Präzise unrund gedreht

Eine innovative Drehmaschine zur Unrundbearbeitung vereinigt Präzision mit Dynamik. Ihr neues Linearmotor-Schlittensystem stammt aus der industriellen Gemeinschaftsforschung der AiF.

Nicht alle Kolben sind kreisrund. In vielen Verbrennungsmotoren und anderen Maschinen befinden sich Bauteile mit einem elliptischen oder nicht exakt kreisrunden Querschnitt, die auf speziellen Unrunddrehmaschinen hergestellt werden. Auf den bislang gebräuchlichen Maschinen werden Kurvenscheiben eingesetzt, bei denen der Hub des Werkzeugs starr an die Rotation des Werkstücks gekoppelt ist. Alternativ benutzt man Präzisionsdrehmaschinen, die mit Piezoaktoren als zusätzlicher Zustelleinheit ausgestattet sind. Bei ihnen ist der Hub jedoch auf wenige Mikrometer begrenzt. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen hat mit Unterstützung der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF) eine neue NC-gesteuerte Maschine entwickelt, die nicht nur die Ausführung besonders großer Hübe und damit ausgeprägter Aus- bzw. Einbuchtungen auf den Werkstücken, sondern auch den frei programmierbaren Geometriewechsel bei der Bearbeitung ein und desselben Werkstücks erlaubt.

Kennzeichnend für die neue Maschine ist ihre große Dynamik: Um eine ausreichende Schnittgeschwindigkeit zu garantieren, können die Werkzeugschlitten mit bis zu 100 m/s2 beschleunigen. Für den Antrieb der x-Achse wurden vier eisenlose Synchron-Linearmotoren elektrisch zu einem Motorpaket verschaltet. Zusammen erzeugen sie eine Maximalkraft von 3.200 Newton. Großen Wert legten die Entwickler auch auf einen besonders steifen Maschinenaufbau, um größtmögliche Präzision zu garantieren. Das Maschinenbett besteht aus Polymerbeton, der für eine sehr gute Schwingungsdämpfung sorgt. Zusätzlich wurde als Massenausgleich ein zweiter Werkzeugschlitten aufgebaut, der auf den gleichen Führungen wie der Bearbeitungsschlitten in entgegengesetzter Richtung verfährt. Die Schlitten sind aus kohlefaserverstärktem Kunststoff aufgebaut, der sich durch eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht auszeichnet.

Schon kleinste Temperaturänderungen während der Bearbeitung können zu Formfehlern im Mikrometerbereich führen. Bei Präzisionsanwendungen müssen vorgegebene Temperaturen eingehalten und Temperaturschwankungen vermieden werden. Daher ist neben den statischen und dynamischen Eigenschaften elektrischer Antriebe auch ihr thermisches Verhalten qualitätsbestimmend. Ein Präzisionskühler sorgt bei der Drehmaschine des IPT für die thermische Entkopplung der Motoren von der Maschine: Die Schnittstelle ist wassergekühlt, um die Temperatur in den Werkzeugschlitten mit einer Toleranz von einem halben Grad Celsius möglichst konstant zu halten.

Zu den zahlreichen Vorteilen, die der Einsatz von linearen Direktantrieben in Werkzeugmaschinen bietet, zählen einfache Konstruktion, Spiel-, Reibungs- und Verschleißfreiheit im Antrieb, hohe Dynamik und hohe Maximalgeschwindigkeit. Da sich die neue Maschine aufgrund ihrer hohen Flexibilität besonders zur Herstellung von Klein- und Kleinstserien für die Motorenentwicklung und für Sonderanfertigungen aller Art eignet, können speziell mittelständische Maschinenhersteller in ihrer Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig von dieser Innovation profitieren.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Ulf Börner, Fraunhofer IPT, Tel.: 0241 8904-148

Pressearbeit: AiF, Silvia Behr, E-Mail: presse@aif.de, Tel.: 0221 37680-55