Voraussetzung für beste Oberflächenqualitäten ist ein einwandfreies Arbeiten der Werkzeugmaschinenkomponenten, wie zum Beispiel Spindeln, Zahnräder, hydraulische Steuerventile, Wälzlagerteile und andere Hochpräzisionskomponenten. Sind ultrapräzise Oberflächen in Spiegelschliff-Qualität gefordert, müssen die Bearbeitungsmaschinen darüber hinaus mit speziellen Werkzeugen ausgestattet sein.
Spezielle Werkzeuge für ultrapräzise Oberflächen
Bei der Beschaffung neuer Werkzeugmaschinen ist häufig der Anschaffungspreis als die langfristige Einsetzbarkeit entscheidend. Es werden Mindeststandards definiert, wobei Bearbeitungsqualität, Verfügbarkeit und Nutzungsdauer der Maschine in den Hintergrund rücken.
Ultrapräzise Oberflächen können mit den Basisausstattungen jedoch nicht erreicht werden. Spezielle Bearbeitungskomponenten, wie z.B. hydrostatische Motorschleifspindeln und Werkstückspindeln, müssen nachgerüstet oder die Aufgabe extern beauftragt werden.
Beste Oberflächen durch hohe Rundlaufqualität
Beim Schleifen werden die beste Oberflächenqualität erreicht, wenn die Spitzen der Schleifkörner sowohl beim Abrichten als auch beim Schleifen auf einem fehlerlosen Kreis rotieren.
Um das zu erreichen, ist eine Rundlaufqualität im Bereich 0,1 µm, mit hoher Steife, bester Wuchtgüte und hoher Dämpfung erforderlich. Mit herkömmlichen Wälzlagerspindeln ist diese Leistung nicht zu erreichen. Die Rundlauffehler von Wälzlagerspindeln bewegen im Bereich von 2 bis 5 µm; in seltenen Fällen 1 µm. Auch sind diese nur sehr begrenzt gedämpft. Mit zunehmender Gebrauchsdauer nimmt die Rundlaufqualität herkömmlicher Wälzlagerspindeln deutlich ab.
Mit hydrostatischen Hochpräzisions-Motorschleifspindellagerungen von Hyprostatik Schönfeld GmbH (Göppingen) werden Rundlaufqualitäten kleiner 0,1 µm über den gesamten Drehzahlbereich gewährleistet.
Dazu haben die hydrostatischen Spindellagerungen eine ca. 100-fach höhere Dämpfung als wälzgelagerte Spindeln. Zur Ermittlung der optimierten Dämpfungs-Parameter arbeitet Hyprostatik Schönfeld mit einer eigenen Software.
Fein gewuchtete Spindellagerungen
Die Spindellagerungen sind mit einer Wuchtgüte von G 0,1 sehr fein gewuchtet. Die kleinste Wuchtgüte nach DIN ISO 1940 ist G 0,4.
Zudem ist die radiale Nachgiebigkeit aus der ungedämpften Spindelfederung sehr klein, wodurch die optimale Dämpfung der hydrostatischen Lager voll zur Wirkung kommt.
Progressiv-Mengen-Regler versus Kapillare
Laminar gesteuerte Kapillaren steuern die Ölströme in die Taschen hydrostatischer Komponenten. Dadurch nimmt der Ölstrom bei einer zunehmend belasteten Tasche ab, was zu einer geringen Steife hydrostatischer Komponenten mit Kapillaren führt.
Um dieses Problem zu beheben, hat Hyprostatik Schönfeld einen Progressiv-Mengen-Regler (PM-Regler) entwickelt, der anstelle der Kapillare eingesetzt wird. Der Regler sorgt für einen progressiven Anstieg des Ölstroms bei einer zunehmenden Belastung der Taschen.
Bei entlasteten Taschen reduziert sich Ölstrom entsprechend. Mit dem Regler werden gegenüber Kapillaren 3 bis 6-fach höhere Steifen erreicht.
Auch sind Pumpen- und Reibleistungen der Hydrostatiklager bei statischen und dynamischen Belastungen geringer, als dieses bei vergleichbaren Spindeln mit Kapillaren als Regelelemente möglich ist.
Hyprostatik-Spindeln auch bei höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar
Durch den PM-Regler werden thermisch bedingte Geometriefehler vermieden, da sich die Lagerungen auch bei höchsten Drehzahlen nur gering erwärmen.
Der bedeutendste Vorteil von Hyprostatik-Spindeln aus dem Hause Schönfeld ist, dass diese auch bei den höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar sind. Die Spindellagerungen von Hyprostatik heben sich dadurch hinsichtlich der Belastbarkeit, der Steife, Dämpfung und der möglichen Maximaldrehzahlen sehr deutlich von alternativen hydrostatischen Spindellagerungen ab.
