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Der unterstehende Versuch verdeutlicht die Effizienz der Levicron-Spezifischen Dünnfilmflüssigkeitskühlung. Vom kalten Zustand und Stillstand der Spindel auf Nenndrehzahl 10.000 Upm erfolgt ein thermisches Gleichgewicht nach rund 9 Minuten. Dies gewährleistet einen stabilen und langfristig unveränderlichen Betrieb der Spindel bei gleichbleibender Drehzahl. Im Vergleich zu anderen verfügbaren Werkstückspindeln ist diese Durchwärmzeit um ein Vielfaches kürzer.

Um das axiale Wellenwachstum so gering wie möglich zu halten, wurde der Einfluss der radialen Fliehkraft auf die Welle berücksichtigt. Mit zunehmender Drehzahl kontrahiert die Welle aufgrund der Radialkräfte, die durch die Zentrifugalkraft induziert werden. Dies wird in der untenstehenden Darstellung veranschaulicht. Bei der aufgeführten Spindel ASD010P120 (10.000 Upm) beträgt das Spindelwachstum lediglich 0,7 µm (vom kalten Zustand und Stillstand bis zur vollständigen Erwärmung und 10.000 Upm).

Der Anwender kann somit nicht nur nach einer kurzen Durchwärmzeit, sondern auch mit einem auf dem Markt einzigartig geringen axialen Wachstum eine thermisch stabile und dauerhaft unveränderliche Bearbeitung beginnen.

Wie in dem Diagramm ersichtlich (siehe unten), ermöglicht die hocheffiziente Dünnfilmflüssigkeitskühlung ein thermisches Gleichgewicht, von kaltem Zustand und Stillstand der Spindel auf eine Nenndrehzahl von 80.000 Upm, in weniger als 3 Minuten.

Dies gewährleistet einen stabilen Betrieb der Spindel bei konstanter Drehzahl ab dieser Zeitspanne, der sich im Laufe der Zeit nicht verändert. Im Vergleich zu anderen Werkzeugspindeln, sei es wälz- oder gasgelagert, ist diese Aufheizzeit deutlich kürzer.

Auch hier ist die konstruktive Berücksichtigung des Einflusses der physikalischen Fliehkraftdehnung ersichtlich. So weist beispielsweise unsere ASD080H25 (80.000 Upm) ein axiales Spindelwachstum von weniger als 5 μm auf (vom kalten Zustand und Stillstand bis zur vollständigen Erwärmung und 80.000 Upm).

Bei unserer ASD060H25 beträgt dieses Wachstum weniger als 3 μm. Die axiale Wellendehnung im gelben Bereich des Diagramms wird durch die Fliehkraft verursacht. Hier dehnt sich die Welle aufgrund der Fliehkraftlast aus, wird kürzer und zieht sich in das Spindelgehäuse zurück. Durch die darauf optimierte Spindelkonstruktion wird dies anschließend durch das thermische Wachstum im roten Bereich des Diagramms kompensiert.

Die radialen und axialen Steifigkeiten unserer Werkzeugspindeln, ermöglicht durch die Spindelkonstruktion und das patentierte aerostatische Lagersystem, werden von keiner anderen Werkzeugspindel erreicht. Durch Fliehkraft- und thermische Dehnungen steigen diese Steifigkeiten mit der Drehzahl und erlauben eine auf dem Markt einzigartige Resonanzfreiheit. Während alle anderen Hochfrequenz-Werkzeugspindeln kritische Drehzahlen aufweisen, bei denen die Drehfrequenz eine der starrkritischen Eigenfrequenzen des Welle-Lager-Systems kreuzt, bleiben die Drehzahlen unserer Werkzeugspindeln aufgrund der hohen Lagersteifigkeiten stets unterkritisch.

Bei der oben erwähnten Messung unserer ASD080H25 wurde der Schwingweg am Werkzeug bei einer bestimmten Drehfrequenz mit einem hochauflösenden und schnellabtastenden kapazitiven Wegsensor gemessen.

