Bewegung in 3-D

Linearführungen - Ein Hersteller von Maschinen für die Bearbeitung von Werkstücken aus Glas hatte Probleme mit der geforderten Dynamik. Der Einsatz moderner Kugelumlaufführungen anstelle einfacher Linearachsen ermöglichte eine einzigartige Neuentwicklung.

10. August 2007

Die Rohmer + Stimpfig Maschinen- und Apparatebau GmbH in Fürth ist spezialisiert auf Maschinen für die Glasbearbeitung, die Auftragsfertigung von Präzisionsteilen und Komponenten sowie den Bau von Anlagen zur Erzeugung von Strom und Wärme aus Holz. Im abgelaufenen Jahr erwirtschafteten die 60 Mitarbeiter des Unternehmens einen Umsatz von knapp sechs Millionen Euro.

Besonders stolz ist Unternehmens-Chef Friedrich Stimpfig auf die Entwicklung einer siebenachsigen CNC-Schneidanlage und der dazugehörigen IPC-Steuerung, mit der sich beliebige Formen auf einer Kugeloberfläche schneiden lassen: Das Novum bei dieser Maschine ist, dass zwei völlig verschiedene Koordinatensysteme - je eines für die Führung von Werkstück oder Werkzeug - an einem Arbeitspunkt interpolieren; und zwar an dem Punkt, wo das Schneidwerkzeug die Kalottenoberfläche zur Bearbeitung berührt.

Der Arbeitstisch mit dem Werkstück ist als Tripod mit drei z-Achsen ausgeführt, die Werkzeugführung als dreiachsiges, kartesisches Flächenportal. Durch die Kombination dieser Systeme lässt sich das Bearbeitungswerkzeug in jedem Moment beim Fahren auf der Bahn senkrecht zur Oberfläche der Kalotte stellen. Die siebte Achse dreht dabei das Schneidrad stets tangential in Schnittrichtung. Damit erreicht die Maschine Genauigkeiten von einem Zehntel Millimeter bei einer Bahngeschwindigkeit bis fast 1,5 Meter pro Sekunde und einer Beschleunigung bis zu 7 m/s².±

Die große Herausforderung für die Entwickler war, für die Verstellung des Arbeitstisches eine Stabkinematik einzusetzen. Dabei werden die um jeweils 120 Grad versetzten z-Achsen über schräg angelenkte Stäbe geführt, angetrieben von Linearachsen. Die erste Kalottenschneidanlage dieser Bauart besaß dafür in der x- und y-Achse des Portals sowie in den drei z-Linearachsen noch Aluminiumprofile mit integrierten Kugelgewindeantrieben und Führungsschienen. Bei dieser Lösung erwiesen sich die am Markt verfügbaren fertigen Linearachsen jedoch nicht als stabil genug für die hohen Beschleunigungswerte, die zum Beispiel bei der Serienfertigung von Fahrzeug- Rückspiegeln für die Automobilindustrie gefordert sind.

Zur Lösung dieses Problem nutzte das Unternehmen die fast dreißigjährige Tradition einer Zusammenarbeit mit dem Lineartechnikhersteller THK und setzte sich schnellstens mit den Spezialisten aus Ratingen in Verbindung, erzählt Stimpfig: »Früher haben wir in unseren Maschinen noch Kugelbüchsen eines anderen Herstellers eingesetzt. Als die mechanischen Anforderungen stiegen, suchten wir Kugelumlaufführungen als Alternative zu Kugelbüchsen, und von allen Herstellern, die ich daraufhin verifiziert habe, hatte THK das für uns umfassendste Produktprogramm und die besten technischen Eigenschaften. Seitdem setzen wir Linearführungen von THK in allen Glasbearbeitungsmaschinen ein.«

Der optimale Ersatz für die ausgemusterten Profile des Arbeitstisches waren Linearführungen vom Typ SHS 15 mit der THK-typischen Kugelkette. Für jede z-Achse des Tripoden sowie für die x- und y-Achsen des Gantry-Portals wurden je zwei parallel laufende Führungsschienen mit vier Führungswagen, einem dazwischen liegenden Kugelgewindetrieb und einem Servoantrieb vorgesehen. Begeistert ist Stimpfig von dem zahlreichen Zubehör, um die Führungssysteme abzudichten: Interne Tests mit Führungen anderer Hersteller hätten diesbezüglich nämlich teilweise »erschreckende Ergebnisse bis hin zum Totalausfall« gezeigt.

Bis heute hat Stimpfig von den Kalottenschneidanlagen bereits 15 Stück verkauft, und die Anwender aus der weltweiten Automobilzuliefer- Industrie sind zufrieden mit Präzision, Zuverlässigkeit und technischer Verfügbarkeit der Anlage.

Marcus Mensel, THK/bt

Erschienen in Ausgabe: 05/2007