chevron_left
chevron_right

Spindelinnovationen «Made in Switzerland»

Der Luterbacher Spindelhersteller Step-Tec nutzte die Zeit der Marktberuhigung der letzten Jahre intensiv und kann nun mit einer Reihe von Innovationen neue Massstäbe setzen. Individuell integriert, bieten diese dem Werkzeugmaschinenbauer Alleinstellungsmerkmale, die eine optimale Positionierung von Neuentwicklungen unterstützen oder etablierten Entwicklungen neues Potenzial verleihen.

(re) Die neuen Step-Tec-Produkte zielen insbesondere auf den Standardleistungsbereich von Fräsmaschinen (Plattformspindel HPC 190 mm), aber auch auf die stetig steigenden Ansprüche moderner Bearbeitungsprozesse bezüglich Genauigkeit und Oberflächengüte respektive Thermostabilität (Cool-Core). Die neu entwickelte Plattformspindel HPC 190 integriert alle relevanten Bedürfnisse moderner Werkzeugmaschinen bezüglich Einbaulänge, Leichtbau und Energieeffizienz sowie ein laut Hersteller einzigartiges Optionenpaket in einem Durchmesser von 190 mm. Diese «Reference-of-Art»-Spindel löst die Baugrössen HM 170, HVC 212 und HVC 230 ab und schliesst die Lücke zwischen den etablierten Baugrössen 150 mm und 240 mm.
Die mit einem Asynchronmotor konzipierte und auch mit Synchronmotor erhältliche Motorspindel für Werkzeuge mit HSK-A63-Schnittstelle (mögliche Varianten ISO 40 oder Capto C6) kann mit einer Leistung von 42 kW (S6) in Werkzeug-, Formenbau- und Produktionsanwendungen ihre Stärken ausspielen. Zur Auswahl stehen überdies die unter den Aspekten Integrations-, Betriebs- und Instandhaltungskosten sowie Einsatzzweck zu definierenden Lagerschmiersysteme DOL (Direct Oil Lubrication) bis 20 000 min-1, CGL (Continuous Grease Lubrication) bis 18 000 min-1 oder LGL (Lifetime Grease Lubrication) bis 12 000 min-1.
In die Entwicklung der neuen Plattformspindel flossen nicht nur alle Erfahrungen von Step-Tec ein: Im Entwicklungsprozess berücksichtigt wurden auch die Erkenntnisse aus einem intensiven Erfahrungsaustausch mit Maschinenherstellern und -betreibern sowie insbesondere auch die Vorgaben der neuen EUP-Richtlinie, die einen schonenden Umgang mit den endlichen Ressourcen fordert. Bei höherer Leistungsdichte wurde der Druckluftverbrauch, die aktuell teuerste Energieform in Werkzeugmaschinen, gegenüber vergleichbaren Spindeln reduziert – ein Vorteil, der sich insbesondere bei den Lagerschmiersystemen CGL und LGL bemerkbar macht.

Zusätzlicher Kühleffekt steigert Präzision
Der Bereich der aktiven Statorkühlung wurde auf Basis der bewährten Opticool-Spindel über den eigentlichen Statorbereich hinaus in die Spindelnase erweitert. Dieser zusätzliche Kühleffekt im Bereich der Werkzeugaufnahme wirkt wie eine zusätzliche Barriere gegen den Wärmefluss. Dies reduziert die thermische Ausdehnung der Spindelnase, respektive des Werkzeugs, was sich auf die Oberflächenqualität und Präzision der gefertigten Teile unmittelbar positiv auswirkt.
Als echte Neuerung erhielt diese Spindel eine Hülse aus faserverstärktem Kunststoff. Dies soll den Wärmeübertrag auf maschinenseitige Umgebungsbauteile minimieren. Der verbleibende gleichmässige polare Temperatureinfluss auf den Spindelschlitten reduziert asymmetrische Verformungen oder macht diese einfach kompensierbar.
Weitere Besonderheiten der Plattformspindel HPC 190 sind eine als Variante erhältliche Wellenklemmung, die auf eine Integration von Drehoperationen in Fräsmaschinen oder auf das spezifische Marktsegment der «Millturn»-Maschinen zielt, sowie ein modernes Konzept zur Kühl- und Schmiermedienzufuhr in das Werkzeug. Die optionale Dreheinführung ermöglicht das Einbringen von Kühlschmiermittel oder trockener Luft zur Kühlung von Werkzeug und Teil bis zur Maximaldrehzahl der Spindel. Unter logistischen Aspekten dürfte dabei für den Maschinenhersteller die Möglichkeit interessant sein, die Spindel bei Bedarf auf der Maschine jederzeit mit einer Dreheinführung aus- oder nachzurüsten.