Spindellagerungen auch bei höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar
Deutlich wird der Unterschied zwischen Kapillaren und PM-Regler bei schnell drehenden Spindellagerungen.
Bei der Kapillar-Lösung erwärmt sich mit zunehmender Drehzahl das Öl bei der belasteten Tasche stärker und die Ölviskosität wird signifikant kleiner. Der Spalt der belasteten Tasche verringert sich, während die Reibleistung ansteigt. Hierdurch kommt es häufig zu Ausfällen herkömmlicher hydrostatischer Spindellagerungen und der Skeptik gegenüber hydrostatischen Produkten allgemein.
Spindellagerungen von Hyprostatik vermeiden diese Problematik: Bei zunehmend belasteten Taschen steigt der Ölstrom in diese Taschen, wodurch die Spaltverminderung und damit der Anstieg der Reibleistung deutlich reduziert wird. Somit bleibt bei entsprechender Auslegung die Ölerwärmung der belasteten Tasche konstant oder sinkt sogar. Thermisch bedingtes Versagen der Lagerung bei hohen Drehzahlen ist nicht möglich.
Spindellagerungen von Hyprostatik sind also auch bei höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar.
Kein Nachbearbeiten erforderlich
Hyprostatik lieferte erstmals vor 20 Jahren Spindellagerungen. Spindellagerungen der höchsten Qualitätsstufe sind seit 2014 im Einsatz und erreichen beste Ergebnisse. In einem Anwendungsfall wurden zum Beispiel Rautiefen Ra 0,05 µm erreicht. Mit einem vertikalen Schleifzentrum wurden an Walzen mit spiegelnder Oberfläche Rautiefen von Ra 0,003 µm (entspricht 3 nm) gemessen. Die Formgenauigkeiten sind ebenfalls außergewöhnlich. Aufgrund dieser Oberflächenqualität sind Nachbearbeitungen wie Honen, Läppen und Superfinishen vielfach überflüssig
Gelieferte hydrostatische Hochpräzisions-Motorschleifspindellagerungen mit Nenn-Spindeldurchmesser 90 mm verfügen z.B. über eine Motorleistung von 16 kW. Weitere hydrostatische Hochpräzisions-Motorschleifspindellagerungen mit Nenn-Spindeldurchmesser 100 mm haben eine Motorleistung von über 40 kW. Beide Spindeln sind für Maximaldrehzahl 7000 U/min zugelassen.
Spezielle Werkzeuge für ultrapräzise Oberflächen
Bei der Beschaffung neuer Werkzeugmaschinen ist häufig der Anschaffungspreis als die langfristige Einsetzbarkeit entscheidend. Es werden Mindeststandards definiert, wobei Bearbeitungsqualität, Verfügbarkeit und Nutzungsdauer der Maschine in den Hintergrund rücken.
Ultrapräzise Oberflächen können mit den Basisausstattungen jedoch nicht erreicht werden. Spezielle Bearbeitungskomponenten, wie z.B. hydrostatische Motorschleifspindeln und Werkstückspindeln, müssen nachgerüstet oder die Aufgabe extern beauftragt werden.
Beste Oberflächen durch hohe Rundlaufqualität
Beim Schleifen werden die beste Oberflächenqualität erreicht, wenn die Spitzen der Schleifkörner sowohl beim Abrichten als auch beim Schleifen auf einem fehlerlosen Kreis rotieren.
Um das zu erreichen, ist eine Rundlaufqualität im Bereich 0,1 µm, mit hoher Steife, bester Wuchtgüte und hoher Dämpfung erforderlich. Mit herkömmlichen Wälzlagerspindeln ist diese Leistung nicht zu erreichen. Die Rundlauffehler von Wälzlagerspindeln bewegen im Bereich von 2 bis 5 µm; in seltenen Fällen 1 µm. Auch sind diese nur sehr begrenzt gedämpft. Mit zunehmender Gebrauchsdauer nimmt die Rundlaufqualität herkömmlicher Wälzlagerspindeln deutlich ab.
Mit hydrostatischen Hochpräzisions-Motorschleifspindellagerungen von Hyprostatik Schönfeld GmbH (Göppingen) werden Rundlaufqualitäten kleiner 0,1 µm über den gesamten Drehzahlbereich gewährleistet.
Dazu haben die hydrostatischen Spindellagerungen eine ca. 100-fach höhere Dämpfung als wälzgelagerte Spindeln. Zur Ermittlung der optimierten Dämpfungs-Parameter arbeitet Hyprostatik Schönfeld mit einer eigenen Software.
