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Drehdurchführungen für Werkzeugmaschinen
Kühlschmierstoffe („KSS“) sind im Segment der spanenden Fertigung nach wie vor Stand der Technik, doch über die letzten Jahre finden sich Tendenzen mit gravierenden Auswirkungen auf die Konstruktion der Bearbeitungszentren („BAZ“), speziell auch der eingesetzten Drehdurchführungen. Deublin hat darauf reagiert.
Die erste Wandlung, die im Grunde den Einsatz von Drehdurchführungen unabdingbar machte, war die Notwendigkeit der Innenkühlung durch das Werkzeug hindurch, weil das vorherige „Überfluten“ eines Werkstückes ab bestimmten Drehzahlen einfach nicht mehr ausreichend kühlt und schmiert.
Das bedeutete, dass eine Drehdurchführung am Spindelende als Schnittstelle zwischen den feststehenden Kühlmittel-Versorgungsleitungen und der schnell-drehenden Spindel fungiert und KSS unter Druck zur Werkzeugspitze führt. Dort tritt es aus, kühlt und schmiert Schneidkante sowie Werkstückoberfläche; außerdem führt es die Späne ab.
Dieser gezieltere Einsatz verringert bereits den KSS-Bedarf im Umlauf der Maschine gegenüber dem reinen „Überfluten“, denn KSS ist eine teure „Chemikalienmischung“ – im Bezug, in der Aufbereitung und in der Entsorgung! Mengenmäßig ist es bei Innenkühlung aber noch so, dass viel KSS spritzt und vernebelt, was unschwer am Fenster eines BAZ zu sehen ist.
Darüber hinaus gilt die Chemikalie KSS als gesundheitsgefährdend sowie, bei nicht fachgerechter Entsorgung, als umweltschädlich.
Will man die Menge eingesetzten KSS weiter reduzieren, kommen wir zu MMS – der „Minimalmengenschmierung“.
Hier geht es darum, genau die Quantität an KSS an die Schneidspitze des Werkzeuges zu bringen, um die Schneidfläche zu schmieren und die Entstehung von Reibungswärme weitgehend zu verhindern, ohne dass Tropfen und Nebel an KSS entstehen. Diese, eben „minimale“, Menge vergeht im Moment der Arbeitsverrichtung.
Dazu muss in Abhängigkeit zum Werkzeug genau passend dosiert und zur Werkzeugspitze geführt werden. Ein Part, der wiederum von Drehdurchführungen realisiert wird. Je nachdem, ob das Luft-Öl-Gemisch vorgemischt oder unmittelbar in der Spindel gemischt wird, benötigt man ein- oder zweikanalige Drehdurchführungen. Die Technik ist verständlicherweise weit komplexer, jedoch liegt der Verbrauch an KSS bereits weit niedriger.
Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit wäre der eingeschlagene Weg bis zur Trockenbearbeitung mit Druckluftunterstützung gedanklich fortsetzbar. So wäre es letztlich der Idealzustand, Werkstücke ganz ohne KSS zu bearbeiten und lediglich die Späne mittels Druckluft auszublasen.
Seitens passender Drehdurchführungen ist das Führen von Druckluft auch kein Problem, allerdings werden für Trockenbearbeitung bei hohen Drehzahlen ganz besondere (und teure) Werkzeuge benötigt.
Das birgt betriebswirtschaftliche Fragestellungen, speziell unter dem Kostendruck des Marktes, bezüglich des Werksstückes.
Ein Hersteller muss sich im Grunde bei jedem spanend zu fertigenden Element fragen, wie es kosteneffizient herzustellen ist:
klassisch mit KSS und innengekühltem Werkzeug
mit MMS plus passendem Werkzeug und Dosiersystem
trocken mit Spezialwerkzeug und eventuell Druckluft
Des Weiteren steht die Frage der Losgrößen mit dem Vorgenannten in enger Korrelation.
