Eigenschaftsoptimierte Komponenten

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Mechatronik-Kompetenz für die spanende Fertigung

Dynamisches verstellen von Werkzeugschneiden für flexible Konturbearbeitungen, Zerspanungsprozesse mit geschlossenen Regelkreisen oder Bluetooth-Technologie zur einfacheren Werkzeugeinstellung sind nur einige Beispiele aus dem Bereich der spanenden Fertigung, die einen massiven Trend der Branche zur Optimierung von Fertigungsprozessen durch 'Mechatronik' beschreiben. Die von der KOMET GROUP für Werkzeugsysteme entwickelten mechatronischen Komponenten erfüllen die besonderen Anforderungen der Zerspanungstechnik und öffnen auch in anderen Fertigungseinrichtungen Möglichkeiten für Innovationen.

Wer sich heute mit der Optimierung von Fertigungsprozessen und Fertigungseinrichtungen beschäftigt wird sicher versuchen, einzelne Elemente zu verbessern. Echte Innovation wird aber zunehmend durch Optimierung des Ganzen, sprich der interdisziplinären Zusammenwirkung unterschiedlicher Komponenten, erreicht. Ein Beispiel ist die Integration von Präzisionsmechanik, Elektronik und Software in KOMET KomTronic® U-Achssystemen, durch die neue Wege der spanenden Bearbeitung beschritten werden. Ausgestattet mit Sensoren und/oder Aktoren sind Verstellungen im Werkzeug sowie Überwachungsfunktionen für das Werkzeug oder den Bearbeitungsprozess realisierbar. So gelten die Werkzeugsysteme der KOMET GROUP bereits als klassische Vertreter der 'Mechatronik'.

Es gibt eine Vielzahl spezialisierter Unternehmen, die sich mit der Entwicklung mechatronischer Lösungen beschäftigen. In der Regel agieren diese jedoch anwender-, sprich kundengetrieben und sind folglich in ihren Produkten stark applikations- oder zumindest branchenorientiert. Dies hat zur Folge, dass sich in den dort entwickelten Komponenten auch spezifische Eigenschaften widerspiegeln, die auf bestimmte Applikationen passen, aber für andere Anwendungsbereiche ungeeignet sind oder dort geforderte Eigenschaften nicht erfüllt werden. Wer auf solche Produkte zurückgreift, muss mehr oder weniger Kompromisse eingehen. Die Entwicklung spezieller Lösungen ist jedoch eine Frage des Know-hows und letztlich der Wirtschaftlichkeit, die sich auch über die Volumina entscheidet. Was liegt also näher, als sich innerhalb der eigenen Branche nach Geeignetem umzusehen, oder wie im Fall der KOMET GROUP, speziell entwickelte Lösungen für den Einsatz in anderen Fertigungseinrichtungen im Umfeld anzubieten.

Über Jahrzehnte entstand interdisziplinäres Know-how

Zum Zweck der Verschleißkompensation und der flexiblen Schneidenverstellung beschäftigt sich KOMET® schon seit Ende der achtziger Jahre mit der Entwicklung mechatronischer Komponenten. Stand der Technik sind die oben bereits beschriebenen NC gesteuerten U-Achsen. In dieser Zeit haben sich die Werkzeugspezialisten ihr umfassendes Know-how in den Disziplinen Mechanik, Elektronik und Software aufgebaut, das heute von einem eigenen Geschäftsbereich Mechatronik getragen wird. "Die Gründe, warum wir uns mit allen Disziplinen eingehend selbst beschäftigen, liegen in den speziellen Anforderungen der spanenden Fertigung", erklärt Dr.-Ing. Jürgen Fronius, Leiter des Geschäftsbereichs. Zusammengefasst beginnen diese schon in den meist widrigen Umgebungsbedingungen unter Späne und Kühlschmiermittel, mit denen sich vor allem die Elektronik naturgemäß nicht so einfach verträgt. Dichtigkeit und Robustheit haben hier Priorität. Darüber hinaus stellen die engen Platzverhältnisse im Arbeitsraum von Maschinen und eingeschränkt durch Störkonturen der Werkstücke eine weitere Herausforderung dar. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit zu möglichst kompakten Bauformen. In Verbindung mit den auftretenden Kräften bei der Bearbeitung, werden jedoch gleichzeitig vergleichsweise hohe Drehmomente bei größter Leistungsdichte gebraucht. Zudem ist höchste Präzision gefordert und das alles bei hoher Dynamik mit schnellen Drehzahlen und Bewegungsabfolgen. Dem Gewicht der Komponenten und den Auswirkungen der Fliehkräfte auf die Mechanik und die Elektronik gebühren demnach ebenfalls besondere Aufmerksamkeiten. "Eine der größten Herausforderungen ist die Energie- und Datenübertragung auf die rotierenden oder translatorisch bewegten Systeme", ergänzt Fronius.

Module zur Verwendung in anderen Systemen

Ein großer Schritt in der "Evolution" der mechatronischen Werkzeugsysteme innerhalb der KOMET GROUP konnte mit dem Technologieprojekt der KOMET KomTronic® HPS U-Achssysteme erfolgen. Die Ziele des Projektes sind primär die Auslegung auf Bearbeitungen mit Hochgeschwindigkeit, sowie die weitere Miniaturisierung und die Umsetzung einer Modularisierung der Komponenten. Daraus entstanden ist unter anderem eine Antriebseinheit aus Motor, Getriebe, Sensorik und Ansteuerelektronik, wie sie in ihrer Kompaktheit und der daraus zur Verfügung stehenden Leistungsdichte ihresgleichen sucht. Markant ist die externe Elektronik, die auf einer Platine, kleiner als eine Scheckkarte, untergebracht ist. Komplettiert wird das Antriebssystem durch Komponenten zur berührungslosen Energie- und Datenübertragung. Das gibt die Möglichkeit, diese Antriebe in rotierenden oder anderweitig bewegten Fertigungseinrichtungen flexibel in unterschiedlichsten Einbausituationen einzusetzen.

Mögliche Anwendungsfelder für die in zwei Motorgrößen angebotenen Antriebslösungen finden sich von der Robotik über Greifer und Zuführsysteme bis hin zu Handhabungs- und Spannsystemen. So könnte beispielsweise die Spannkraft in intelligenten Werkstückaufnahmen an Bauteileigenschaften und Bearbeitungskräfte angepasst werden. Auch Drehfutter in Drehmaschinen ließen sich entsprechend der Empfindlichkeit des Materials regeln. Eine ebenfalls im Sinne höherer Qualität mögliche Anwendung, zumindest für die Komponenten zur berührungslosen Energie- und Datenübertragung, ergibt sich im Zusammenhang mit Messeinrichtungen, die während der Bearbeitung eingesetzt werden.

Zusammenfassend

Die aus der Entwicklung der mechatronischen Werkzeugsysteme entstandenen Module sind eigenschaftsoptimiert für die spanende Fertigung und vereinen Genauigkeit mit Drehmoment und großer Leistungsdichte. Ihre Einzigartigkeit spiegelt sich auch in der Flexibilität im Hinblick auf die räumlich getrennten Einbaumöglichkeiten mit rotatorisch oder translatorisch bewegten Komponenten, mit völlig neuen Innovationsmöglichkeiten.





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