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Der Betriebsleiter 1-2/2020

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Der Betriebsleiter 1-2/2020

FERTIGUNGSTECHNIK Viel

FERTIGUNGSTECHNIK Viel Verbesserungspotenzial Optimierung von Spindellagern von Werkzeugmaschinen im laufenden Betrieb Die Wälzlager in den Spindelantrieben von Werkzeugmaschinen werden hart beansprucht. Wenn der Anwender hier Optimierungspotenziale zum Beispiel im Hinblick auf Verfügbarkeit, Lebensdauer oder auch Präzision der Bearbeitung erschließen möchte, können die Experten von NSK Unterstützung leisten. Häufig sind Wälzlager eine entscheidende „Stellgröße“, wenn es darum geht, die Lebensdauer von Maschinen, die Effizienz von Antriebssystemen oder auch die Qualität eines Bearbeitungsprozesses zu verbessern. Der Austausch vorhandener Wälzlager durch eine Bauart, die besser an die individuellen Bedingungen angepasst ist, lässt sich zumeist mit überschaubarem Aufwand erledigen und führt schnell zu den gewünschten Optimierungszielen. Das gilt in besonderem Maße für die Wälzlager in den Spindeln von Werkzeugmaschinen. Sie werden hoch beansprucht, weil sie z. B. je nach Bearbeitungsvorgang hohe radiale und axiale Kräfte aufnehmen müssen. Schließlich stützen sich die Werkzeuge (Bohrer, Fräser….) beim Materialabtrag gegen das Lager ab – und das bei hohen Kräften und Drehzahlen. Hinzu kommen teilweise widrige Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit (Kühlschmierstoffe) und Verschmutzung (Späne). Unter diesen Voraussetzungen kann es sich für den Anwender von Werkzeugmaschinen lohnen, die Spindellager genau in den Blick zu nehmen und das vorhandene Optimierungspotenzial zu erschließen. Dabei wird er – falls gewünscht – von NSK-Experten unterstützt, die im Rahmen des AIP Programms („Added Value Programme“) die Anwendung vor Ort analysieren, gegebenenfalls ausgefallene Lager untersuchen und auf dieser Grundlage sowie auf der Basis ihrer Branchenexpertise in der Metallbearbeitung Verbesserungsvorschläge machen. Dabei wird nicht nur die technische Seite, sondern stets auch der Kostenaspekt betrachtet: Zu jedem AIP-Projekt gehört eine Amortisationsberechnung. Fräsanlage: Wälzlagerwechsel spart pro Jahr 35 600 Euro Zwei Beispiele verdeutlichen die Vorgehensweise der NSK-Experten und den Nutzen des Anwenders. Im ersten Fall wandten sich die Verantwortlichen eines Walzwerks 01 Beim Fräsen werden die Spindellager besonders stark beansprucht an NSK, nachdem es an einer Fräsanlage zu häufigen Stillständen gekommen war. Das Walzwerk produziert unter anderem Führungsschienen für Aufzüge. An den Schienenenden müssen maschinell zwei Planflächen erzeugt werden, die bei der späteren Montage als Auflageflächen dienen. Angesichts der Länge der Schienen und der sehr kurzen Zeit, die für diese Feinbearbeitung zur Verfügung steht, ist die Steifigkeit der Frässpindel von zentraler Bedeutung. Bei Verwendung der im Originalzustand verbauten Wälzlager verringerte sich die Steifigkeit des Systems jedoch schon nach drei Monaten. In diesem Intervall mussten die Wälzlager und mit ihnen der Spindelmotor regelmäßig ausgetauscht werden. Die Ingenieure von NSK analysierten sowohl die ausgefallenen Lager – insbesondere die Laufspuren in den Laufbahnen – als auch die Konstruktion der Spindel. Sie ermittelten auch die Schnittkräfte bei der vorhandenen Zerspanungsleistung und leite- Autor: Peter Neubauer, Team Sales Manager Aftermarket (D/A/CH), NSK Deutschland GmbH, Ratingen 12 Der Betriebsleiter 1-2/2020

