Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 09/2017, 14.09.2017

Thermostabilität als Garant für Präzision

Mit der «CoolCore»-Spindel adressiert die Step-Tec AG vor allem den hochpräzisen Werkzeug- und Formenbau. Die neue Version dieser Präzisionsspindel legt die Messlatte in punkto Genauigkeit und Oberflächengüte nun deutlich höher.

Seit gut sieben Jahren ist die Step-Tec AG, eine Tochter der GF Machining Solutions, mit ihren CoolCore genannten Hochpräzisionsspindeln am Markt, um die hohen Genauigkeitsansprüche der Wekzeug- und Formenbauer zu erfüllen. Die stetig steigenden Erwartungen hin zu noch höherer Präzision und besserer Oberflächengüten, insbesondere von Formen im ICT-Bereich (Information and Communications Technology), haben den Hersteller dazu bewogen, die bisherige Spindelfamilie «HVC 140» auf den neusten Technologiestandard zu bringen. Für die neue Spindelgeneration wurde der Kühlkreislauf der OptiCool-Spindel (OCS) einer weiteren Strömungsoptimierung unterzogen. Laut Al Breitenberger von der Entwicklungsabteilung der Step-Tec AG konnte in modernster Simulation mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) und mit Zwangsführung des Kühlmediums im Kühllabyrinth ein noch ausgeglichenerer Wärmehaushalt erreicht werden. Diese Massnahmen führten zu einer Temperaturverteilung im Bereich des vorderen Spindelmantels mit einer minimalen Abweichung von 1,1 K: «Der thermische Einfluss auf die Spindelaufnahme ist somit auf ein Minimum reduziert. Die Maschinenspindelachsgeometrie bleibt frei von Verzug.»

Ebenfalls verbessert wurde die von Step-Tec patentierte Wellenkühlung, bekannt unter der Bezeichnung CoolCore, mit dem Ziel einer deutlich verringerten Wartung im Betrieb. Breitenberger: «Die neu gestaltete Dreheinführung zur Übergabe des Kühlmediums in die rotierende Welle ist im Bedarfsfall vor Ort austauschbar und erfordert keinen Spindeltausch mehr.»

Mit einem optimierten Luftmanagement in der Spindel und dem neu ausgelegten Labyrinth, genannt «Twin Air Sealing System» (TAS), konnte, so Al Breitenberger, «gleichzeitig eine absolute Dichtheit erzielt werden. Verschmutzung des Werkstücks und des Bearbeitungsraums durch Ölaustritt an der Spindelnase ist somit kein Thema mehr, was die Spindel für die Kunststoffbearbeitung, beispielsweise in Medizinaltechnikanwendungen wie auch in der Graphitelektrodenherstellung, prädestiniert». Die Plananlage für das Werkzeug wurde zudem segmentiert und mit Kegelreinigungsbohrungen versehen, um die hohe Spindelgenauigkeit bei einem Werkzeugwechsel nicht zu schmälern.

«Das Beschreiten neuer Wege in der Lagerauslegung mit vier Ultrahochpräzisionshybridlagern führte letztlich zu einer bis anhin nie erreichten Steifigkeit». erläutert Breitenberger die weiteren Optimierungsschritte. Die Verbesserungen der Steifigkeitswerte gegenüber dem Vorgängermodell an der Plananlage des Werkzeugs betragen nach Aussage Breitenbergers 16 Prozent in radialer Richtung und 70 Prozent in der Achslage auf Zug und Druck: «Werte, die sich im Präzisionsformenbau und in der Produktion kleiner Präzisionsteile nicht nur sehen lassen, sondern zu den besten ihrer Klasse gehören.»

Und weiter: «Eine markant gesteigerte dynamische Steifigkeit, gepaart mit einer Rundlaufabweichung von höchstens 3 µm an der Werkzeugspitze und einem Planlauf am Messdornende von 2 µm, garantieren höchste Werkzeugwechselgenauigkeit, was überhaupt erst eine Teilebearbeitung in dieser Präzisionsklasse mit einem Oberflächenfinish von Ra = 0,05 µm ermöglicht.»

Gegenüber dem Vorgängermodell gelang es Step-Tec mit einem neu entworfenen Spanner, die Spindel rund 60 mm kürzer zu bauen. Dies führte wiederum zu einem kompakteren Schwenkkopf, mit der Folge, dass sich die Dynamik beim Schwenken erhöht. Ein neues, optional erhältliches hochauflösendes Längenmesssystem mit integrierter Elektronik liefert das Signal für die dynamische Kompensation und ein zweites Signal zur Kompensation des thermischen Restwachstums der Spindel. «Der Kunde kann mit dieser Option und eigener Software Achskompensationen einleiten, um höchste Genauigkeitsansprüche zu erfüllen», erklärt dazu Al Breitenberger.

Die neue HVC 140-Spindel ist zudem Industrie-4.0-tauglich: Ein externes Datenmonitoring ermöglicht es, den Spindelstatus und den Spindelzustand abzufragen, um beispielsweise eine präventive Wartung vorauszuplanen. In diesem Zusammenhang bietet Step-Tec neben dem herkömmlichen Spindeltausch-Service-Programm (SEP) auch präventive Wartung an. Diese neue Servicedienstleistung wurde speziell mit einer Garantieerweiterung und vorbeugenden Lösungen entwickelt, um ungeplante Maschinenausfallzeiten zu minimieren.(pi)

Step-Tec AG
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Die HVC 140-Spindel mit OptiCool-Statorkühlung verspricht Rundlaufgenauigkeiten von 3 µm und kann damit Oberflächenqualitäten von Ra = 0,05 µm realisieren. (Bilder: Step-Tec)


Die Daten sprechen für sich: 36 kg schwer, 13,5 kW Leistung, beschleunigt innerhalb von 2,5 s auf bis zu 42 000 min-1 und liefert ein Drehmoment von 8,8 Nm.