Für jede Drehzahl wird somit ein FFT-Spektrum („Fast Fourier Transformation“) erstellt, das sowohl die Fundamentalfrequenz (drehfrequente) als auch die Eigenschwingungen der Spindel bei der jeweiligen Drehzahl zeigt. Wenn alle FFT-Spektren nach der Drehzahl geordnet dargestellt werden, ergibt sich ein 3D-FFT-Wasserfalldiagramm, das zur Übersichtlichkeit von oben betrachtet wird. Die weißen Bereiche repräsentieren die FFT-Spitzen, welche die Fundamentalfrequenz und die Resonanzen bei der jeweiligen Drehfrequenz darstellen. Da sich die anregende drehfrequente Frequenz bei jeder Drehzahl stets unter den beiden starrkritischen Frequenzen (konische, zylindrische) und der Wellenbiegekritischen befindet (ausgelöst durch die Restunwucht), bleibt die Spindel für jede Drehzahl unterkritisch.

Für den Anwender bedeutet dies nicht nur äußerst geringe Schwingungshöhen, sondern auch einen einzigartiggeringen dynamischen Rundlauf über den gesamten Drehzahlbereich der Spindel, ohne Einschränkungen.

Die kompromisslos optimierte Wellendynamik, kombiniert mit der hohen Steifigkeit unseres patentierten Lagersystems, ermöglicht den resonanzfreien Betrieb der ASD-H25 und ASD-H25A über den gesamten Drehzahlbereich.

Durch die hochspezialisierten Fertigungstechnologien der Levicron GmbH können zudem statische Rundläufe des Spindelkonus von weniger als 50 nm garantiert werden.

Der Anwender erhält eine Hochgeschwindigkeitsspindel, die trotz ihrer hohen Drehzahlen ein dynamisch neutrales Verhalten über den gesamten Drehzahlbereich und dynamische Rundläufe von unter 0,8 μm bietet.

Der Begriff „Error-Motion“ bezeichnet die Abweichung der Wellenrotation von der idealen Rotationsachse, einschließlich aller Synchron- und Asynchronfehler. Der fundamentale Synchronfehler (dynamischer Rundlauf) wird dabei nicht berücksichtigt.

Für eine Spindelfehleranalyse (SEA) wird eine präzise geschliffene Kugel auf der Welle befestigt und eine oder mehrere Messvorrichtungen erfassen ihre radiale und axiale Bewegung. Da die Rundheit der SEA-Kugel (Artefakt) oft schlechter ist als der eigentliche Spindelfehler, müssen die Fehler von Spindel und Artefakt getrennt werden. Dies kann entweder durch eine umgekehrte FFT-Methode geschehen, bei der das Artefakt und die Sonde um 180° gedreht werden müssen, oder durch eine komplexe FFT-Analyse mit mehreren Sonden.

Levicron hat spezielle Prüfstände und mathematische Verfahren entwickelt, um die Rotationstreue (Error-Motion) präzise zu messen und auszuwerten. Unser spezielles Auswertungsverfahren trennt die Spindelfehler vom Fehler des verwendeten Artefakts (z. B. der Kugel). Mit hochauflösenden und schnell abtastenden kapazitiven Sensoren sowie einer eigenen Auswertungssoftware überprüfen wir die Rotationstreue aller ultrapräzisen Motorspindeln. Unsere Modelle ASD-H25 und ASD-H25A sind auf eine Error-Motion von weniger als 30 nm spezifiziert.

Die hochspezialisierten Fertigungstechnologien der Levicron GmbH gewährleisten einen garantierten statischen Konusrundlauf von weniger als 50 nm. Mit denselben präzisen Fertigungsmethoden produziert Levicron auch seine ultrapräzisen HSK-Werkzeughalter UTS-x. Diese Werkzeughalter zeichnen sich durch garantierte statische Rundläufe von unter 0,8 μm und eine Auswuchtgüte von G0.3 mm/s bei 60.000 Upm aus.

In einem Kundenversuch wurde der statische Rundlauf an einem Referenzdorn mit HSK-E25-Schnittstelle und einer Entfernung von 185 mm von der Spindelnase gemessen. Der gemessene Wert von unter 0,5 μm bestätigt die hohe Qualität der Kombination aus Konusrundlauf und Werkzeughalter.

Zusätzlich führen wir standardmäßig für jede Spindel eine genaue Einspanngenauigkeitsprüfung durch. Dabei wird die Spindel viermal um 90° in Bezug auf die Welle verdreht und die verbleibende Unwucht der gesamten Spindelwelle gemessen. Die radiale Wiederholgenauigkeit der Einspannung wird aus der Exzentrizität der Werkzeugaufnahme berechnet. Für unsere Modelle ASD-H25 und ASD-H25A beträgt diese Genauigkeit besser als 0,2 μm.