Getriebe für Schneidköpfe für Wasserstrahlschneidemaschinen

      Zum Schneiden von Materialien kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Am bekanntesten ist das Sägen, das nur zur einfachen Materialtrennung verwendet wird. Zum Schneiden von verschiedenen komplizierten Formen werden Wasserstrahl-, Plasma- oder Laserschneidemaschinen eingesetzt. Das Design und Prinzip dieser Schneidemaschinen sind mehr oder weniger ähnlich. Der Hauptunterschied liegt in der Art des verwendeten Schneidmediums.  Vom verwendeten Medium hängen dann die Eigenschaften der Maschine wie Schnittgeschwindigkeit, Schnittqualität, Schneidspaltbreite, maximale Dicke des Schnittmaterials, Beschaffungskosten und Betriebskosten ab.  Jede dieser Technologien hat ihre Vor- und Nachteile. Die Wahl der Technologie hängt davon ab, wofür die Maschine verwendet wird und was damit erreicht werden soll. 

     Das Plasma- und Laserschneiden erfolgt auf thermischer Basis, das bedeutet, dass das Schneiden durch Schmelzen des Materials erfolgt. Daher können wärmeempfindliche Materialien (Holz, Thermoplaste, Laminate usw.) nicht mit ihnen geschnitten werden.   Das Wasserstrahlschneiden basiert auf der hydroerosiven Trennung mit einem hochenergiereichen Wasserstrahl. Die Schneidkante ist nicht durch die thermische Verformung beeinträchtigt, sondern zeichnet sich durch eine hohe Qualität und Genauigkeit des Schnitts aus. Es ist die universellste Schneidemethode, bei der alle Arten von Materialien, einschließlich Papier und Lebensmittel geschnitten werden können.  Zum Schneiden von harten und zähen Materialien wird ein Schleifmittel (Abrasivum) hinzugefügt.

     Unterschieden wird zwischen zwei grundlegenden Methoden. Es ist das zweidimensionale Schneiden und das räumliche Schneiden (s.g. 3D-Schneiden). Bei dem zweidimensionalen Schneiden werden 3-Achs-Maschinen eingesetzt, an welchen sich der Schneidkopf in zwei Grundachsen X und Y bewegt. Die Z-Achse dient zur Einstellung der Entfernung zwischen dem Schneidkopf und dem geschnittenen Material. Beim 3D-Schneiden werden 5-Achs-Schneidemaschinen eingesetzt, wobei zusätzlich zu den Linearachsen X, Y und Z zwei weitere Rundachsen hinzugefügt werden. Sie ermöglichen so das Kippen des Schneidkopfes und damit die Schaffung eines dreidimensionalen räumlichen Schneidens. 

     Beim Wasserstrahlschneiden werden allerdings 5-Achs-Schneidemaschinen auch beim zweidimensionalen Schneiden verwendet. Grund dafür ist, dass der Wasserstrahl, der unter hohem Druck aus der Düse des Schneidkopfes austritt, die Form eines Kegels hat. Dies führt zu der Erscheinung, dass die Schneidkante nicht senkrecht zur Oberfläche des geschnittenen Materials ist. Um diese Erscheinung zu beseitigen wird das Verfahren Taper Control System (TCS) angewandt, welches den Ausgleich durch die Neigung des Schneidekopfes unter dem Neigungswinkel des Kegels bewirkt.

    Die in der vierten und fünften Achse eingesetzten Untersetzungsgetriebe beeinflussen im Wesentlichen die Eigenschaften der Schneidemaschine. Bei Anwendung des Taper-Control-System zum Kegelausgleich kommt es in diesen Achsen zu sehr langsamen Bewegungen. (TCS-Verfahren). Daher ist es vorteilhaft Getriebe mit hoher Steifigkeit und niedriger Reibung in der Verzahnung zu verwenden, was zum Ausschluss des s.g. Stick-Slip Effekts führt, der ruckartige Bewegungen verursacht, wodurch die Qualität des Schnittes verringert wird. Gerade in diesen Anwendungen bewährten sich die TwinSpin®-Zykloidgetriebe, die auch bei sehr niedriger Drehzahl einen sehr reibungslosen Betrieb aufweisen.

     Die hochpräzisen TwinSpin®-Untersetzungsgetriebe zeichnen sich durch hohe Genauigkeit aus, die sich positiv auf die Genauigkeit des Schneidens der Maschine auswirkt. Sie zeichnen sich auch durch die hohe Torsions- und Kippsteifigkeit aus. Diese sind aus dem Grund sehr maßgebend, dass der aus der Düse auf das geschnittene Material strömende Wasserstrahl unter hohem Druck ist und neigt dazu, den Schneidkopf in Schwingungen zu versetzen, was sich negativ auf die Genauigkeit und Qualität des Schnitts auswirken würde.

     Darüber hinaus haben TwinSpin®-Untersetzungsgetriebe hohe Übersetzungsverhältnisse und geringe Größen. Das ermöglicht ein sehr kompaktes Design des Schneidkopfes zu erstellen und damit die gesamte Antriebsträgheit zu senken. Das wirkt sich positiv auf die Bewegungsdynamik, auf die Kürzung der Nebenzeiten (wenn kein Schnitt erfolgt, sondern der Schneidkopf in eine andere Position bewegt wird) und somit auch auf die Produktivität der Maschine aus. 

     Eine sehr interessante Lösung für die Schneidkopfantriebseinheit ist auch die Verwendung von DriveSpin®-            Aktuatoren, insbesondere deren der Hohlwellenausführung, die eine noch kompaktere und einfachere Schneidkopflösung ermöglicht. Sie verringert die Abmessungen der Antriebseinheit, erleichtert die Montage und erhöht die Verlässlichkeit und Sicherheit der Maschine dadurch, dass die zur Energieversorgung und der Steuerungssignale benötigten Kabel durch den Aktuator innerhalb des Schneidkopfes geführt werden können. So kann das Risiko der äußeren mechanischen Beschädigung verhindert werden.

    Diese hervorragenden Eigenschaften der TwinSpin®-Untersetzungsgetrieben und der DriveSpin®-Aktuatoren von SPINEA, s.r.o. werden nicht nur in den Wasserstrahlschneidemaschinen, sondern auch in den Schneidköpfen beim Plasma- und Laserschneiden angewandt.