Hydrostatisch gelagertes BAZ von Starrag Leistungssprung in der Titanbearbeitung

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Mit dem neu entwickelten 5-Achs-Bearbeitungszentrum STC 1250 HD setzt Starrag einen Meilenstein hinsichtlich Produktivität in der Titanzerspanung. Durch die hydrostatisch gelagerten horizontalen Linear­achsen bewegt sich der zwölf Tonnen schwere Ständer nahezu reibungsfrei, was zu deutlich höheren Abtragsleistungen, verbesserter Dynamik und längeren Werkzeugstandzeiten führt.

Das sind beste Voraussetzungen für Einsätze in der Luft- und Raumfahrttechnik, wo Strukturbauteile aus Titan eine wichtige Rolle spielen. Niedriges Gewicht, hohe Festigkeit, Korrosions- und Temperaturbeständigkeit zeichnen den Werkstoff aus, der allerdings schwer zu zerspanen ist. Doch die Starrag STC 1250 HD bewältigt insbesondere die Schruppbearbeitung in beeindruckender Weise: Gegenüber rollengeführten Maschinen weist sie eine deutlich höhere Steifigkeit und Dämpfung auf, wodurch sich die Spantiefen um das Dreifache steigern lassen. Dementsprechend reduzieren sich auch die Schruppzeiten.

Starrags langjährige Erfahrung zahlt sich aus

Schon seit vielen Jahren setzen Starrag-Maschinen Massstäbe in der wirtschaftlichen Bearbeitung von Strukturbauteilen, Multiblades und Casings, wie sie in der Luftfahrtindustrie benötigt werden. Die STC-Baureihe ist wegen ihrer guten statischen und dynamischen Eigenschaften für die simultane 5-Achs-Schwerzerspanung von Titan- und Inconelteilen prädestiniert. Die Maschinen sind mit der Starrag eigenen, robusten Getriebespindel und einem kompakten Schwenk-Fräskopf ausgestattet, der den Einsatz von kürzeren und damit stabileren Werkzeugen ermöglicht und so zu einer effizienten Bearbeitung beiträgt.

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Um diese Effizienz bei der Titanbearbeitung noch weiter zu steigern, haben die Schwerzerspanungsspezialisten von Starrag verschiedenste Untersuchungen angestellt. Bernhard Güntert, Leiter Versuchsfeld bei der Starrag AG, erklärt: «Knackpunkte sind vor allem die Steifigkeit und die Dämpfungseigenschaften der Maschine. Diese Faktoren haben weitreichende Auswirkungen auf die mögliche Spantiefe sowie den Werkzeugverschleiss und damit auf die Wirtschaftlichkeit.»

Hydrostatik steigert die Performance

Wichtigstes Untersuchungsergebnis: In Sachen Schwingungsdämpfung sind hydrostatische Führungen nicht zu toppen. Ein Gebiet, auf dem Starrag durchaus schon Erfahrungen vorweisen kann. Rainer Hungerbühler, Sales Director Aerospace and Turbines, wirft einen Blick zurück: «Vor über 15 Jahren hatten wir bereits hydrostatisch geführte Bearbeitungszentren. Allerdings liess die Dynamik dieser Maschinen zu wünschen übrig, weshalb wir die nachfolgende STC-Baureihe mit Rollenführungen ausstatteten. Angesichts der heutigen Kundenanforderungen und der gewonnenen Erkenntnisse wollten wir das wieder ändern.»

So griffen die Starrag-Entwickler das Thema Hydrostatik von Neuem auf und erzielten ein beeindruckendes Ergebnis, wie Rainer Hungerbühler begeistert bestätigt: «Unsere neue STC 1250 HD ist fantastisch. Schon die ersten Versuche haben gezeigt, dass sie beim Schruppen einen völlig neuen Benchmark hinsichtlich der Abtragsraten setzt. Und selbst in der Dynamik hat sie erhebliche Vorzüge zu bieten.»

Ein Blick hinter die technischen Kulissen

Rolando Senn ist der federführende Konstrukteur bezüglich der Hydrostatik. Er erläutert die Stärken dieser Technik: «Das wesentliche Merkmal hydro­statischer Führungen ist der permanente Ölfilm zwischen dem Schlitten und dem Bett bzw. dem stehenden Strukturteil. Dadurch findet keine Berührung zwischen den Führungsleisten statt, und der Schlitten verfährt völlig reibungsfrei.»

Dank dieser Reibungsfreiheit entsteht kein Verschleiss, und das Öl dämpft die beim Zerspanen entstehenden Schwingungen. Die grossen Auflageflächen sorgen zudem für enorme Steifigkeit. «Diese haben wir noch weiter erhöht, indem wir anstatt eines statisch offenen Systems eines mit vorgespannten Umgriffsführungen gewählt haben», erklärt Rolando Senn.

Um diese Stärken einordnen zu können, muss man die wesentlichen Merkmale anderer Führungssysteme betrachten. So haben hydrodynamische Führungen viele ähnliche Eigenschaften wie die hydrostatischen, aber einen grossen Nachteil: Die Führungselemente berühren sich im Stillstand. Erst mit der Bewegung bildet sich der trennende Ölfilm, weshalb beim Anfahren eine Haftreibung zu überwinden ist, die den unerwünschten Stick-Slip-Effekt verantwortet. Reine Gleitführungen weisen ebenfalls einen Stick-Slip-Effekt auf und unterliegen zusätzlich hoher Reibung und entsprechendem Verschleiss. Rollenführungen sind nicht so reibungs- und verschleissbehaftet, aber auch weniger steif und dämpfend. Zudem treten beim Abwälzen Mikrovibrationen auf, die bei Schlichtoperationen die Oberflächenqualität beeinträchtigen können.

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