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Speedsynchro® Modular erhöht Energieeffizienz bei der Gewindeherstellung

: Emuge Franken


Bei Grob werden Maßnahmenpakte zur Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen angeboten, die den Bedürfnissen der Kunden angepasst sind und neben der Effizienz auch der Wirtschaftlichkeit Rechnung tragen. Gerade im Systemgeschäft lassen sich dadurch Einsparungen erzielen, da die Einflüsse und Randbedingungen klar abgegrenzt sind. Zudem spielt die Prozess- und Taktzeitoptimierung im Systemmaschinenbereich bei hohen Losgrößen eine große Rolle, z. B. bei Gewinden für den automobilen Antriebsstrang. Die von Emuge hierzu konzipierte Lösung, die von Grob bereits erfolgreich in Werkzeugmaschinen verbaut wurde, ist nun unter dem Namen Speedsynchro® Modular am Markt erhältlich.

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Die Prozess- und Taktzeitoptimierung spielt im Systemmaschinenbereich bei hohen Losgrößen eine große Rolle, z. B. bei Gewinden für den automobilen Antriebsstrang. Die von Emuge hierzu konzipierte Lösung wurde von Grob bereits erfolgreich in Werkzeugmaschinen verbaut. Im Bild eine Grob G320.

Die Prozess- und Taktzeitoptimierung spielt im Systemmaschinenbereich bei hohen...

Bei Speedsynchro Modular handelt es sich um eine Werkzeugaufnahme für Gewindebohrer und Gewindeformer. Als Besonderheit kombiniert diese ein integriertes Übersetzungsgetriebe ins Schnelle und einen patentierten Minimallängenausgleich zur Reduzierung von Axialkräften bei der Gewindebearbeitung. Der Speedsynchro Modular ist für Anwendungen mit Nass- und Minimalmengenschmierung konzipiert. Entsprechende Einstellschrauben für innen- und außenzentrierte Gewindewerkzeuge und passende HSK-Übergabeelemente ermöglichen eine flexible Anpassung an die Einsatzbedingungen in der Produktion. Mit dem Speedsynchro Modular werden drei wichtige Ziele bei der Gewindebearbeitung ermöglicht: Reduzierung der Bearbeitungszeit, des Energieverbrauchs sowie der Axialkräfte an den Gewindewerkzeugflanken.

Reduzierung der Bearbeitungszeit

Die Speedsynchro Modular Gewindewerkzeugaufnahme wird zur Herstellung von Gewinden im sogenannten Synchronzyklus verwendet. Der Synchronzyklus bedeutet, dass die Spindeldrehbewegung und die Spindelvorschubbewegung hochgenau aufeinander abgestimmt sind. Die Abstimmung der beiden Bewegungen erfolgt permanent durch einen Regelkreis der Maschinensteuerung. Moderne Werkzeugmaschinen sind aber bei der Gewindeherstellung im Regelungsverhalten durch Spindelvorschub und -drehzahl begrenzt. Ab einer bestimmten Drehzahl, die abhängig von der Maschinenausführung ist, wird die tatsächlich programmierte Schnittgeschwindigkeit vom Gewindewerkzeug nicht mehr erreicht. Dieses Manko lässt sich mit dem Speedsynchro Modular lösen. Zum einen ermöglicht es die gewünschte hohe Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs durch die Übersetzung ins Schnelle. Zum anderen kann die Maschinenspindel in jenem unkritischen Drehzahlbereich betrieben werden, in dem das
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Emuge Speedsynchro® Modular ist eine Werkzeugaufnahme für Gewindebohrer und Gewindeformer, welche über ein integriertes Übersetzungsgetriebe verfügt.

Emuge Speedsynchro® Modular ist eine Werkzeugaufnahme für Gewindebohrer und...

Regelungsverhalten des Synchronzyklus noch perfekt funktioniert. Dadurch ergibt sich eine Taktzeitreduzierung des Gewindeprozesses.

Die Taktzeiteinsparung ist abhängig von der möglichen Schnittgeschwindigkeit des Gewindewerkzeuges unter den vorhandenen Einsatzbedingungen. Für die Bearbeitung von 15 Gewinden M6 werden bei einer Werkzeugdrehzahl von 4.000 U/min beispielsweise 33 % an Taktzeit im Vergleich zur Bearbeitung mit der reinen synchronen Bearbeitung eingespart. Ermöglicht wird dies, indem die Spindeldrehzahl um den Faktor 4,412 des Übersetzungsgetriebes reduziert wird und der Vorschub pro Umdrehung der Maschinenspindel um den Faktor 4,412 multipliziert wird. Welche Einsparung durch den Speedsynchro® Modular mit einem vorhandenen Bearbeitungszentrum erzielt wird, kann durch eine einfache Simulation des Bearbeitungsprozesses mit den oben beschriebenen Veränderungen der Drehzahl- und Vorschubparameter im CNC-Programm durchgeführt werden. Für die Simulation ist die Speedsynchro Modular Werkzeugaufnahme nicht erforderlich.

