Der Einfluss auf die Prozesssicherheit eingesetzter Dichtungstechnologien in angetriebenen Werkzeugsystemen wird oftmals unterschätzt. Als noch vorwiegend mit außengekühlten Werkzeugaufnahmen gearbeitet wurde, war das Problem überschaubar. Mit dem Voranschreiten der Schneidwerkzeugtechnologie wird mehr und mehr auf Innenkühlungstechnik gesetzt. Für die Technologie der angetriebenen Werkzeugsysteme bedeutet das, dass die Kühlemulsion durch eine Drehdurchführung die inneren Kühlkanäle erreichen muss.
Führt man sich vor Augen, dass Werkzeugmaschinen in der Verkettung laufen oder es Maschinen gibt, die mit drei Werkzeugträgern operieren, wird klar: Die Prozesssicherheit von Werkzeugsystemen spielt eine wichtige Rolle. Je mehr angetriebene Werkzeuge in einer Bearbeitungseinheit betrieben werden, desto größer ist die Gefahr, dass eines davon ausfällt. In Folge kommt die komplette Fertigungszelle zum Stillstand. Dabei sind oft Dichtungseinheiten die Achillesverse der Werkzeugsysteme.
Dichtungstechnologie bei EWS: Auf dem Weg zu einer passenden Lösung
Das Thema Dichtungstechnologien ist nichts Neues, ja sogar bereits Jahrzehnte alt. Jedoch stellen die heutigen Anforderungen eine ganz neue Herausforderung an sie dar. Die Einflussgröße der Dichtungstechnologie erreicht eine signifikante Bedeutung. Das spiegelt sich auch in den Entwicklungssprints von EWS Tool Technologies deutlich wider.
„Mit der Einführung der EWS Matrix-Seal-Technologie erhielten wir eine Lösung, die über den gesamten Drehzahlbereich unserer Maschinen 25 bar für die Dichtungen gewährleistet“, sagt Lorenzo La Rosa, Team Leader Application Engineering bei der DMG MORI Management GmbH. Wurde mehr Druck benötigt, standen zusätzlich weitere Drehdurchführungen zur Verfügung. Bei guter Emulsionsqualität konnten diese bis zu 70 bar Druckresistenz aufweisen, was für das Anforderungsprofil der Hightech-Maschinen notwendig war.
Der Qualitätsstandard der Maschinen ist sehr hoch, da diese oft an den Grenzen des technisch möglichen arbeiten – und das meist rund um die Uhr. Eine Problemstellung war jedoch stets präsent, erklärt Lorenzo La Rosa: „Ob nun EWS Matrix-Seal oder andere Dichtungstechnologien, sie alle benötigen den Öl-Anteil der Emulsion zur Schmierung der Dichtlippe oder Flächen.“ Bereits ein Einfahrprozess im Trockenlauf läuft damit Gefahr, erste Schäden am Dichtsatz zu verursachen. Stattdessen eine trockenlauffähige Technologie zu verwenden, stelle keine sinnvolle Alternative dar, sei diese doch bis zu fünfmal teurer.
Die Herausforderung: Zum einen wollte man mit der neuen Drehdurchführungstechnologie Drücke bis zu 70 bar in einer geraden Werkzeugeinheit ohne versetzte Abtriebsspindel sicher beherrschen. Zum anderen sollte diese uneingeschränkt trockenlauffähig und kompakt sein – und selbstverständlich wirtschaftlich. „Es war das Zusammenspiel der unterschiedlichen Einflussgrößen, die zunächst zu analysieren waren. Reibkräfte, Hydrostatik, Bauteilgeometrien und Fertigungstechnologien galt es zu optimieren und aufeinander abzustimmen“, sagt Michael Wiesenberg, Projektleiter Dichtungstechnologie bei EWS.
