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.

Anbieter zum Thema

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.

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.

Beim Überschreiten der Haftkraft an der Trennstelle bewirkt das Magnetsystem eine unmittelbare Trennung der werkzeugmaschinen- und motorspindelseitig installierten Flansche. Mit dem Ablösen des motorspindelseitigen Flansches und zunehmendem Luftspalt nimmt die Magnetkraft rapide ab.

Magnet trennt die Flansche

Nach der Trennung übernehmen radial angeordnete und maschinenseitig verankerte Druckfederelemente die Abstützung und die schwimmende Führung des Flansches der Motorseite. Die Federn wirken dabei entgegen der Auslenkrichtung und ermöglichen es der Motorspindel, um einen vorher definierten Winkel auszuschwenken. Gegen Schmutz, Schmierstoffe und Späne ist das System effizient geschützt.

In den Flanschen verbaute Näherungsschalter erfassen permanent die Auflagesituation der Flansche und senden im Kollisionsfall ein Not-Aus-Signal an die Maschinensteuerung, wodurch die Achsen der Werkzeugmaschine abgebremst werden. Im Anschluss kann die Motorspindel vom Kollisionsort frei fahren. Durch die Druckkraft der Federn und die selbstzentrierende Trennstellenausführung richtet sich das System zuverlässig und genau (Genauigkeit < 0,01 mm) wieder auf seinen Ursprung aus, die Spindel muss auch nach einem Unfall nicht neu justiert werden, die Bearbeitung kann zeitnah fortgesetzt werden.

Innovationspreis für das Schutzsystem

Das Motorschutzsystem überzeugte auch die Jury des Intec-Preises. Anlässlich der Eröffnung der Intec 2015, der internationalen Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Fertigungs- und Automatisierungstechnik, im Februar 2015 wurde Jakob Antriebstechnik im Beisein des stellvertretenden sächsischen Ministerpräsidenten Martin Dulig und des VDMA-Präsidenten Dr. Reinhold Festge mit dem zweiten Platz für Unternehmen bis 100 Mitarbeiter für das Motorspindelschutzsystem MS³ ausgezeichnet.

Mit dem Preis würdigt die Leipziger Messe herausragende Forschungsarbeiten und Innovationen der Aussteller im Werkzeugmaschinenbau und der Fertigungs- und Automatisierungstechnik. Die Preisträger wurden von einem Expertengremium gekürt, das sich aus Vertretern von Universitäten, Wissenschafts- und Branchenverbänden und Politik zusammensetzte. Zu den weiteren Auszeichnungen des Systems gehören der MM Award sowie der Industriepreis 2015, der auf der Hannover Messe 2015 verliehen wurde.

Referenzanwendung Fräsen

Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt hat das System in einer Referenzanwendung in einer Fräsmaschine verbaut. Nach Absprache mit dem Hersteller können Interessenten das MS³ dort begutachten.(ud)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:43293725)