Analyse von Störungen erleichtert
Mit der HPC 190 werden zudem alle heute vom Markt geforderten Sensoren angeboten. Nachdem Step-Tec dem Hersteller Daten und Schnittstelle zur Zustandsüberwachung und Diagnose sowie dem Maschinenbetreiber Informationen zur Optimierung der Bearbeitungsprozesse verfügbar machte, wurden diese Hilfsmittel bezüglich Datenerfassung und -kommunikation auf den aktuellen Technologiestandard erweitert.
In den vergangenen zehn Jahren wurden in Step-Tec-Motorspindeln auf Kundenwunsch tausende SDM (Spindle Diagnostic Module) verbaut. Dieser Datenrecorder (Black Box) diente dem Maschinenbetreiber vorwiegend zur Prozessoptimierung (Vibrationen 1D) und dem Maschinenhersteller zur Diagnose sowie Betriebsdatenerfassung über die gesamte Lebensdauer einer Spindel.
Gesammelte Betriebdaten, neu unter dem Begriff «IntelliStep» bekannt, liefern der Maschinensteuerung die üblichen Parameter wie Temperaturen, Drehzahl, Werkzeugüberwachung, Anzahl Werkzeugwechsel und axiale Verlagerung der Spindelnase. Darüber hinaus eröffnet die zweite Generation des SDM (SDM20) den Weg hin zur transparenten digitalen Spindel.
Das neue SDM beinhaltet die Möglichkeit zur Kommunikation über Profibus und ermöglicht dem Maschinenbauer eine vollständige Integration der Spindel zur Onlineüberwachung und Prozessoptimierung. Wie bisher werden alle Betriebsdaten des gesamten Lebenszyklus einer Spindel erfasst und gespeichert, neuerdings zusätzlich mit Datum und Uhrzeit. Darüber hinaus speichert das System fortlaufend alle Informationen der jüngsten Betriebsstunde zur Ausgabe als Tabelle oder Grafik.
Ein neu entwickelter, auf MEMS-Technik basierender 3D-Beschleunigungssensor (Vibrationen 3D) registriert Beschleunigungswerte bis ±50 mm/s2 der drei Achsrichtungen X, Y sowie Z und ermöglicht so eine noch gezieltere Prozessoptimierung. Im Falle einer Fehlfunktion oder einer Kollision können sämtliche Ereignisse, die zur Störung geführt haben, reproduziert und analysiert werden. So lassen sich wichtige Rückschlüsse auf den Ausfallgrund oder das nicht zufriedenstellende Bearbeitungsresultat ziehen und entsprechend gezielte Korrekturmassnahmen einleiten.
Mit der neuen Software SDS (Spindle Diagnostic Software) bietet Step-Tec ein Hilfsmittel zur Diagnose, das die gespeicherten Daten für den Kundendienst des Maschinenherstellers und somit auch für den Betreiber der Maschine transparent macht. Es lassen sich damit im Rahmen eines Feldeinsatzes alle gespeicherten Betriebsdaten visualisieren und dokumentieren. Hierzu sind lediglich ein Datenkabel RS 485 zur Motorspindel sowie ein Laptop mit installierter SDS erforderlich. Eine integrierte Datenloggerfunktion ermöglicht eine externe Langzeit-Datenaufzeichnung zu Analysezwecken.
