Innovative Laborsysteme für exakte Qualitätsprüfungen Zahnstangengetriebe für standardisierte Qualitätsprüfungen

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Die Herzog Maschinenfabrik setzt auf Leantechnik-Zahnstangengetriebe für millimetergenauen Transport in Fräsmaschinen, um höchste Produktsicherheit in der Metallindustrie zu gewährleisten.

Wenn in der Automobil- oder Bauindustrie Metallteile zum Einsatz kommen, müssen sie von hervorragender Güte sein. Entspricht die Materialqualität nicht den strengen Vorgaben, kann das gravierende Folgen für die Sicherheit von PKW oder Gebäuden haben. Die Güte der in Stahlwerken, Aluminiumhütten oder Messingwerken hergestellten Produkte muss deshalb kontinuierlich überprüft werden. Zu diesem Zweck unterhalten die Hersteller eigene Labore, in denen regelmäßig Proben aus der laufenden Produktion auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht werden.

Während des Fertigungsprozesses nehmen Mitarbeiter in festgelegten Intervallen Proben der flüssigen Metallschmelze. Nach dem Erstarren werden die Proben ins Labor transportiert und weiterverarbeitet. Bevor sie mit spektroskopischen Verfahren chemisch analysiert werden können, muss ihre Oberfläche optimal und wiederholgenau vorbereitet werden. Das geschieht kontaminationsfrei und vollautomatisch mithilfe von speziellen Fräsmaschinen in den Laborlösungen von Herzog. Die kontaminationsfreie Vorbereitung ist sehr wichtig, denn bereits kleine Verunreinigungen oder geringfügig fehlerhafte Oberflächen der Proben können zu falschen Analyseergebnissen und Fehlinterpretationen führen.

In unseren Fräsen setzen wir Komponenten ein, die perfekt aufeinander abgestimmt sind

Zahnstangengetriebe für präzise Probezustellung in Frässystemen

Für die spanende Bearbeitung der Probenoberfläche bietet das Unternehmen verschiedene Systeme an. Eine der Anlagen ist die Fräse HN-FF/-SF – sie wurde speziell für die Verarbeitung roher Gussproben aus Nichteisenmetall entwickelt. Der Bearbeitungsvorgang läuft vollautomatisch ab, sobald die Probe der Fräse per Transportband, Roboter oder manuell zugeführt wurde.

 Ein Zahnstangengetriebe im Inneren der Maschine übernimmt im Anschluss daran die Zustellung der Probe zu einem Drei-Finger-Zentrischgreifer. Dazu wird die Probe auf einer Aufnahmevorrichtung an der Spitze der Zahnstange platziert. Das Zahnstangengetriebe hebt dann die Probe in vertikaler Richtung auf die Höhe des Greifers. Dieser Hub muss zehntelmillimetergenau ausgeführt werden, denn der Greifer bewegt die Probe später in genau der Position über die Fräsköpfe, in der sie ihm die Zahnstange zuvor „angeliefert“ hat.

Da die Kunden den Konstrukteuren feste Vorgaben machen, wieviel Material die Fräsköpfe von der Probenoberfläche abtragen sollen, damit eine exakte Analyse erzielt werden kann, muss die Zustellung der Probe in den Greifer hochpräzise und absolut wiederholgenau erfolgen.

Performance sollte gesteigert werden

Lange Zeit verbaute das Unternehmen in der vollautomatischen Fräsmaschine HN-FF/-SF ein selbstkonstruiertes Zahnstangengetriebe. „Wir hatten ein eigengedrehtes und gehärtetes Ritzel mit speziellen Wellenenden im Einsatz“, erinnert sich Konstrukteur Bernd Grygo. „Diese Zahnstangengetriebe waren recht massiv und die Eigenfertigung auch recht teuer.“

Als das Unternehmen das Konzept der vollautomatischen Fräsmaschine im Jahr 2018 für eine weitere Performance-Steigerung überarbeitete, beschlossen Bernd Grygo und seine Kollegen deshalb, sich nach einer Alternative umzusehen.

