Wissenswertes von mechatron

Wir möchten mit den hier zugänglichen tiefergehenden Informationen unseren Kunden, Interessenten und Technikbegeisterten nützliche Anregungen in Bezug auf die Technik & Auslegung eines geplanten oder existierenden Spindelsystems geben.

Die hier veröffentlichten Texte sind geistiges Eigentum der mechatron GmbH. Änderungen, Irrtümer und Druckfehler vorbehalten. Reproduktion, Änderung oder Vervielfältigung ohne ausdrückliche schriftliche Einverständniserklärung des Urhebers wird untersagt. Alle Rechte vorbehalten.

Hybridlager

Hybridlager sind Wälzlager mit Stahlringen (z.B. 100Cr6) und Wälzkörpern aus Keramik (z.B. Siliziumnitrid Si3N4). Hybridlager bieten gegenüber Lagern mit Wälzkörpern aus Stahl verschiedene Vorteile: 

more
  • Der Keramikwerkstoff ist erheblich Verschleißfester, die Paarung neigt insgesamt weniger zum Fressen, die Lebensdauer der Lager wird merklich gesteigert
  • Durch die geringere Dichte der Wälzkörper sinken die entstehenden Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen erheblich, dies führt insbesondere bei Hochgeschwindigkeitssystemen zur weiteren Reduktion von Verschleiß
  • Stahllager können durch Auftreten von Funkenerosion geschädigt werden. Bei Hybridlagern wird dies durch die nichtleitenden Wälzkörper verhindert
  • Die Isolator-Eigenschaften der Wälzkörper können Zwecks elektrischer Antastung von leitenden Werkstücken genutzt werden (Spindelwelle und Spindelkörper bilden erst bei Kontakt mit dem Werkstück einen geschlossenen Stromkreis)
Auf Wunsch statten wir Spindeln der professional Serie gegen Aufpreis mit Hybridlagern aus.

Eckfrequenz & Feldschwächebereich

Der Betrieb im Feldschwächebereich ist eine Methode HF-Motoren in einem breiten Drehzahlband zu betreiben, und hierbei sowohl ein hohes Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich zu erzielen, als auch hohe Betriebsdrehzahlen zu erreichen

more

Die Eckfrequenz beschreibt hierbei die Frequenz, bei der derMotor sein Leistungsmaximum erreicht – es ist i.d.R. der Nennpunkt des Motors.

Die mittlere Ausgangsspannung erreicht in dieser Betriebsartihr Maximum bei Erreichen der Eckfrequenz. Bis hierhin hat der Motor beilinearer Spannungsanhebung ein Konstantes Drehmoment bzw. kann mittels „Boost“(bei nichtlinearer Spannungsanhebung) sogar noch ein gesteigertes Drehmomentaufbringen, sofern der Motor hierauf ausgelegt ist.

Bei Überschreiten der Eckfrequenz tritt Feldschwächung ein. Die Betriebsfrequenz und damit die Drehzahl nimmt zu, der magnetische Fluss im Motor bei konstanter Spannung gleichermaßen ab. Hierdurch reduziert sich das Drehmoment reziprok zur Drehzahl, die Leistung bleibt im Resultat konstant. Dem Verfahren sind in der Praxis Grenzen gesetzt, da nichtlineare Reibungs- und Eisenverluste die Wellenleistung weiter reduzieren, und sich durch erhöhten Schlupf der Leistungsfaktor cosφ des Motors ändert

Viele Spindeln der professional Serie sind für den Betrieb imFeldschwächebereich ausgelegt. Wir verfügen über die Möglichkeiten und dasknow-how dieses Verfahren durch eine fachgerechte Einstellung der Umrichtereffizient zu nutzen, um die volle Leistung der Spindeln entfalten zu können.Sprechen Sie uns an.

Spindellagerung

Bei Motorspindeln findet überwiegend das Konzept der Federvorgespannten Fest-Loslagerkombination Anwendung.

more
Hierbei wird das Lager(paar) der A-Seite vorwiegend starr über die Außenringe mit dem Gehäuse, und über die Innenringe mit der Welle montiert. Bei Spindellagern kommen drei unterschiedliche Anordnungen eines Lagerpaars in Frage:
  • Tandem-Anordnung: sehr hohe axiale Belastbarkeit, jedoch nur in eine Richtung, gute radiale Steifigkeit, exakte Federvorspannung durch angestelltes B-Seiten-Lager sehr wichtig.
  • O-Anordnung: vergrößerte Stützbasis und damit sehr gute radiale Steifigkeit, axiale Belastbarkeit in beide Richtungen, Lagerpaar ist bei fixierten Außenringen bereits in sich definiert vorgespannt
  • X-Anordnung: verkleinerte Stützbasis und damit geringere radiale Steifigkeit, axiale Belastbarkeit in beide Richtungen, findet in der Konstruktion von Motorspindeln seltener Anwendung

Das Lager bzw. Lagerpaar der B-Seite wird üblicherweise starr auf der Welle montiert und „schwimmt“ im Lagersitz, um Längenausdehnungsdifferenzen zwischen Welle und Gehäuse auszugleichen. Hierbei ist eine genau definierte Federvorspannung mittels Federpaket auf den Außenring zu geben.Je nach Konstruktion können Lageranzahl und Paarung variieren.

