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Hybride Spinde: Allrounder für jeden Anwendungsfall

Hybride Spinde: Allrounder für jeden Anwendungsfall

© IFW
Adaptives Vorspannelement der Hybriden Spindel zur Variation der Spindellagervorspannung

Mit Hilfe einer umschaltbaren Frässpindel können Zerspanprozesse sowohl im Hochdrehzahl- als auch im Hochmomentenbetrieb durchgeführt werden. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zur Umsetzung von kosteneffizienten Universalfräsmaschinen, die eine Vielzahl von Bauteilen mit einem breiten Werkstoffspektrum produktiv herstellen können. Die technische Umsetzung sowie das Prozessverhalten der umschaltbaren Hybriden Spindel werden im Rahmen des Forschungsvorhabens „Hybride Spindel“ gezeigt wird.

Das Streben nach höherer Produktivität und höherer Genauigkeit bei der spanenden Fertigung von Bauteilen erfordert den Einsatz von Universalwerkzeugmaschinen. Einer der wesentlichen Vorteile solcher Maschinen besteht darin, dass hochproduktive Schrupp- und genaue Schlichtvorgänge auf ein und derselben Werkzeugmaschine umgesetzt werden können.

Durch die Kombination mehrerer Prozessschritte auf einer Werkzeugmaschine, werden häufige Maschinenwechsel vermieden. Dadurch können Nebenzeiten und somit die Fertigungskosten von Bauteilen reduziert werden. Zudem entfällt das Umspannen der Bauteile durch den Wegfall des Maschinenwechsels zwischen zwei Prozessschritten. Dadurch wird das Fehlerpotential bei der Herstellung des Bauteils reduziert.

Ein wichtiger Schritt zur Umsetzung einer solchen Universalwerkzeugmaschine ist die Entwicklung einer vielseitig einsetzbaren Spindel. Diese muss zum einen über ein hohes maximales Drehmoment verfügen, um eine produktive Schruppbearbeitung zu realisieren. Zum anderen muss diese Spindel eine hohe Nenn- bzw. Maximaldrehzahl ermöglichen, um auch mit kleinen Werkzeugdurchmessern eine präzise Schlichtbearbeitung produktiv realisieren zu können.

Ziel des Forschungsprojekts „Hybride Spindel“ ist die erfolgreiche Umsetzung und Erprobung einer Allround-Frässpindel, die über eine umschaltbare Motorkonfiguration sowie eine einstellbare Lagervorspannung verfügt. Die synchrone Umschaltung der Motokonfiguration und der Lagervorspannung ermöglicht die Umsetzung von Prozessen im Hochdrehzahl- und im Hochmomentenbetrieb – Prozesse, für die gewöhnlich zwei verschiedene Frässpindeln verwendet werden müssten.

Der Lösungsansatz gliedert sich in die Teilbereiche der Motorentwicklung sowie der Erforschung eines umschaltbaren Spindellagersystems. Die Entwicklung des Motors erfolgt durch das Institut für Antriebstechnik und Leistungselektronik (IAL) der Leibniz Universität Hannover. Es wird ein Spindelmotor realisiert, der über eine umschaltbare Windungszahl sowie eine variable Verschaltung der Windungen (Stern-Dreieck-Schaltung) verfügt. Die Umschaltung der Motorkonfiguration ermöglicht die Realisierung sowohl hoher Drehzahlen als auch alternativ hoher Drehmomente mit einer Spindel.

Die für die jeweiligen Betriebsmodi benötigte Vorspannung des Spindelfestlagers wird über ein adaptives Vorspannelement umgesetzt. Dieses wird vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover entwickelt und erforscht. Das Vorspannelement besteht aus einer innovativen Kombination aus Peltierelementen und Biegefedern aus einer Formgedächtnislegierung. Dies erlaubt eine einfache, energiearme Einstellung der Lagervorspannung.

Der umschaltbare Motor und das innovative Lagervorspannelement werden in eine Frässpindel vom Typ V100 der Firma Franz Kessler GmbH von der gleichnamigen Firma montiert. Dadurch entsteht die Hybride Spindel, die im Rahmen von experimentellen Versuche durch die Forschungsinstitute untersucht wird.

Diese innovative Spindel leistet einen wichtigen Beitrag zur produktiven und kostengünstigen Produktion mit Universalfräsmaschinen. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der Übertragbarkeit des Wissens auf andere Komponenten der Werkzeugmaschine - wie beispielsweise Kugelgewindegetriebe - neues Innovationspotential.

Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Christian Teige, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, unter Telefon +49 511 762 18334 oder per E-Mail unter teige@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.