Die Achsen von Werkzeugmaschinen sind während des Bearbeitungsprozesses häufig umherfliegenden Spänen ausgesetzt. Damit der Produktionsabfall die Führungsbahnen der Achsen nicht blockiert, müssen diese geschützt werden. Faltenbälge sorgen dafür, dass der Maschine nichts in die Quere kommt.

Mit jeder Unterbrechung der Fertigung geht einem Industriebetrieb bares Geld verloren. Deshalb gilt es, die Störfaktoren auf ein Minimum zu reduzieren und alles dafür zu tun, dass die Produktion reibungslos läuft. Bei Werkzeugmaschinen können Staub, heiße Späne, Funkenflug und massiver Spänebefall den Betrieb der Anlagen beeinträchtigen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an Faltenbälge, die den Schutz der bewegten Achsen und damit des zentralen Teils jedes Antriebsstranges in einer Werkzeugmaschine übernehmen.

Das mittelständische Unternehmen Hema Maschinen- und Apparateschutz aus Seligenstadt konstruiert und fertigt maßgeschneiderte Faltenbälge. Zum Einsatz kommen sie beispielsweise zum Schutz von CNC-Maschinen. Bei der Konstruktion der Faltenbälge steht die richtige Balance zwischen Bewegungswiderstand, Dichtheit und Haltbarkeit im Vordergrund – schließlich soll die Dynamik einer 5-Achsen-Bewegung nicht beeinträchtigt werden. Hema konstruiert die Faltenbälge deshalb auf einem speziellen CAD-3D-System.

Jeder Faltenbalg ist anders

Nicht immer sind die Anforderungen der Kunden leicht umzusetzen. „Das erfordert schon einiges Know-how“, erläutert Jürgen Heberer, Leiter der Konstruktionsabteilung bei Hema.

Der Grund liegt im Design moderner Maschinen: „Die Schutzabdeckungen müssen den komplexen Geometrien in der Werkzeugmaschine folgen“, erklärt Heberer. Beständigkeit gegen scharfkantige Späne, hohe Temperaturen und aggressive Kühlschmiermittel ist ebenfalls unabdingbar. Das betrifft auch CNC-Bearbeitungszentren, bei denen ein kleiner Bauraum höchste Priorität hat und die Abdeckung gleichzeitig mehrere Achsen schützen muss. Von der Stange sind übrigens die wenigsten Faltenbälge von Hema: „Die Anforderungen an die Form und Stabilität sind fast immer kundenspezifisch“, so Heberer.

Passgenau zugeschnittene Lösungen eignen sich dank ihrer kompakten Einbaumaße und geringen Masse optimal für hohe Prozessgeschwindigkeiten und komplexe Spindelbewegungen.

Für jede Anwendung das passende Material

Die Hessen entwickeln und fertigen seit vier Jahrzehnten individuelle Faltenbälge und sorgen so für mehr Flexibilität bei der Konstruktion von Werkzeugmaschinen. Hema-Techniker setzen dabei die steigenden Anforderungen, die aus den zunehmenden Verfahrgeschwindigkeiten der Antriebe resultieren, im Maschinenschutz um. Für Faltenbälge greifen sie dabei je nach Anwendungsfall auf verschiedene Materialien zurück, zum Beispiel Laminat, Weich-PVC, Gummischeiben oder Edelstahl.

Hochwertige Beschichtungen schützen die mechanischen Komponenten des Antriebsstranges im Inneren der CNC-Maschinen effektiv vor Kühlschmierstoffen, Schmutz, Staub, Ölen und Fetten. Besonders hohe Anforderungen gelten für Bereiche, die einem starken Spänebeschuss und Funkenflug ausgesetzt sind: Hier müssen hitzebeständige Faltenbälge aus selbstverlöschenden Materialien eingesetzt werden, „wie sie typischerweise bei Schweißanlagen im Karosseriebau zu finden sind“, erläutert Heberer.

Die Faltenbälge der Elastic-Serie kommen darüber hinaus auch an Spindelhubgetrieben beispielsweise in Spannvorrichtungen oder Positioniereinrichtungen zum Einsatz.

Schutz vor scharfkantigen Spänen

Zusätzlich lassen sich die Faltenbälge mit Edelstahllamellen verkleiden. Zum Einsatz kommen sie bei der Samurai-Baureihe, einer Weiterentwicklung der Elastic-Faltenbälge. Die Stahllamellen werden an der Oberkante der Falten befestigt und verstärken dadurch die Faltenbälge.

In der Hochgeschwindigkeitszerspanung gewährleisten die Lamellen außerdem einen wirkungsvollen Schutz der Spindeln und Führungen gegen sehr heiße und scharfkantige Späne. Gemeinsam mit verschiedenen Kunden hat Hema bereits Lösungen für CNC-Maschinenzentren mit Verfahr-Geschwindigkeiten über 100 m/min und Beschleunigungen über 2 g realisiert. Für diese Art von Faltenbälgen lassen sich alle Materialien, Formen, Verarbeitungsarten und Abmessungen der Elastic-Baureihe kombinieren.

Die Abdeckungen passt das Unternehmen der Dynamik der Maschine an. Für Maschinen mit besonders engem Bauraum bietet Hema die Baureihe Fastaf TW an, einen „um die Ecke“ laufenden Faltenbalg, bei dem das Zusammendruckmaß der Schutzabdeckung in eine um 90° gekippte Ebene verlagert wird.

Herstellung der Faltenbälge

Produziert werden die Faltenbälge auf Sonderanlagen, die eigens für die Seligenstädter gebaut wurden. In einem ersten Schritt plissiert Hema die Falten auf modernen Maschinen und schneidet die Außenmaterialien zu. Der dauerhafte Verbund des Obermaterials mit den Stütz- beziehungsweise Führungsrahmen geschieht dann auf vielerlei Weise: Intelligente Verbindungstechniken mit verschweißten oder thermisch verklebten Führungsrahmen zählen zum Standard.

Auch laminierte, mehrlagig verklebte Ausführungen gehören zum Programm. Die Führungselemente oder Gleitmaterialen sind genietet, verpresst oder geklebt. Edelstahllamellen werden mittels Klammertechnik befestigt.

Intensive Tests und Qualitätskontrollen

„Auf Wunsch besprechen wir die Anwendungen direkt beim Kunden und setzen die Entwicklungen dann als 3D-Konstruktion um“, so Heberer. Auf diese Weise kann Hema bis zum endgültigen Fertigungsauftrag alle Anforderungen berücksichtigen. Eine lückenlose Dokumentation und Prüfung nach DIN EN IS0 9001:2008 stellt außerdem sicher, dass sich alle Bauteile jederzeit reproduzieren und ersetzen lassen.

Um seinen Kunden das Maximum an Sicherheit und Zuverlässigkeit garantieren zu können, unterziehen die Experten von Hema die Produkte einer Qualitätssicherung. In enger Zusammenarbeit mit externen Instituten prüfen sie Entwicklungen und Konstruktionen auf Praxistauglichkeit und simulieren Extremsituationen.

Zu diesem Zweck hat Hema an seinem Sitz in Seligenstadt einen Testbereich eingerichtet, in dem unter anderem Lebensdaueranalysen durchgeführt werden. Die Ingenieure beobachten beispielsweise das Knickverhalten der Materialien, entstehende Risse an Stützrahmen und den Verschleiß der Gleit- beziehungsweise Rollenführungen. Nach den Prüfungen bekommt der Kunde alle Testergebnisse, die im Zusammenhang mit seinem Produkt stehen. Die bestellten Produkte werden dem Kunden montagegerecht und betriebsbereit als Einheit angeliefert.