Spindelwissen: Alles im Überblick
Der Begriff der Motorspindel beschreibt eine Welle, die präzise gelagert und direktangetrieben ist. Sie verfügt außerdem über eine Werkzeugschnittstelle. In vielen modernen Werkzeugmaschinen bildet der Spindelmotor, wie die Motorspindel auch bezeichnet wird, eine äußerst wichtige Baugruppe.
Unternehmen profitieren in hohem Maße, wenn sie einen professionellen Spindelservice mit Tauschspindel für ihre eingesetzten Motorspindeln beauftragen. Was es darüber hinaus über die beeindruckenden Bauteile zu wissen gibt, zeigt der folgende Artikel.
Die klassische Motorspindel
In der Regel werden die Motorspindeln elektrisch angetrieben und sind wälzgelagert. Werkstücke lassen sich dadurch, dass die präzise gelagerte Welle direkt mit dem Antrieb gekoppelt ist, außerordentlich genau mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten bearbeiten.
Die Spindeln gibt es sowohl als werkstücktragende als auch als werkzeugtragende Ausführungen, da bei der Rotationsbearbeitung dadurch kein Unterschied entsteht. Motorspindeln, die werkzeugtragend ausgelegt sind, werden oft in Fräs-, Schleif-, und Bohrmaschinen genutzt. Werkstücktragende Spindeln sind hauptsächlich im Bereich der Drehmaschinen zu finden.
Die Werkzeugschnittstelle stellt neben der Lagerung und dem Antrieb eine der wichtigsten Komponenten der Motorspindeln dar. Das Wechseln der Werkzeuge geschieht automatisch, bevor diese mithilfe eines Spannsystems fixiert werden.
Hinsichtlich der Genauigkeit und der Leistung von Werkzeugmaschinen spielt die Motorspindel eine große Rolle. Die Motorspindeln werden stets abhängig von den individuellen Anforderungen entwickelt und gefertigt – es handelt sich bei ihnen somit um keine Standardprodukte.
Hauptsächlich eingesetzt werden die Spindelmotoren in CNC-Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren in den Bereichen HPC, HSC, Fräs-, Dreh- und Schleifmaschinen, Luftfahrt, Automobilproduktion und dem Formen- und Werkzeugbau.
Der Aufbau der Motorspindel
Der grundsätzliche Aufbau der Spindelmotoren unterscheidet sich zwischen den verschiedenen Herstellern in der Regel nicht. Allerdings können abhängig von der jeweiligen Anwendung große Unterschiede festgestellt werden, beispielsweise zwischen den Innenschleifspindeln, Werkstückspindeln und Frässpindeln.
Kühlung und Gehäuse
Bestimmt wird die äußere Spindelform durch die Einbaumaße der jeweiligen Werkzeugmaschine. Die Motorspindeln sind äußerst kompakt aufgebaut, bedürfen allerdings einer leistungsstarken Kühlung. Am beliebtesten ist dabei die integrierte Wasserkühlung.
Arbeitsspindel mit Werkzeugschnittstelle
Die Arbeitsspindel bildet das zentrale Element der Motorspindel. Bei dieser handelt es sich um eine Welle, die auch die Werkzeugschnittstelle umfasst. Ihre Steifigkeit, die in hohem Maße ausschlaggebend ist, wird durch ihr Material und ihren Durchmesser bestimmt. Gemeinsam mit der Lagerung und dem Antrieb wird mit der rotierenden Welle ein schwingungsfähiges System gebildet.
Antrieb
Natürlich spielt auch der Antrieb, der durch einen Elektromotor realisiert wird, eine tragende Rolle. Anders als bei fremdangetriebenen Spindeln ist für die Übersetzung zwischen Spindel und Motor kein Getriebe oder Keilriemen notwendig. Daher entsprechen Drehmoment und Rotationsgeschwindigkeit des Motors auch denen der Spindel.
Spindellager
Auf das Schwingungsverhalten der Motorspindel hat auch die Lagerung einen großen Einfluss. Daher muss die Lagerung stets den individuellen Anforderungen angepasst werden. Bislang wurden hauptsächlich Schrägkugellager als Spindellager verwendet, da diese nicht nur Radialkräfte, sondern ebenfalls einseitig wirkende Axialkräfte aufnehmen können. Immer öfter werden heutzutage allerdings auch Hybridkugellager, die Stahlringe oder Keramikkugeln enthalten, eingesetzt.
Moderne Motorspindeln finden sich in der Regel in hochproduktiven Maschinen. Daher ist es essentiell eventuell auftretende Fehler so früh wie möglich zu erkennen und diese Information an die Steuerung der Maschine weiterzugeben. Erfasst wird dabei nicht nur die Motortemperatur, sondern auch die Werkzeugspannerposition. Verantwortlich für diese Aufgabe sind die Sensoren der Motorspindel.
