Fehler passieren auch im Maschinenbau immer wieder. Damit solche bei der spanenden Bearbeitung in Werkzeugmaschinen nicht zwangsläufig zu erheblichen Schäden an Motorspindeln, Spindellagern und anderen sensiblen Komponenten führen, hat JAKOB Antriebstechnik das Motorspindelschutzsystem MS³ entwickelt.
Eine Vielzahl von Ursachen kann für Kollisionen im Maschinenraum verantwortlich sein. Neben Programmierfehlern, falsch definierten Werkzeugen, nicht berücksichtigten Störkonturen kann auch unbeabsichtigtes Verfahren in Eilgeschwindigkeiten zu massiven Einschlägen führen. Das Problem bleibt unabhängig von Ursache das Gleiche: Kraftspitzen von bis zu 100 kN, die auf Spindellager und andere Komponenten wirken.
Gebrochene Werkzeuge oder zerstörte Werkzeugaufnahmen sind in einem solchen Fall aber sicherlich noch leichter zu verkraften, als ernsthafte Schäden an der Motorspindel, oder Deformationen am Maschinenrahmen. Zugegeben, die Anschaffung eines MS³-Systems ist zunächst eine nicht sonderlich günstige Investition. Der Einbau kann sich aber bereits nach einer massiven Kollision mehr als amortisiert haben, denn alleine die Instandsetzung von Werkzeugmaschinen und den darin verbauten höherwertigen Spindeln nach einer schwerwiegenden Kollision verschlingt schnell einen fünfstelligen Betrag; ganz zu schweigen von den Kosten die ein wochenlanger Stillstand einer Produktionsmaschine mit sich bringt.
Mechanische Schutzsysteme, zu denen auch das MS³ von JAKOB zählt, entfalten ihre Wirkung noch bevor die Maschinensteuerung über elektronische Prozessüberwachungssysteme reaktionszeitbedingt Maßnahmen wie Abbremsen, Reversieren und Stillstand der Vorschubachsen der Werkzeugmaschine zur Crashverhinderung einleiten kann. Das System wird vom Hersteller auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst: so müssen Haltekraft der Magnete sowie Geometrie des Systems an die Motorspindel angepasst werden.
Reagiert auf axiale und radiale Kollisionen
Durch das ausgeklügelte Permanentmagnetsystem und die daraus folgende Beweglichkeit kann MS³ gleichermaßen auf axiale als auch radiale Kollisionen reagieren. Gleichzeitig gewährleistet das System eine hohe Steifigkeit bei der Bearbeitung und ermöglicht nach einem Crash und Austausch des beschädigten Werkzeuges in der Regel den weiteren Einsatz der Maschine. Dies wird nicht zuletzt durch die selbstzentrierende Konstruktion als Doppelflanschsystem ermöglicht.
Beim Überschreiten der Haftkraft an der Trennstelle bewirkt das Magnetsystem eine unmittelbare Trennung der werkzeugmaschinen- und motorspindelseitig installierten Flansche. Mit dem Ablösen des motorspindelseitigen Flansches und zunehmendem Luftspalt nimmt die Magnetkraft rapide ab. Nach der Trennung übernehmen radial angeordnete und maschinenseitig verankerte Druckfederelemente die Abstützung und die schwimmende Führung des Flansches der Motorseite. Die Federn wirken dabei entgegen der Auslenkrichtung und ermöglichen es der Motorspindel um einen vorher definierten Winkel auszuschwenken. Gegen Schmutz, Schmierstoffe und Späne ist das System effizient geschützt.
In den Flanschen verbaute Näherungsschalter erfassen permanent die Auflagesituation der Flansche und senden im Kollisionsfall ein Not-Aus-Signal an die Maschinensteuerung, wodurch die Achsen der Werkzeugmaschine abgebremst werden. Im Anschluss kann die Motorspindel vom Kollisionsort frei fahren. Durch die Druckkraft der Federn und die selbstzentrierende Trennstellenausführung richtet sich das System zuverlässig und genau (Genauigkeit < 0,01 mm) wieder auf seinen Ursprung aus, die Spindel muss auch nach einem Unfall nicht neu justiert werden, die Bearbeitung kann zeitnah fortgesetzt werden.
Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt hat das System in einer Referenzanwendung in einer Fräsmaschine verbaut. Nach Absprache mit dem Hersteller können Interessenten das MS³ dort begutachten.
