Präzision ist kein Zufall

Bereits vor rund zehn Jahren stellte die Firma Albrecht Röders GmbH & Co KG aus Soltau als einer der ersten Werkzeugmaschinenhersteller HSC-Maschinen vor. Das Potenzial der Hochgeschwindigkeitszerspanung hatte man früh erkannt: Gegenüber herkömmlichen CNC-Maschinen erreichen HSC-Maschinen durch die Verkürzung der Durchlaufzeiten enorme Bearbeitungsleistungen bei vergleichbaren oder besseren Oberflächenqualitäten. Hohe Vorschübe und Drehzahlen erfordern allerdings extrem leistungsfähige Antriebe, zugleich sind Werkzeuge, mechanisch bewegte Teile und die Maschinenkonstruktion selbst starken Beanspruchungen ausgesetzt. Die Röders GmbH hat diese Herausforderungen angenommen und ihre Maschinen – einschließlich der Steuerungen – von Beginn an selbst entwickelt und hergestellt. Die geforderte höchste Präzision und Geschwindigkeit war nur über ein ausgefeiltes Gesamtkonzept zu erreichen.

Ohne solides Fundament kein stabiler Bau – dies gilt nicht nur in der Architektur. HSC-Maschinen müssen besonders steif und robust gebaut sein, da die auftretenden Belastungen an Lagern, Spindeln und am Maschinenbett wesentlich höher sind als an konventionellen CNC-Maschinen. Röders geht hier keine Kompromisse ein: Die HSC-Fräsmaschine RP 800 beispielsweise bringt immerhin 13 t auf die Waage. Die hochsteife Gusskonstruktion in Portalbauweise ist darüber hinaus durch Finite-Elemente-Berechnungen optimiert. Durch die in Spezialkunststoff eingegossene Spindel wird eine optimale Schwingungsdämpfung erreicht. Großzügig dimensionierte Führungen und Kugelrollspindeln sorgen für lange Lebensdauer und hohe Steifigkeit. Zur Stabilität der Konstruktion trägt aber auch die auf die Mechanik abgestimmte Regelungstechnik bei. Die Steuerung analysiert und berücksichtigt die mechanischen Eigenschaften der jeweiligen Maschine; Schwingungen werden schon im Ansatz kompensiert und Schleppfehler vermieden.
Hohe Vorschübe bis 60.000 mm/min, Beschleunigung an allen Achsen bis zu 1,3 g, Spindeldrehzahlen bis 42.000 Upm – ohne Gegenmaßnahmen käme es bei den genannten Vorschüben und Drehzahlen schnell zu unerwünschten Erwärmungen. Das Temperaturmanagement ist daher von zentraler Bedeutung. Alle wesentlichen Maschinenkomponenten wie Spindeln und Lager sind wassergekühlt und werden mit Sensoren überwacht; das gesamte Maschinengestell wird mit Luft temperiert. So können zum Beispiel die Warmlaufzeiten der Spindel nach einem Werkzeugwechsel komplett entfallen. Auch die Antriebstechnik fügt sich in dieses Konzept: Röders setzt wassergekühlte Servomotoren ein. Auf die Bearbeitungsqualität wirkt sich die Temperaturstabilisierung unmittelbar aus. Trennflächen können hochgenau bearbeitet werden, Absätze zwischen mit unterschiedlichen Fräswerkzeugen bearbeiteten Flächen sind nicht mehr zu erkennen.
Im Hinblick auf die Antriebe galt es, eine Wärmeabstrahlung an die Umgebung möglichst zu vermeiden. Für die HSC-Werkzeugmaschinen des Soltauer Herstellers fertigt SSB deshalb eine Baureihe von speziell angepassten, permanenterregten Servomotoren mit Flüssigkeitskühlung, die Drehmomente von 15 bis 50 Nm bieten.
Die Präzisionslagerung des Rotors sorgt für eine hervorragende Schwinggüte über den gesamten Drehzahlbereich. Die flüssigkeitsgekühlte Motorvariante bietet bei kompakten Außenabmessungen eine große Leistungsdichte und hohe Überlastbarkeit. Durch die verbesserte Wärmeabführung aus Maschinengehäuse und Lagerung werden temperaturbedingte Beeinträchtigungen der Bearbeitungsgüte stark reduziert. Alle Antriebe sind darüber hinaus standardmäßig mit integrierten thermischen Messfühlern zur Motorüberwachung ausgestattet und können mit sämtlichen gängigen Enco-dersystemen ausgerüstet werden.
Bei den verwendeten Motoren von SSB ist die vom Kühlmittel durchströmte Kühlschlange direkt in das Motorgehäuse integriert. Es besteht aus zwei Schalen, wobei in die innere der beiden der Kühlkanal von außen als spiralförmige Vertiefung eingearbeitet ist. Über dieses Innengehäuse wird das Außengehäuse montiert, so dass der Kanal damit geschlossen ist. Da beim Synchronservomotor (anders als beim Asynchronmotor) die Wärmenester überwiegend im Statorbereich entstehen, wird die Wärme durch diese Konstruktion schnell abgeleitet. Für einen zusätzlichen Temperaturausgleich im Motor-innern sorgt außerdem die Rotordrehung. Im Endeffekt ergibt sich zwischen Ein- und Auslauf des Kühlmediums eine Temperaturdifferenz von etwa 25 °C; der gesamte Motor wird damit thermisch praktisch nicht mehr belastet.
Das "Geheimnis" der Röders-Maschinen ist die Abstimmung von Steuerung, Antrieb und Maschinenkonstruktion. Neben den klassischen Qualitäten wie hoher Leistungsdichte, Überlastbarkeit und Präzision, über die die Servoantriebe von SSB verfügen, sorgt ihre effiziente Flüssigkeitskühlung dafür, dass temperaturbedingte Beeinträchtigungen der Bearbeitungsgüte minimiert werden.

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