Energieketten

Energieketten für Bearbeitungszentren mit hochdynamischen Antrieben

23.08.2007 | Autor / Redakteur: Hans Jürgen Gizler / Reinhold Schäfer

Bei Bearbeitungszentren werden für die Energiezuführung zur hochdynamischen Spindel vorzugsweise einbaufertige Energiekettensysteme verwendet. Bild: Igus
Bei Bearbeitungszentren werden für die Energiezuführung zur hochdynamischen Spindel vorzugsweise einbaufertige Energiekettensysteme verwendet. Bild: Igus

Bearbeitungszentren kommen hauptsächlich bei anspruchsvollen Bearbeitungsaufgaben in der Serienfertigung, im Werkzeug- und Formenbau, im Prototypenbau und in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz. Für die Energiezuführung zur hochdynamischen Spindel werden vorzugsweise einbaufertige Energiekettensysteme verwendet.

Hohe Genauigkeiten und hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten stehen für den Einsatz von Bearbeitungszentren in der Einzelteilfertigung und in der Serie, beim Werkzeug- und Formenbau sowie im allgemeinen Maschinenbau. Dafür bietet Alzmetall Bearbeitungszentren der Baureihe GS an, die sich durch hohe Dynamik und Präzision auszeichnen (siehe Kastentext). Sie kommen hauptsächlich bei anspruchsvollen Bearbeitungsaufgaben in der Serienfertigung, im Werkzeug- und Formenbau, im Prototypenbau und in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz. Für die Energiezuführung zur hochdynamischen Spindel bezieht Alzmetall von Igus ein konfektioniertes, einbaufertiges Energiekettensystem.

Außer der 5-Achs-Version simultan gibt es im Rahmen der Baureihe GS ein 3-Achs-Bearbeitungszentrum mit starrem Tisch und optional eine vierte Achse mit Gegenlager. Die Einbindung in automatisierte Fertigungssysteme kann mit einer Portal-Roboter-Lösung erfolgen (die Maschine ist von oben voll bekranbar), ebenso kann die Maschine mit einem Palettenwechsler oder einem Knick-Arm-Roboter von vorne beladen werden – zum Beispiel auch mit einem Nullpunkt-Spannsystem.

Hohe Fertigungstiefe als Erfolgsrezept

Zum Erfolgsrezept von Alzmetall gehört eine hohe Fertigungstiefe: Die eigene Gießerei arbeitet zwar zu 80?% für externe Kunden, aber sie stellt auch die bis zu 5,5 t schweren Monoblock-Maschinenbetten der Bearbeitungszentren her. Diese Betten schaffen, zusammen mit dem patentierten 8-fach-Führungssystem, die Voraussetzung für die hohe Steifigkeit und damit für höchste Präzision bei der Bearbeitung.

Aber auf hohe Fertigungstiefe verlässt sich Alzmetall nur dort, wo Kernkompetenzen berührt werden. Bei anderen Komponenten setzt man auf „Outsourcing“, das heißt, auf die Zusammenarbeit mit leistungsfähigen Zulieferern – zum Beispiel bei den Energiezuführungen, die die Spindel mit Energie, Daten und Kühlflüssigkeit versorgen. Bei der GS 800 wurden erstmals vorkonfektionierte „Readychain“-Leitungspakete und Energieketten von Igus eingesetzt. Die Zusammenarbeit hat sich bewährt, deshalb wird auch die neue Baureihe GS 650 (Bild 1) mit diesen Energiezuführungen ausgestattet.

Das ist eine Wahl, die nicht nur die Montagezeit verkürzt, sondern auch zur Langlebigkeit der Energiezuführung beiträgt. Denn die Leitungen, die Igus für die „Readychain“ verwendet, wurden speziell für den Einsatz in Energieketten entwickelt: Sie ermöglichen kleine Biegeradien und zeichnen sich auch bei andauernder Bewegungsbeanspruchung durch eine lange Lebensdauer aus (Bild 2). D

as ist für Alzmetall ein wichtiges Kriterium, denn die Maschinen sind sehr solide konstruiert. Die Spindel, die mit bis zu 30000 min-1 arbeitet, benötigt insgesamt 50 bis 60 Energie- und Signalleitungen – darunter Elektroleitungen für Servoantriebe, Hydraulikschläuche für den Werkzeugspanner, Geber- und Messsystemleitungen sowie Zuleitungen für Kühlschmierstoff und eine Druckluftzufuhr zum Ausblasen der Spindel.

Zusammenarbeit schon in der Entwicklungsphase der Bearbeitungszentren

Schon beim Bearbeitungszentrum vom Typ GS 800 war Igus frühzeitig in die Entwicklung eingebunden. Die Fragestellung lautete: Was muss man beachten, wenn man ein kostengünstiges, langlebiges Komplettsystem beziehen will? Diese Frage konnte Igus zufriedenstellend beantworten. Dabei wurden die Vorschläge von Igus sehr positiv aufgenommen.

Da lag es nahe, diese Vorgehensweise bei der neuen GS 650 zu wiederholen: Igus liefert für jede Maschine anschlussfertige, vorkonfektionierte Energieketten mit integrierten Kabelpaketen. Dadurch spart Alzmetall Montagezeit, und das ist ein wichtiger Faktor, denn Schnelligkeit ist ein Wettbewerbsvorteil: Andere Anbieter haben deutlich längere Lieferzeiten.

