Step-Tec AG entwickelt und produziert seit 1995 Motorspindeln für die Bereiche Formenbau, Produktion und Aerospace. Diese Hochleistungs-Präzisionsspindeln verrichten seit Jahren zuverlässige Zerspanungsarbeit in Bearbeitungszentren führender Maschinenhersteller.

Bis heute entwickelte und baute die Firma rund 70 verschiedene Spindelvarianten im Durchmesserbereich 90 - 320 mm, welche einen Leistungsbereich von 1 - 82 kW abdecken und mit Drehmomenten von bis zu 1200 Nm bei ihrer leistungsstärksten Spindel aufwarten.

Trotz des derzeit schwierigen Marktumfeldes fokussiert sich Step-Tec auf die Entwicklung neuer Technologien im Spindelbau, welche die Werkzeugmaschinenbauer optimal für den sehnlichst erwarteten Wiederaufschwung positionieren.

Einige dieser Neu- und Weiterentwicklungen, welche insbesondere die stetig steigenden qualitativen Ansprüche an die Teilebearbeitung zu befriedigen helfen und auch der verbesserten Wirtschaftlichkeit der nötigen Maschineninfrastruktur Rechnung trägt, möchte Step Tec der Leserschaft näher bringen.

OPTICOOL Motorspindel

Die bewährte Öl-Luft geschmierte HVC 140 Formenbau-Motorspindel diente als Basis, um diese Spindel technologisch auf den aktuellsten Stand nachzurüsten.
Einerseits wurde die Kühlung der ganzen Spindel optimiert, d.h. die naturgemäss entstehende, jedoch unerwünschte Statorerwärmung wurde durch eine zusätzliche Kühlbarriere von den vorderen Spindellagern ferngehalten. Dies führt nachweislich zu tieferen Lagertemperaturen, was einerseits die Lebensdauer dieser kritischen Bauteile positiv beeinflusst und andererseits die thermische Ausdehnung der Spindelnase, bzw. des Werkzeugs noch mehr reduziert. Dies schlägt sich unmittelbar auf die Bearbeitungsqualität, bzw. Teilemasshaltigkeit positiv nieder.
Im gleichen Zuge wurde die bisherige polumschaltbare Statorwicklung durch eine 4-polige Wicklung ersetzt, wodurch die bisher bauseitig aufwändige Polumschaltung entfällt.

In der Überarbeitung der Spindelnase wurde zugleich das Labyrinth dahingehend verändert, dass sicher gestellt ist, dass im Stillstand, als auch in Rotation keine Öltropfen der Lagerschmierung auf das Werkstück gelangen können. Dies ist eine Forderung bei der Bearbeitung z.B. von Graphitelektroden.

Die bereits umfangreich verbaute Sensorik zur Überwachung der Spindel und des Fräsprozesses wurde nach den neusten Trends bezüglich online Datenaustausch (Maschine-Spindel) nachgerüstet.
Die bekannte “black box“, wurde mit dem SDM2 “Profibus tauglich“ gemacht. Dies ermöglicht eine online Überwachung der Spindel und Steuerung des Bearbeitungsprozesses, indem die Spindel über eine Steckerschnittstelle mit der CNC Steuerung verbunden ist.
Selbstverständlich wurde dabei die Zahl der überwachbaren Parameter gesteigert und dessen Informationsgehalt verfeinert. Neben den bekannten Istwerten, wie Lager- und Motortemperaturen, Werkzeugwechselsignale, gefahrene Drehzahlen, alles aufgezeichnet in Abhängigkeit der aktuellen Zeit, wurde eigens ein neuartiger 3D-Beschleunigungssensor entwickelt und in unsere Formenbauspindeln eingebaut.
Dieser Sensor ermöglicht es neu, die bei jeder Bearbeitung auftretenden Vibrationen in allen drei Richtungen X, Y und Z aufzuzeichnen. Aus nunmehr 3 richtungsabhängigen Einzelsignalen lassen sich präzisere Rückschlüsse in Bezug auf den Entstehungsherd von Vibrationen ziehen, um so den Bearbeitungsprozess gezielt positiv zu beeinflussen.

Neben der Richtungszuordnung von Vibrationen, wird nun die jeweils letzte Stunde der Ereignisse aufgezeichnet und gespeichert, ähnlich einem Cockpit Recorder in Flugzeugen.
Im “crash“ Fall (> 30g) und sonstigen Fehlfunktionen können sämtliche zur Störung geführten Ereignisse reproduziert werden. Daraus können wichtige Rückschlüsse des Ausfallgrundes gezogen und entsprechende Korrekturmassnahmen eingeleitet werden, um die Maschinenstillstandszeiten auf ein Minimum zu reduzieren.


