"Ultrapräzise" Spindeln für das Honen

KADIA entwickelt LH-Honspindeln kontinuierlich weiter

(IINews) - Beim Honen von Hochpräzisionsbauteilen, etwa für Einspritzanlagen oder Hydraulik-Anwendungen, zählt jeder Mikrometer. Um diese hohen Qualitätsanforderungen zu erfüllen setzt der Honmaschinenhersteller KADIA Produktion GmbH + Co. in Nürtingen auf eine Direktantriebstechnologie für die Spindeln und den Hub. Inzwischen steht die zweite Generation der so genannten LH-Honspindeln zur Verfügung.

Als KADIA 2004 die ersten Lean-Highspeed-Honspindeln, kurz LH-Honspindeln, mit Direktantrieben für die Rotation und den Hub präsentierte, war das eine echte Neuheit auf dem Markt, ein Paukenschlag. Sofort überzeugt vom Erfolg, ließ sich das Nürtinger Unternehmen das Konzept weltweit patentieren. "Die Direktantriebstechnologie ist in Bezug auf Laufruhe und die Genauigkeit des Regelverhaltens unschlagbar. Ihr Einsatz hat bei kleinen bis mittleren Durchmessern - das ist unser Metier - zu einem Produktivitäts- und Qualitätssprung geführt, wie es bei neuen Entwicklungen heutzutage nur selten der Fall ist", bringt es Henning Klein, Geschäftsführer bei KADIA, auf den Punkt.

Im Detail: Der erstmals verwendete Direktantrieb für die Hubbewegung via Linearmotor bietet eine optimal abgestimmte Antriebsleistung und Dynamik, beides Voraussetzungen für ein hohes Zeitspanvolumen. Ferner arbeitet der Linearmotor berührungslos, quasi verschleißfrei, und überträgt so gut wie keine Schwingungen auf das Honwerkzeug. Im Unterschied dazu basieren konventionelle Hubantriebe auf verschleißenden Komponenten wie Kugelrollenspindeln. Das Abbremsen und Beschleunigen in den Umkehrpunkten der Oszillation setzen der Dauerpräzision schnell Grenzen. Ähnliche Vorteile hat auch der Spindelantrieb, ein direkt angetriebener Synchron-Einbaumotor. Die wartungsarme Motorspindel überträgt ihre hohen Momente, ohne das Werkzeug zum Schwingen anzuregen. Doch das ist noch nicht alles. Die Werkzeugaufweitung erfolgt elektromechanisch über einen hochauflösenden Servomotor mit Präzisionsgewindetrieb. An der Schneidleiste sind damit Zustellschritte bis in den Nano-Bereich möglich.

KADIA ist es gelungen, alle diese Hightech-Einzelkomponenten in eine Einheit zu packen, die kompakter kaum sein könnte. Spindelmotor und Aufweitmotor sind koaxial übereinander und in unmittelbarer Nähe zum Linearantrieb angeordnet. Dank der direkt eingeleiteten Aufweitbewegung dieser Anordnung erhöht sich die Steifigkeit des Gesamtsystems.

Abgerundet wird das innovative Konzept durch eine innere Kühlmittelzufuhr, die eine optimale Prozesskühlung gewährleistet. Henning Klein: "Mit unseren LH-Honspindeln sind auch anspruchsvolle Hochpräzisionsanwendungen sicher realisierbar." Wie das Nürtinger Unternehmen weiter mitteilt, wurden in knapp über zehn Jahren mehr als 700 Hightech-Spindeln der ersten Generation in fünf Varianten ausgeliefert. Sie verrichten ihren Dienst in den verschiedensten ein- und mehrspindligen Kundenmaschinen.

