Durch das Federelement gewinnt die Kette an Elastizität, ohne an Zugkraft einzubüßen.

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Ausgestattet mit einem solchen elastischen Federelement ist unter an­derem die Energieketten-Variante E6.29, die im Igus-Technikum einem Langzeittest mit über 400 Millionen vollständigen Biegungen unterzogen wurde. Wie ein Gutachten der Fachhochschule Köln feststellte, wies keiner der eingesetzten Verbinder irgendwelche sicht- oder messbaren Schäden auf.

Zudem unterstützt das Federelement den modularen Aufbau der Energiekette. Die Glieder der Ketten-Seitenteile lassen sich durch das Einsetzen beziehungsweise Entfernen der Federn rasch verbinden oder trennen, so dass die Energieführung leicht auf die individuelle Anforderung der jeweiligen Anwendung angepasst, mit Leitungen bestückt und montiert werden kann. Dabei lässt sich die Kette sowohl im Innen- als auch im Außenradius öffnen. Ein Kunststoffhammer, ein Schraubendreher und wenige Handgriffe genügen, um die Verbinder ein- beziehungsweise auszutreiben. Nicht zuletzt lässt sich die Innenaufteilung durch die Verwendung von Trenn- und Teilungsstegen sowie Einsteck- und Zwischenböden variabel bestimmen, was eine individuelle Einspeisung und schnelle Leitungsmontage ermöglicht. Und durch die zusätzliche Verwendung von Boden- und Deckelelementen kann die Energiekette ohne aufwendige Umrüstung in ein geschlossenes Rohr umgewandelt werden, das besonderen Schutz vor Verschmutzung, Spänen und sonstigen Umwelteinflüssen bietet.

Die Laufruhe einer mit elastischen Federelementen ausgestatteten Kette äußert sich ferner in einer geringen Geräuschentwicklung beziehungsweise einem gemessenen Schalldruckpegel von nur 37 dB(A), wie ein Gutachten des TÜV Rheinland bestätigt hat. Gefertigt aus dem elektrisch leitfähigen Werkstoff ‚igumid ESD‘, können die Federelemente außerdem bei Bedarf für einen dauerhaft konstanten Leitwert und damit Ableitfähigkeit sorgen.

Die neue Generation laufruhiger Energieketten hat eine noch kleinere Teilung und verfügt über eine 'Bremse' im Anschlagsystem.

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Eine zusätzliche Möglichkeit, die Vibrationen in einer Werkzeugmaschine zu verringern, besteht in speziellen Konstruktionslösungen. Ein Beispiel dafür ist die Anordnung von Energieketten übereinander, was im Einzelfall die Fräsgenauigkeit deutlich verbessern kann. Neben diesen ‚immanenten‘ Lösungen, welche die Systemeigenschaften der Maschine verändern, sind Zusatzsysteme integrierbar, die gezielt äußere Kräfte einsetzen, um durch Schwindungsdämpfung beziehungsweise Schwingungsauslöschung die schädlichen Vibrationen zu minimieren oder völlig zu vermeiden. Dabei lassen sich passive und aktive Zusatzsysteme unterscheiden:

Bei passiven Systemen wird der Dämpfungseffekt mittels einer Umwandlung der Schwingungsenergie erreicht, indem ein zusätzlicher Massekörper die kinematische Energie in thermische oder eine Relativbewegung zwischen den Körpern um­wandelt. Bei aktiven Zusatzsystemen wird eine von außen zugeführte ­Hilfsenergie benutzt, um eine gegenphasige Schwingung zu erzeugen. Beide Methoden bedeuten aber immer ­zusätzliche Kosten, gerade weil die Zusatzsysteme meist nur als spezielle Einzelsystemlösungen realisierbar und nicht maschinenübergreifend benutzbar sind. Primär sollte deshalb auch in der Zukunft auf die Schwingungsquellen, das heißt auf die Vibrationsarmut der Komponenten der Werkzeugmaschine geachtet werden.

