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NSK-Kugelgewindetriebe in servoelektrischen Antrieben für große Pulverpressen

Axial-Schrägkugellager

Mit den Kugelgewindetrieben der S-HTF-Serie von NSK kann der führende Pulverpressenhersteller Osterwalder AG erstmals servoelektrische Antriebe an seinen größeren Maschinen anstelle herkömmlicher hydraulischer Antriebe einsetzen.

Infolgedessen verbrauchen neue Systeme wie die mehrstufige Maschine Osterwalder OPP 2000 mit einer Presskraft von 2,000 kN etwa 80% weniger Energie als hydraulische Gegenstücke mit äquivalenter Leistung. Darüber hinaus werden Pressteile mit deutlich höherer Maßgenauigkeit hergestellt, was den Nacharbeitsaufwand reduziert und die Prozess- und Materialkosten erheblich senkt.

Osterwalder mit Sitz in Lyss, Schweiz, kann auf 130-Jahre technischer Innovation zurückgreifen. Die Pulverpressen des Unternehmens werden weltweit für eine zunehmende Anzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Zahnräder für Fahrzeuggetriebe und Metallbearbeitungswerkzeuge wie Bohrer und Wendeschneidplatten, die alle in hohen Stückzahlen hergestellt werden können.

Beim Pressvorgang wird eine feine Metallpulverlegierung in eine Matrize gegossen und unter Druck geformt. Anschließend wird der ´Grünkörper´ - als Zwischenprodukt bezeichnet - gesintert, um die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Härte, Verschleißfestigkeit und Konturgenauigkeit zu erzielen.

Kontaminationsschäden

Bei NSK S-HTF-Kugelgewindetrieben werden Vorsprünge durch mehrmaliges Überrollen geglättet

Technologieschrittwechsel

Heute bietet Osterwalder eine breite Palette von Maschinen an und brachte mit den vor rund fünf Jahren eingeführten Pulverpressen-Serien CA-SP Electric und CA-HM Electric eine völlig neuartige Antriebstechnik auf den Markt. Die sogenannte Direct Drive Technology (DDT) umfasst servoelektrische Motoren und NSK-Kugelumlaufspindeln und löste damit die bisher dominierenden hydraulischen Antriebe in diesem Anwendungsbereich ab.

Dank DDT ist der Pressvorgang jetzt wesentlich präziser, da elektrische Wegmessgrößen und Einstellkriterien einfacher zu definieren und zu programmieren sind als bei hydraulischen Antrieben. Darüber hinaus bieten Kugelumlaufspindeln eine größere Steifigkeit als Hydraulikzylinder, die aufgrund der Kompressibilität der fluiden Medien eine erhebliche Verschiebung aufweisen. Die mit servoelektrischen Pulverpressen hergestellten Werkstücke sind somit homogener und ihre Materialeigenschaften können präziser eingestellt werden.

Bei den servoelektrischen Direktantrieben der Baureihen CA-SP Electric und CA-HM Electric setzte die Osterwalder AG zunächst Kugelgewindetriebe der Baureihe NSK HTF ein. Diese Kugelumlaufspindeln ermöglichen sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten bei gleichzeitig höherer Präzision und Steifigkeit. Gleichzeitig können mit jeder Einheit extrem hohe Axialkräfte übertragen werden, und der Verschleiß ist selbst bei hoher Last und schnellen Zyklusbedingungen minimal. Drei Sekunden sind eine typische Zykluszeit der Pulverpresse.

Wechsel von HTF zu S-HTF

Das DDT-Antriebsprinzip hat sich in den letzten fünf Jahren bewährt, zunächst für Presskräfte bis 160 kN und dann bis 640 kN. Daher war es für Osterwalder nur folgerichtig, den nächsten Schritt zu tun und die größeren Pressen mit dieser Antriebstechnik auszustatten. Die HTF-Baureihe von NSK und vergleichbare Kugelgewindetriebe anderer Hersteller stoßen hier jedoch hinsichtlich der Nennlebensdauer an ihre Grenzen.