Zudem kann man durch die Kette und das „Readychain“-Prinzip kompakt bauen: Die engen Biegeradien sind nur mit Chainflex-Leitungen möglich. Außerdem gehört es zu den Grundsätzen von Alzmetall, dass keine Leitungen sichtbar sind und dass keine Bauelemente über die Maschine hinausragen. Beides ließ sich mit den Igus-Ketten verwirklichen. Das Energiekettensystem der GS 650 sorgt für Beweglichkeit in drei Achsen. Die X-Achse verfährt separat, während sich die Y- und Z-Achse überlagern. Die Montage ist denkbar einfach, weil alle drei Ketten in einem Verteilerkasten münden, den Igus gleich mitliefert (Bild 3). Die X-Achse ist liegend ausgeführt und nutzt als Auflage die obere Maschinenabdeckung, auf der sie durch eine Brücke abgestützt wird: ein konstruktives Detail, das Platz spart und für eine optimale Führung der Kette sorgt.

Energiekettenbaureihe mit kompakten Außenmaßen

Bei der Entwicklung der optimalen Energiezuführung für die GS 650 kam den Igus-Projektingenieuren zugute, dass gerade eine neue Energiekettenbaureihe auf den Markt gekommen war: Die E 4/4 Light zeichnet sich durch sehr kompakte Außenmaße aus; bei gleichem Inhalt ist die Kette 20 mm schmaler. Genau diese 20 mm sorgen dafür, dass die Kette bei allen Bewegungen innerhalb der Maschinenkontur bleibt – eine Produktentwicklung, die somit zur rechten Zeit kam.

Trotz der kompakten Bauform und der engen Biegeradien bewegen sich die Ketten und mit ihnen die Leitungen in hohem Tempo. Im Eilgang verfährt die Spindel mit Geschwindigkeiten bis 60 m/min und erreicht dabei eine Beschleunigung von maximal 10 m/s². Im freien Raum sind sogar Beschleunigungswerte bis 17 m/s² gefordert: Das stellt hohe Ansprüche an die Qualität der Leitungen und der Energiekette.

Für die Kettenbelegung wurden zwei Varianten festgelegt: eine für die Standardversionen der GS 650, eine zweite mit zusätzlichen Kühlschläuchen für die leistungsstärkere Spindel mit 30000 min–1.

Auch für Wartung und Nachrüstung geeignet

Diese Varianten werden in Köln konfektioniert und „just in time“ nach Altenmarkt geliefert. Natürlich können bei Bedarf weitere Leitungen in die Kette integriert werden. Das geht sogar im Nachhinein: Ein Argument, das die Konstrukteure von Alzmetall ebenfalls überzeugt hat, ist die einfache Nachrüstung der Energiekette, wenn zum Beispiel zusätzliche Achsen oder eine Minimalmengenschmierung gewünscht wird. In diesem Fall schnappt man einfach die einzelnen Kettenglieder auf und legt die Leitung in den dafür vorgesehenen Kanal.

Alzmetall: Dynamische Bearbeitungszentren

Metallverarbeitende Unternehmen, die die Investition in ein neues Bearbeitungszentrum planen und sehr hohe Anforderungen an Präzision, Dynamik und Bearbeitungsgeschwindigkeit stellen, werden mit einiger Wahrscheinlichkeit die GS-Serie der Alzmetall Werkzeugmaschinenfabrik und Gießerei Friedrich GmbH & Co. KG in Altenmarkt kennen. Die Produktfamilie der Bearbeitungszentren wurde im Jahr 2001 um die GS 800 ergänzt. 2005 folgte mit der GS 1000 eine Erweiterung nach oben in zweifacher Hinsicht.

Zum einen wurde der Zerspanungsraum auf 1070 mm in der A-Achse erweitert, zum anderen gibt es wahlweise für die beiden rotativen Achsen Direktantriebe mit Torque-Technologie oder konventionelle Servo-Antriebe. Beide Varianten haben weltweit bei Anwendern hohe Akzeptanz erfahren und sind bei Alzmetall zum Renner geworden. Im September 2006 wurde die GS-Baureihe nach unten ausgebaut. Für Anwender, die Präzision und Leistung fordern, die von herkömmlichen Gestell-Bauweisen nicht erfüllt werden können, wird von Alzmetall die neue GS 650 angeboten.

Diese wurde im Herbst 2006 erstmals auf der AMB in Stuttgart vorgestellt. Die Maschine ist als echtes Gantry-System konzipiert und wird im Vergleich zur GS 800 und GS 1000 in A- und C-Achse ausschließlich mit hochdynamischen und wartungsfreien Torque-Antrieben angeboten.

Hans Jürgen Gizler ist Bereichsleiter Vertrieb für CNC-Bearbeitungszentren bei der Alzmetall GmbH in Altenmarkt. Weitere Informationen: Igus GmbH, 51147 Köln, Tel. (02203) 9649-0, Fax (02203) 9649-222, info@igus.de

 

Dynamische Bearbeitungszentren

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