Die „Rundmacher“ führen Pendelhub-Schleifen bei großen Kurbelwellen ein

NAXOS-UNION ist wieder voll da. Die Spezialisten für das Schleifen von Kurbelwellen haben altes Terrain zurück erobert und sind mit ihrer Schleifmaschinenreihe PM 3xx Weltmarktführer im Bereich Lkw-Motoren.

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Mit der neu entwickelten Maschinenreihe PM 4xx – das Kürzel „PM“ steht für „Pendelhubschleifen und Mittellagerschleifen“ – greifen sie in den Markt der großen Dieselmotoren für zum Beispiel Blockheizkraftwerke und Schiffe ein. Ihrem alten Image als „Rundmacher“ werden sie auch heute gerecht: Höchste Form- und Oberflächen-Güte wird dabei mit dem Pendelhub-Schleifen erreicht, das NAXOS-UNION weltweit führend in diesem Segment entwickelt hat.

„Der Markt für große Dieselmotoren zieht an“, schätzt Dr.-Ing. Jens Muckli, Geschäftsführer der NAXOS-UNION GmbH, die Marktlage ein, „und wir haben schon vier Stück unserer neuen Maschine PM 460 verkauft.“ Dabei hatte keiner der Kunden – einer aus USA und drei aus China – die Maschine sehen können, sie gab es nur auf dem Reißbrett, pardon, auf dem CAD-Bildschirm. „Da spürt man den Image-Wert, den sich NAXOS-UNION über die 135 Jahre seines Bestehens erarbeitet hat“, freut sich Dr. Muckli über die positive Erbschaft, „wir gelten heute noch als die ‚Rundmacher’, die Kurbelwellen mit höchster Form- und Oberflächen-Güte schleifen können.“ Denn die Rundheit aller Lagerflächen bestimmt eben Laufruhe und Verschleiß der Kurbelwellen.

BILD 1: Die Schleifmaschine PM 460 bearbeitet Kurbelwellen bis zu 6 Tonnen Gewicht und bis zu 6 Metern Länge.

Das mag für große und schwere Kurbelwellen noch wichtiger sein als für kleine. „Unsere neue Maschine PM 460 ist für Kurbelwellen konzipiert“, benennt Hans-Peter Wolf, Vetriebs-Ingenieur bei NAXOS-UNION, den Einsatzbereich der neuen Maschine, „die bis zu 6 Tonnen wiegen und bis zu 6 Meter lang sind.“ Bei diesen großen Kurbelwellen wird eine Rundheit von 10 µm oder besser gefordert, die die PM 460 Dank ihrer Konzeption erreicht. Und das mit einem erheblich geringeren Aufwand als das mit bisher eingesetzten Maschinen der Fall war. „Früher wurden komplexe, mechanische Spannsysteme eingesetzt, damit die Teile exzentrisch gelagert werden konnten, um die Hublager zu schleifen“, beschreibt Hans-Peter Wolf den Arbeits-Ablauf bei älteren Maschinen, „und das war mechanisch sehr aufwendig.“ Die Kurbelwellen mussten von ihrer Dreh- auf die Hub-Achse angehoben werden – und auch noch in die verschiedenen Winkel-Positionen. Diese Einricht-Arbeit war sehr schwierig und hat viel Zeit beansprucht. Denn es war nicht nur Fingerspitzen-Gefühl gefordert, sondern auch viel Erfahrung, um die geforderten Qualitäten zu erreichen.

„Mit der CNC-Technik und einer speziellen Software geht das heute viel einfacher und schneller“, markiert Dr. Muckli den Unterschied der modernen Technik, „und bietet noch dazu eine bisher ungeahnte Flexibilität.“ Heute wird die Kurbelwelle einmal zentrisch aufgespannt und kann in dieser Position bleiben bis sie fix und fertig ist. Das exzentrische Schleifen der Hublager wird durch die Pendelhub-Bewegung der Schleifscheibe erreicht, die gewissermaßen der Kurbelwelle „hinterher läuft“, wenn sich das Hublager wegen der Rotation in der zentrischen Ebene von der Schleifscheibe entfernen will. Das ermöglicht der Linear-Antrieb des Schleif-Spindelstocks, der – mit der erforderlichen Präzision und Geschwindigkeit perfekt synchronisiert – die Schleifscheibe immer im Eingriff hält. Und das mit My-Genauigkeit. Das geht eben nur mit der CNC-Technik nach neuestem Stand mit höchster Rechenkapazität, hochauflösenden Drehgebern und Maßstäben, die im Zehntel-µm-Bereich auflösen, damit die Schleifscheibe das My auch erreichen kann.