Technologischer Ausblick

Eine Weiterentwicklung der erwähnten Energiekette E6 besteht in der neuen Serie E6.1. Neben einem glatteren Innenraum und der Gewichtsreduzierung um rund 30 % bringt diese in Bezug auf das Schwingungsverhalten eine weitere Qualitätsverbesserung. Durch die kleinere Teilung und eine ‚Bremse‘ im Anschlagsystem in Form einer keilförmigen Kontur im E-Ketten-Anschlag konnte der Schalldruck noch einmal um 2 dB(A) verringert werden. Außerdem wurde die Geometrie optimiert und damit der Lauf noch ‚runder‘, so dass der Polygoneffekt nahezu eliminiert ist. Ebenfalls neu: Die Öffnungsstege sind abgerundet worden, ebenso wie die Übergänge vom Kettenglied zum Öffnungssteg. Alle Anspritz- und Markierungspunkte liegen nun außerhalb des Kettenquerschnittes. Auf diese Weise konnten die Kontaktflächen und demnach Abrieb und Schwingung weiter reduziert werden. Selbst bei höheren Beschleunigungen und Geschwindigkeiten steigt dadurch die Laufruhe weiter.

Autor:
Lukas Czaja leitet das Branchenmanagement Werkzeugmaschinen bei Igus.

Energieketten im Vergleich

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Eine Studie des Laboratoriums für Werkzeug­maschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH Aachen hat sich dem Vergleich des Schwingungsverhaltens von fünf unterschiedlichen Energieführungsketten gewidmet. Untersucht wurden dabei unter anderem die Energieketten E6 und die Serie 380 aus dem E4/00-Standardprogramm von Igus. Mit Innenbreiten von 100 bis 105 mm beziehungsweise Innenhöhen von 42 bis 52 mm fielen alle untersuchten Ketten in die gleiche Größenkategorie. Der Prüfstand bestand aus einem Grundgestell und einem hochdynamischen Direkt­antrieb, der den linearmotorgetriebenen Schlitten (Vorschubkraft 14000 N) in vier Geschwindigkeiten (25 m/min, 50 m/min, 100 m/min, 200 m/min) und mit zwei Beschleunigungen (10 m/s², 20 m/s²) über den Verfahrweg von 800 mm bewegte.

Das Ausmaß an Vibrationen wurde durch Beschleunigungssensoren mit einer Abtastfrequenz von 6000 Hz gemessen, die am Mitnehmer und an der Auflagenrinne der Energieketten angebracht waren. Für den Hin- und Rückweg des Schlittens erfolgte jeweils eine gesonderte Messung, um eine Konfundierung der Messwerte durch die beiden Bewegungsrichtungen zu vermeiden. Die durch die Sensoren erfassten Signale wurden im Zeit- wie im Frequenzbereich ausgewertet. Im Zeitbereich gibt der gleitende Effektwert (RMS-Wert) das Maß für die Schwingungsenergie am Ort der Messung an.

Bei allen Energieketten zeigte sich die größte Schwingungsenergie an der Auflagenrinne in Richtung der Applikatenachse (z-Achse). Dementsprechend konzentrierte sich die Vergleichsuntersuchung auf diese maximalen Schwingungssignale in Z-Richtung. Die unterschiedlichen Beschleunigungen von 10 m/s² und 20 m/s² hatten keinen signifi­kanten Einfluss auf die Schwingungswerte der Energieketten.

Für die beiden untersuchten Ketten von Igus wurde ein im Durchschnitt um 28 % geringerer Wert an Vibrationen als bei den anderen Energieführungen gemessen. Sie wiesen zudem einen maximalen Effektivwert von etwa 4 m/s² auf. Die in dieser Hinsicht ‚schwingungsreichste‘ Energieführungskette hatte mit einem Wert von 5,6 m/s² sogar eine um 40 % schlechteren Wert.