Für den Fertiger haben die Hersteller von Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren ein ganzes Portfolio an Lösungen, von speziellen Systemen zur Großserienfertigung, die auf ein Verfahren (z.B. KSS) optimiert sind bis zu flexiblen Zentren, die alle Verfahren beherrschen, weil unterschiedlichste Teile in geringen Losgrößen gefertigt werden.
Und da die in Relation zur spanenden Maschine „winzige“ Drehdurchführung jedoch so großen Einfluss auf die Gesamtleistung der Maschine nimmt, werden an sie die höchsten Anforderungen gestellt.
Fall 1
Großserienfertigung, Augenmerk auf einem Verfahren
Für diese Aufgabenstellung werden Drehdurchführungen benötigt, die für das Führen dieses einen zentralen Mediums optimiert sind.
Ob das in Anbetracht der Maschinenkonstruktion Drehdurchführungen als Komplettbauteil mit eigener Lagerung oder lagerlose Drehdurchführungen („Dichtsätze“) sind, die sich auf die Spindellager stützen, spielt für die eingesetzte Dichtungstechnologie im Prinzip keine Rolle.
Wesentlich ist die Frage des Mediums, denn bei ununterbrochenem Führen von klassischem KSS oder MMS sind dauerhaft geschlossene Gleitringe die adäquate Technologie, fachsprachlich „Closed Seal“ benannt.
Wird hingegen konstant trockene Druckluft geführt, wären Drehdurchführungen mit „Controlled Leakage“ passend.
Fall 2
Mittel- und Großserienfertigung mit Wechsel KSS, MMS und Trockenbearbeitung ohne Druckluft
Für diese Aufgaben sind Drehdurchführungen prädestiniert, deren Gleitringe sich bei fehlendem Kühlmitteldruck abheben, einen Mikrospalt ausbilden und so verhindern, dass es in trockenem Zustand zu Verschleiß kommt. Ihr Kennzeichen ist die Pop-Off-Technologie.
Wird zusätzlich Druckluft geführt, wären Drehdurchführungen der AutoSense-Baureihen die erste Wahl.
Fall 3
Geringe Losgrößen, häufig wechselnde ArbeitsverfahrenHier spricht alles für Drehdurchführungen der Ausführung AutoSense, die sich automatisch auf das geführte Medium KSS, MMS und Druckluft einstellen oder die „All-Media“-Varianten, die zusätzlich noch Schneidöl führen können.
"Closed Seal" - Geschlossene Gleitringe
Wie der Name andeutet, liegen diese Gleitringe mit oder ohne Kühlmitteldruck geschlossen aneinander. Deswegen sind im Allgemeinen keine Leckageleitungen nötig. Systembedingt benötigt das Prinzip einen minimalen Schmierfilm zwischen den Gleitringflächen. Mit der Zeit können geringste Medienmengen über die Gleitringflächen wandern. Insofern müssen passende Entlüftungen vorgesehen werden. Drehdurchführungen mit geschlossenen Gleitringen sind speziell auf das Durchflussmedium, Druck- und Drehzahl abzustimmen und haben definierte Anwendungsprozesse.
"Controlled Leakage" - Kontrollierte Leckage
Als Gegenstück zu den geschlossenen Dichtflächen haben Dichtungen mit kontrollierter Leckage wie der Name sagt, eine diskrete, kontrollierte Leckage in Abhängigkeit von Medium und den Betriebsdaten. Aus diesem Grund sind Drehdurchführungen mit kontrollierter Leckage prädestiniert für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit trockener Druckluft. Drehdurchführungen mit kontrollierter Leckage eignen sich generell nicht für den Einsatz mit Kühlschmierstoffen.