FERTIGUNGSTECHNIK 02 In der Spindel einer Fräsanlage zur Bearbeitung von Aufzugs-Führungsschienen kommen jetzt Hochgenauigkeits-Schrägkugellager von NSK zum Einsatz 03 In einem Bearbeitungszentrum, das Hinterachskomponenten bearbeitet, erreichten die Spindellager keine zufriedenstellenden Standzeiten 04 Nach dem Austausch der Lager und dem Einsatz von abgedichteten Hochgenauigkeitslagern verdreifachte sich die Lagerlebensdauer in dem BAZ ten daraus die Konstruktion einer dafür geeigneten Spindel ab. Dabei zeigte sich, dass die vorhandene Lagerlösung nicht geeignet ist, die auftretenden Kräfte dauerhaft aufzunehmen. Vierreihige Schrägkugellager mit größerem Druckwinkel Auf der Grundlage dieser Berechnungen und Erkenntnisse empfahl NSK den Austausch der dreireihigen Hochgenauigkeits-Schrägkugellager durch einen vierreihigen Satz. Diese Empfehlung wurde in die Praxis umgesetzt. Der vierreihige Lagersatz erhöht die radiale Belastbarkeit der Lagerung und die radiale Steifigkeit des Spindelantriebs. Außerdem kommen jetzt Lager mit einem Druckwinkel von 25° statt bisher 15° zum Einsatz. Das steigert die Biegesteifigkeit der Welle. Die verwendeten Hochgenauigkeits- Schrägkugellager stammen aus dem Standardprogramm von NSK. Sie entsprechen den Anforderungen des ISO-Standards, und der Anwender kann zwischen drei Druckwinkeln, zwei Käfigausführungen und zwei Kugelwerkstoffen auswählen. Damit wird sichergestellt, dass die Lager bestmöglich auf die individuellen Anforderungen abgestimmt sind. Lagerlebensdauer statt drei Monate nun über ein Jahr Nach dem Austausch arbeiteten die Wälzlager über ein Jahr lang einwandfrei, und es wurden keinerlei Ausfälle bei Motor oder Getriebe festgestellt. NSK stellte dem Anwender einen vollständigen Bericht zur Verfügung, der u. a. die Verlängerung der Lagerlebensdauer von drei Monaten auf mehr als ein Jahr feststellte. Da die Kosten für neue Wälzlager und Spindelmotoren entfallen und auch die Ausfallzeit minimiert wurde, spart der Anwender nun pro Jahr 35 600 Euro. In diesem Betrag ist die einmalige Installation der von NSK vorgeschlagenen Lösung bereits einkalkuliert. BAZ: vorzeitiger Lagerverschleiß durch Verunreinigungen Im zweiten Anwendungsbeispiel des AIP- Programms stellte ein deutscher Fahrzeughersteller bei der jährlichen Überprüfung seiner Bearbeitungszentren (BAZ) einen sehr hohen Verbrauch der Motorspindellager an einer Produktionsanlage für Hinterachskomponenten fest. Auch hier wurde NSK beauftragt, dieses Problem zu untersuchen. Die Analyse der Anwendung und die Untersuchung der Lager durch NSK ergaben, dass die Lagerausfälle auf externe Verunreinigungen zurückzuführen waren. NSK schlug deshalb vor, die vorhandenen Standard-Spindellager durch abgedichtete Hochgenauigkeitslager zu ersetzen. Die berührungslosen Dichtungen dieser Lagerbaureihe reduzieren den Verschleiß von Laufbahnen und Kugeloberflächen, weil das Fett im Lagergehäuse bleibt und keine Verunreinigungen eindringen können. Die Lager sind sowohl waagerecht als auch senkrecht einsetzbar; insbesondere bei senkrecht eingebauten Spindeln verhindern sie eine Fettabwanderung und ermöglichen größere Bearbeitungsgenauigkeiten. Die Fettlebensdauer steigt um rund 50 %; außerdem arbeiten die Lager mit höherer Laufruhe. Laufzeit von 12 auf mehr als 36 Monate gesteigert Die Nutzungsdauer der Spindeln erhöhte sich daraufhin erheblich, die Lagerausfälle konnten drastisch reduziert werden und die Laufzeit wurde von 12 Monaten auf weit mehr als 36 Monate erhöht. In diesem Fall wurden jährliche Kosteneinsparungen in Höhe von 50 406 € errechnet, die sich aus den geringeren Wartungskosten und den verringerten Stillstandzeiten des Bearbeitungszentrums ergeben. Bilder: 1 iStock.com/Fertnig, 2-4 NSK Deutschland GmbH www.nskeurope.de Video-Animationen erläutern Wälzlager-Optimierung In kurzen und prägnanten Video-Animationen erläutert NSK auf der eigenen Homepage den Prozess der Wälzlager-Optimierung mit dem AIP-Programm: von der Problemstellung über die Analyse bis zum Lösungsvorschlag sowie, als Ergebnis in Euro und Cent, zur Amortisationsberechnung. Die Videos zeigen beispielhafte AIP-Projekte u. a. in der Metallbearbeitung (Fräsen, Bohren), der Stahlindustrie (Coil-Wickelanlagen) und der Prozesstechnik (Pumpen und Lüfter). Auch die hier beschriebenen beiden Projekte sind als Animationen dargestellt („Motor Spindle“ und „Milling Machine“) . https://www.nskeurope.de/de/media/success-stories-animations.html Der Betriebsleiter 1-2/2020 13

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