Bosch Rexroth: Linarführungen Thermisch stabil genauer fertigen

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Die Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH, Hersteller innovativer Fertigungszentren zum produktiven Bearbeiten in Serien, verbessert die thermische Genauigkeit seiner Maschinen mit thermisch kompensierten Linearführungen von Bosch Rexroth.

Wer sich mit Präzisionswerkzeugmaschinen im internationalen Wettbewerb differenzieren will, setzt auf innovative Lösungen. Deren Umsetzung muss aber auch wirtschaftlich sein, um die Kostenseite nicht zu stark zu belasten. Ein Weg zur nachhaltigen Verbesserung der Genauigkeit führt über die thermische Prozessstabilität. Die Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH (SW) hat sich dieser komplexen Aufgabe gestellt und mit Hilfe des Spezialisten für Lineartechnik Bosch Rexroth die Positioniergenauigkeit der beiden Hochleistungs-Bearbeitungszentren «BA W06» und «BA W08» erhöht.

Präzision optimieren

Die beiden Maschinenreihen stehen für höchste Produktivität bei der Bearbeitung von Werkstücken für die Anwendungsbereiche Automotive, E-Mobilität, Land- und Baumaschinen, Aerospace sowie Wasser- und Brennstoffzellen. Während bewährte Konstruktionsprinzipien wie der Monoblock und die Box-in-Box-Dreiachseinheit die Maschinensteifigkeit bei geringster eingesetzter Masse und somit die Bearbeitungsgenauigkeit optimieren, reduziert der schwenkbare Vorrichtungsträger für hauptzeitparalleles Be- und Entladen unproduktive Nebenzeiten. So lassen sich zum Beispiel Serienteile aus Aluminiumlegierungen für Getriebe, Radaufhängung und Lenkung, Bremsen oder Batteriegehäuse, aber auch Implantate für die Medizintechnik mit höchster Präzision und Wirtschaftlichkeit fertigen.

Führungen temperieren

Um die Positioniergenauigkeit weiter zu steigern, arbeitet das Unternehmen seit Jahren intensiv an der Verbesserung der thermischen Stabilität über den vorhandenen Präzisionskühlkreislauf. Dazu erläutert Marcus Mixner, Entwicklungsleiter bei SW: «Wir sehen in der thermischen Genauigkeit einen wichtigen Wettbewerbsvorteil in der Präzisionsbearbeitung. Nach ersten Versuchen und Optimierungen mit dem Z-Schlitten, der in den Arbeitsraum hineinfährt, konzentrieren wir uns nun auf die Temperierung der Führung in der vertikalen Hauptachse, die die X- und Z-Schlitten trägt.»

Wärme direkt abführen

Die entscheidende Lösung, mit der SW die gewünschte Positioniergenauigkeit wirtschaftlich und bauraumneutral realisiert, stammt von Bosch Rexroth. Dessen Führungen der Reihe «Thermo Compensating Rail System» («TCRS») arbeitet nach einem ebenso einfachen wie wirkungsvollen Prinzip. Die Temperierungsfunktion wird als optionales Feature in die Rollen- und Kugelschienenführung integriert. Dazu stattet der Lineartechnikhersteller die Unterseite mit Nuten zum Einlegen handelsüblicher Rohrleitungen aus, die an den Kühlkreislauf der Maschine angeschlossen werden.

Die integrierten Kühlleitungen führen die durch Reibung und Motoren eingebrachte Verlustenergie aus den beiden in der Hauptachse eingebauten Rollenschienenführungen ab und sorgen so für ein stabiles Temperaturniveau. Bei SW müssen die integrierten Kühlleitungen vor allem die aufgenommene Abwärme der Linearantriebe abführen. «Ein leistungsfähiger Wärmehaushalt ist für uns deshalb so wichtig, weil die gewichtsoptimierte Dreiachseinheit in Box-in-Box-Bauweise mit dünnwandigen Schweisskonstruktionen nur wenig Wärme aufnehmen kann», erklärt Marcus Mixner und führt aus: «Ohne Temperierung würde die dynamische Leistungsabgabe der Linearmotoren schnell zu thermischen Verformungen führen.»