Pop-Off - Abhebende Gleitringe
Die Gleitringe dieser Art Dichtungen liegen unter Druck geschlossen aneinander. Im drucklosen Zustand lösen sich die Gleitringe voneinander und zeigen einen Mikrospalt. Dies eliminiert Reibung und Verschleiß der Dichtung während des Einsatzes ohne Kühlschmiermittel. Dadurch sind die Drehdurchführungen auch bei hohen Geschwindigkeiten unbegrenzt drucklos trockenlauffähig. Pop-Off Modelle sollten in Betracht gezogen werden, wenn Bearbeitungsvorgänge mit und ohne innerer Kühlmittelzufuhr vorkommen. Da sich die Gleitringe während des Werkzeugwechsels abheben (kein Kühlmitteldruck), läuft verbleibendes Kühlmittel zwischen den offenen Dichtflächen ab. Deswegen benötigen Pop-Off Drehdurchführungen immer eine abwärts gerichtete Leckageleitung zum Abführen der Leckage in die Auffangwanne. Man sollte beachten, dass Pop-Off Drehdurchführungen nicht für den Betrieb mit trockener Druckluft geeignet sind.
AutoSense - Selbst Einstellend
Diese DEUBLIN-Drehdurchführungen stellen das Optimum aller Gleitringtechnologien aus „geschlossenen Gleitringen“, Pop-Off Technologie und „kontrollierter Leckage“ dar. Diese Bauart kann daher für Kühlschmierstoff, MMS und uneingeschränkt für Druckluft bis 10 bar und maximaler Drehzahl eingesetzt werden. Wie bei den Pop-Off Drehdurchführungen wird eine Leckageleitung benötigt.
"All-Media" - Alle Medien
Diese Technologie erlaubt den Betrieb mit Kühlschmierstoff, Schneidöl, MMS und Druckluft im Rahmen der zugelassenen Betriebsdaten. Sie benötigt einen zweiten Medien-Kühlmittelanschluss sowie eine spezielle Schaltung, um die definierte Funktion zu gewährleisten. Wie Pop-Off und AutoSense muss diese Bauart an eine Leckageleitung angeschlossen sein.
Doch nicht nur die technische Bauweise einer Drehdurchführung im Sinne „passend zur Aufgabenstellung“ wirkt positiv auf Maschine, Lebensdauer und Kosten, ebenso deren Qualität. Denn natürlich ist und bleibt eine Drehdurchführung immer ein Verschleißteil, das liegt in der Natur der Sache.
Drehdurchführungs-Hersteller wie DEUBLIN achten deshalb darauf, eben nicht nur passende Technologien im Portfolio zu haben und diese beständig weiter zu entwickeln, sondern auch darauf, dass jede Drehdurchführung auf ein Maximum an Standzeit getrimmt wird. Hochverschleißfeste Materialpaarungen und äußerst präzise Fertigung sind hierbei zwei zentrale Aspekte, die sich unmittelbar auf Wartungshäufigkeit, Energieverbrauch und somit auf die Gesamtkosten positiv auswirken.
Die Entscheidung eines Herstellers von Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren, Bauteile hoher Qualität und mit langer Standzeit zu verwenden, bringt dem Anwender einen direkten Nutzen und außerdem dem Hersteller gute Argumente in der Vermarktung seiner Systeme!
Kehren wir zum Schluss noch einmal zurück zur Nachhaltigkeit und bleiben realistisch: Auf absehbare Zeit wird unter Marktgegebenheiten ein kompletter Verzicht auf KSS nicht möglich sein.
Tendenziell können wir aber durch den Rückgang beim KSS vom ersten Schritt in Richtung Nachhaltigkeit sprechen. Dieser Schritt würde unterstützt, wenn jeder Komponentenhersteller, der Werkzeugmaschinenhersteller beliefert, ebenso seinen Teil dazu tut indem er selbst die Komponenten nachhaltig fertigt (Energie-effizient, Rohstoffsparend, Abfallvermeidend) bei passiven Bauteilen darauf achtet, dass sie so wenig Energie wie möglich zum Betrieb erfordern Sorge trägt, dass Bauteile eine hohe Lebensdauer erreichen
So wirkt echte Qualität nicht nur in der Kostenrechnung, sondern ebenfalls in der Gesamtumweltbilanz.