Mit «IntelliStep» kann der Maschinenbetreiber individuelle, auf seinen Kundenkreis abgestimmte Funktionalitäten erzeugen und sich somit wertvolle Alleinstellungsmerkmale verschaffen. Für den Maschinenbetreiber resultieren daraus messbare Vorteile wie längere Standzeit der eingesetzten Werkzeuge, längere Spindellebensdauer und verbesserte Oberflächenqualitäten der bearbeiteten Werkstücke.
Mit der patentierten Wellenkühlung Cool-Core hat Step-Tec den Schritt in neue Dimensionen des Hochgenauigkeitsfräsens vollzogen. Für den Werkzeug- und Formenbau offeriert das Unternehmen die Baugrössen HSK-E40 für 42 000 min-1 und HSK-A63 für 28 000 min-1.
Das neu entwickelte Dreheinführungssystem zur Durchleitung des speziell für diese Anwendung vorgeschriebenen Kühlmediums Cool-Core Fluid sorgt für eine kühle Welle und somit für ein kühleres Werkzeug. Aufgrund des daraus resultierenden ausgeglichenen Wärmehaushalts innerhalb der Spindel ist die axiale Verlagerung der Spindelnase infolge Temperatureinfluss aus dem Rotor (Spindelwelle) gegenüber Spindeln mit konventioneller Statorkühlung massiv verringert.
Die bisher erforderliche Kompensation der axialen Verlagerung infolge Temperatureinfluss, der schwer kompensierbare Wärmeschwall unmittelbar nach dem Anhalten der Spindel sowie die Warmlauf- und Abkühlzeiten zum Ausgleich der Temperaturdifferenz zwischen Spindelnase und Werkzeughalter unmittelbar nach einem Werkzeugwechsel werden minimiert. Durch die gleichmässige Kühlung der Welle über ihre gesamte Baulänge reduziert sich auch die unterschiedliche Ausdehnung bei Betrieb mit oder ohne Kühlschmiermittelzufuhr durch das Werkzeug auf fast null.
In dieser Dimension bietet Step-Tec eine Hochgenauigkeitsspindel, deren höhere Anschaffungskosten sich dank maximierter Präzision und Wiederholgenauigkeit sowie durch signifikante Zeiteinsparung (Temperaturstabilisierung) rasch amortisieren. Gleichzeitig eröffnet die Cool-Core-Spindel neue Anwendungsmöglichkeiten, etwa im Bereich des Formenbaus für den rasant wachsenden Markt der LED-Technik.•
EMO, Halle 27, D44

www.step-tec.ch



Step-Tec im Profil
Die Step-Tec AG, Luterbach, entwickelt und produziert seit 1995 Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeits-Motorspindeln für die Bereiche Werkzeug- und Formenbau sowie Produktion mit Schwerpunkten in der Automobil- und Medizinaltechnik. Ob kundenspezifische Entwicklung oder standardisierte Baureihe: Die Präzisionsspindeln verrichten zuverlässige Zerspanarbeit in den Bearbeitungszentren führender Maschinenhersteller weltweit. Bis heute entwickelte und baute das Unternehmen rund 80 verschiedene Spindelvarianten im Durchmesserbereich zwischen 90 und 320 mm, die einen Leistungsbereich von 1 bis 82 kW abdecken und Drehmomente bis 1200 Nm ausweisen. Temperaturverhalten am Werkzeughalter: Im Vergleich zu einer ausschliesslich statorgekühlten Spindel tritt nach dem Einschalten der Spindel rasch Temperaturstabilität ein. Der Abkühlprozess nach dem Anhalten der Spindel ist bei der Cool-Core-Spindel auf wenige Minuten reduziert.