Spindeln mit Auslenkung zum Senken und Bohren von Mannesmann Demag für Ihren Roboter
Spindeln mit Auslenkung zum Senken und Bohren von Mannesmann Demag für Ihren Roboter
Roboterspindeln mit Auslenkung von Mannesmann Demag sind für automatisierte Senk- und Bohrprozesse konzipiert, die enge Toleranzen, reproduzierbare Bohrbild-Geometrien und hohe Zyklenleistungen erfordern. Sie verbinden präzise Spindeltechnik mit der Fähigkeit, das Werkzeug axial und radial auszulenken, um punktgenau senken oder bohren zu können, wenn Bauteilgeometrien, Access-Restriktionen oder Werkstückvarianten dies erfordern. Entscheidend sind hierbei Werkstoffverträglichkeit, Schnittdatenoptimierung, Schnittstellen zur Robotersteuerung sowie robuste Dichtungskonzepte zur Gewährleistung von Verfügbarkeit und Prozesssicherheit.
Aufbau und Bauformen
Die Spindeln basieren auf gehärteten Kegelrollen- oder Kugellagern mit formstabiler Welle und präzisem Werkzeugaufnahmekonus (z. B. HSK, ER- oder BT-System). Das Auslenkmodul ist entweder integriert als mechanisch-hydraulischer Aktor oder als piezoelektrisch gesteuertes Korrekturelement und erlaubt definierte Auslenkbereiche von wenigen Zehntelmillimetern bis mehrere Millimeter bei wiederholgenauer Positionierbarkeit. Gehäusematerialien reichen von hochfestem Aluminiumlegierungen mit Eloxalbeschichtung für geringes Gewicht und Wärmeableitung bis zu korrosionsbeständigen Edelstahlgehäusen für anspruchsvolle Umgebungen. Bei Anwendungen mit hoher thermischer Belastung sind Spindeln mit zusätzlicher Kühlmantelbindung oder separatem Ölkreislauf verfügbar.
Werkstoff- und Beschichtungswahl
Die Wahl von Werkzeugen und Beschichtungen ist auf das Bearbeitungsmaterial abzustimmen: für Stahl und vergütete Stähle bieten sich Hartmetallwerkzeuge mit TiAlN- oder AlCrN-Beschichtung an, für Aluminium legierte, diamantbeschichtete Varianten oder unbeschichtete Schnellarbeitsstähle mit spezieller Spanformgebung. Die Spindel selbst muss kompatible Schnittstoffzuführung und Kühlschmierstoffanschlüsse bereitstellen; bei interner Kühlschmierstoffzufuhr sind Dichtsysteme mit Gleitring- oder Lippendichtungen üblich, die chemisch beständige Werkstoffe einsetzen (FKM, PTFE-infundierte Dichtungen) und Rückschlagventile zur Vermeidung von Kontamination enthalten. Für abrasiv wirkende Medien sind verschleißarme Edelstahllegierungen und verstärkte Lagerabdeckungen empfehlenswert.
Anschluss- und Schnittstellenintegration
Die Integration in robotergestützte Zellen erfolgt über standardisierte Montageflansche sowie elektrische und pneumatische Schnittstellen. Elektrische Steckverbinder für Leistung und Sensorik sollten roboterkompatible, wasserdichte Stecksysteme (IP67/IP69K) nutzen und die Signale für Drehzahl, Moment, Temperatur und Lagerzustand an die Robotersteuerung (z. B. Profinet, EtherCAT) bereitstellen. Pneumatische oder hydraulische Anschlüsse für Auslenkung und Kolbenbetätigung sind über Schnellkupplungen mit Verriegelung zu führen, um sichere Rüst- und Wartungsarbeiten zu gewährleisten. Ebenfalls entscheidend ist die Spann- oder Greiferauslegung am Roboterflansch, um Schwingungen zu minimieren und statische Belastungen gleichmäßig auf das Roboterxyz-System zu übertragen.
Prozessparameter und Leistung
Effiziente Senk- und Bohrprozesse erfordern abgestimmte Drehzahlen, Vorschübe und Kühlmittelstrategien. Mannesmann Demag Spindeln bieten oft variable Drehzahlen bis zu 40.000 rpm bei kleineren Durchmessern oder bis 10.000 rpm mit hohem Drehmoment für größere Bohrdurchmesser. Das Regelverhalten der Spindel muss eine schnelle Reaktionszeit auf Lastwechsel erlauben, um maximale Standzeiten der Werkzeuge zu erreichen. Drehmomentüberwachung und Echtzeit-Überstromerkennung sind integraler Bestandteil zur Vermeidung von Werkzeugbruch. Prozessdaten werden typischerweise in der Robotersteuerung geloggt, um SPC-Analysen (Statistical Process Control) durchzuführen und Werkstückausschuss frühzeitig zu erkennen.
Schwingungs- und Wärmebehandlung
Schwingungen beeinflussen Bohrbildqualität und Werkzeugstandzeit maßgeblich. Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung umfassen optimierte Spindelauflagerung, Einsatz von Dämpfungselementen im Spindelgehäuse sowie aktive Schwingungsüberwachung über integrierte Beschleunigungssensoren. Zur Vermeidung thermischer Verformungen sind temperaturkompensierte Lageranordnungen und aktive Kühlkreisläufe in Produktionsumgebungen mit hohen Taktzahlen sinnvoll. Für präzise Senkoperationen empfiehlt sich eine Zeit-Temperatur-Kennlinie für die Spindel, die die Erwärmung während Dauerschicht berücksichtigt und automatische Pausezyklen zur Temperaturstabilisierung erlaubt.
