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Antriebstechnik im Rampenlicht

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Antriebstechnik im Rampenlicht Powered By Docstoc
					             05/2007       In der Praxis           Elektrische Antriebstechnik
                                                                                  ▲

                                                   EMO-Nachbericht




                 Antriebstechnik                                                                           Bis auf eine pneumatische Handlingeinrich-


                 im Rampenlicht
                                                                                                           tung dominieren elektrische Antriebe den 12-
                                                                                                           Achsen-Mehrspindel-Drehautomaten.
                                                                                                                                       Bild: Gildemeister



                                                                                                           ler Drehzahl von 30000 U/min und einer
                  Was die EMO 2007 an Highlights präsentierte                                              Materialabtragsrate (MRR: Material Re-
                                                                                                           moval Rate) von bis zu 8,0 l/min. Schrup-
                  Lösungen zwischen 0,3 µm, 600 Nm und 200 000 U/min – diese drei                          pen geschieht mit hohem Drehmoment
                  Zahlen stehen für drei wesentliche Trends bei Steuerungen und Antrie-                    und niedriger Drehzahl. Fischer Precise ar-
Diesen Beitrag
können Sie        ben für Werkzeugmaschinen. Sie sollen hochpräzise, äußerst kraftvoll                     beitet zurzeit an neuen Hochleistungsspin-
sich im
                  und extrem schnell arbeiten. Wie Werkzeugmaschinenbauer und Zulie-                       deln mit einem maximalen Drehmoment
Internet unter
www.antriebs-
                  ferer diese Anforderungen in die Tat umsetzen, erfuhr antriebspraxis in                  von 600 Nm und einer maximalen Dreh-
praxis.de
                                                                                                           zahl von 8000 U/min.
downloaden        Hannover auf der weltweit größten Werkzeugmaschinenmesse EMO                                In Hannover kristallisierte sich auch
                  2007.                                                  von Nikolaus Fecht                heraus: Einige Antriebstechnikhersteller
                                                                                                           erschließen sich neue interessante Aufga-
                                                                                                           bengebiete. Sie bieten Werkzeugmaschi-
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                        Einen Trend zu Komplettantrieben      steme und luftgelagerte Spindeln (60000      nenherstellern die Entwicklung komplet-
                 mit Synchronmotor beobachtet Dipl.-Ing.      U/min, Rundlauffehler kleiner 1,0 µm).       ter Schränke an. Die Voith Turbo H + L Hy-
                 Rudolf Walter, Leiter Vertrieb und Marke-    Die schnellsten Aggregate des Unterneh-      draulic GmbH & Co. KG aus Rutesheim
                 ting Europa bei der Fischer Precise Präzi-   mens packen sogar 200000 U/min.              mischt in diesem speziellen Geschäft auch
                 sionsspindel Deutschland GmbH aus Lein-         Die Spindeln des Unternehmens kom-        mit. Das Unternehmen hat zusammen mit
                 felden-Echterdingen. Dieser Entwicklung      men vor allem bei der Hochleistungszer-      dem Werkzeugmaschinenhersteller Index
                 entspricht das Unternehmen mit Motor-        spanung von Aluminium (Flugzeugbau),         ein Konzept entwickelt und bietet dabei
                 spindeln, die mit selbst entwickelten Fre-   Schleifen und im Werkzeugbau zum Ein-        vom Einkauf aller Elemente im Schrank bis
                 quenzumrichtern ausgestattet sind. Zu        satz. Zum Stand der Technik zählen bei der   hin zur Ersatzteilversorgung alles aus ei-
                 den Spezialitäten zählen Hochleistungs-      Alu-Zerspanung Spindeln mit Schnittge-       ner Hand an. Zwei serienmäßige Einsätze
                 umrichter (300 A, 20 KHz), Wellenkühlsy-     schwindigkeiten von 4,0 m/min, maxima-       gibt es bereits. Wie kommt die Idee an?




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                                                                        Elektrische Antriebstechnik          In der Praxis                       05/2007



