Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 03/2018, 16.02.2018

Sensorik im Spindellager integriert

Schaeffler bringt ein komplett neues System mit im Spindellager integrierter Sensorik zur Überwachung von Hauptspindeln. Damit können Maschinenhersteller ihren Kunden ein wirksames Instrument zur Steigerung von Maschinenverfügbarkeit und Produktivität bieten. Das System soll Spindelausfälle reduzieren und die Gebrauchsdauer von Spindeln verlängern.

Werkzeugmaschinenausfälle sind grösstenteils auf defekte Spindeln zurückzuführen, insbesondere auf Spindellagerschäden verursacht durch Kollision und andauernde, aber unentdeckte Überlastung. Im Fräsbetrieb erzeugt die Kombination von hohen Radiallasten, lang auskragenden Werkzeugen und hohen Drehzahlen speziell am werkzeugnahen Spindellager grosse Belastungen und ungünstige kinematische Verhältnisse. Im Extremfall kann dies zum Lagerausfall führen. Um dem zu begegnen, hat Schaeffler ein System entwickelt, das Spindelausfälle durch eine sehr schnelle Abschaltung der Spindel in Crash-Situationen reduzieren soll. Das komplett neue, spezifisch für diesen Einsatz entwickelte Sensorsystem misst mit einer hohen Auflösung die Verlagerung der Spindelwelle unter Last in fünf Raumrichtungen – drei translatorische und zwei rotatorische. Daraus sind die kinematischen Bedingungen im Lager und aus diesen wiederum die betriebsrelevanten Grössen wie Pressung, Bohr-Roll-Verhältnis und Käfigtaschenspiel eindeutig berechenbar. Übersteigen die Einfederungen an den Wälzkörpern eine spezifische Schwelle, gibt der Sensorring ein Warnsignal an die Maschinensteuerung aus. Der Schwellenwert wird für jeden Spindel- und Maschinentyp, aber auch für andere Antriebskomponenten, die eine niedrigere Belastungsgrenze als die Spindel haben und deren Belastung mit jener der Spindel korreliert, individuell festgelegt.

Die gesamte Software und alle erforderlichen Algorithmen sind in die Sensorik integriert. Es sind also keine weiteren Komponenten notwendig, und das System ist lokal funktionsfähig. Es gibt innerhalb von 2 ms am digitalen Ausgang eine Überlastung als Warnsignal an die Maschinensteuerung aus. Durch schnelle Abschaltung des Antriebes können so Folgeschäden eines Crashes minimiert oder ganz verhindert werden.

Aus der Anwendung des Systems ergibt sich auch ein Langzeitschutz für die Werkzeugmaschinenspindel: Mechanische Überlastungen der Spindellager, etwa beim Schruppen mit einem verschlissenen Werkzeug, werden so sofort erkannt. Löst das System bei diesem oder einem ähnlichen Szenario ein Warnsignal aus, kann der Betreiber das Bearbeitungsprogramm frühzeitig modifizieren und die Spindelbelastung durch ein neues Werkzeug, veränderte Schnittwerte oder durch einen besser geeigneten Werkzeugtyp reduzieren. Er erreicht damit geringere Spitzenlasten und reduziert deren Anzahl.

Schaeffler entwickelt zudem ein neues Analyse-Tool für die Optimierung der Spindelauslastung. Bei diesem System wird nicht nur ein Schwellenwert ausgegeben, sondern das beim Bearbeitungsprozess vom Sensorring gemessene Einfederungskollektiv über der Zeitachse visualisiert. So weiss der Maschinenbetreiber genau, mit wie viel Prozent er seine Spindel bei welcher Bearbeitung mechanisch auslastet. (msc)

Schaeffler Schweiz GmbH
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Das komplett neu und spezifisch für diesen Einsatz entwickelte Sensorsystem misst mit einer hohen Auflösung die Verlagerung der Spindelwelle unter Last in fünf Raumrichtungen – drei translatorische und zwei rotatorische. (Bild: Schaeffler)