EWS HPC-Line: Neuheit am Markt für maximale Prozesssicherheit
Heraus kam die EWS HPC-Line (High-Pressure-Ceramics). Das Herzstück der aus mehreren Teilen bestehenden Cartridge-Dichtungseinheit auf Keramikbasis sind zwei koaxial angebrachte Ringelemente, die sich im Innenraum schwimmend bewegen. Kommt das Werkzeugsystem zum Einsatz, legen sich die Dichtelemente im Millisekundenbereich an die Tangentialflanken des Trägersystems an. Dabei stehen die Dichtungselemente still und dichten gegen das rotierende Trägersystem im Reibschluss ab.
Durch polierte Laufflächen und eine geometrisch optimierte Druckkammer wird die Reibkraft* (Fr = µ x Fp) auf ein Minimum reduziert und schafft so die Voraussetzung, bis zu 100 bar Druck zu übertragen – und das bei Drehzahlen von bis zu 12.000 Umdrehungen pro Minute. Die während des Dichtungsschließvorganges entstehende Minimalleckage wird über einen Entspannungsraum druckfrei maschinenseitig abgeleitet.
„Maximale Prozesssicherheit in unseren Technologien ist für uns eine der Grundvoraussetzungen, die wir mit der EWS HPC-Line noch ein Stück effektiver einsetzen können“, so La Rosa. Heutzutage bieten Werkzeugmaschinen eine herausragende Qualität und große kinematische wie auch dynamische Möglichkeiten. Wichtig ist nun, dass man andere Einflussgrößen erkennt und optimiert, um den Produktivitätsgrad der Werkzeugmaschinen zu erhöhen und Prozesssicherheit zu gewährleisten.
„Genau dieses Wissen treibt unseren Entwicklungsgedanken und unsere Produktstrategie“, sagt Hüseyin Sivaz, Vertriebsleiter bei EWS. „Unsere Dichtungstechnologie wie auch unsere neuen Getriebe mit polygoner Leistungsübertragung im Bereich der Winkelköpfe sind Garanten für eine verlängerte Einsatzdauer.“ Ebenfalls nicht zu vernachlässigen sei die effiziente Rüstoffensive durch das Schnellwechselsystem EWS Varia getreu dem Motto „Beim Boxenstopp gewinnt man Rennen“.
* Fr = Reibkraft | µ = Reibfaktor | Fp = Druckkraft
Führt man sich vor Augen, dass Werkzeugmaschinen in der Verkettung laufen oder es Maschinen gibt, die mit drei Werkzeugträgern operieren, wird klar: Die Prozesssicherheit von Werkzeugsystemen spielt eine wichtige Rolle. Je mehr angetriebene Werkzeuge in einer Bearbeitungseinheit betrieben werden, desto größer ist die Gefahr, dass eines davon ausfällt. In Folge kommt die komplette Fertigungszelle zum Stillstand. Dabei sind oft Dichtungseinheiten die Achillesverse der Werkzeugsysteme.
Dichtungstechnologie bei EWS: Auf dem Weg zu einer passenden Lösung
Das Thema Dichtungstechnologien ist nichts Neues, ja sogar bereits Jahrzehnte alt. Jedoch stellen die heutigen Anforderungen eine ganz neue Herausforderung an sie dar. Die Einflussgröße der Dichtungstechnologie erreicht eine signifikante Bedeutung. Das spiegelt sich auch in den Entwicklungssprints von EWS Tool Technologies deutlich wider.
„Mit der Einführung der EWS Matrix-Seal-Technologie erhielten wir eine Lösung, die über den gesamten Drehzahlbereich unserer Maschinen 25 bar für die Dichtungen gewährleistet“, sagt Lorenzo La Rosa, Team Leader Application Engineering bei der DMG MORI Management GmbH. Wurde mehr Druck benötigt, standen zusätzlich weitere Drehdurchführungen zur Verfügung. Bei guter Emulsionsqualität konnten diese bis zu 70 bar Druckresistenz aufweisen, was für das Anforderungsprofil der Hightech-Maschinen notwendig war.