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Kompaktheit und Präzision für Fräsmaschinen

Die Ingenieure stellen hohe Ansprüche an extern eingekaufte Bauteile. „In unseren Fräsen setzen wir Komponenten ein, die perfekt aufeinander abgestimmt sind“, berichtet Grygo. „Spanneinheit, Spindelmotor und Verfahrachsen sind so konstruiert, dass ein ausreichend hohes Drehmoment erreicht wird, um auch härteste Proben – etwa aus Roheisen – bearbeiten zu können.“
 Das Team aus Ingenieuren testete deshalb zahlreiche Zahnstangengetriebe. Am Ende überzeugte sie das Getriebe Lean SL 5.m von Leantechnik. Es erreicht eine Hubkraft bis 300 N und ist für Hubgeschwindigkeiten von bis zu 0,6 m/s ausgelegt. Es verfügt zudem über eine rundgeführte Zahnstange mit breiter Verzahnung, die für eine besonders hohe Biegesteifigkeit sorgt und lange Standzeiten ermöglicht. Da die Getriebe mit Abmessungen von 60  x  60  x  47 mm sehr kompakt sind, eignen sie sich für den engen Bauraum in der vollautomatischen Fräsmaschine.

Hohe Hubkräfte, präzise Positionierung

Der Hersteller bietet insgesamt zwei Arten von Zahnstangengetrieben an, die wiederum in unterschiedlichen Größen und Ausführungen erhältlich sind. Das Lean SL 5.m gehört zur Lean-SL-Serie: Sie wurde für einfache synchrone Hubaufgaben entwickelt, bei denen bereits eine Führung vorhanden ist. Getriebe dieser Serie erreichen Hubkräfte von 800 bis 25.000 N und sind in Hubtischen ebenso zu finden wie in komplexen Transfer- oder Shuttle-Anlagen.

Die Getriebe der Lifgo-Serie sind dagegen prädestiniert für Einsatzgebiete, in denen schwere Lasten präzise und synchron positioniert werden müssen. Der Hersteller fertigt auch diese Zahnstangengetriebe in verschiedenen Ausführungen, etwa für lange Verfahrwege, für Greif- Schließ- und Zentrierbewegungen oder für besonders schwere Lasten. Ganz neu ist das Lifgo  hp, das eine Positioniergenauigkeit von bis zu zwei Mikrometern erzielt und damit die höchste Präzision aller Zahnstangengetriebe aufweist. Lifgo -Getriebe können Hubkräfte von 2000 bis 25.000 N aufnehmen und verfahren mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 m/s.

Innovatives Getriebedesign und umfassende Automatisierungslösungen 

Firmengründer Reinhard Janzen erfand in den 1990er Jahren das Funktionsprinzip der Getriebe quasi neu: Er vereinte Führung und Antrieb in einer einzigen Komponente und stattete seine Getriebe mit einer vierfachen Rollenführung aus, die extrem genaue Hübe ermöglicht. Neben den Getrieben produzieren die Automatisierungsspezialisten komplette Hub- und Positioniersysteme nach Kundenvorgaben. Alle Lifgo - und Lean SL-Getriebe sind miteinander kompatibel.

Durch den Austausch der Bauteile konnte die Herzog Maschinenfabrik die Performance ihrer vollautomatischen Fräsmaschine nochmals steigern. Die HN-FF/-SF verfügt jetzt über einen größeren Spannbereich und modernste Sensortechnologie, mit deren Hilfe sich die Maschinenlager und die Schneidplatten lückenlos überwachen lassen. Ein weiterer Vorteil ist die leichtere Integration in bestehende Automatisierungssysteme – die auch den kompakten Zahnstangengetrieben zu verdanken ist.

Sven Schürmann ist Team Lead Marketing bei Leantechnik.