Erschienen am: 22.05.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 5 2017

Leitungen versorgen Spindeln mit Energie und Signalen

Dauerhaft flexibel in allen Achsen

Der Geschäftsbereich Systemtechnik des Motorspindel-Herstellers Franz Kessler entwickelt und fertigt Spindelschwenkköpfe und Drehschwenktische, die eine hochpräzise Bearbeitung von Metall- und zunehmend auch Composite-Werkstücken ermöglichen. Für die Energie- und Signalzuführung setzt das Unternehmen Chainflex-Leitungen von Igus ein, die sehr hohe Anforderungen an Lebensdauer und Ausfallsicherheit erfüllen.


Was dem Sportwagenfahrer eine Brembo-Bremse und dem Zigarrenraucher eine Cohiba, das ist dem Werkzeugmaschinenbauer eine Kessler-Spindel. Dem Unternehmen in Bad Buchau ist gelungen, was viele Zulieferer des Maschinenbaus anstreben: Aus dem Firmennamen ist eine Marke geworden, die für höchste Leistung und Qualität steht und z.B. in den Produktionsstätten der anspruchsvollen Automobilindustrie weltweit gefragt ist. Dabei hat das bald 100 Jahre alte Unternehmen, das heute rund 800 Mitarbeiter beschäftigt, erst 1992 mit dem Bau von Spindeln begonnen. Bis zu diesem Zeitpunkt produzierte Kessler 'nur' hochwertige Elektromotoren, die z.B. zum Antrieb mechanischer Spindeln und Werkzeugmaschinen führender Hersteller zum Einsatz kamen.

Spezialist für elektrische Direktantriebe

Die Kernkompetenz des Elektromotorenbaus hat Kessler bis heute beibehalten. Sie wird sogar noch ausgebaut, denn seit Neuestem sind weite Teile der Antriebstechnik in einem eigenständigen Unternehmen konzentriert. Die Firma Kessler Energy entwickelt und fertigt elektromotorische (Direkt-) Antriebe für vielfältige Anwendungen innerhalb der Werkzeugmaschine, aber auch für Anwendungen in der Umformtechnik, für Fahrzeuge, Boote und Zweiräder sowie Verpackungsmaschinen. Ein dritter Geschäftsbereich, neben der Spindel- und Antriebstechnik, ist die Systemtechnik, die dem Werkzeugmaschinenbau ein breites Programm an kompakten und steifen Spindelschwenkköpfen sowie zweiachsigen Drehschwenktischen bietet. Sie schaffen die Voraussetzung für die Bearbeitung von mittleren und großen Werkstücken auf Portal- und Gantrymaschinen. Die Fünf-Achs-Bearbeitung ermöglicht sehr effiziente und präzise Dreh- und Fräsprozesse in einer Aufspannung. Basis dieser Systeme sind wiederum die CoolMotion Torquemotoren der Baureihen HTM, HTMX und STM. Die CoolMotion Technologie sorgt für hohe Dynamik, hohes Drehmoment und kompakte Einbaumaße. Der Direktantrieb in allen Achsen ermöglicht Beschleunigungen und Genauigkeiten, die mit mechanischen Antrieben nicht erreichbar sind. Diese Motoren entwickelt und produziert Kessler mit hoher Fertigungstiefe im eigenen Hause. Die Motoren werden im eigenen Haus bewickelt und anschließend die Geometrie der Statoren individuell berechnet. Dabei nutzt Kessler auf der Entwicklungsseite modernste Simulations-Tools. In der Projektierung und Produktion profitiert der Hersteller von einem intelligenten Modulsystem.

Große Sorgfalt bei der Auswahl der Energiezuführung

Dass Kessler große Sorgfalt bei der Auswahl der Energie- und Signalzuführung zu Werkstückachsen und Drehschwenktischen walten lässt, versteht sich von selbst. Florian Gehrmann, Produktmanager Motorspindeln und Schwenksysteme: "Die Köpfe und Achsen sind sehr kompakt gebaut, sodass nur wenig Platz für die Leitungen bleibt. Umso verschleißfester müssen die Leitungen dann sein - und das bei dauerhaften, kurz getakteten Bewegungen in hoher Frequenz." Hinzu kommt als Anforderung die Beständigkeit gegenüber Kühlschmierstoffen.

Hochwertige Leitungen als Standard

Bei den außenliegenden Leitungen von Schwenktischen - z.B. an den Verfahrachsen großer Portalmaschinen für Aerospace-Anwendungen - kommen Energieketten von Igus zum Einsatz. Florian Gehrmann: "Zu unserem Lieferumfang gehören heute zumeist die kompletten und konfektionierten beweglichen Leitungssysteme." Die Igus Ketten bewähren sich hier auch unter ungünstigen Bedingungen - z.B. wenn mit Spanflug zu rechnen ist oder wenn, was immer häufiger vorkommt, die Maschinen Composite-Werkstoffe statt Metalle bearbeiten. In diesen Fällen wirken die Fasern abrasiv, was die Lebensdauer der Ketten und -Leitungen aber nicht beeinträchtigt. Auch im nicht sichtbaren Bereich, in den Gehäusen der Spindelschwenkköpfe und Drehschwenktische, sind prinzipiell Leitungen aus dem Chainflex-Programm von Igus verbaut. Dabei kommen unterschiedliche Typen zum Einsatz. An der kundenseitigen Schnittstelle oberhalb des Kopfes, der um ±360° schwenkt, werden tordierbare CFROBOT4-Leitungen verwendet. Sie übertragen z.B. die Signale für die Inkremental- und Absolutwertgeber in der Spindel. Motorleitungen kommen aus dem CF310-Programm, und für die Schutzleiter werden CFPE-Leitungen eingesetzt. Dabei werden die Leitungen häufig mit geringeren Biegeradien als angegeben eingesetzt. In diesen Fällen hat Igus die Anwendungsbedingungen geprüft und Sonderfreigaben erteilt.

Seit über zehn Jahren keine Probleme

Kessler verwendet seit 2003 Chainflex-Leitungen. In der kompletten Zeit ist es nicht vorgekommen, dass den zuständigen Konstrukteuren von Problemen oder Ausfällen berichtet wurde. Und das, obwohl die Leitungen in den Systemtechnik-Komponenten Schwerstarbeit mit intensiven, jeweils kurzen und schnellen rotativen und linearen Bewegungen verrichten und die Leitungen zudem Kühlschmierstoffen und Spänen ausgesetzt sind. Die hohe Abriebfestigkeit des TPE-Mantels gewährleistet, dass kein Verschleiß am Außenmantel auftritt, und die besondere Bündelverseilung verhindert wirksam Verformungen im Adergefüge, das letztlich zu Korkenziehern und Adernbrüchen führen würde. Aus diesem Grund setzt Kessler prinzipiell Chainflex-Leitungen ein - auch in nicht bewegten Anwendungen. Florian Gehrmann: "Für uns zählt einfach die Ausfallsicherheit. Unsere Kunden erwarten Hochleistungssysteme mit sehr langer Lebensdauer. Nach diesen Kriterien müssen alle Komponenten - gerade auch die beweglichen - ausgewählt werden." Unter diesen Bedingungen bewährten sich die Leitungen und auch die Igus Energieketten in den Spindelschwenkköpfen und Drehschwenktischen