Dabei kommen drei Mess-Systeme mit hoch-empfindlichen Sensoren zum Einsatz. Ein Sensor misst die Werkstück-Durchbiegung, ein zweiter wirkt radial und axial zur Bestimmung der Position der Lagerflächen. Beide stehen für die Einrichtarbeit zur Verfügung. Ein dritter Sensor läuft permanent auf der zu schleifenden Lagerfläche mit und misst inprozess den Durchmesser. Über seine Messwerte steuert die CNC-Steuerung den Eingriff der Schleifscheibe.

BILD 2: Der Schleif-Spindelstock bringt mit Linear-Antrieben die Schleifscheibe in den Eingriff.

Das Pendelhub-Schleifen wurde erst durch die Entwicklung der CNC-Technik möglich, die sehr schnell große Datenmengen und eine Vielzahl von NC-Achsen verarbeiten muss. Die Vorteile dieser Technik hat NAXOS-UNION voll in seinen Kurbelwellen-Schleifmaschinen integriert und macht sie ihren Kunden nutzbar. So wird eine hohe Flexibilität für ein großes Teilesprektrum erreicht, denn die Umrüstzeiten werden im Vergleich zu der alten Maschinentechnik drastisch reduziert. Dabei wird eine bedeutend höhere Qualität der geschliffenen Kurbelwellen erzeugt. Und das – so ganz nebenbei erwähnt – mit einer erheblichen Taktzeit-Reduzierung gegenüber den traditionellen Schleif-Prozessen. Und das liegt nicht nur daran, dass die Bearbeitung von Haupt- und Hub-Lagern in einer Aufspannung erfolgen kann, also neuerdings ein kombinierter Prozess, für den früher zwei verschiedene Maschinen mit dem entsprechend höheren Aufwand eingesetzt werden mussten.

Die Schleifscheibe ist eine wichtige Komponente, die im Fertigungsprozess diese hohe Maß-, Oberflächen- und Rundheits-Qualität mitbestimmt. Früher waren es ausschließlich Korundscheiben, heute kommen mehr und mehr CBN-beschichtete Schleifscheiben zum Einsatz, weil sie höhere Schnittgeschwindigkeiten – und zwar bis zu 200 m/s – ermöglichen. Korundscheiben stehen nur für 50 m/s. Dafür können sie aber bis zu Durchmessern von 1600 mm hergestellt werden, was sie für die großen Werkstücke prädestiniert, während die CBN-Scheiben im Berich bis 900 mm Durchmesser ihre Anwendung finden, dort aber dann mit der enstprechend höheren Leistung. Als Kühlschmierstoff kann sowohl Emulsion (bei Korund) als auch Schleif-Öl (bei CBN) eingesetzt werden. Die Experten von NAXOS-UNION favorisieren das Öl bei den kleineren Maschinen, weil es höhere Vorschubgeschwindigkeiten erlaubt und den CBN-Schleifscheiben eine längere Lebensdauer ermöglicht.

Alle Schleifspindeln der NAXOS-UNION-Maschinen sind für den Einsatz von CBN-Schleifscheiben geeignet, für Korundscheiben sowieso. Die Qualität des Schleif-Ergebnisses wird massiv unterstützt durch ein Körperschall-Mess-System, das den Kontakt zum Werkstück und zum Abrichtsystem erkennt und auch durch die integrierte, automatische Auswuchtvorrichtung für die Schleifscheibe. Eine besonders gelungene Komponente ist das Abrichtsystem, das ein Abrichten der Schleifscheibe in der Arbeitsposition ermöglicht. Dadurch wird Zeit eingespart und die so wichtige relative axiale Lage von Spindelstock und Schleifscheibe nicht verändert. „Jedes noch so kleine Detail hilft das Ergebnis des Ganzen positiv zu beeinflussen“, bewertet Hans-Peter Wolf die Innovationen seines Hauses.

