Schneller als ein Wimpernschlag – Sicherheitssysteme in Werkzeugmaschinen

Das Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD) der Uni Stuttgart entwickelt hierzu im Projektverbund mit namhaften Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen ein neuartiges Überlastsicherungssystem, das bei Störungen blitzschnell reagiert.

Werkzeugbruch, defekte Antriebssysteme und die damit verbundenen langen Ausfallzeiten der Maschinen entstehen oft dann, wenn Werkzeug und Werkstück mit Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 60 Metern pro Minute aufeinanderprallen. Meist ist dies eine Folge von Bedien- oder Programmierfehlern. So werden in Werkzeugmaschinen häufig Spindelmutter-Systeme zum Antrieb des Werkzeugsschlittens eingesetzt.

Diese sind neben der Hauptspindel die wichtigsten Komponenten dieser Maschinen und bei schweren Kollisionen am meis-ten gefährdet. Um dabei Schäden zu vermeiden, soll eine extrem schnell schaltende Kupplung den Antriebsstrang vor den Aufprallkräften schützen, in dem sie den Kraftfluss schlagartig unterbricht. Gleichzeitig wird der linear bewegte Werkzeugschlitten mit seinen Aufbauten mit Hilfe eines Bremssystems auf einer Strecke von wenigen Millimetern blitzschnell gestoppt, um Verformungen an der Hauptspindel zu verhindern.

Diese Sicherheitskupplung und -bremse stellen die mechanischen Komponenten des Überlastsicherungssystems dar. Beide Komponenten werden hydraulisch über ein speziell entwickeltes Sitzventil geschaltet. Es handelt sich dabei um mechatronische Einrichtungen. Die zentralen Komponenten sind extrem schnell schaltende Aktoren, die elektrisch angesteuert werden und im Fall einer Kollision die mechanischen Komponenten in weniger als fünf Millisekunden auslösen. Das entspricht dem Flügelschlag einer Honigbiene – ein Wimpernschlag dauert rund 20-mal länger.

Die Sicherheitskomponenten können nicht nur bei Werkzeugmaschinen, sondern zum Beispiel auch bei Druckmaschinen oder Förderanlagen eingesetzt werden und vor Schäden schützen. Die Untersuchungen werden im Rahmen des VDI/VDE-IT Innonet Verbundprojekts „KoBaSiS“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) durchgeführt, das im Mai 2008 abgeschlossen sein wird. Dabei wurden die steuerungstechnischen Komponenten am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen entwickelt, während das IKTD für die beschriebenen mechanischen Komponenten verantwortlich war.

Ansprechpartner: Prof. Hansgeorg Binz, Hans-Jörg Dennig, Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, Tel. 0711/685-66042, e-mail: hans-joerg.dennig@iktd.uni-stuttgart.de, http://www.kobasis.de

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