Kompliziert und vielschichtig

Maschinenelemente

Drehdurchführungen - Formen für den Automobilbau müssen präzise ausgeführt sein. Das geht nicht ohne leistungsfähige, optimal angepasste Drehdurchführungen.

12. Dezember 2012

Die publikumswirksame Diskussion um neue Antriebskonzepte verdrängt, dass der Automobilbau auf vielen weiteren Gebieten forscht und entwickelt. Anschaulich zeigen dies die vielen Formteile, ohne die zeitgemäße Fahrzeuge kaum noch denkbar wären.

Zu Beginn ging es nur darum, Bauteile aus leichterem Kunststoff zu fertigen, um Metallteile zu ersetzen und den Treibstoffverbrauch zu reduzieren. In den letzten Jahren gibt es aber verstärkt Bestrebungen, Formteile aus nachwachsenden Rohstoffen zu fertigen. Ziel ist, Materialkombinationen zu finden, die konsequent zweckdienlich sind, aber bereits die spätere Zerlegung und das Recycling berücksichtigen. Beispiele sind mehrschichtige Bauteile des Armaturenbretts sowie Innenverkleidungen oder Sitze, bei denen bereits Biopolymere oder Pflanzenfaserstoffe wie Hanf, Holzfasern, Textilien und Leder als »Sandwich«-Konstruktionen zum Einsatz kommen.

Je nach Aufgabe des Bauteils und den Anforderungen an Zug- und Druckstabilität, Widerstandsfestigkeit oder Energieaufnahme im Crash-Fall stellen die Ingenieure die Materialien zusammen und laminieren und pressen sie in spezielle Formen. Diese bestehen heute aus mehreren Einzelteilen, die als Negativ-Positiv-Formen ineinandergreifen und das fertigungstechnische Spiegelbild des Formteils darstellen.

Gegenüber Formen für die »Plastikteile« früherer Fahrzeuggenerationen, benötigen aktuelle Ausführungen weit mehr Präzision bei ihrer Herstellung, was an zwei Faktoren liegt: Zum einen lässt das Ineinandergreifen der Formschichten für einen effektiven Sandwichaufbau nur äußerst geringe Fertigungstoleranzen zu. Passt die Form nicht oder klemmt, ist das Bauteil Ausschuss und die Anlage steht.

Außerdem sind Attribute wie »rund« und »weich« kennzeichnend für die eingesetzten Formen, denn Naturfasern vertragen keine scharfen Kanten in der Form. Sie würden an der betreffenden Stelle reißen und das Bauteil wäre nicht mehr zu verwenden. Demzufolge werden Übergänge in der Geometrie des Bauteils weich angelegt und alle Oberflächen der Form müssen wirklich glatt sein.

Optimale Komponenten

Dies zu erreichen, geht am besten mit sogenannten Hochleistungs-Bearbeitungszentren (BAZ), die komplexe Geometrien über Prozesse wie Bohren, Fräsen, Schleifen und Polieren präzise ausarbeiten. Für optimale Ergebnisse kommt es auf die richtige Drehdurchführung an. Sie bildet an der schnell rotierenden Spindel die Schnittstelle zu feststehenden Versorgungsleitungen für Kühlschmierstoffe und Mindermengenschmierung (KSS/MSS), Schneidöl oder Druckluft.

Drehdurchführungen haben dabei die Aufgabe, diese Medien durch die Spindel zur Werkzeugspitze zu führen – und das ohne zusätzliche Vibrationen und Leckagen über einen möglichst langen Zeitraum. Dies leisten nur qualitativ hochwertige Komponenten.

Zeitgemäße Drehdurchführungen für BAZ wie die des Herstellers Deublin beruhen auf dem Prinzip der entlasteten Gleitringdichtung: Eine Dichtungspaarung läuft mittels Rotor- und Stator ausbalanciert zwischen Öffnungs- und Schließkraft aufeinander, wobei das geführte Medium die Oberfläche der Gleitringe in winzigen Mengen schmiert. Da eine Restreibung unvermeidlich ist, wird sie mittels Feinstläppung der Gleitringe auf das technische Minimum reduziert. So erhöht sich die Standzeit.