BILD 3: Für die stabile Lagerung der Kurbelwellen sorgen bewegliche, NC-gesteuerte Zwei-Backen-Setzstöcke.

Ein weiterer wichtiger Anteil an der Qualität kommt den Zwei-Backen-Setzstöcken zu. Sie greifen von unten und von vorn an den zentrischen Lagern an, verhindern ein Gewicht- und Schleifdruck- bedingtes Durchbiegen der langen Kurbelwellen und sorgen für einen schwingungsfreien Rundlauf. Sie sind frei beweglich auf die verschiedenen Kurbelwellen-Maße positionierbar und stehen damit für ein Höchstmaß an Flexibilität. Jede Bewegung der Setzstöcke wird über eine NC-Achse ausgeführt, was nicht nur die Nachstellung der Stützmaße nach Schleif-Fortschritt ermöglicht, sondern auch die Einricht-Arbeit erleichtert. So kann eine NAXOS-UNION-Schleifmaschine leicht 16 Achsen und mehr haben, die optimal betreut werden wollen. „Dafür setzen wir eine Hoch-Präzisions-Steuerung ein“, erklärt Hans-Peter Wolf das elektronische Gehirn der PM 460, „die wir nach Kundenwunsch von Siemens oder Indramat beziehen.“

NAXOS-UNION setzt bei ihren Maschinen für alle Schlittenbewegungen Linear-Antriebe ein. „Das machen wir konsequent schon seit 1995“, datiert Hans-Peter Wolf den Einstieg in die Linear-Technik, „und waren weltweit der erste Schleifmaschinen-Hersteller mit Linear-Antrieben.“ Diese Entscheidung wird nicht getragen von Technik-Verliebtheit, sondern ausschließlich mit der höheren Qualität begründet. Denn die Linear-Antriebe ermöglichen höhere Drehzahlen des Werkstücks, weil sie den Schleif-Spindelstock sehr schnell und doch sehr präzise vor und zurück bewegen und somit die ausschlaggebende Qualitäts-Komponente des Bahnsteuerungs-Sytems sind. Kugelrollspindeln schaffen das nicht, ihr Umkehrspiel – und sei es noch so gering – ist einfach zu groß. Und das hat bei den zu bewegenden Massen erhebliche Auswirkungen auf die geschliffene Oberfläche. Schließlich wiegt allein der Schleif-Spindelstock der PM 460 an die 7 Tonnen. Dabei waren die Maschinen-Entwickler sehr pfiffig: Die schwere Schutzhaube der Schleifscheibe ist so konstruiert, dass sie deren Pendelbewegung nicht mitmachen muss.

Auch bei den Antriebsmotoren für Schleif- und Werkstück-Spindel kommen Direktantriebe zum Einsatz. Für die Schleifscheibe steht eine Motorspindel, bzw. für große Scheibendurchmesser eine Blockspindel mit Übersetzungsantrieb und für die Drehbewegung der Kurbelwellen steht ein Torquemotor zur Verfügung, genaue genommen sogar zwei Motoren, denn das Werkstück wird beidseitig angetrieben, mit elektronischer Synchronisation. Über hochauflösende Drehgeber und Linear-Meßsysteme mit Absolut-Codierung ist der CNC-Steuerung immer jede Achsenposition bekannt. „Das Anfahren von Referenzpunkten ist damit passé“, freut sich Hans-Peter Wolf.

BILD 4: Misst den Durchmesser der Lager inprozess während des Schleifvorgangs, der Fenar-Messkopf von Marposs.

Das modulare Maschinenkonzept ist flexibel genug, um an unterschiedliche Kunden-Teile und -Anforderungen angepasst zu werden. Alle großen Module der NAXOS-UNION-Schleifmaschinen sind Schweißkonstruktionen, die ohne Modelländerung umgeplant werden können und ohne dass Präzision und Stabilität leiden. So wiegt das stabile Maschinenbett der PM 460 fast 40 Tonnen und stellt ein außerordentliche solides Fundament für die Werkzeug- und Werkstück-Aufbauten dar. Und die sind adäquat dimensioniert, um die hochgenaue Bearbeitung großer, schwerer Teile zu ermöglichen.

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