EMO 2017 Heavy-Duty-Spindel für Titan und Aluminium

Autor / Redakteur: Al Breitenberger, R&D Departement, PR Verantwortlicher der Step-Tec AG, Luterbach/Schweiz / Anne Richter

Step-Tec zeigt auf der EMO eine neu entwickelte Heavy-Duty-Spindel für die Zerspanung im Grossformenbau und Aerospacebereich. Eine grosse Drehzahldynamik der Spindel ermöglicht es, ein Werkstück in derselben Aufspannung nach dem Schruppen fertig zu schleifen.

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Fräsen eines Strukturteils aus Aluminium.
Fräsen eines Strukturteils aus Aluminium.
(Bild: GF Machining Solutions)

Step-Tec AG entwickelt und produziert seit 1995 Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeits-Motorspindeln für die Bereiche Werkzeug- und Formenbau sowie Produktion. Das Portfolio an Spindeln reicht von High-Speed-Spindeln für Medtech-Anwendungen bis hin zu High-Performance-Spindeln für Schwerzerspanung im Energie- und Aerospacebereich. Von standardisierten Spindelplattformen bis zur kundenspezifischen Entwicklung, die Präzisionsspindeln aus dem Hause Step-Tec verrichten seit Jahrzehnten zuverlässige Zerspanungsarbeit in Bearbeitungszentren führender Maschinenhersteller weltweit. Bis heute entwickelte und baute die Firma über 100 verschiedene Spindelvarianten im Durchmesserbereich 90–320 mm, welche einen Leistungsbereich bis 130 kW abdecken, im Bereich Titan­zerspanung sogar mit Drehmomenten bis 1200 Nm.

Die neue Powerspindel HPC290 von Step-Tec

Im Jahre 2011 lancierte Step-Tec die HPC190, welche besonders in Sachen Leistungsvermögen im High-Performance-Fräsen überzeugte. Kompaktheit, Energieeffizienz und vor allem die Versatilität, alle denkbaren Ausrüstungen in ein und derselben Spindel ordern zu können, zeichnete diese Plattformspindel aus. Nun hat Step-Tec den XL-Nachfolger entwickelt und gebaut, eine Heavy-Duty-Spindel für die Zerspanung im Grossformenbau und Aerospacebereich von Aluminium und Titan. Obwohl die Versatilität der erfolgreichen 190er-Baureihe Pate gestanden hat, handelt es ich bei der HPC290 um eine von Grund auf neu entwickelte Spindel. Das erste Model dieser Plattformspindel steht am EMO-Stand in der Ausführung 15 000 min–1 in der 46-kW-Version mit HSK-T100 zur Ansicht. Mit 366 Nm Drehmoment ist diese Spindel bestens geeig­net, grosse und sehr grosse Formenbauteile aus einem Stück zu fräsen. Die ideale Motorkennlinie erlaubt ein Schruppen mit Wendeplattenwerkzeugen. Die üppige Spindelleistung sorgt für gutes Abtragsvolumen selbst bei harten Werkstoffen.

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Die grosse Drehzahldynamik dieser Spindel ermöglicht, das Werkstück in derselben Aufspannung nach dem Schruppen fertig zu schleifen. Mit kleineren Werkzeugen bei höherer Drehzahl erzielt man mit dieser Spindel ein exzellentes Oberflächenfinish, das man eher bei kleinen Werkstücken erwarten würde. Die Lagerauslegung mit drei bzw. in einer andern Version mit vier robusten Hochpräzisions-Hybridlagern ergibt eine hohe Steifigkeit, die es erlaubt, mit langen und schweren Werkzeugen auch tiefe Taschen aus dem Vollen zu fräsen. Diese Spindel wird sich auch im Aerospacebereich wiederfinden, wo Strukturteile, Gehäuse und Ähnliches aus Aluminiumwerkstoffen und auch Titan für die Flugzeugindustrie gefertigt werden.

