Tschudin: Innovative Schleiftechnik Spindel ohne Wärmegang schleift hochgenau

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Die Experten des Schweizer Schleifmaschinenherstellers Tschudin AG präsentieren zur Messe AMB 2024 eine innovative Schleifmaschine mit perfektem Wärmegang. Diese ist mit einer Hauptspindel ausgestattet, die aus einem mit Kohlefasern verstärkten Kunstharz hergestellt ist.

Die ausgestellte spitzenlose Aussenrundschleifmaschine Cube 350 ist die erste Schleifmaschine ohne Wärmegang. Dazu erläutert Urs Tschudin, Gesellschafter: «Wir arbeiten seit drei Jahrzehnten konsequent daran, den Wärmegang unserer Maschinen auf ein Minimum zu reduzieren. Mit den im Schleifbereich völlig neuen Schleif- und Regelspindeln aus Karbon haben wir nun das letzte Puzzleteil eingesetzt.»

Zuverlässig anhaltend genau

Durch das Minimieren des Wärmegangs ist eine Produktion mit gleichbleibend hoher Genauigkeit zu jeder Zeit garantiert. Ein zeitraubendes Warmlaufen der Maschine, zum Beispiel am Montagmorgen nach dem Wochenende, ist nicht mehr nötig. «Selbst wenn die Maschine ein Wochenende steht, kann sie sofort innerhalb einer Massabweichung von maximal 1 μm produzieren», sagt Urs Tschudin. Darüber hinaus können auch beim mehrbahnigen Schleifen alle Werkstücke auf genaue Abmessungen gefertigt werden. Die Schleif- und die Regelscheibe bleiben parallel, weil eine thermische Verlagerung unterbunden wird. Auf diese Weise ermöglicht die Schleifmaschine Cube 350 ein sehr langes autonomes Arbeiten sowie unbemannte Schichten.

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Kontinuierlich Genauigkeit optimiert

«Die hohe Schleifqualität bei voller Schleifspaltbelegung war schon bisher ein Qualitätsmerkmal unserer Maschinen. Mit den Karbonspindeln optimieren wir diesen Aspekt weiter und reizen das Maximum aus», betont Urs Tschudin. Die Einführung der Karbonspindeln, ergänzt Urs Tschudin, sei der finale Schritt in einem jahrzehntelangen Entwicklungsprozess. Schon seit 30 Jahren setzt Tschudin auf Linearmotoren. Vor mehr als 25 Jahren wurden Maschinenbetten aus massivem Naturgranit eingesetzt, die sich durch ihre grosse Masse und Trägheit nur extrem langsam erwärmen. In einem weiteren Schritt wurden die Schleifspindelschlitten ebenfalls als Granitblock ausgeführt – die senkrechte Anschlagfläche für die Spindeln führte zu einer drastischen Reduktion des Wärmegangs. Auf der Schleifmaschine ecoLine 400 sorgt seit zehn Jahren eine Spindel aus dem Stahlwerkstoff Invar für einen auf zehn Prozent reduzierten Wärmegang.

Kohlefaser ohne Wärmedehnung

Die von Tschudin nun verwirklichten Karbonspindeln haben den Wärmegang auf ein absolutes Minimum reduziert. Seit mehr als einem halben Jahr hat der Maschinenhersteller diese – in Zusammenarbeit mit der Carbon-Drive GmbH entwickelten – Karbonspindeln getestet und angepasst – mit vielversprechenden Ergebnissen. «Wie Werkstoffe auf Wärme reagieren, hat einen grossen Einfluss in der Präzisionsfertigung. Die Temperaturbeständigkeit von Kohlenstofffasern ist besonders hoch», berichtet Nikolas Ernst, Leiter Konstruktion bei der Tschudin AG. Spindeln aus Karbon unterbinden eine thermische Ausdehnung in der Maschine. Sie sind massstabiler und haben eine höhere Biegesteifigkeit, wodurch sie höhere Zustellungen fahren können, was wiederum eine höhere Zerspanleistung bedeutet. In einigen Testreihen hat sich erwiesen, dass die Karbonspindeln bislang 10 bis 20 Prozent effektiver als Stahlspindeln sind.

Spezialisten treiben Entwicklung voran

Die im hessischen Weiterstadt ansässige Carbon-Drive GmbH ist kompetenter und im spitzenlosen Schleifbereich exklusiver Entwicklungs- und Konstruktionspartner für den Schweizer Maschinenhersteller. Das Unternehmen ist aus einem Forschungsprojekt der Technischen Universität Darmstadt hervorgegangen. Co-Gründer und Geschäftsführer Dr.-Ing. Martin Klimach erklärt: «Spindeln aus Kohlenstofffasern bringen unterschiedliche Vorteile mit sich, allen voran die minimale Wärmeausdehnung. Je nach Faserart und Faserorientierung können wir Karbonspindeln mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellen und so auf Prozessbedürfnisse der Kunden reagieren.»

Gemeinsam verwirklicht

Im Jahr 2019 trafen sich Urs Tschudin und Martin Klimach an einem Branchenevent. Das Unternehmen in Darmstadt hatte zu diesem Zeitpunkt schon an Frässpindeln aus Kohlenstofffasern gearbeitet. Die Idee, Karbonspindeln auch im Schleifbereich einzusetzen, liess beide Experten nicht mehr los. Bereits Ende des Jahres 2023 war die erste Spindel fertig, seither wird getestet und verfeinert. An der AMB feiert die Innovation nun Weltpremiere. Dazu berichtet Nikolas Ernst: «Jeder Entwicklungsprozess ist komplex. Die etablierten Hersteller kennen Stahl in- und auswendig, alle Prozesse sind auf Stahl ausgelegt. Wir sind aber davon überzeugt, dass Karbonspindeln aufgrund der physikalischen Eigenschaften einen essenziellen Mehrwert bieten und auch wirtschaftlich attraktiv sein werden.»

An höchster Genauigkeit orientiert

Besonders interessant, erklärt Urs Tschudin, sei die mit Karbonspindeln ausgestattete Schleifmaschine Cube 350 für Hersteller, die höchste Ansprüche hinsichtlich der Qualität und der Genauigkeit stellen. «Je hochgenauer Bauteile gefertigt werden müssen, desto interessanter wird die Schleifmaschine mit optimalem Wärmegang. Denn durch die höhere Massstabilität und höhere Antriebsleistung können wir hier einen echten Mehrwert bieten.» Die Schleifmaschinen werden als Standard künftig zunächst mit Stahlspindeln ausgerüstet. Als Option werden sie mit Schleifspindeln aus Kohlefaser-Kunststoff ausgeführt.

«Mit diesem Spindelkonzept untermauern wir unseren Status als Innovator und bieten unseren Kunden eine neue Dimension von Genauigkeit und Abtragsleistung», fasst Urs Tschudin zusammen.

(kmu)

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