Veränderte Mitnehmernut beseitigt Massenungleichgewicht

Die Zukunft des HSK ist dynamisch ausgewuchtet

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Dank einer Weiterentwicklung von Mapal ist es möglich, Adapter und Werkzeuge sowie modulare Werkzeugsysteme mit HSK-Schaft dynamisch auszuwuchten. Dazu wurde die Geometrie der niedrigen Mitnehmernut des HSK-Kegels verändert. Der Einsatz des neuen Systems erfolgt genauso wie bisher, es sind keinerlei Änderungen an der Bearbeitungsmaschine erforderlich.

Anfang der 1990er Jahre wurde der Hohlschaftkegel HSK eingeführt. Mapal hat diese Einführung maßgeblich mitbestimmt: Dr. Dieter Kress, geschäftsführender Gesellschafter von Mapal, war zu dieser Zeit Vorsitzender der nationalen und internationalen Normengremien. Heute ist der HSK eine der marktführenden Werkzeugschnittstellen und in verschiedenen Ausführungen verfügbar. Der Fokus bei der ursprünglichen Gestaltung lag auf der Verbesserung von Spanngenauigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitiger Massenreduzierung im Vergleich zu dem zu dieser Zeit konkurrenzlosen Steilkegel.

Das komplexe Thema des Auswuchtens fand bei der Konstruktion der beiden hauptsächlich verwendeten HSK-Formen A und C jedoch noch nicht die notwendige Berücksichtigung. So dienen zwei unterschiedlich tiefe Mitnehmernuten am Ende des Hohlkegels als Verdrehsicherung, wodurch jedoch an dieser axialen HSK-Position ein Massenungleichgewicht entsteht.
Zwischen der ursächlichen Unwucht durch die unterschiedlich tiefen Mitnehmernuten (Bild 1, Ebene 1) und deren statischer Beseitigung am HSK-Bund, hier gezeigt durch eine Ausgleichsbohrung am HSK-C (Bild 1, Ebene 2), liegt der axiale Abstand L. Dieser Hebelarm L zwischen zwei gleichgroßen Unwuchten generiert eine dynamische Unwucht beziehungsweise ein Unwuchtmoment MU aufgrund der sich gegenüberliegenden Fliehkräfte FU und -FU. Obwohl die Einspannung des HSK-Spannfutters in einer Maschinenspindel verhindert, dass ein rotierendes Werkzeug eine Taumelbewegung ausführt, so sind jedoch entsprechende Schwingungen die Folge.
Dynamisches Auswuchten bisher nicht möglich
Vor allem bei kurzen oder schlanken HSK-Spannmitteln wie Schrumpf-, Hydrodehn- oder Spannzangenfuttern sowie Flansch- oder Modulaufnahmen und HSK-Reduzierungen war die Korrektur der dynamischen HSK-Unwucht nicht möglich. Solche Adapter konnten bislang also weder für sich selbst, noch zusammen mit einem gefügten Zerspanungswerkzeug, wie einem Bohrer oder Fräser, dynamisch ausgewuchtet werden. Das gleiche galt auch für kurze oder schlanke, rotationssymmetrische monolithische Werkzeuge.
Eine weitverbreitete Forderung in Lastenheften vieler Werkzeugkunden formuliert das damit verbundene Dilemma: „Sämtliche Einzelkomponenten, als auch daraus zusammengesetzte Werkzeugsysteme sind dynamisch auszuwuchten“. Hersteller von HSK-Spannmitteln oder entsprechenden modularen HSK-Werkzeugsystemen konnten diese Bedingung bislang kaum erfüllen. Sowohl Spannzeug als auch Werkzeugsystem wiesen die dynamische Restunwucht des HSK-Schaftes auf. Ein entsprechendes Messergebnis führte bei Anwendern häufig zu Reklamationen. Die technisch korrekte Erklärung, dass hierfür ausschließlich der normgerecht gefertigte und ausgewuchtete HSK verantwortlich sei und somit auch keine Verbesserung möglich wäre, überzeugte Kunden nur selten.
Die Einsatzpraxis von statisch ausgewuchteten Werkzeugen mit HSK-A- und HSK-C-Schnittstellen hat bisher zwar gezeigt, dass die dynamische Restunwucht bei mehrteiligen, modularen Zerspanungswerkzeugen auf unkritische Bearbeitungen keinen entscheidenden Einfluss hat und die erzielten Ergebnisse die Forderungen erfüllten. Bei stetig steigenden Schnittgeschwindigkeiten und damit höheren Werkzeugdrehzahlen verstärkt eine dynamische Restunwucht allerdings Schwingungen und Vibrationen.
Optimierte Version des Hohlschaftkegels
Als Innovationstreiber im Bereich der Spanntechnik hat sich Mapal aus den genannten Gründen dieser Problematik des HSKs angenommen und eine optimierte Version entwickelt. Beim verbesserten HSK wurde die niedrige der beiden Mitnehmernuten zu einer zweiten tiefen Mitnehmernut gleichen Volumens verändert. Die Breite der neuen Vertiefung ist beidseitig um insgesamt einen Millimeter reduziert. Dadurch wird das Massenungleichgewicht an dieser Stelle beseitigt. Die Lageindexierung bleibt weiterhin gewährleistet. Durch den optimierten HSK ist es erstmals möglich, HSK-Adapter, modulare Werkzeugsysteme sowie kurze und schlanke, rotationssymmetrische Werkzeuge mit HSK-Schaft dynamisch auszuwuchten.
Mit der dynamischen Restunwucht verlieren jetzt also sämtliche HSK mit ehemals unterschiedlich tiefen Mitnehmernuten ihren letzten und einzigen Nachteil. Und auch mit der neuen Form der Mitnehmernut behält der HSK seine volle Funktionalität sowie alle bisherigen technischen Vorteile gegenüber anderen Werkzeugschäften. Neben einem besseren und einfacheren Auswuchtvorgang selbst, sind Verbesserungen bei den Bearbeitungsergebnissen, beispielsweise hinsichtlich Oberflächenqualität und Rundheit, zu erwarten. Zudem wird dem Kunden die Entscheidung für einen Wechsel zur optimierten HSK-Bauform leicht gemacht, weil ihr Einsatz wie bisher ohne Einschränkung auf allen bestehenden Bearbeitungsmaschinen erfolgen kann. Die optimierte HSK-Bauform ist zur Normung vorgeschlagen. Die Spannfutter High Torque Chuck mit schlanker Kontur sind als erste Produktgruppe serienmäßig optional mit dem optimierten Hohlschaftkegel lieferbar.
Mapal Dr. Kress KG www.mapal.com
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