Eine neue lagerlose Drehdurchführung für alle Medien erlaubt die Einbringung von Kühlschmierstoffen unter sehr hohem Druck, genau dosierte Minimalmengenschmierung ist dabei genauso möglich wie Luft in Rotation bei wesentlich reduzierterem Verschleiss. Hervorzuheben bleibt, dass es Step-Tec gelungen ist, eine extrem kurze Spindel zu bauen mit einem Asynchronmotor hoher Leistungsdichte. Das moderate Gewicht dieser Powerspindel von rund 230 kg ermöglicht einen kompakten hochdynamischen Schwenkkopf mit einem guten Masse/Leistungs-Verhältnis.

Stärkere Varianten der neuen 290er-Plattform in der Pipeline

Geht es um die Zerspanung von Titanium, wo mit geringeren Schnittgeschwindigkeiten, jedoch mit hohen Momenten gearbeitet wird, bietet Step-Tec die 8000-min–1-Variante mit 55 kW Leistung und 440 Nm Drehmoment an. Durch die hohe statische Steifigkeit der massiven Welle einerseits und die hochrobuste Lagerauslegung mit drei fest verspannten vorderen Lagern (vier Lager insgesamt) lassen sich die erhöhten radialen Krafteinleitungen bei Titan auffangen. Die 290er-Plattform wird zukünftig ergänzt werden mit einer CoolCore-Version mit 120 kW Leistung und einer Drehzahl von 20 000 min–1. Die einzigartige Möglichkeit, in dieser Motorspindel eine Wellenklemmung (SSL = Spindle Shaft Interlock, belastbar bis 1300 Nm) zu bestellen, erweitert den Anwendungsbereich im Hinblick auf Drehbearbeitung, z. B. für Millturn-Anwendungen.

Step-Tec ist es mit dieser neuen Plattform gelungen, Powerspindeln für die Komplettbearbeitung in grossen Portalwerkzeugfräsmaschinen anzubieten, wo auch voluminöse Strukturteile wirtschaftlich und effizient gefräst werden können. Die 290er-Plattform offeriert den bestmöglichen Kompromiss in Oberflächengüte und wirtschaftlicher Dauerfestigkeit. Ausserdem ist die Spindel Industrie-4.0-tauglich und ermöglicht Direktzugriff von ausserhalb, um den Spindelstatus und vor allem Spindelzustand abzufragen, um beispielsweise präventive Wartung vorauszuplanen.

Präventive Serviceleistungen für maximale Maschinenverfügbarkeit

Eine Spindel ist das Herz einer Werkzeugmaschine, welche pro Jahr bis zu 7000 und mehr Betriebsstunden leistet. Damit ihre Genauigkeit bewahrt wird, ihre hohe Leistung permanent zur Verfügung steht und ihre Verfügbarkeit gesichert ist, bietet Step-Tec neben dem herkömmlichen Austausch-Service-​Programm (SEP) auch präventive Wartung an. Bei einem Ausfall der Spindel zählt neben den Kosten auch die Zeit, bis Ihre Werkzeugmaschine wieder produziert. Diese neue Servicedienstleistung wurde speziell mit einer Garantieerweiterung und vorbeugenden Lösungen entwickelt, um ungeplante Maschinenausfallzeiten zu minimieren. Der erste Schritt ist eine schnelle und effiziente Diagnose des Zustandes Ihrer Spindel. Dank dem in jede Spindel eingebauten Spindel-Diagnostik-Modul (SDM) analysiert unser fachkundiger Servicetechniker ihren Betriebszustand und schlägt eine Garantieerweiterung und/oder die vorbeugenden Serviceleistungen vor, um Ihre Produktion bzw. Maschinenverfügbarkeit zu sichern und zu optimieren. Step-Tec bietet die drei Modelle «Erweiterte Garantie» in der Anfangsphase des Spindellebens, «Präventive Wartung» vor dem Eintreten eines Ernstfalles und «Präventiver Spindeltausch», wenn sich eine gröbere Havarie abzeichnet. Diese drei Modelle haben alle das Ziel, die Wartung planen zu können, um die Maschinenstillstandszeit geringst zu halten, was Produktivität auf dem gewohnten Mass gewährleistet. SMM

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