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Vom Transrapid zur WZM

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Ende der 60er Jahre setzten sich Verkehrsplaner, Wissenschaftler, Politiker und Vertreter der Industrie an einen Tisch, um das Verkehrsmittel der Zukunft anzudenken. Es sollte den Individualverkehr entlasten, schneller als die Bahn sein und auf den Inlandsstrecken den Flugverkehr entbehrlich machen. Nach Möglichkeit sollte es die Verkehrsprobleme der Zukunft nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen Industrienationen entschärfen helfen, sprich ein lukratives Exportgeschäft werden. Aus politischen Gründen konnte der Transrapid die in ihn gesetzten Erwartungen bislang noch nicht einlösen. Eines jedoch steht fest: Der Werkzeugmaschinenbau profitiert schon heute von der für den Transrapid entwickelten Linearmotortechnologie.

Nicht ohne Probleme und mit großer Ingenieurskunst wurden die Anforderungen an das Verkehrsmittel der Zukunft umgesetzt. Am Ende der Entwicklung steht ein praktisch marktreifes Produkt: der Transrapid. Eine faszinierende Technologie, bei der die Sekundärseite des Motors entlang der Fahrstrecke aufgebracht wird. Reibungs- und verschleißfrei lassen sich so Massen mit großer Geschwindigkeit translatorisch auf einem Magnetkissen bewegen.

Technologievorsprung in Gefahr
Dennoch, in einer zunehmend technikkritischen Atmosphäre hat es der Transrapid in der Öffentlichkeit schwer. Angesichts knapper Kassen und drängender Probleme geht auch so manchem Politiker erst die Vision und dann der Weitblick verloren (und hin und wieder wohl auch der Durchblick).
Ob auch diese Technik, in Deutschland entwickelt, nun anderen für die profitable Vermarktung überlassen wird? Es wäre nicht das erste Mal. Wie es um die Zukunft des Transrapid bestellt ist, wird sich bald zeigen. Im Moment sieht es so aus, als würde ein Technologievorsprung leichtfertig verspielt.
Transrapid als Vorbild
Was im Großen seine Funktionsfähigkeit unter Beweis gestellt hat, schickt sich nun eine Nummer kleiner an, dem Werkzeugmaschinenbau neue Dimensionen zu erschließen.
Das Know-how und die Kapazitäten, die bei der Entwicklung des Transrapid aufgebaut wurden, hat z.B. die Firma Krauss-Maffei zu einem guten Teil in die Entwicklung einer leistungsfähigen Linearmotorenbaureihe umgeleitet, die speziell auf die Anforderungen im Werkzeugmaschinenbau zugeschnitten wurde. Die Motoren der Produktfamilie „Thermosandwich“ bieten trotz ihrer kompakten Bauweise Vorschubkräfte bis zu 14,5 kN und dies bei Geschwindigkeiten bis zu 200 m/min.
Thermosandwich-Motoren werden auch von Siemens gebaut und in Verbindung mit dem Steuerungssystem Sinumerik 840D sowie dem Umrichtersystem Simodrive 611D angeboten.
Linearmotoren: Präzision im Nanometerbereich
Die Motoren bestehen aus einem bewegten stromdurchflossenen gekapselten Primärteil sowie einem feststehenden Sekundärteil, der aus Permanentmagneten besteht. Der einfache, mechanische Aufbau der Achse ohne Übertragungselemente wie Kugelrollspindel erhöht die Zuverlässigkeit und Dynamik. Hohe Eilgang- und Vorschubgeschwindigkeiten müssen nicht nur erreicht, sondern auch präzise kontrolliert werden. Bei Einsatz geeigneter Linearmaßstäbe und entsprechender Temperaturbedingungen positionieren die Motoren im Nanometerbereich.
HSC mit Linearmotoren
Der Trend zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist die große Herausforderung, der sich die Anbieter stellen müssen. Gefordert sind extrem hohe Beschleunigungen und Verfahrgeschwindigkeiten. Da, wo Kugelumlauftriebe an ihre mechanischen Grenzen stoßen ist für die neue Generation der kleinen, speziell für den Werkzeugmaschinenbau entwickelten Linearmotoren noch lange nicht Schluß.
Hüller Hille, Ex-Cell-O und Trumpf vorneweg
Verfahrgeschwindigkeiten von 120 m/min und Beschleunigungen von 20 m/s² bieten Bearbeitungszentren von Ex-Cell-O und Hüller Hille schon heute, dank Linearmotoren! Daß man auch großes Blech schnell und genau in kleine Stücke schneiden kann, beweist Trumpf mit dem Laserschneidzentrum TRUMATIC HSL 2502. Auch hier werden mit Linearmotoren 120 m/min in X- und Y-Richtung erreicht. Das macht bis zu 170 m/min beim simultanen Verfahren der Achsen.
Interessant sind Lineardirektantriebe im Werkzeugmaschinenbau überall da, wo es darauf ankommt, Haupt- und Nebenzeiten zu verringern. Da, wo große Stückzahlen flexibel gefertigt werden müssen, liegen die Stärken der neuen extrem schnellen Werkzeugmaschinen. Aufgaben, die bisher von unflexiblen Transferstraßen übernommen wurden, werden nun auch für die viel variabler einsetzbaren Bearbeitungszentren interessant.
Problem: Wärmeanfall!
Ein großes Problem beim Einsatz von Linearmotoren ist der vergleichsweise hohe Energieumsatz in der Motoreinheit und der damit verbundene Wärmeanfall. Anders als bei der Kugelumlaufspindel ist es nicht möglich, den Antrieb räumlich von der Verfahrachse abzukoppeln. Um den wärmebedingten Verzug der Maschine in einem tolerierbaren Rahmen zu halten, bemüht man sich zum einen um eine möglichst gute thermische Isolierung der Lineareinheiten, zum anderen sind die Hersteller dazu übergegangen, die Einheiten mit Flüssigkeitskühlung zu versehen.
Kugelumlauftrieb ausgereizt?
Daß das Feld den Protagonisten der Linearmotortechnologie nicht kampflos überlassen wird, dafür will zum Beispiel das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universität Karlsruhe sorgen. Hier arbeitet man an der Entwicklung einer hochdynamischen Vorschubachse mit Kugelgewindetrieb. Eilganggeschwindigkeiten von 120 m/min und Beschleunigungen von 30 m/s² sollen bei einer bewegten Tischmasse von 600 Kilogramm erreicht werden. Dies sind sicherlich hochgesteckte Ziele. Es ändert aber nichts an der Tatsache, daß man sich hier mit einigem Aufwand bemüht, die schon erkennbare Leistungsrenze für Kugelgewindetriebe noch einmal ein Stück hinauszuschieben. Die Linearmotortechnologie mit ihren heute schon beeindruckenden Möglichkeiten ist hingegen noch lange nicht am Ende ihrer Entwicklung angekommen.
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Krauss MaffeiSiemens
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Hüller Hille
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Ex-Cell-O
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Trumpf
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