KEM Konstruktion: Herr Kropp, einen Maschinenstillstand will jeder verhindern – welche Unterstützung können Sie bezüglich des Einsatzes von Linearführungen bieten?
Andreas Kropp (NSK Europe): Grundsätzlich ist es Aufgabe meiner Abteilung, der Anwendungstechnik, sich mit dem Kunden vor Ort das Maschinendesign anzusehen. So wie der Kunde seine Maschine kennt, verfügen wir über das Know-how, die Wechselwirkungen der Maschine mit unseren Bauteilen zu beurteilen. Um es konkreter zu sagen: Wir können etwa Hinweise geben, wie sich Fehler während der Montage – und damit Maschinenstillstände aufgrund ausgefallener Bauteile – von vorn herein vermeiden lassen. Diese Beratung bieten wir übrigens auch bei Wettbewerbsprodukten. Bei einem Drehmaschinenhersteller führte das dazu, dass wir die Lebensdauer einer Spindel von 2500 auf 10.000 Stunden vervierfachen konnten. Grund für die geringere Lebensdauer war schlicht eine Fehlausrichtung während der Montage. Das Entscheidende dabei ist: Montagefehler dieser Art können wir nachvollziehbar bewerten – das ist insbesondere das Know-how unserer Anwendungstechniker.
KEM Konstruktion: Triviale Fehler während der Montage können also die Lebensdauer massiv beeinflussen?
Kropp: Exakt – ein interessantes Beispiel war etwa der Hauptlagerbock eines Kugelgewindetriebes. Hier konnten wir mit einer Messuhr nachweisen, dass der Lagerbock während der Verschraubung verdreht wurde und dadurch die Fehlausrichtung entstand. Aufgefallen war dies durch die Anzahl der Ausfälle: Auf einen Ausfall in der Z-Achse und drei in der X-Achse kamen 60 Ausfälle in der Y-Achse – wir als Anwendungsingenieure können das schnell bewerten und Tipps geben, wie sich die Situation verbessern lässt. Unter anderem sind wir in der Lage, mittels unserer Berechnungsprogramme die Folgen von Montagefehlern zu prognostizieren. Dies lässt sich leicht verstehen, da Kugelgewindetriebe typischerweise auf eine rein axiale Last hin ausgelegt sind. Wird die Achse aber bei der Montage nicht exakt genug ausgerichtet, führt das in den Endpunkten zu deutlich höheren Belastungen der um den Mutternkörper laufenden Kugeln – was einen früheren Ausfall der Achse provoziert. Lassen sich die Montageprobleme nicht vermeiden, kann deswegen auch eine Überdimensionierung helfen, mit der sich die entstehenden Radialkräfte auffangen lassen.
KEM Konstruktion: Wann sollte ein Kunde Sie kontaktieren?
Kropp: Idealerweise werden wir als Zulieferer möglichst früh in den Entwicklungsprozess miteinbezogen. Der Vorteil ist, dass wir dann bezüglich unserer Bauteile sicherstellen können, dass trotz der hohen Komplexität ein sicheres System aufgebaut werden kann. In gewisser Weise bieten wir damit eine kostenfreie Datenbank mit detailliertem Produkt- und hohem Anwendungs-Know-how. Welche Rolle die speziellen Randbedingungen spielen, zeigt anschaulich das Beispiel eines Bestückungsautomaten. In der Anwendung gab es hier immer Probleme in einer Achse, weil die Last zusammen mit der von uns vorgegebenen Vorspannung den Antrieb schwierig machte, da der Motor zu klein in seiner Leistung war. Entscheidend war dann, dass es sich um eine rein vertikale Achse mit einer Beschleunigung kleiner 1 g handelte – wodurch wir auf die Vorspannung unserer Achse verzichten konnten und damit die Anwendung problemlos lief. Wichtig war einfach nur zu sehen, dass die externe Last bereits für eine ausreichende Vorspannung sorgte. Nicht zuletzt führte dieser Tipp für den Kunden zu einer längeren Lebensdauer der Achse. Denkbar ist zudem, dass auch wir unsere Bauteile modifizieren.
KEM Konstruktion: Können Sie das etwas näher erläutern?
