Redex-Kühloptionen für Zahnstangenantriebe
Das Potenzial, die Produktivität von Werkzeugmaschinen durch höhere Vorschübe und grössere Dynamik zu steigern, stösst an Grenzen, insbesondere angesichts der zunehmenden Nachfrage nach multifunktionalen Dreh-Fräsmaschinen.
Durch einen Paradigmenwechsel sowohl in der Konstruktionssystematik als auch in der Verwendung bekannter Technologien lassen sich diese Grenzen überwinden. Redex Group kann mit ihren kühlungsoptimierten, hochpräzisen Antriebslösungen helfen, die Produktivität von Multitasking-Maschinen zu steigern. Ein solcher Fortschritt bietet die Chance, einen grösseren Anteil an diesem hart umkämpften Weltmarkt zu erobern.
Vor nicht allzu langer Zeit beschränkten sich die Frästische auf die Herstellung prismatischer Teile mit Bohr- und/oder Gewindeschneidoperationen, deren runde Formen durch Fräsen mit niedriger Geschwindigkeit hergestellt wurden. Heute kann ein Multitasking-Bearbeitungszentrum zylindrische Teile durch Hochgeschwindigkeitsdrehen und Fräsen/Bohren auf ein und derselben Maschine herstellen - in einer Aufspannung - was zu unmittelbaren Produktivitätssteigerungen führt.
Diese Produktivitätssteigerung führt jedoch zu thermischen Einschränkungen, da die Leistung bei höheren Drehmomenten und Drehzahlen, die für konventionelle Antriebe akzeptablen Grenzen überschreitet. Die Folge sind Temperaturprobleme, die zu Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung führen. Motorenhersteller bieten bereits luft- oder wassergekühlte Ausführungen von Motoren an, die hohe Dauerdrehzahlen bei akzeptablen Betriebstemperaturen ermöglichen. In diesem Sinne entwickelte Redex während der letzten Jahre Kühloptionen für seine Getriebe, um eine effiziente Wärmeableitung und die Aufrechterhaltung von Betriebstemperaturen zu gewährleisten, die mit der Präzision vereinbar sind, die der Endbenutzer von einer Multitasking-Maschine erwartet.
Zahnstange und Ritzel: die treibende Kraft
Bei der Auswahl einer geeigneten Antriebslösung für lineare Bewegungen für eine neue Werkzeugmaschine stehen drei Optionen zur Verfügung: ein Direktantrieb (Linearmotor) ein Kugelgewindetrieb oder ein Zahnstangenantrieb.
Linearmotoren sind aufgrund der Kosten für magnetische Elemente, Kabel und zusätzliche Kühlkomponenten weitgehend unerschwinglich geworden. Auch der im Vergleich zu Servomotoren hohe Stromverbrauch macht diese Option unattraktiv.
Obwohl Kugelgewindetriebe auf dem allgemeinen Werkzeugmaschinenmarkt weit verbreitet sind, stellen mehrere konstruktive Einschränkungen ihre Eignung für die von Multitasking-Maschinen geforderte Produktivität und Leistung in Frage. Beispielsweise führt der Wärmestau nach wiederholter und intensiver Bewegung des Kugelgewindetriebs zu Positionierfehlern aufgrund der Wärmeausdehnung. Dieser unerwünschte Effekt könnte die Fähigkeit der Werkzeugmaschinenstruktur in Frage stellen, die ISO-Tests 230-3:2020-6 für thermische Verformung zu bestehen.
Unter Berücksichtigung dieser Faktoren erweisen sich Zahnstangenantriebe als die beste Lösung für die Beherrschung des thermischen Verhaltens von Vorschubantrieben in grossen Mehrzweckmaschinen. Überall dort, wo hochdynamische und hochbelastbare Bewegungen gefordert sind, finden Konstrukteure viele Vorteile in den neuesten kühlungsoptimierten Zahnstangenantrieben von Redex.
Niedrige Temperatur an der Kontaktstelle zwischen Ritzel und Zahnstange
Eine niedrige Temperatur an der Kontaktstelle zwischen Ritzel und Zahnstange, unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit, gehört zu diesen Vorteilen. Ausserdem gibt es bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten keine kritische Drehzahl, da Zahnstange und Ritzel bei niedrigen Drehzahlen ineinandergreifen. Weitere Vorteile sind die modulare und beliebig erweiterbare Verfahrlänge durch Zahnstangensegmente sowie die hohe und konstante Steifigkeit unabhängig von der Position. Gekühlte Zahnstangenantriebe ermöglichen auch eine einfachere Steuerung der linearen Bewegung einer Werkzeugmaschine ohne erforderliche Kompensation von thermisch bedingten Längenänderungen, die manchmal bei der Verwendung einer Kugelumlaufspindel oder eines ungekühlten Zahnstangenantriebs auftreten kann.