In der Zwischenzeit hatte NSK im Rahmen des laufenden Entwicklungsprogramms die für Osterwalder äußerst zeitnahe S-HTF-Kugelumlaufspindelserie entwickelt. S-HTF-Kugelgewindetriebe bieten bei gleichen Abmessungen eine höhere dynamische Belastbarkeit und damit eine deutlich verlängerte Lebensdauer.

Möglich werden diese Leistungsmerkmale durch die Verwendung von NSK-Werkstoffen, die nicht nur hohen Belastungen standhalten, sondern dank einer speziellen Wärmebehandlung auch ein optimales Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit gewährleisten. Die Verwendung dieses TF-Materials (Tough Force) stellt unter anderem sicher, dass harte Verunreinigungen in der Laufbahn keine Einkerbungen oder Vorsprünge verursachen, sondern nach mehrmaligem Überrollen geglättet werden.

Im NSK-Labor durchgeführte Dauertests haben gezeigt, dass die in den Kugelgewindetrieben der S-HTF-Serie verwendete TF-Technologie zu einer Verdreifachung der Lebensdauer und einer um 30% höheren dynamischen Belastbarkeit im Vergleich zur bereits angebotenen HTF-Serie führt Sehr hohe Werte gegen Mitbewerber-Kugelgewindetriebe.

S-HTF-Kugelgewindetriebe

Axial-Schrägkugellager der Baureihe TAC dienen zur Aufnahme von Axialkräften auf S-HTF-Kugelgewindetriebe

Weltpremiere für neue Pulverpresse

Osterwalder nutzte die S-HTF-Kugelumlaufspindel und gab kürzlich eine Weltpremiere für seine OPP 2000, die erste servoelektrische mehrstufige Pulverpresse des Unternehmens mit einer Presskraft von 2,000 kN.

Produktmanager und Teamleiter - Konstruktion, Michael Sollberger: »Wir können jetzt die hervorragende dynamische Bewegungsführung eines servoelektrischen Antriebs im höheren Leistungsbereich realisieren - und die Anforderungen der Kunden zur Herstellung komplexerer Geometrien mit erfüllen ein sehr hohes Maß an Genauigkeit.

Wir erreichen eine Positioniergenauigkeit von 1 µm und fahren durch vorgegebene Bewegungsprofile. Dies verbessert die Produktqualität erheblich und minimiert den Nacharbeitsbedarf aus Anwendersicht. »

Die neue mehrstufige Presse eignet sich laut Osterwalder ideal für die kostengünstige Herstellung einer Vielzahl von Produkten, darunter Motorkomponenten, Teile für Elektrowerkzeuge und Küchengeräte sowie Hartmetallstangen.

Neben den oben genannten Vorteilen profitiert der Anwender auch von einem deutlich reduzierten Wartungsaufwand und einer kompakten Aufstellfläche. Darüber hinaus liegt der Energieverbrauch der größeren Maschinen des Unternehmens, wie der OPP 2000, je nach zu pressendem Teil nur bei etwa 20% des Energieverbrauchs von hydraulischen Pressen.

Für den Pressenanwender ist diese Einsparung ein überzeugendes Argument, da der typische Osterwalder-Kunde bis zu 50-Pulverpressen arbeitet.

Antrieb für Fertigungsinnovationen

Letztendlich zeigen die Fortschritte von Osterwalder, dass Innovationen bei Antriebssystemen zu Entwicklungssprüngen in der Fertigungstechnologie führen können.

Zu beachten ist, dass NSK Osterwalder auch mit den für die axiale Lagerung von S-HTF-Kugelgewindetrieben erforderlichen Wälzlagern beliefert. Axial-Schrägkugellager der Baureihe TAC sind die Lager der Wahl. Diese Lager wurden speziell für diese Anwendung entwickelt und werden insbesondere bei Präzisionsmaschinen in der Regel als komplette Systemeinheiten zur axialen Abstützung und linearen Bewegung eingebaut.

www.nskeurope.com

NSK EUROPE LTD

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