Präzision durch Thermostabilität

Die beiden Maschinenreihen sind für die Bearbeitung von Werkstücken in den Bereichen Automotive, E-Mobilität, Land- und Baumaschinen, Luft- und Raumfahrttechnik sowie Wasser- und Brennstoffzellentechnologien ausgelegt und auf hohe Produktivität ausgerichtet. Während Konstruktionsprinzipien wie der Monoblock und die Box-in-Box-Dreiachseinheit die Maschinensteifigkeit bei geringster eingesetzter Masse und somit die Bearbeitungsgenauigkeit optimieren, reduziert der schwenkbare Vorrichtungsträger für hauptzeitparalleles Be- und Entladen unproduktive Nebenzeiten. So lassen sich zum Beispiel Serienteile aus Aluminiumlegierungen für Getriebe, Radaufhängung und Lenkung, Bremsen oder Batteriegehäuse, aber auch Implantate für die Medizintechnik mit höchster Präzision und Wirtschaftlichkeit fertigen.

Um die Positioniergenauigkeit weiter zu steigern, arbeitet das Unternehmen an der Verbesserung der thermischen Stabilität über den vorhandenen Präzisionskühlkreislauf. "Wir sehen in der thermischen Genauigkeit einen wichtigen Wettbewerbsvorteil in der Präzisionsbearbeitung", erklärt SW-Entwicklungsleiter Marcus Mixner. "Nach ersten Versuchen und Optimierungen mit dem Z-Schlitten, der in den Arbeitsraum hineinfährt, konzentrieren wir uns nun auf die Temperierung der Führung in der vertikalen Hauptachse, die die X- und Z-Schlitten trägt."

Direkte Wärmeabführung in der Führungsschiene

Die entscheidende Lösung, mit der SW die gewünschte Positioniergenauigkeit wirtschaftlich und bauraumneutral realisiert, stammt vom Lineartechnik-Partner Bosch Rexroth. Dessen patentiertes Thermo Compensating Rail System TCRS arbeitet nach einem ebenso einfachen wie wirkungsvollen Prinzip: Die Temperierungsfunktion wird als optionales Feature in die vom Kunden gewählte Rollen- oder Kugelschienenführung integriert. Dazu stattet Bosch Rexroth die Unterseite mit Nuten zum Einlegen handelsüblicher Rohrleitungen aus, die an den Kühlkreislauf der Maschine angeschlossen werden.

Die integrierten Kühlleitungen führen die durch Reibung und Motoren eingebrachte Verlustenergie aus den beiden in der Hauptachse eingebauten Rollenschienenführungen ab und sorgen so für ein stabiles Temperaturniveau. Bei SW müssen die integrierten Kühlleitungen vor allem die aufgenommene Abwärme der Linearantriebe abführen. "Ein leistungsfähiger Wärmehaushalt ist für uns deshalb so wichtig, weil die gewichtsoptimierte Dreiachseinheit in Box-in-Box-Bauweise mit dünnwandigen Schweißkonstruktionen nur wenig Wärme aufnehmen kann", erklärt Marcus Mixner. "Ohne Temperierung würde die dynamische Leistungsabgabe der Linearmotoren schnell zu thermischen Verformungen führen."

Die integrierte Temperierungsoption TCRS ermöglicht eine thermisch stabile Präzisionsbearbeitung. Die bauraumneutrale Lösung kann über den Rexroth-Online-Konfigurator für Führungsschienen bestellt werden. © Bosch Rexroth

Zur Veranschaulichung rechnet Mixner vor, dass sich der 3 Meter hohe Monoblock bei einer Temperaturerhöhung von nur 1 Kelvin um fast 0,05 mm ausdehnt. Im Vergleich dazu erreichen die Bearbeitungszentren BA W06 und BA W08 mit integrierter Temperierung von Bosch Rexroth in den Hauptachsen eine Positioniergenauigkeit A (X/Y/Z) von kleiner 0,006 mm und eine Wiederholgenauigkeit R nach ISO 230-2 von weniger als 0,004 mm. Durch die Temperierung werden die Maßschwankungen im Prozess weiter reduziert und die Ausschussquote minimiert.

Ohne die bauraumneutrale Temperierungsoption wären Konstruktion und Montage deutlich aufwändiger ausgefallen, da für die Kühlfunktion zusätzliche Bauteile wie Kühlrippen erforderlich gewesen wären. "Bei anderen Maschinenreihen hatten wir bereits mit einer Eigenlösung thermische Verbesserungen erzielt, indem wir speziell gefertigte Aluminiumprofile neben den Achsen anbrachten", erklärt Sascha Röder, der in der Entwicklungsabteilung für die Mechanik zuständig ist und die Einführung der temperierten Führungsschienen begleitete. "Die integrierte Lösung von Bosch Rexroth erspart uns diesen Aufwand, da sie außer der Verrohrung keine zusätzlichen Komponenten oder Arbeiten am Maschinenbett erfordert. So können wir die thermische Kompensation mit minimalen Bau- und Betriebskosten realisieren." Ohnehin lässt sich die TCRS-Führungsschiene laut Röder ebenso schnell und einfach montieren wie die Standardführung mit identischen Abmessungen. Für weitere Zeitersparnisse sorgt das bewährte Abdeckband zum Aufklipsen.

Schnelle und stabile Produktion

Darüber hinaus sieht Entwicklungsleiter Mixner einen großen Kundennutzen in der schnelleren Fertigung von Gutteilen: "Der Markt verlangt zunehmend nach Maschinen für kleinere Losgrößen. Deshalb sind wir gefordert, die Zeitkonstanten so kurz wie möglich zu gestalten." Nach intensiver Forschung gelang es SW, die hohen Verlustleistungen, die bei hohen Geschwindigkeiten auftreten, "wegzukühlen", um den Ausschuss möglichst bald nach dem Anfahren zu minimieren. "Auf der Grundlage von über zwei Jahre hinweg gesammelten Messdaten haben wir eine komplexe Kühlwassertemperierung entwickelt", sagt Mixner. Das Ergebnis überzeugt. Seit der Markteinführung der BA W06 seien die Rückmeldungen aus dem Feld durchweg positiv.

Auch für die Zukunft bietet die flexibel einsetzbare Temperierungsoption noch viel Potenzial. "Wir arbeiten bereits an weiteren Anwendungen", verrät Mixner. Interessant sei die Möglichkeit, neben dem Führen und Temperieren als dritte Funktion das Messen bauraumneutral in die Führung zu integrieren, was Bosch Rexroth mit dem integrierten Messsystem IMS ebenfalls abbilden kann.

Klaus Mandau, Vertrieb Lineartechnik Europa Mitte, Bosch Rexroth / as

EMO, Halle 6, Stand H12