Unter Druck kühl halten
Spezielle, von Redex entwickelte Kühloptionen schützen den Antrieb vor Wärmestau in hochdynamischen Werkzeugmaschinen wie z.B. Multitasking-Modellen. Das Unternehmen stützt sich bei seinem Erfolg in dieser Technologie auf eine jahrzehntelange Erfahrung. Vor rund 40 Jahren leistete Redex Pionierarbeit mit wassergekühlten, zweistufigen Getrieben für drehmomentstarke Hochgeschwindigkeitsspindelantriebe in Werkzeugmaschinen. Redex war der erste Hersteller, der gekühlte Hohlwellengetriebe anbot, um eine zufriedenstellende Betriebstemperatur bei der Integration zwischen Motor und Spindel zu erreichen. Dieses Getriebe wies trotz Drehzahlen von bis zu 12.000 U/min ein Betriebstemperatur-Delta (Delta T) auf, das etwa 10 °C unter dem der Spindel und des Motors der Maschine lag.
Redex hat die neuesten technologischen Fortschritte im Einklang mit der neuesten Generation von Getriebemotoren entwickelt, indem sowohl der Motor als auch das Getriebe mit einem Kühlkreislauf ausgestattet wurden, der die Wärme ableitet. Durch die Aufrechterhaltung einer extrem niedrigen Betriebstemperatur gewährleisten die Werkzeugmaschinenhersteller eine stabile Spindelstruktur, die für die Präzision bei Dreh-Fräsbearbeitungen erforderlich ist.
Betriebstemperatur von Getrieben vorhersagen
Die Nennleistungen von Planetengetrieben ergeben sich aus den theoretischen Lager- und Zahnradtragfähigkeiten in Abhängigkeit von der Belastungshöhe bei verschiedenen Drehzahlen und der berechneten Lebensdauer. Die Redex-Ingenieure haben ein numerisches Modell entwickelt, mit dem sich die Betriebstemperatur von Getrieben und insbesondere deren thermisches Verhalten und Wirkungsgrad vorhersagen lassen. Dieses Modell ermöglicht die Extrapolation einer Drehmomentkurve, die der konstanten (thermischen) Leistung des Systems in einer bestimmten Konfiguration entspricht. Ein intensives Testprogramm mit den hochpräzisen Planetengetrieben der Baureihe Redex RP zeigte die Korrelation zwischen theoretischen und experimentellen Daten. Mit diesem Ansatz kann Redex die thermischen Betriebsgrenzen vorhersagen und bewerten, um die optimale Lösung für die Wärmeabfuhr vorzuschlagen und die am besten geeignete Kühlmethode zu bestimmen.
Standard und Sonderausführung erhältlich
Die Baureihe Redex RP bietet zwei Kühlmöglichkeiten: Standard und Sonderausführung. Die Standardkonfiguration stellt eine hocheffiziente Form der externen Zwangsschmierung dar, bei der die Kühlung durch Rückführung des Schmierölbades in einem geschlossenen Kreislauf die Abführung der Verluste über einen Öl/Wasser- oder Öl/Luft-Tauscher ermöglicht. Als wesentliches Unterscheidungsmerkmal zu Wettbewerbern bietet Redex sowohl bei den Getrieben der Reihe SRP und KRP als auch denen der Reihe KRPX standardmässig Bohrungen an, die die interne Zirkulation der Kühlflüssigkeit erleichtern.
Wenn die Anforderungen einer Anwendung die thermische Kapazität eines Antriebes übersteigen, ist die Standard-Kühloption für Antriebe der Redex RP-Serie ideal. Für die Kühlung von Antrieben an grossen Mehrzweck-Werkzeugmaschinen ist dies die einfachste und kostengünstigste Lösung.
Bei den Sonderausführungen wird anstatt der externen Zwangsschmierung ein Kühlmantel verwendet. Der zusätzliche Kühlmantel erhöht einerseits Grösse, Gewicht und Kosten des Standardgetriebes, kann aber für bestimmte Anwendungen sehr effektiv sein.