Wartung, Dichtungen und Verschleißmanagement
Wartungsintervalle richten sich nach Lastprofil, Drehzahlen und eingesetztem Kühlmittel. Dichtungen sollten leicht austauschbar in modularen Dichtungskits vorgehalten werden. Inspektionen umfassen Lagerfreilauf, Dichtungszustand, Werkzeugaufnahmekonizität und Kühlmitteldurchsatz. Predictive-Maintenance-Sensorik (Lagerschwingungs-, Temperatur- und Drehzahlsensoren) erlaubt die Umstellung von zeitbasierten auf zustandsorientierte Wartungskonzepte, reduziert ungeplante Stillstände und verlängert Lagerlebensdauer. Ersatzteile: standardisierte Konusaufnahmen, Wellendichtungen und Lagerpakete sind vorrätig zu halten, um Rüstzeiten zu minimieren.
Roboterintegration und Steuerungsadaptation
Bei der Integration in einen Roboterarbeitsplatz ist die kinematische Kalibrierung zwischen Spindel-Auslenkung und Roboterachse zentral. Die Robotersteuerung muss Auslenkkommandos und Korrekturwerte synchron zum Bearbeitungszyklus liefern; hierfür sind Schnittstellenmodule von Mannesmann Demag vorhanden, die Prozessparameter, Diagnose- und Serviceroutinen per Feldbus bereitstellen. Für adaptive Fertigungsaufgaben ist die Verschaltung der Spindel mit Kraft-Momenten-Sensoren zu empfehlen, sodass Abschalt- oder Feinsteuerungsstrategien bei Abweichungen automatisch greifen. Programmierroutinen sollten die Auslenkung als parametrischen Befehl behandeln, damit unterschiedliche Werkstückvarianten ohne Hardwarewechsel bearbeitet werden können.
Anwendungsbeispiele aus der Praxis
Praxisbeispiel 1 – Senken in geschlossenen Hinterschneidungen: Bei einem Gehäuse aus Aluminiumlegierung sichert die Spindel mit integrierter Auslenkung das exakte Setzen der Senkbohrung in Hinterschneidungen, ohne dass das Bauteil mehrfach umspannt werden muss. Der Roboter positioniert das Werkstück, die Spindel fährt in Erkennungskomponente ein, verifiziert die Lage über Kraftfeedback und setzt die Senkung mit 0,2 mm Auslenkung und 5.000 rpm. Ergebnis: verkürzte Taktzeit und konstante Senktiefenabweichung < 0,05 mm.
Praxisbeispiel 2 – Bohren an gekrümmten Flächen: Bei Automobilbauteilen mit gekrümmten Oberflächen sorgt die Auslenkung für rechtwinklige Eintrittsbedingungen und verhindert Abgleiten des Bohrers. Bei Stahlblechen mit hoher Festigkeit werden Hartmetallbohrer mit interner Kühlschmierung eingesetzt. Die Spindelkomponenten müssen erhöhte Axialkräfte übertragen; daher wurde eine Bauvariante mit verstärktem Lagerpaket und erhöhter Steifigkeit ausgewählt, was die Standzeit der Werkzeuge um 40 % steigerte.
Praxisbeispiel 3 – Fertigung von Gewindebohrungen mit Nachbearbeitung: In einer Zelle für Maschinenbaukomponenten wird zuerst vorgebohrt, anschließend mit Auslenkung versenkt und schließlich mit Reibahle/nachgearbeitet. Die Spindel steuert nahtlos zwischen Bohr- und Senkzyklus, die Steuerung synchronisiert Drehmoment- und Vorschubprofile, während eine integrierte Temperaturüberwachung Werkzeugverschleiß prognostiziert und Nachstellintervalle auslöst.
Anbindung an weiterführende Informationen
Technische Datenblätter, Schnittstellenbeschreibungen und Anwendungsreports finden Sie auf der Herstellerseite und in weiterführenden Rubriken unserer Website, z. B. unter Technik und Anwendungsbeispiele. Für die Auswahl der passenden Spindelmodelle empfiehlt sich eine gemeinsame Prozesssimulation inklusive Spann- und Werkzeugauslegung.
- Typische Auswahlkriterien: Bohrdurchmesser und -tiefe, Material, erwartetes Drehmoment, Kühlmittelbedarf, gewünschte Auslenkungsreichweite
FAQs
1. Welche Auslenkbereiche sind bei Mannesmann Demag Spindeln verfügbar?
Auslenkbereiche variieren modellabhängig von ca. 0,1 mm bis mehrere Millimeter; für feine Senkungen werden präzise piezo- oder servoelektrische Module eingesetzt, für größere Korrekturen hydraulische oder mechanische Aktoren. Die exakte Angabe steht im jeweiligen Datenblatt.
2. Wie wird die Dichtigkeit bei interner Kühlschmierstoffzufuhr sichergestellt?
Durch Mehrkammer-Dichtungssysteme mit Gleitring- und Lippendichtungen, chemisch beständigen Werkstoffen (FKM, PTFE) und integrierten Rückschlagventilen. Regelmäßige Wartung und vordefinierte Austauschintervalle der Dichtungskits sind erforderlich, um Leckagen und Kontamination zu vermeiden.
3. Welche Sensoren und Diagnosefunktionen sind sinnvoll für Produktionsbetrieb?
Empfohlen sind Drehzahl-, Drehmoment-, Lagertemperatur- und Beschleunigungssensoren zur Schwingungsanalyse. Diese Sensorik ermöglicht Predictive Maintenance, Echtzeit-Prozessüberwachung und integrierte Fehlerabschaltungen, wodurch Standzeiten erhöht und Ausfallkosten reduziert werden.