Kropp: In einem weiteren Fall ging es um Frequenzprobleme an einer Druckmaschine, die aus einer gegenüber der Auslegung um 30 Prozent höheren Geschwindigkeit resultierten. Hier konnten wir helfen, indem wir beim Schleifen der Gewinderille des Schaftes die Frequenz geändert haben – was die Probleme mit der Anregungsfrequenz verhinderte. Entscheidend war hier auch die enge Zusammenarbeit mit der Konstruktion des Kunden.
KEM Konstruktion: Welches Potenzial bietet denn aus Ihrer Sicht in Zusammenhang mit der zukünftigen Smart Factory das Thema Predictive Maintenance?
Kropp: Das ist sicherlich ein Wunschziel, allerdings muss hier noch viel geforscht und entwickelt werden. Die Schwierigkeit besteht darin, dass typischerweise die erfassbaren Messwerte über einen längeren Zeitraum schlechter werden, sich dann aber sprunghaft ändern, wenn das Bauteil verschlissen ist. Erklären lässt sich das so, dass sich die zu Beginn vorgegebene Vorspannung aufgrund von Glättungseffekten für einen langen Zeitraum stabil einstellt. Nach und nach verliert sie sich dann über Verschleiß, bis letztlich ein Spiel entsteht. Der Aufgabe, diesen Weg zu beschreiben und letztendlich vorherzubestimmen, widmen wir uns unter anderem in Zusammenarbeit mit Universitäten. Idealerweise ist das Ergebnis dann einer Art Count-down-Uhr, die angibt, wann eine Spindel getauscht werden muss. Bis es soweit ist, setzen wir auf unsere bereits erwähnte Wissensdatenbank. Von Vorteil ist hier auch die internationale Aufstellung von NSK. Kennen wir ein Problem nicht, kommt im Falle des Falles auch einmal ein Messteam unserer japanischen Kollegen zu uns, um die Situation genau zu analysieren und das Problem zu erfassen. Und um auf die Glättungseffekte zurückzukommen: Eine Lösung kann hier auch der von uns angebotene Superfinish-Prozess bieten – der ist zwar teurer, reduziert aber diese Glättungseffekte von Beginn an. Vorteilhaft ist hier generell auch die reproduzierbar hohe Fertigungsqualität, die NSK bietet; bei geschliffenen Spindeln sind wir weltweit qualitativ und quantitativ auch der größte Hersteller. Die Qualität lässt sich daran erkennen, dass wir selbst die hohen Ansprüche beim Bau von Messmaschinen aus dem Standard erfüllen können. Wichtig ist aber vor allem, mit uns zu sprechen. Lösen konnten wir so auch ein False-Brinelling-Problem (Anm. d. Red.: siehe Kasten) bei einer Anwendung im Halbleiterbereich.
KEM Konstruktion: Was brachte hier die Lösung?
Kropp: Das Problem trat aufgrund einer sehr kleinen Verstellbewegung bei geringer Last, aber hoher Wiederholrate auf. Durch diese Mikrobewegung wurde der Schmierstoff von der Berührstelle weggedrückt, was zu metallischem Kontakt und Mikroverschweißungen führte, hin bis zu der Beschädigung der Laufbahn. Die Lösung brachte hier die Wahl des richtigen Schmierstoffes in Verbindung mit einem gelegentlich ausgeführten Verteilhub. Wir konnten das Problem hier auf den ersten Blick erkennen, während der Kunde normalerweise das erste Mal damit konfrontiert ist und ohne uns lange nach einer Lösung sucht.
Weitere Infos zur Schadensdiagnose bei Linearführungen:
Andreas Kropp, Leiter Lineartechnik Europa, NSK EuropeBild: NSK
„Je früher der Kunde uns als Zulieferer miteinbezieht, desto eher können wir auch bei hochkomplexen Systemen helfen, eine in der Summe zuverlässige Maschine aufzubauen.“
Bild: NSKinfo
False Brinelling
Treten durch Mikrobewegungen muldenartige Verschleißerscheinungen in der Laufbahn von Lagern oder Kugelgewindetrieben auf, spricht man von False Brinelling (Stillstandsmarkierungen). Diese entstehen im Gegensatz zum Brinelling nicht durch eine Überlast, welche eine plastische Verformung der Laufbahn nach sich zieht.
