Temperierung für ultrapräzise Maschinen
Um eine hohe Temperaturstabilität zu gewährleisten, werden die Achsen und Motorspindeln von Ultrapräzisionsmaschinen hochgenau gekühlt. Als besonders präzise und wirtschaftlich erweist sich eine neue Lösung zur Temperierung des Maschineninnenraums.
Bild 1. Maschineninnenraum einer ›MTC650‹ mit integrierter Luftzuführung (oben rechts) und Absaugung mit Vorfilterstufe (unten rechts)
Temperaturschwankungen wirken sich negativ auf die Formgenauigkeit von Werkstücken aus. In Ultrapräzisionsmaschinen werden daher die Spindeln hochgenau gekühlt. Mittlerweile existieren kommerzielle Lösungen, die eine Langzeitstabilität im Bereich von 10 bis 20 mK erlauben. Erforderlich ist diese Kühlung, da fast alle Spindeln aus Messing und Stahl aufgebaut sind. Temperaturschwankungen fließen über den Wärmeausdehnungskoeffizienten hier direkt ein und können zum Beispiel bei UP-Drehmaschinen zu Formfehlern am Werkstück führen. Ein weiterer Aspekt, der bei hydrostatisch gelagerten Maschinen beachtet werden muss, ist die Temperierung des Hydrauliköls. Bei der Verwendung eines Granitbetts mit Granitlagerflächen ergeben sich hier Vorteile: Granit hat hervorragende schwingungsdämpfende Eigenschaften und verhält sich thermisch sehr träge. Kurzfristige Temperaturschwankungen werden somit gar nicht erst angenommen, weswegen die Temperierung des Hydrauliköls weniger kritisch ist als die der Spindel. Wesentlich empfindlicher sind diesbezüglich Anlagen, die mehrheitlich aus Stahl oder Guss bestehen.
Auswirkungen von Temperaturschwankungen
UP-Maschinen erfüllen all diese Anforderungen. Doch wie sieht es mit der Maschinenumgebung aus? Eine Schwankung der Umgebungstemperatur führt unweigerlich zu Dimensionsänderungen der Werkstücke. Dies mag bei kleinen Teilen nicht sonderlich ins Gewicht fallen, bei großen Werkstücken aber sieht es anders aus. Ein Rechenbeispiel: Kupfer hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von circa 16,5 x 10 ^-6/K. Eine Temperaturänderung von 1 K führt demnach bei einer Werkstücklänge von 100 mm zu einer Änderung von 1,65 µm. Je nach Toleranz bedeutet das im Ultrapräzisionsbereich bereits Ausschuss. Oft genug gibt es auch Fertigungsumgebungen, wo die Schwankungen bis zu ± 4 K betragen. Für Kupfer entspricht dies einer Längenänderung von circa ± 6,6 µm.
Mit einer ›MTC650‹ (Bild 1) von LT Ultra lassen sich Werkstücke bis 1000 mm Durchmesser fertigen. Bei einer Temperaturänderung von 1 K ergibt sich hier eine theoretische Längenänderung von 16,5 µm. Mit der Luftklimatisierungslösung von LT Ultra lässt sich eine Temperaturkonstanz von bis zu ± 20 mK erreichen (Bild 2). Diesem Wert entspricht eine theoretische Längenänderung von 0,33 µm bei einem Werkstück mit 1 m Länge. [...]
Hersteller:
LT Ultra-Precision Technology GmbH
D-88634 Herdwangen-Schönach
Tel. +49 7552 40599-0
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