Reduzierung des Energieverbrauchs

Für den Energieverbrauch bei der Gewindeherstellung ist im Wesentlichen die notwendige Drehzahl der Maschinenspindel ausschlaggebend. Mit zunehmender Drehzahl spielt das erforderliche Drehmoment zur eigentlichen Gewindeherstellung kaum mehr eine Rolle. Die Energieeinsparung ist also praktisch unabhängig von der zu bearbeitenden Gewindegröße und wird fast ausschließlich von der erforderlichen Spindeldrehzahl bestimmt. Der Hauptenergieverbrauch erfolgt dabei in
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Vergleich der Taktzeiteinsparung in Abhängigkeit von der Gewindewerkzeugdrehzahl mit und ohne Einsatz des Speedsynchro® Modular.

Vergleich der Taktzeiteinsparung in Abhängigkeit von der Gewindewerkzeugdrehzahl...

den Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen der Maschinenspindel. Zusammen mit der Reduzierung des Energieverbrauchs aufgrund der um 33 % kürzeren Bearbeitungszeit ergibt sich für das Bearbeitungszentrum somit eine Energieeinsparung, wobei die gesamte Produktivitätssteigerung noch höher zu beziffern ist.

Reduzierung der Axialkräfte an den Gewindewerkzeugflanken

Bei der synchronen Gewindebearbeitung mit starren Werkzeughaltern entstehen Axialkäfte, die sich negativ auf die Gewindequalität und die Standzeit der Gewindewerkzeuge auswirken. Ursachen können unter anderem Regelungsprozesse, Steigungstoleranzen des Gewindewerkzeuges und Temperaturgänge am Werkzeug sein. Zur Verringerung der Axialkräfte bei der Gewindebearbeitung ist Speedsynchro Modular mit dem patentierten Softsynchro Minimallängenausgleich ausgestattet. Dieser dämpft die Axialkräfte zwischen Synchronspindel und Gewindewerkzeug in Zug- und Druckrichtung und reduziert diese auf ein Minimum.

Der daraus resultierende geringere Werkzeugverschleiß und die damit verbundene höhere Werkzeugstandzeit stellen einen weiteren Beitrag zur Ressourcenschonung und Verlängerung der Maschinenlaufzeit dar.

Energieeffizienz als wesentliches Projektziel

Werkzeugmaschinen im Premiumbereich haben bezüglich Energieeffizienz bereits ein hervorragendes Niveau erreicht. Die Übersetzung von Speedsynchro macht es nun möglich, die Maschinendynamik
zu vervielfachen. Bereits bei einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 halbiert sich die Zeit für das Gewindeschneiden /-formen und das Ausfahren aus der Bohrung. Da bei einem Bearbeitungszentrum die benötigte Leistung für das Gewindeschneiden mit und ohne Speedsynchro keinen messbaren Unterschied zeigt, kann man von einer annähernden Halbierung des Verbrauchs ausgehen.

Um das zu präzisieren, wird ein kurzes Beispiel herangezogen, bei dem auch die Nebenzeiten berücksichtigt werden, um ein aussagekräftiges Bild zu zeichnen: Für die Bearbeitung von zwölf metrischen Gewinden (M6) ergibt sich eine Bearbeitungszeit von 27 Sekunden. Mit Speedsynchro kann das gleiche Ergebnis in 22 Sekunden erreicht werden. Das ist eine effektive Einsparung von 20 %, die sich für das Bearbeitungszentrum ergibt. Das bedeutet eine jährliche Einsparung von ca. EUR 1.000,- oder eine CO₂-Einsparung von 600 kg/Jahr.

Energieeffizienz ist ein strategisches Thema der Grob-Gruppe und in den letzten Jahren immer mehr in den Fokus der Kunden gerückt. Angaben zum Energieverbrauch sind mittlerweile genauso wichtig wie die typischen Leistungskennwerte einer Maschine. Daher wird auch weiterhin nach Lösungen mit Partnern geforscht, um die Bearbeitungsprozesse und die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen weiter zu optimieren.

Die Prozess- und Taktzeitoptimierung spielt im Systemmaschinenbereich bei hohen Losgrößen eine große Rolle, z. B. bei Gewinden für den automobilen Antriebsstrang. Die von Emuge hierzu konzipierte Lösung wurde von Grob bereits erfolgreich in Werkzeugmaschinen verbaut. Im Bild eine Grob G320.
Emuge Speedsynchro® Modular ist eine Werkzeugaufnahme für Gewindebohrer und Gewindeformer, welche über ein integriertes Übersetzungsgetriebe verfügt.
Vergleich der Taktzeiteinsparung in Abhängigkeit von der Gewindewerkzeugdrehzahl mit und ohne Einsatz des Speedsynchro® Modular.
Energieverbrauch bei der Erstellung eines M6 Gewindes mit und ohne Einsatz des Speedsynchro® Modular.
Geringere Axialkräfte durch den Minimallängenausgleich des Speedsynchro® Modular.
Einsparungen bei einer Werkzeugdrehzahl von 4.000 U/min.

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