                            „Wir wollen                                    „Schon vor zehn                       in Sachen Antriebs- und
                                                                                                                 Steuerungstechnik. Kern Mi-
                            den Einsatz                                    Jahren haben wir die                  cro- und Feinwerktechnik
                            wartungsauf-                                   Entwicklung eigener                   aus Eschenlohe, ein bekann-
                            wändiger                                       Steuerungen aufgege-                  ter Hersteller von Hochpräzi-
                            Hydraulik                                      ben. Gildemeister will                sions-Bearbeitungszentren,
                                                                                                                 setzt neben Hydraulik bei
                            reduzieren.“                                   nämlich Bill Gates
                                                                                                                 Führungen und Hauptaggre-
                                 Dr.-Ing. Robert                           nicht überholen.“                     gaten bei dem Hochpräzi-
                                      Wassmer,                                 Dr. Rüdiger Kapitza, Vorstands- sionsbearbeitungszentrum
                            MAG IAS-Präsident                                   vorsitzender von Gildemeister
                                                                                                                 Pyramid Nano (Positions-
                                                                                                                 streubreite: 300 Nanome-
Vertriebsleiter Dipl.-Ing. (FH) Bernd            L2U, die bei einer Eigenmasse von etwa 45        ter!) auch elektrische Antriebe ein.
Schreiber: „Es gibt leider viele Maschinen-      kg eine Spitzenkraft von bis zu 13000 N er-         Torquemotoren übernehmen in der Na-
hersteller, die sich anhand unseres Kon-         reicht. Damit sei es nun möglich, auch gro-      no beispielsweise den Antrieb der vierten
zeptes Anregungen holen, es aber dann            ße Bearbeitungszentren mit Direktantrie-         und fünften Achse. Die beiden Antriebe
doch selbst machen.“                             ben auszustatten. Hauptvorteil der Moto-         bilden einen ebenfalls neuentwickelten
   Ein Produkt beweist, dass die Hydraulik       rentechnologie: Sie kompensiert die Kom-         CNC-Hochpräzisions-Teilapparat, dessen
sich nicht auf dem Rückzug befindet. Die         pensation der magnetischen Anziehungs-           Bearbeitungsebene sich praktisch direkt
besondere Wirkung auf potenzielle An-            kräfte zwischen Motor und Magneten.              am Drehpunkt der Hauptachse befindet.
wender geht dabei nicht vom Bauteil, son-           Die damit verbundene Entlastung der           Das heißt: Elektrische Direktantriebe ma-
dern vom Hersteller aus. Die für ihre Line-      Führung sorgt laut Hersteller für höhere         chen erst aus einem hydrostatisch gelager-
arantriebe bekannte Schaeffler-Gruppe            Standzeiten. Darüber hinaus blieben Ge-          ten und angetriebenen Dreiachssystem ein
mit den bekannten Firmen INA und FAG             nauigkeiten länger erhalten und es käme          Fünf-Achsen-Nanopräzisions-Bearbei-
stellte in Hannover Hydrostatik-Kompakt-         zu einer geringeren Wärmeentwicklung             tungszentrum.
führungen für Werkzeugmaschinen vor.             wegen der verminderten Reibung. Erreicht            Vielleicht setzen Hersteller von elektri-
Der Einstieg in die Hydrostatik bedeutet         wird dies durch einen eisenbehafteten li-        schen Direktantrieben ihm eines Tages ein-
aber nicht, dass das Unternehmen nun das         nearen AC-Synchronmotor mit zwei sich            mal ein Denkmal. Die Rede ist von Dr. Rü-
Stammgeschäft mit elektrischen Antrieben         symmetrisch gegenüberliegenden Sekun-            diger Kapitza, dem Vorstandsvorsitzenden
vernachlässigt.                                  därteilen. Ein verringerter Eisenanteil im       der Gildemeister AG aus Bielefeld, der be-
   Die Tochter INA-Drives & Mechatronics         bewegten Primärteil mindert zusätzlich           reits vor Jahren Serienmaschinen mit Line-
(IDAM) aus dem thüringischen Suhl ent-
wickelte beispielsweise die Motorenserie         Von 14 Werkzeugmaschinen-Weltpremieren
                                                 beinhalten sechs elektrische Direktantriebe
  Alles TCO oder was?
 Das Schlagwort von der ‚Total Cost of Ow-       die Masse in diesem dreiphasigen Motor.         arantrieben bestückte und damit einen re-
 nership’ beschäftigt auch die Steuerungs-          Die EMO bewies aber auch, dass es            gelrechten Direktantriebs-Boom auslöste.
 hersteller. Akribisches Erfassen der Bearbei-   nicht nur auf Hightech, sondern manch-          Damals haben nämlich viele das Ganze als
 tungsvorgänge soll die Instandhaltung er-       mal besonders auf die kleinen, aber sehr        kurzfristigen Marketinggag belächelt, heu-
 leichtern, die Wartung perfektionieren, die     wirksamen Innovationen ankommt. Ein             te kopieren ihn sehr viele. Eine Zahl belegt
 Bearbeitung optimieren und so die Lebens-       leidiges Thema bei Antrieben ist beispiels-     den Trend zum elektrischen Direktantrieb
 zeit der Maschinen verlängern. Beispiel eins:
                                                 weise das Eindringen von Schmutz. Als           bei Serienmaschinen: Von den 14 Weltpre-
 Der MTX Cycle-Time-Analyzer (MTX cta) des
                                                 Gegenmittel gibt es von Bosch Rexroth           mieren auf dem Stand besaßen sechs Line-
 US-Maschinenherstellers MAG IAS erfasst
 die Taktzeiten aller Stationen der Produk-      doppellippige Dichtungen für Kugelwa-           arantriebe.
 tionsmaschine und bietet Anwendern Ein-         gen, die auch unter extremen Fertigungs-           Für alle Antriebe und Steuerungen gilt
 blick in den NC- und SPS-Programmablauf.        bedingungen dichten und gleichzeitig            ein gemeinsamer Nenner: Gildemeister
 Das Analysetool identifiziert und beseitigt     Schmiermittel dauerhaft im Aggregat hal-        baut keine Antriebe, sondern kauft sie. Das
 Engpässe und ermöglicht eine optimale Ma-       ten. Die doppellippige Schmutzdichtung          betrifft besonders die Elektronik: Es kom-
 schinenausnutzung. Beispiel zwei: Aus einer     ergänzt die heute in den meisten Anwen-         men Steuerungen von Siemens, Heiden-
 Vielzahl von möglichen Einsatzarten fällt An-   dungen zum Einsatz kommende Standard-           hain und Fanuc zum Einsatz. „Schon vor
 triebsexperten bei der Siemens-Systemplatt-     dichtung aus Hytrel sowie die Leichtlauf-       zehn Jahren haben wir die Entwicklung ei-
 form die antriebsinterne Kommunikation Dri-
                                                 dichtung für niedrigste Reibung.                gener Steuerungen aufgegeben. Gildemei-
 ve-Cliq auf, die verbesserte Diagnose und
                                                    Die Werkzeugmaschinenhersteller prä-         ster will nämlich Bill Gates nicht überho-
 schnelle Antriebserkennung über das
 elektronische Typenschild bieten.               sentierten überhaupt in Hannover interes-       len“, betonte Dr. Kapitza.
                                                 sante Strategien und Eigenentwicklungen            Ab einem Preis von 13000 Euro gibt es