Sie sind interessiert an detaillierteren Informationen welche Lagerkonzepte bei welchen unserer Spindeltypen zum Einsatz kommen, und wo genau die Vorteile für Sie hierbei liegen? Sprechen Sie uns an, unsere Experten beraten Sie hierzu gerne.

Stützbasis

Als Stützbasis „H“ einer Lagerpaarung ist der Abstand der Schnittpunkte von Wellenmittellinie mit den verlängerten Kraftflusslinien von Lagerinnenring zu Lageraußenring definiert.

more
Ein großer Wert für die Stützbasis erhöht gleichzeitig die radiale Steifigkeit der Lagerung, so dass häufig Maßnahmen getroffen werden um die Stützbasis zu erhöhen, da dies bei hohen Vorschubkräften gewünscht ist. Dies kann auf mehrere Arten erzielt werden:
  • Verwendung von präzisionsgeschliffenen Zwischenringen
  • Montage des Lagersatzes in O-Anordnung
  • Zusätzlich Verwendung von Lagern mit größerem
    Kontaktwinkel 0
  • Verwendung von drei oder mehr Lagern in Paarung

High Speed Cutting (HSC, HGZ)

Als HSC (engl. High Speed Cutting, deutsch Hochgeschwindigkeitszerspanung) bezeichnet man ein hochmodernes Zerspanungsverfahren beim CNC-Fräsen.

more
Kennzeichnend hierfür ist eine signifikante Erhöhung von Drehzahl und Vorschub, sowie gleichzeitige Reduktion der Spandicke gegenüber der konventionellen Bearbeitung.

In der Theorie basiert das Verfahren auf der Trägheit in der Wärmeleitung zwischen Materialien: Beim Schnitt entsteht eine Wärmemenge durch Verformungs- und Reibungsarbeit. Durch die Wärmeleitung verteilt sich diese Energie in Form von Wärme, die im Wesentlichen im Span entsteht, auf Werkstück und Werkzeug - und zwar so lange der Span in Kontakt mit diesen steht.

Erhöht man nun die Drehzahl und somit auchSchnittgeschwindigkeit, reduziert sich die Zeit, in der der Span in Kontakt mitWerkzeug und Werkstück steht. Überschreitet man einen bestimmten Wert bei derSchnittgeschwindigkeit führt dies sogar so weit, dass sich die entstehendenTemperaturen von Werkzeug und Werkstück wieder reduzieren. Dies wird dadurchbegründet, dass die Zeit die erforderlich ist um die Schnittenergie vom Spanauf Werkstück und Werkzeug zu übertragen länger ist als die Zeit, in der derSpan überhaupt im Werkstoffkontakt mit Schneide und Material ist.

Das HSC Verfahren bietet folgende entscheidende Vorteile:

  •  Verringerte Schnittkräfte (bis Faktor 30)

o  die Maschine muss bei gleichen Schnittleistungendeutlich weniger stabil ausgeführt sein

o  die Bearbeitung dünnwandiger Werkstoffe wird starkbegünstigt

o  geringere Anforderungen an stabile Spannmittel,begünstigt die Bearbeitung mit Vakuumspanntechnik

  • Erhöhte Zeitspanvolumina und bis zu 10x höhereVorschubgeschwindigkeiten
  • Signifikante Verbesserung derOberflächenqualität, Nachbearbeitung wird häufig überflüssig, teilweise kannsogar ein nachgeschalteter Schleif- oder Polierprozess eingespart werden
  • Hartbearbeitung von Werkzeugstählen möglich
Wenn Sie mehr über die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und die von uns hierfür einsetzbaren Spindeln erfahren möchten nehmen Sie Kontakt mit uns auf.
Wir arbeiten kontinuierlich an der Erweiterung unseres "Wussten Sie schon, ...?" Bereiches, um Ihnen wertvolle Anregungen und Tips zu geben, wie Sie das bestmögliche aus den von uns hergestellten HF-Spindeln herausholen können. Sie möchten auf dem Laufenden gehalten werden, wenn es Neuigkeiten gibt? Melden Sie sich doch einfach bei unserem Newsletter an!