Der Qualitätsstandard der Maschinen ist sehr hoch, da diese oft an den Grenzen des technisch möglichen arbeiten – und das meist rund um die Uhr. Eine Problemstellung war jedoch stets präsent, erklärt Lorenzo La Rosa: „Ob nun EWS Matrix-Seal oder andere Dichtungstechnologien, sie alle benötigen den Öl-Anteil der Emulsion zur Schmierung der Dichtlippe oder Flächen.“ Bereits ein Einfahrprozess im Trockenlauf läuft damit Gefahr, erste Schäden am Dichtsatz zu verursachen. Stattdessen eine trockenlauffähige Technologie zu verwenden, stelle keine sinnvolle Alternative dar, sei diese doch bis zu fünfmal teurer.
Die Herausforderung: Zum einen wollte man mit der neuen Drehdurchführungstechnologie Drücke bis zu 70 bar in einer geraden Werkzeugeinheit ohne versetzte Abtriebsspindel sicher beherrschen. Zum anderen sollte diese uneingeschränkt trockenlauffähig und kompakt sein – und selbstverständlich wirtschaftlich. „Es war das Zusammenspiel der unterschiedlichen Einflussgrößen, die zunächst zu analysieren waren. Reibkräfte, Hydrostatik, Bauteilgeometrien und Fertigungstechnologien galt es zu optimieren und aufeinander abzustimmen“, sagt Michael Wiesenberg, Projektleiter Dichtungstechnologie bei EWS.
EWS HPC-Line: Neuheit am Markt für maximale Prozesssicherheit
Heraus kam die EWS HPC-Line (High-Pressure-Ceramics). Das Herzstück der aus mehreren Teilen bestehenden Cartridge-Dichtungseinheit auf Keramikbasis sind zwei koaxial angebrachte Ringelemente, die sich im Innenraum schwimmend bewegen. Kommt das Werkzeugsystem zum Einsatz, legen sich die Dichtelemente im Millisekundenbereich an die Tangentialflanken des Trägersystems an. Dabei stehen die Dichtungselemente still und dichten gegen das rotierende Trägersystem im Reibschluss ab.
Durch polierte Laufflächen und eine geometrisch optimierte Druckkammer wird die Reibkraft* (Fr = µ x Fp) auf ein Minimum reduziert und schafft so die Voraussetzung, bis zu 100 bar Druck zu übertragen – und das bei Drehzahlen von bis zu 12.000 Umdrehungen pro Minute. Die während des Dichtungsschließvorganges entstehende Minimalleckage wird über einen Entspannungsraum druckfrei maschinenseitig abgeleitet.
„Maximale Prozesssicherheit in unseren Technologien ist für uns eine der Grundvoraussetzungen, die wir mit der EWS HPC-Line noch ein Stück effektiver einsetzen können“, so La Rosa. Heutzutage bieten Werkzeugmaschinen eine herausragende Qualität und große kinematische wie auch dynamische Möglichkeiten. Wichtig ist nun, dass man andere Einflussgrößen erkennt und optimiert, um den Produktivitätsgrad der Werkzeugmaschinen zu erhöhen und Prozesssicherheit zu gewährleisten.
„Genau dieses Wissen treibt unseren Entwicklungsgedanken und unsere Produktstrategie“, sagt Hüseyin Sivaz, Vertriebsleiter bei EWS. „Unsere Dichtungstechnologie wie auch unsere neuen Getriebe mit polygoner Leistungsübertragung im Bereich der Winkelköpfe sind Garanten für eine verlängerte Einsatzdauer.“ Ebenfalls nicht zu vernachlässigen sei die effiziente Rüstoffensive durch das Schnellwechselsystem EWS Varia getreu dem Motto „Beim Boxenstopp gewinnt man Rennen“.
* Fr = Reibkraft | µ = Reibfaktor | Fp = Druckkraft