RFID in Spindelmodulen

Fräspindeln, so ausgeklügelt sie auch sein mögen, sind letztlich Verschleissteile, welche gewartet und nach Ablauf ihrer Lebensdauer ausgetauscht werden müssen. Einzelne Grosskunden (Maschinenbauer) gehen heute dazu über, von ihren Unterlieferanten von Kernbaugruppen ein eingebautes Identifikationssystem zu fordern, im Sinne der Qualitätssicherung und Betriebssicherheit ihrer Maschinen.
Im Gegensatz zur umfassenden Betriebsdatenerfassung mittels des SDM’s, welche vorwiegend in high-end Motorspindeln zu finden sind, bietet sich die RFID Technik als kostengünstiger Datenspeicher an.
Radio Frequency Identification bezeichnet ein Verfahren für berührungslose Datenübermittlung mittels eines elektromagnetischen Feldes. Dieses Identifikations- und Rückverfolgungssystem ist technologisch recht einfach und günstig.
Step-Tec hat sich vor einiger Zeit dazu entschieden, in gewissen Spindeltypen diese sogenannten Tags (passive Transponder) einzubauen. Darauf finden sich die Spindelidentifikation und auch die Maschinendaten, welche das Wartungspersonal in den Glasstag einlesen kann, bevor die Motorspindel ausgetauscht wird. Mittels Lesegerät kann der Spindelhersteller die Maschinendaten (event history) auslesen und auswerten. Somit ist eine einwandfreie Identifikation der Motorspindel möglich und im Revisionsfalle eine wahrheitsgetreue Garantiegewährleitung gegenüber dem Kunden möglich.
Diese kleinen Glastags fallen kostenmässig nicht ins Gewicht, bringen aber in der logistischen Betreuung einer Motorspindel über den gesamten Lebenszyklus merkliche Einsparungen.

Spindellagerschmierung kostenoptimiert

Spindellager in Hochgeschwindigkeitsspindeln sind meist mit Öl-Luft geschmiert und erfordern eine aufwändige und entsprechend kostspielige Peripherie, welche in erster Linie dem Maschinenbauer zu Buche schlägt. Lebensdauer-Fettschmierung wiederum setzt den Lagerdrehzahlen physikalische Grenzen, wegen der Fettgebrauchsdauer bzw. der Fettdegeneration, was den Einsatz in Formenbau-Motorspindeln höherer Drehzahl bisher verunmöglichte.
Die optimale Lösung zwischen den beiden bekannten Schmiersystemen zeichnet sich durch das Fettnachschmiersystem aus, welches über einen Lebenszyklus gerechnet als das wohl umweltfreundlichste Schmiersystem gilt und den Trend hin zur “grünen Maschine“ weiter ebnet.
Step-Tec rüstet inzwischen verschiedene Spindeltypen mit diesem Schmiersystem aus und bietet seinen Kunden somit eine kosten- und leistungsoptimierte Motorspindel an.
Im Vergleich der Schmiersysteme können heute mit unseren Fettnachschmiersystem Drehzahlen im höheren Bereich, z.B. bis zu 1.8 Mio ndm mit Hybridlager gefahren werden.
 
Die weiteren Vorteile der mit Nachschmierpatronen bestückten Spindeln, ist die bis zu 3-fach gesteigerte Lebensdauer gegenüber “Einweg-Fettlager“. Dieses Schmiersystem ist durch seine “einfache“ Ausführung äusserst robust und sehr wartungsarm. Die Fettgebrauchsdauer ist kein Thema mehr, denn frisches Fett wird ständig zu den Wälzkörpern nachgeschoben.
Die hohe Betriebssicherheit dieses Nachschmiersystems und die optimale Positionierung im Kosten-/Leistungsvergleich erklären den zunehmenden Einsatz solcher Motorspindeln in der Produktion sowie zunehmend auch im Formenbau.

Step-Tec “in-line Spindel“ mit Fettnachschmierpatrone

Step-Tec als Dienstleister im Präzisions-Maschinenbau

Step-Tec AG ist ein klassischer “all-in-house“ Betrieb mit einer Entwicklungsabteilung, bestehend aus mehreren Ingenieuren. Dazu gehört die eigene Fertigung sowie Montage und Prüfung der Motorspindeln und weiteren Präzisionsbaugruppen.
Das Potential an Engineeringleistung und Fachwissen im Präzisionsmaschinenbau will Step-Tec vermehrt nutzen und einem erweiterten Kundenkreis zur Verfügung stellen.
Neben dem Kerngeschäft Spindelbau, werden bereits heute für Drittkunden Hochpräzisions-fräsköpfe, Werkstückspindeln, Rundachsen, Haupt- und Gegenlagerspindeln gefertigt und getestet, dies nach deren Vorgaben und Konstruktionsunterlagen. Ein Labor, mit modernem Motorenprüfstand mit verschiedenen Antriebs- und Messsystemen ermöglicht Step-Tec, bzw. dem Auftraggeber genaue Untersuchungen, Analysen, Langzeittests sowie Feldsimulationen zu fahren.

Zudem gibt es immer mehr Betriebe, die das kostenintensive Engineering bewusst auslagern wollen oder das entsprechende Know-how nicht im Hause haben. Hier bietet sich Step Tec als optimaler Partner mit einschlägigem Fachwissen und Erfahrung geradezu an.

Zögern Sie nicht, Step-Tec anzufragen, wenn es um die Entwicklung oder Fertigung von hochpräzisen rotierenden Baugruppen mit DD (Direct Drive) geht.

Step-Tec AG
CH-4542 Luterbach
www.step-tec.com

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