Motorspindel Kollisionsschutz mit Auszeichnung

Redakteur: Ute Drescher

Damit Fehler bei der spanenden Bearbeitung in Werkzeugmaschinen nicht zwangsläufig zu erheblichen Schäden an Motorspindeln, Spindellagern und anderen sensiblen Komponenten führen, hat Jakob Antriebstechnik das Motorspindelschutzsystem MS³ entwickelt.

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Das MS³ schützt Maschine und Spindel während des Einrichtens der Maschine.
Das MS³ schützt Maschine und Spindel während des Einrichtens der Maschine.
(Bild: Jakob Antriebstechnik)

Wenn es knallt im Maschinenraum, kann das viele Ursachen haben. Insbesondere im Bereich der Einzelteil- und Kleinserienfertigung sind der manuelle Aufwand und die Verantwortung des Maschinenbedieners besonders hoch. So sind z.B. im Werkzeug- und Formenbau die Bauteile und damit die Bearbeitungsprogramme sehr komplex und erfordern besondere Aufmerksamkeit beim Einrichten und Programmieren. Aufwändige Probeläufe des Bearbeitungsprogramms werden aus Zeit- und Kostengründen heute zwar durch Simulationen ersetzt. Sie können jedoch Unsicherheitsfaktoren nicht berücksichtigen. Diese Unsicherheiten sind in den meisten Fällen auf Fehler des Einrichters oder Bedieners zurückzuführen.

Durch eine Kollision können Kosten bis ca. 23.000 € entstehen, so die Studie Kobasis des WZL Aachen. Neben Austausch beschädigter Komponenten und dem damit verbundenen Service kommt es kollisionsbedingt oft zu einem meist mehrtägigen Maschinenausfall. Steht die Produktion durch diesen Ausfall still, kann das wesentlich höhere Kosten verursachen als die Reparatur des materiellen Schadens.

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Hohe Kosten bei Produktionsstillstand

Kosten entstehen als Anlagenausfallkosten (Stillsetzungskosten, Reparaturkosten, Wiederanlaufkosten, Stillstands- und Betriebskosten) und Ausfallfolgekosten (u.a. Ergebnisminderung durch mangelnde Qualität und schadensbedingte Preisnachlässe, Mehrkosten für Überstunden/Fremdbezug, Ausschusskosten, Konventionalstrafen und Schadenersatz). Diese Kosten lassen sich vermeiden. Ein Schutzsystem erhöht die Maschinenverfügbarkeit und damit die Effizienz der Maschine bedeutend und vermeidet Ausfall- und Ausfallfolgekosten. Nach Aussage von Spindelherstellern können die Reparaturkosten einer beschädigten Motorspindel zwischen 30 und 70 % des Spindelneupreises betragen.

Neben Programmierfehlern, falsch definierten Werkzeugen oder nicht berücksichtigten Störkonturen kann auch unbeabsichtigtes Verfahren in Eilgeschwindigkeiten zu massiven Einschlägen führen. Das Problem bleibt unabhängig von der Ursache: Es entstehen Kraftspitzen von bis zu 100 kN, die auf Spindellager und andere Komponenten wirken.

Das System amortisiert sich schnell

Mechanische Schutzsysteme, zu denen auch das MS³ von Jakob zählt, entfalten ihre Wirkung noch bevor die Maschinensteuerung über elektronische Prozessüberwachungssysteme reaktionszeitbedingt Maßnahmen wie Abbremsen, Reversieren und Stillstand der Vorschubachsen der Werkzeugmaschine zur Crashverhinderung einleiten kann. Der Hersteller passt das System auf den jeweiligen Anwendungsfall an: So entsprechen Haltekraft der Magnete sowie Geometrie des Systems der Motorspindel.

Durch das ausgeklügelte Permanentmagnetsystem und die daraus folgende Beweglichkeit kann das MS³ gleichermaßen auf axiale als auch radiale Kollisionen reagieren. Gleichzeitig gewährleistet das System eine hohe Steifigkeit bei der Bearbeitung und ermöglicht nach einem Crash und Austausch des beschädigten Werkzeuges in der Regel den weiteren Einsatz der Maschine. Dies wird nicht zuletzt durch die selbstzentrierende Konstruktion als Doppelflanschsystem ermöglicht.

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