Fein gewuchtete Spindellagerungen
Die Spindellagerungen sind mit einer Wuchtgüte von G 0,1 sehr fein gewuchtet. Die kleinste Wuchtgüte nach DIN ISO 1940 ist G 0,4.
Zudem ist die radiale Nachgiebigkeit aus der ungedämpften Spindelfederung sehr klein, wodurch die optimale Dämpfung der hydrostatischen Lager voll zur Wirkung kommt.
Progressiv-Mengen-Regler versus Kapillare
Laminar gesteuerte Kapillaren steuern die Ölströme in die Taschen hydrostatischer Komponenten. Dadurch nimmt der Ölstrom bei einer zunehmend belasteten Tasche ab, was zu einer geringen Steife hydrostatischer Komponenten mit Kapillaren führt.
Um dieses Problem zu beheben, hat Hyprostatik Schönfeld einen Progressiv-Mengen-Regler (PM-Regler) entwickelt, der anstelle der Kapillare eingesetzt wird. Der Regler sorgt für einen progressiven Anstieg des Ölstroms bei einer zunehmenden Belastung der Taschen.
Bei entlasteten Taschen reduziert sich Ölstrom entsprechend. Mit dem Regler werden gegenüber Kapillaren 3 bis 6-fach höhere Steifen erreicht.
Auch sind Pumpen- und Reibleistungen der Hydrostatiklager bei statischen und dynamischen Belastungen geringer, als dieses bei vergleichbaren Spindeln mit Kapillaren als Regelelemente möglich ist.
Hyprostatik-Spindeln auch bei höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar
Durch den PM-Regler werden thermisch bedingte Geometriefehler vermieden, da sich die Lagerungen auch bei höchsten Drehzahlen nur gering erwärmen.
Der bedeutendste Vorteil von Hyprostatik-Spindeln aus dem Hause Schönfeld ist, dass diese auch bei den höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar sind. Die Spindellagerungen von Hyprostatik heben sich dadurch hinsichtlich der Belastbarkeit, der Steife, Dämpfung und der möglichen Maximaldrehzahlen sehr deutlich von alternativen hydrostatischen Spindellagerungen ab.
Spindellagerungen auch bei höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar
Deutlich wird der Unterschied zwischen Kapillaren und PM-Regler bei schnell drehenden Spindellagerungen.
Bei der Kapillar-Lösung erwärmt sich mit zunehmender Drehzahl das Öl bei der belasteten Tasche stärker und die Ölviskosität wird signifikant kleiner. Der Spalt der belasteten Tasche verringert sich, während die Reibleistung ansteigt. Hierdurch kommt es häufig zu Ausfällen herkömmlicher hydrostatischer Spindellagerungen und der Skeptik gegenüber hydrostatischen Produkten allgemein.
Spindellagerungen von Hyprostatik vermeiden diese Problematik: Bei zunehmend belasteten Taschen steigt der Ölstrom in diese Taschen, wodurch die Spaltverminderung und damit der Anstieg der Reibleistung deutlich reduziert wird. Somit bleibt bei entsprechender Auslegung die Ölerwärmung der belasteten Tasche konstant oder sinkt sogar. Thermisch bedingtes Versagen der Lagerung bei hohen Drehzahlen ist nicht möglich.
Spindellagerungen von Hyprostatik sind also auch bei höchsten Drehzahlen uneingeschränkt belastbar.
Kein Nachbearbeiten erforderlich
Hyprostatik lieferte erstmals vor 20 Jahren Spindellagerungen. Spindellagerungen der höchsten Qualitätsstufe sind seit 2014 im Einsatz und erreichen beste Ergebnisse. In einem Anwendungsfall wurden zum Beispiel Rautiefen Ra 0,05 µm erreicht. Mit einem vertikalen Schleifzentrum wurden an Walzen mit spiegelnder Oberfläche Rautiefen von Ra 0,003 µm (entspricht 3 nm) gemessen. Die Formgenauigkeiten sind ebenfalls außergewöhnlich. Aufgrund dieser Oberflächenqualität sind Nachbearbeitungen wie Honen, Läppen und Superfinishen vielfach überflüssig
Gelieferte hydrostatische Hochpräzisions-Motorschleifspindellagerungen mit Nenn-Spindeldurchmesser 90 mm verfügen z.B. über eine Motorleistung von 16 kW. Weitere hydrostatische Hochpräzisions-Motorschleifspindellagerungen mit Nenn-Spindeldurchmesser 100 mm haben eine Motorleistung von über 40 kW. Beide Spindeln sind für Maximaldrehzahl 7000 U/min zugelassen.