Zur Veranschaulichung rechnet Marcus Mixner vor, dass sich der drei Meter hohe Monoblock bei einer Temperaturerhöhung von nur einem Kelvin um fast 0,05 mm ausdehnt. Im Vergleich dazu erreichen die Bearbeitungszentren «BA W06» und «BA W08» mit integrierter Temperierung von Bosch Rexroth in den Hauptachsen eine Positioniergenauigkeit A (X/Y/Z) von kleiner 0,006 mm und eine Wiederholgenauigkeit R nach ISO 230-2 von weniger als 0,004 mm. Durch die Temperierung werden die Massschwankungen im Prozess weiter reduziert und die Ausschussquote minimiert.

Konstruktion und Montage profitieren

Ohne die bauraumneutrale Temperierungsoption wären Konstruktion und Montage deutlich aufwändiger ausgefallen, da für die Kühlfunktion zusätzliche Bauteile wie Kühlrippen erforderlich gewesen wären. Dazu berichtet Sascha Röder, in der Entwicklungsabteilung zuständig für Mechanik: «Bei anderen Maschinenreihen hatten wir bereits mit einer Eigenlösung thermische Verbesserungen erzielt, indem wir speziell gefertigte Aluminiumprofile neben den Achsen anbrachten. Die integrierte Lösung von Bosch Rexroth erspart uns diesen Aufwand, da sie ausser der Verrohrung keine zusätzlichen Komponenten oder Arbeiten am Maschinenbett erfordert. So können wir die thermische Kompensation mit minimalen Bau- und Betriebskosten realisieren.» Ohnehin lässt sich die Führungsschiene «TCRS», wie Sascha Röder betont, ebenso schnell und einfach montieren wie die Standardführung mit identischen Abmessungen. Für weitere Zeitersparnisse sorgt das bewährte Abdeckband zum Aufklipsen.

Schneller zu stabiler Produktion

Darüber hinaus sieht Entwicklungsleiter Marcus Mixner einen grossen Kundennutzen in der schnelleren Fertigung von Gutteilen: «Der Markt verlangt zunehmend nach Maschinen für kleinere Losgrössen. Deshalb sind wir gefordert, die Zeitkonstanten so kurz wie möglich zu gestalten.» Nach intensiver Forschung gelang es SW, die hohen Verlustleistungen, die bei hohen Geschwindigkeiten auftreten, «wegzukühlen», um den Ausschuss möglichst bald nach dem Anfahren zu minimieren. «Auf der Grundlage von über zwei Jahre hinweg gesammelten Messdaten haben wir eine komplexe Kühlwassertemperierung entwickelt», sagt Marcus Mixner. Das Ergebnis überzeugt. Seit der Markteinführung der Bearbeitungszentren «BA W06» sind die Rückmeldungen aus dem Feld durchweg positiv.

Partner für Innovationen

Mit der neuen Temperierungslösung setzt SW Marktanforderungen nach mehr Präzision um. Die Partnerschaft mit Bosch Rexroth hat schon mehrfach zu Verbesserungen in der hochpräzisen Teilefertigung geführt. So zum Beispiel durch die Einführung der Rollenschienenführung RSHP, bei der die Wälzkörper im Führungswagen durch eine patentierte Einlaufzone sanft bis zur Maximalkraft geführt werden, was eine pulsationsarme Bearbeitung ermöglicht. In Kombination mit der Führungsschiene «TCRS» profitieren Anwender der Maschinen von SW von einer maximalen Qualitäts- und Leistungssteigerung.

Auch für die Zukunft bietet die flexibel einsetzbare Temperierungsoption noch viel Potenzial. «Wir arbeiten bereits an weiteren Anwendungen», verrät Marcus Mixner und ergänzt: «Dabei schätzen wir auch die persönliche Beratung und das Know-how von Bosch Rexroth im Bereich Werkzeugmaschinen und Automation.» Interessant findet er auch die Möglichkeit, neben dem Führen und Temperieren als dritte Funktion das Messen bauraumneutral in die Führung zu integrieren, was Bosch Rexroth mit dem integrierten Messsystem IMS ebenfalls abbilden kann.

Marcus Mixner fasst die gemeinsame Entwicklung zusammen: «Gerade in der aktuellen Marktsituation sind innovative Lösungen und erfahrene Partner wie Bosch Rexroth sehr wichtig, um technisch und ökonomisch wettbewerbsfähig zu bleiben. Dank der bewährten und offenen Zusammenarbeit ist es uns gelungen, die thermische Genauigkeit im Vergleich zu den Vorgängermaschinen zu verdoppeln und damit international neue Massstäbe zu setzen.»

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(kmu)

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