Solange im BAZ ausschließlich das Konzept KSS/MMS gefahren wird, ist dieses ausreichend. Die Technik wird fachsprachlich »Closed Seal« – dauerhaft geschlossene Gleitringe – genannt. Aber in vielen Anwendungen geht es um verschiedene Medien, denn das BAZ für den Formenbau soll KSS/MMS und Schneidöl führen können, drucklos sein im Moment des Werkzeugwechsels sowie die Trockenbearbeitung mit und ohne Druckluft beherrschen. Mit »Closed Seal« als Grundlage wäre die Drehdurchführung in kürzester Zeit verschlissen.

Ausgeklügeltes Prinzip

Wenn bei Stillstand oder Rotation kein KSS-Druck anliegt, wäre es demnach theoretisch die beste Lösung, wenn sich die Gleitringe voneinander lösen, damit keine erhöhte Reibung und demzufolge Verschleiß auftritt. Genau das realisiert die sogenannte Pop-Off-Technik in einer Drehdurchführung – allerdings nur für den Wechsel KSS/MMS zu drucklos. Druckluft bei Rotation zu führen, ist auf diese Weise nicht umzusetzen, dazu bedarf es eines definierten Mikrospaltes zwischen den Dichtflächen, also dem genauen Gegenteil von »Closed Seal«. Dieses Prinzip bezeichnen Fachleute als »Controlled Leakage«.

In Bereichen mit stark automatisierten Schaltvorgängen bietet Deublin Drehdurchführungen der AutoSense-Baureihen an, die »Controlled Leakage« ermöglichen, in dem sie die Mediensorte eigenständig erfassen, sich selbst einstellen und die passende Dichtungsstellung anfahren. Als optimales Werkzeug zur Herstellung hochpräziser Formen auf BAZ erlaubt diese »All-Media«-Drehdurchführung dem Maschinenkonstrukteur beziehungsweise -betreiber also die umfassende Kontrolle über das Öffnen und Schließen der Dichtflächen. Durch eine kontrollierte Beaufschlagung der verschiedenen Anschlüsse der Drehdurchführung mit Druck lässt sich bei Bedarf ein Lösen der Dichtflächen veranlassen, zum Beispiel um Druckluft zu führen, oder ein Schließen, sobald Kühlschmiermittel, Schneidöl oder Ölnebel geführt werden. Diese Variante stellt laut Deublin die umfassende Lösung für alle zurzeit existierenden Medien dar.

Mit der Drehdurchführung als wichtige Komponente im Formenbau lassen sich hier mit einer zukunftsweisenden Technologie aktuelle und zukünftige Aufgaben realisieren und die beteiligten Unternehmen können die Weiterentwicklung von Fahrzeugen auch in Bereichen voranbringen, die nicht so stark im Fokus der Öffentlichkeit liegen.

Deublin unterstützt Maschinenhersteller darüber hinaus mit Know-how, speziell was bestimmte Rahmenbedingungen bei Einbau und Betrieb angeht. So sollen der Hersteller und damit letztlich dessen Kunden eine hohe Standzeit erreichen, Wartungskosten einsparen und einen höheren Gesamtnutzen erreichen.

Bei Betrachtung der Total-Cost-of-Ownership (TCO) eines BAZs im Formenbau machen die Investitionskosten nur einen Teil aus. Wesentlich sind dabei auch die laufenden Kosten und die Kosten für Wartung und Instandhaltung über einige Jahre Betriebszeit. Es zeigt sich schnell, dass ein Gesamtsystem aus hochwertigen Komponenten, obwohl in der Anschaffung teurer, sich effektiv rechnet und in der TCO besser abschneidet als ein System, das auf einfachere Komponenten setzt.

Ähnliches gilt für die Verfügbarkeit von Ersatzteilen, denn diese Anlagen werden international eingesetzt, sodass selbst eine weltweite Versorgung mit Teilen zügig gewährleistet sein muss. Für diese Investitionssicherheit benötigt ein Maschinenhersteller zukunftssichere Zulieferer als Partner – ein Punkt, der bei Deublin mit Werken in Deutschland, USA, Italien und China sowie einem weltweitem Netz von Niederlassungen und Vertriebspartnern nach eigenen Angaben gegeben ist.

Erschienen in Ausgabe: Industrie Handbuch/2013