Noch ein Stück kompakter
Die Frage, ob es noch kompakter geht, hätten die Konstrukteure vor zehn Jahren sicher verneint. Doch der Fortschritt macht nirgendwo Halt. "In der Zwischenzeit sind viele Erfahrungen zusammengeflossen. Sowohl die Einzelteile und Komponenten wie auch die Anwendungen haben sich weiterentwickelt. Daher war die Zeit gekommen, das erfolgreiche Konzept dem aktuellen Stand der Technik anzupassen", meint Henning Klein. So konnte beispielsweise die innere Kühlmittelzufuhr verbessert werden, was eine kürzere Bauweise und eine komfortablere Zugänglichkeit für Wartungszwecke ermöglicht. Auch bei der Werkzeugspannung fand sich noch Optimierungspotenzial: das maßgeschneiderte Hydrodehnspannfutter sitzt nun direkt in der Honspindel, also nicht mehr auf der Spindelnase. Das hat nicht nur Auswirkungen auf die Baulänge, daraus resultiert vor allem ein "ultrapräziser Spindelrundlauf".

Energieeffizienz auf Top-Niveau
Die wichtigste Verbesserung betrifft aber die Gesamtauslegung der einzelnen Antriebe nach Leistung, Baugröße und Gewicht, so dass für jede Honspindel nun die bestmögliche Konfiguration vorliegt. Diese Maßnahme hat auch zur Folge, dass sich die Zahl der ursprünglich fünf Varianten auf zwei mit den Bezeichnungen LH2 und LH3 reduziert - Varianten gibt es jedoch beim Hub, hier sind unterschiedliche Standardlängen verfügbar. Laut den Nürtinger Experten erreicht die LH2 trotz kleinerer Baugröße und annähernd 30% Gewichtsersparnis dieselben Kräfte und Drehmomente wie die bisherige KADIA Standardspindel. Die größere LH3 liegt im Bereich des ehemals leistungsstärksten Vorgängermodells, und das mit fast 20% weniger Gewicht. "Dank der nochmals kompakter gewordenen Bauweise sind Dynamik und Zerspanungsleistung weiter angestiegen. Die Leistungsaufnahme ist dabei geringer geworden, ein nicht zu unterschätzender Vorteil", so Henning Klein. Die neue Generation überzeugt daher auch in Sachen Energieeffizienz, nicht zuletzt durch die Möglichkeit der Stromrückspeisung. Um eine Zahl zu nennen: Der Stromverbrauch einer LH2-Spindel während eines typischen Honprozesses liegt in der Größenordnung von 0,0025 KWh/Werkstück. Den Anwendern dürfte aber noch ein weiterer Aspekt gefallen: KADIA gibt fünf Jahre Gewährleistung auf den Linearantrieb. Ein überdurchschnittlicher Wert, der eine hohe Zuverlässigkeit signalisiert.

Ganz vorne in der "Königsdisziplin"
Bei einem führenden Hersteller von Benzineinspritzpumpen ist eine KADIA T line Honmaschine, bestückt mit fünf LH-Spindeln, für den Schlüsselprozess zuständig: die Endbearbeitung der Hochdruckbohrungen. Wegen der engen Toleranzen von wenigen µm werden die Bauteile paarungsgehont. Dafür werden die zuvor hergestellten Kolben in mehreren Ebenen vermessenen; die Messergebnisse dienen dann als Zielmaße für die Honmaschine. Der Prozessablauf ist in der Maschinensteuerung hinterlegt und damit hoch automatisiert, so dass der Handlingsaufwand gegen null geht. Die neue LH2 zeigt bei diesem anspruchs-vollen Anwendungsfall - das Paarungshonen gilt als Königsdisziplin des Honens - was sie kann. "Im Vergleich zum früheren technischen Stand hat sich die Formgenauigkeit der Bohrung um 5-10% verbessert, die Toleranz des Paarungsspiels gar um 50%", bilanziert Henning Klein. "In seiner Gesamtbewertung bestätigt der Anwender eine Steigerung der Prozessqualität um 25%. Ein gewaltiger Sprung nach vorne."
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Datum: 07.11.2016 - 15:50 Uhr
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