                                                                                                                                         35
05/2007    In der Praxis            Elektrische Antriebstechnik
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                                    EMO-Nachbericht

 die ‚DMG Virtual Machine’: Sie simuliert
                                                  Technik im Detail
 die reale Dynamik der Achsen ebenso wie
 die Abläufe der Ein- und Ausgabe-Funktio-        Was bringt Wellenkühlung?                                                   Rudolf Walter, Fi-
 nen, die herstellerspezifische Einstellung                                                                                   scher Precise: „Wir
                                                  Die direkte Kühlung der Wär-                                                arbeiten an einer
 der Maschinenparameter und alle umfas-           mequellen auf einer Spindel-                                                Spindel mit einem
 senden              Steuerungsfunktionen         welle, dem Rotor und den La-                                                maximalem Dreh-
 (CNC/SPS). Der Preis klingt zwar zu-             ger-Innenringen beeinflusst                                                 moment von 600
 nächst hoch, amortisiert sich aber sehr          den Wärmehaushalt einer                                                     Nm und einer Dreh-
 schnell, wenn sich beispielsweise per Si-        Spindel positiv. In Versuchen                                               zahl von 8000
 mulation ein Spindelcrash vermeiden              konnte nach Angaben der Fir-                                                U/min.“
                                                  ma Fischer Precise nachge-
 lässt.
                                                  wiesen werden, dass sich
    Der US-Konzern MAG IAS, dem Unter-
                                                  durch die Verwendung einer Wellenkühlung       le von 25 K erzielt werden. Eine Fischer Preci-
 nehmen wie Cross Hüller, Cincinnati oder         bis zu 1,0 kW mehr Verlustleistung aus dem     se-Spindel mit Wellenkühlung erwärmt das
 Ex-Cell-O angehören, fährt eine ganz an-         Spindelsystem abführen lässt. Durch den Ein-   Werkzeug also fast überhaupt nicht. Diese
 dere Strategie bei Antrieben und Steue-          satz des Wellenkühlsystems konnte eine Tem-    Spindeln eignen sich daher besonders für den
 rungen: Alle MAG-Maschinen sollen künf-          peraturreduktion an der Werkzeugschnittstel-   Einsatz in der Mikrozerspanung.
 tig mit der selbst entwickelten Steuerung
 Freedom NC200 CNC laufen. Die Steue-
 rung entstand bei der MAG-Tochter Infi-        Das entspricht der Steuerungsstrategie:          türlich Produktivität, Oberflächenqualität
 matic mit Unterstützung deutscher Exper-       MAG IAS will auch die Antriebe standardi-        und Werkzeugstandzeit. Es gäbe zwar be-
 ten wie Prof. Dr.-Ing. Günter Pritschow.       sieren und favorisiert anscheinend elektri-      reits Fräskopfe ohne die Einschränkung ei-
    Das Verknüpfen mit Antrieben aller Art      sche Aggregate. Die Antriebe sollen – so         ner Polstelle, doch sie weisen in der Regel
 geschieht über das integrierte EcoVerter       heißt es bei Infimatic – dabei bevorzugt bei     nur einen eingeschränkten Schwenkwin-
 Servo System, an das sich in der Leistungs-    einem österreichischen Hersteller namens         kel von etwa ±40° auf.
 klasse von 400 W bis 120 kW Dreh-, Line-       Vienna entstehen, der sie als verlängerte           Der Maschinenbauer entwickelte als Al-
 ar- und direkt angetriebene Motoren an-        Werkbank des Unternehmens baut.                  ternative einen 3-Achsen-ABC-Schwenk-
 schließen lassen. Doch was macht MAG              Auch die F. Zimmermann GmbH aus               kopf mit hochdynamischen elektrischen
