbedingungen in der eigenen Fertigung wurde bei GMN mit einer hydroviskos gedämpften Spindel zum Beispiel eine Rauigkeit von nur 0,89 µm erreicht – gegenüber 2,36 µm bei herkömmlichen Modellen.

Baugleich mit Standardmodellen und leicht nachrüstbar

Die neuen Hochgeschwindigkeitsspindeln werden mit einem eigenen kleinen und energiesparenden Hydraulikaggregat autark angetrieben. Über den Öldruck lässt sich zusätzlich die Lagervorspannung der Spindel steuern. Damit kann die Steifigkeit der Spindel verändert und damit das Verhalten in Abhängigkeit von Bearbeitungsaufgabe, Drehzahl und Werkzeug optimiert werden. So soll beispielsweise durch eine höhere Vorspannung die Leistungsfähigkeit der Spindel in den unteren Drehzahlbereichen verbessert werden.

Die neuen Spindelmodelle mit hydroviskoser Dämpfung sind für Bearbeitungszentren zur Fräs- und Bohrbearbeitung sowie für Schleifmaschinen verfügbar. Da sie äußerlich baugleich mit den Standardmodellen sind, lassen sie sich auch auf vorhandenen Maschinen leicht nachrüsten.

Umfangreiche Praxistests verliefen erfolgreich

Vor der Markteinführung auf der diesjährigen EMO hat GMN hydroviskos gedämpfte Spindeln bereits in einem umfangreichen Praxiseinsatz auf Bearbeitungszentren eines italienischen Herstellers getestet. Dessen Kunden fertigen mit den neuen Spindeln unter anderem Bauteile für die Luftfahrtindustrie und sind laut GMN überaus zufrieden. Auch aus der Produktion im eigenen Haus hat Entwicklungs- und Konstruktionsleiter Möller eine positive Rückmeldung erhalten: „Die Bediener an den Schleifmaschinen wollten die neuen Spindeln nach den Erprobungsläufen gar nicht mehr zurückgeben.“ (sh)

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