Auf drei Beinen schnell durch den Raum

Je nach Bauweise können Werkzeugmaschinen ihre Bewegungen nacheinander oder gleichzeitig durchführen. Parallelkinematiken sind aufwändiger zu steuern, aber schneller und präziser. Auf der Messe EMO in Hannover stellen Ingenieure ihren „Tripod“ vor.

„Seriell“ und „parallel“ sind Begriffe, die am ehesten von Schnittstellen am PC bekannt sind. Seriell heißt, Vorgänge wie das Übertragen von Daten nacheinander ablaufen zu lassen und parallel eben gleichzeitig und nebeneinander. Ein serieller Aufbau von Bearbeitungsmaschinen bedeutet, dass eine bewegliche Baugruppe auf der nächsten sitzt – wie etwa bei gewöhnlichen Industrierobotern. Dieser Bauweise oder Kinematik sind in Beschleunigung und Ruck enge Grenzen gesetzt, die sich nur mit hohem technischen Aufwand und entsprechenden Kosten überwinden lassen.

Einen Ausweg bieten gänzlich andere Bauweisen: Parallele Kinematiken. Ein Beispiel dafür ist der Tripod, den Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz entwickelt und gebaut haben: Bei dieser Werkzeugmaschine sind drei Streben über Drehgelenke an einer festen Gestellplattform befestigt. Am anderen Ende der drei „Beine“ befindet sich die Bearbeitungsplattform an Kugelgelenken. Sie wiederum trägt die Motorspindel, die etwa ein zerspanendes Werkzeug aufnimmt und antreibt. Mit Linearmotoren kann die Länge der Streben synchron verändert werden. Dadurch lässt sich der Bearbeitungskopf um ± 30 Grad kippen und um bis zu 30 Zentimeter aus- und einfahren. Für die Steuerung bedeutet dies eine Transformation von orthogonalen Werkstück- in parallele Strebenkoordinaten. In Verbindung mit zwei weiteren Linearachsen ist somit eine simultane 5-Achsbearbeitung möglich.

Besonders im Werkzeug- und Formenbau, aber auch in der Flugzeugindustrie wünscht man sich hohe effektive Bearbeitungsgeschwindigkeiten gepaart mit hoher Präzision – und das auch noch bei komplex geformten Teilen. Da in der parallelen Bauweise weniger Masse bewegt wird, können neue Positionen im Raum schneller angefahren werden. Lasten und Kräfte der Plattform wirken immer auf alle Baugruppen. Wegen der geringeren Verformung kommt dies letztlich der Positioniergenauigkeit des Werkzeugs zugute. „Das neue Konzept dieser Parallelkinematik haben wir insbesondere für die Finish-Bearbeitung konzipiert“, resümiert IWU-Abteilungsleiter Steffen Nestmann. „Die Bearbeitungszeiten für komplizierte Teile mit stark gekrümmten Freiformflächen betragen gegenüber konventionellen 5-Achs-Maschinen nur etwa 70 Prozent.“ Nestmann und seine Mitarbeiter präsentieren ihren Tripod und sein Konstruktionsprinzip auf der EMO in Halle 12. Die „Weltausstellung der Fertigungstechnik“ findet vom 14. bis 21. September in Hannover statt.

Ansprechpartner:
Dr. Steffen Nestmann
Telefon: 03 71 / 53 97-4 41, Fax: -64 41
steffen.nestmann@iwu.fraunhofer.de

Dipl.-Betriebswirt Janko Mauksch
Telefon: 03 71 / 53 97-3 35, Fax: -63 35
janko.mauksch@iwu.fraunhofer.de