Mit der Einführung automatisierter Speichersysteme für Werkstücke hat sich ein Paradigmenwechsel beim Einsatz von Bearbeitungszentren vollzogen. Die Verbesserungen bestehen nicht mehr darin, die Nebenzeiten sekundenweise noch weiter zu verkürzen, sondern die jährlichen Laufzeiten der Werkzeugmaschinen mithilfe von Automationslösungen mehr als zu verdoppeln. Stabile Fertigungsprozesse und konstante Qualität sind heute die maßgebenden Faktoren beim Erstellen der Zerspanungsprogramme. Über den starken Hebel Spindellaufzeit pro Jahr mal Spindelstundensatz ist es leicht erklärbar, dass sich selbst hohe Investitionskosten in die Automation erstaunlich rasch amortisieren. Weitere positive Effekte sind nicht weniger bedeutend, beispielsweise eine deutlich höhere Flächenproduktivität, im Greenfield entscheidend weniger erforderliche Werkzeugmaschinen, ein niedrigerer Stand-by-Energieverbrauch sowie ein geringerer Bedarf an Zerspanungstechnikern und Wartungspersonal.
Neue Rundachslager für die Automation
Das erste speziell für die Automation entwickelte Wälzlager – die Baureihe YRTA – ging aus den bewährten zweireihigen Axial-Radial-Rollenlagern YRTC hervor. Beide Baureihen unterscheiden sich in der Außengeometrie nicht voneinander. Die YRTA-Baureihe wurde jedoch spezifisch an die Anforderungen außerhalb des Bearbeitungsraumes angepasst.
Der konstruktive Unterschied: Bei den YRTA-Lagern handelt es sich um zweireihige Axialrollen-Radialnadellager. Außerdem konnten durch geänderte Bearbeitungen an den Laufringen und -flächen sowie mit dem Einsatz neu designter Rollenkäfige die Kosten signifikant gesenkt werden. „Unser Anspruch ist es, das Spannungsfeld zwischen Funktion und Kosten für Applikationen, wie schwere Handlingachsen, Magazine und Palettenwechsler, optimal zu lösen“, betont Christian Straub.
Getriebeverzahnung beim Rundachslager integriert
Die neuen Rundachslager YRTAG kombinieren als Neuheit das Wälzlager mit dem Stirnrad des kundenseitigen Getriebes. Hierfür ist ein Laufring des Axiallagers mit der kundenspezifischen Getriebeverzahnung versehen. Diese Funktionsintegration erspart den Kunden das aufwändige Ausrichten eines separaten Zahnrades und reduziert signifikant Bauraum und abermals Kosten.
Eine neue Klasse an Lagerlösungen
Mit dem breiten Einsatz von Automationslösungen entstand nicht nur ein neuer Markt für Handlingachsen, sondern auch für die dort eingesetzten Linearsysteme und Rundachsen. Christian Straub, Manager Sector Devel-opment Industrial Automation, sagt zur Marktposition der Motion Technology Company Schaeffler: „Wir sind hervorragend vernetzt in der Werkzeugmaschinenbranche, verfügen über einen großen Kundenstamm und unsere Linearführungen, Spindellager und Rundachslager genießen einen außergewöhnlich guten Ruf. Da war es nur konsequent, unseren guten Marktzugang für eine neue Klasse an Lagerlösungen – nämlich speziell für die Automation in der Peripherie von Werkzeugmaschinen – zu nutzen.“
Ein geringeres Massenträgheitsmoment erlaubt höhere Beschleunigungen, gegebenenfalls auch einen kleiner dimensionierten Antriebsmotor. Die Option eines integrierten Stirnrades wird auch für die Baureihe YRTC in den Baugrößen 150 bis 580 angeboten und heißt YRTCG.
Spindellager für die hochautomatisierte Fertigung
Auf einen wichtigen Effekt der Automationslösungen für die Spindellagerung weist Dr. Martin Voll, Director Application Engineering Machine Tools bei Schaeffler, hin: Mit der Automation und den damit verbundenen hohen Spindellaufzeiten steigen naturgemäß auch die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Spindellagerung.
„Für diese Anwendungsfälle bieten wir Spindellager aus dem Hochleistungs-Wälzlagerstahl Vacrodur an. Diese Spindellager sind verschleißfester und wesentlich unempfindlicher bei Überrollungen mit harten Partikeln. Das Material verhält sich robuster gegen zufällige Störungen wie z.B. schwankende Schmierstoffversorgung und Kontamination durch Fremdkörper. Infolgedessen sinkt die Wahrscheinlichkeit eines zufälligen Frühausfalls. Des Weiteren sind Vacrodur-Lager höher belastbar und in vielen Fällen kann die Zerspanungsleistung erhöht werden“, sagt Dr. Martin Voll. Ersetzt man ein Hybridlager (Standard-Wälzlagerstahl, Keramik-Kugeln) mit einem Hybridlager aus Vacrodur, steigt bei gleichen Betriebsbedingungen die Zuverlässigkeit der Spindel.
Spindellager mit Fett- oder Öl-Luft-Schmierung?
Mit der hohen Spindellaufzeit jenseits von 5.000 Stunden pro Jahr in automatisierten Fertigungszellen sollte der Fettgebrauchsdauer eine erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt werden. Gegenüber einem Standard-Spindellager kann die Fettgebrauchsdauer mit einem Spindellager aus Vacrodur und Stahlkugeln mehr als verdreifacht und bei Einsatz von Keramikkugeln bis zu verzehnfacht werden.
Das führt im Ergebnis zu deutlich längeren Wartungsintervallen. Gegebenenfalls lässt sich sogar auf eine teure Öl-Luft-Schmierung verzichten, was der Ausfallsicherheit der Maschine zusätzlich zugutekommt.
Dr. Martin Voll meint zum europäischen Spindelmarkt: „Aus Gründen der Betriebssicherheit wechseln einige Hersteller von Fett- auf Öl-Luft-Schmierung vor allem dann, wenn hohe Zeitanteile bei hohen Drehzahlen auftreten. Die Verwendung unserer Vacrodur-Lager mit erhöhter Fettstandzeit kann dort eine sehr gute und zuverlässige Alternative sein.“
Lagerung der Gewindespindeln
Bei senkrecht stehenden Achsen und hohen Palettengewichten wird die Axiallagerung der Gewindespindeln enorm belastet. Um die nötige Tragsicherheit sowie Lebensdauer von mehreren Tausenden Stunden zu realisieren, ist eine einreihige Lagerung in Richtung der Hauptlast dann oft nicht ausreichend. Gepaarte Lagerungen sind eine verbreitete Alternative und werden von Schaeffler als ZKLF..2RS-Lager angeboten. Gerald Nonnast, Anwendungstechnik Werkzeugmaschinen rotativ, nennt eine weitere Lösung: „Eleganter und kompakter sind für diesen Einsatzzweck unsere dreireihigen Schrägkugellager DKLFA..2RS. Zwei Kugelreihen nehmen selbst große Axiallasten auf. Außerdem verfügen die DKLFA..2RS-Lager über einen Flansch zur Befestigung.“
Meist verzichtet man darauf, das Lager über die Gehäusebohrung zu zentrieren: Bei der Montage wird die Linearachse mit der Gewindemutter in die Endposition zum Axiallager gefahren und erst dann erfolgt die endgültige Verschraubung des Festlagers mit dem Gehäuse. Zwangskräfte aufgrund von Fluchtungsfehlern zwischen der Linearachse und dem Gewindetrieb lassen sich so zuverlässig vermeiden.