 IAS, wenn ein Kunde ausdrücklich eine          Denkendorf, ein Unternehmen im Bereich           Antrieben und extrem steifen sowie kom-
 Siemens-, Heidenhain- oder Fanuc-Steue-        Portalfräsmaschinen, setzt bei wichtigen         paktem Aufbau. Das Besondere ist die B-
 rung haben will? Pete Tecos, Vicepresident     Antrieben oft auf Eigenentwicklungen. Es         Achse mit Bogenführung. Es ergeben sich
                                                                                                 nun völlig neue Freiheitsgrade, denn A
 3-Achsen-ABC-Schwenkkopf mit dynamischen                                                        kann um ±110°, C um zweimal ±360° und
                                                                                                 B um ±15° schwenken. „Im Prinzip lässt
 Elektroantrieben als Alternative                                                                sich mit diesem Fräskopf eine 6-Achs-Bear-
                                                                                                 beitung verwirklichen“, freute sich der
 Sales & Marketing bei Infimatic LLC aus        geht um einen in den drei Achsen A, B und        technische Leiter auf der EMO. „Wir verei-
 Sterling Hights/USA: „Es ist nicht die In-     C schwenkbaren Fräskopf. Der Hinter-             nen also die Vorteile einer Paralellkinema-
 tention von MAG IAS, dem Anwender eine         grund: 2-achsige Fräsköpfe verfügen übli-        tik mit den Pluspunkten der seriellen XYZ-
 bestimmte Steuerung vorzuschreiben.            cherweise über eine C-Achse, die um die Z-       Technologie.“
 Wenn er auf einer bestimmten Steuerung         Achse dreht, und eine horizontale A-Ach-
 besteht, bekommt er sie – gegen Aufpreis.“     se, die im rechten Winkel zur C-Achse an-
                                                                                                           webCODE
    Die Eigenentwicklungen entstehen bei        geordnet ist. Daraus ergibt sich in der Posi-
 der Tochter Infimatic, die nach einer de-      tion A = 0° eine sogenannte Polstelle.
 taillierten Sechs-Stufen-Strategie als Kom-       Dipl.-Ing. (FH) Rüdiger Schrott, techni-       www.skf.com
 plettlieferant für alle Bereiche der Automa-   scher Leiter: „Bei Rotation der C-Achse fin-      SKF Linearsysteme
 tion (Schwerpunkt CNC) auftritt. Anschei-      det kein Schwenken der Frässpindel statt.         www.ina-dam.de
 nend zählen aber, so die Presseunterlagen,     Die Spindel dreht sich lediglich um die ei-       INA-Drives & Mechatronics
 Achsen- und Spindelantriebe und Motoren        gene Achse.“ Selbst für sehr kleine               www.boschrexroth.de
 zum Aufgabengebiet der Automations-            Schwenkbewegungen von zum Beispiel                Bosch Rexroth
 tochter (dort aufgeführt unter ‚servo sub-     wenigen Winkelminuten sind somit unter            www.fischerag.com
 system’).                                      Umständen große Drehwinkel der C-Achse            Fischer Precise
    Eine Marschrichtung in Sachen Antrie-       notwendig.                                        www.hl-hydraulic.com
 be steht jedenfalls fest. „Wir wollen den         Der Experte weist auf die 5-achsige Si-        Voith Turbo H+L Hydraulic
 Einsatz von wartungsaufwändiger Hy-            multanbearbeitung hin, wenn das Werk-             Direkter Zugriff unter www.antriebspraxis.de
 draulik reduzieren“, konstatierte der MAG      zeug bei der Nullgradposition der A-Achse         Code eintragen und go drücken         ap0836
 IAS-Präsident Dr.-Ing. Robert Wassmer.         ‚Pirouetten’ dreht. Das beeinträchtige na-
                                                                                                                                           ▲
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