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Impressum                                           Diese Seite beschreibt allgemeine Probleme und deren Lösung beim Portalfräsenbau.  

 

Die Frage nach den Lagerungen der Spindeln bei den Hobby-Fräsen:

Rechts mal der Vergleich zweier Spindel/Antriebs-Lagerungen. Links das Spindellager dieser Konstruktion Tron bzw. Tron+ ( Rechts das Lager der XY-Achse der P3-Cobra). Und da gibt es „Fachleute“ die die Leistung der Lagerung bei der Cobra anzweifeln. Das kleine Lager leistet axial etwa 35 kg, das Lager der Cobra leistet >600 kg in axialer Richtung. Natürlich schieben „Fachleute“ dann gleich das Argument nach, dass ja beide Lager keine Schrägkugellager sind und somit für eine axiale Lagerung vollkommen ungeeignet sind. Da gebe ich den „Fachleuten“ natürlich recht, da diese Meinung ja in allen Fachbüchern aus der „Steinzeit“ so verankert ist. Gelernt ist eben gelernt!? Wenn Sie aber die Angaben von modernen Rillenkugellagern von z.B. FAG lesen, werden Sie bemerken, dass dort sehr wohl auch die dauerhafte, axiale Belastung angegeben ist. Schrägkugellager wurden eigentlich aus der „Not“ heraus geboren. Die radiale und axiale Belastung sollte etwa gleich sein (wie bei Radlagern eines PKW). Darum versuchte man den axialen Schliff der Kugellaufflächen in den Kugellagern einseitig zu verstärken, aber die radialen Kugellaufflächen wenig zu verändern (Tragkraft in beide Richtungen). Nun werden ja Schrägkugellager in bestimmten Neigungswinkeln für die auftreffende Kraft angeboten (30 oder 45 Grad usw.). Daraus ist zu erkennen, für was diese Schrägkugellager konstruiert wurden (mehr radial oder mehr axial belastbar – bei 45 Grad ist die Belastung etwa gleich in beide Richtungen - Kraftvektorbetrachtung). Liegt ein normales Rillenkugellager bei etwa 0 bis <30 Grad, so hat dieses axial natürlich nur die Hälfte oder weniger der radialen Tragkraft in axialer Richtung. Aber die Funktion ist gleich. Sprich, ein Rillenkugellager ist natürlich auch als Schrägkugellager zu betrachten, aber mit nur <50 % der Leistung eines echten Schrägkugellagers in axialer Richtung. Somit können Sie natürlich ein normales Rillenkugellager für die Lagerung der Spindel in axialer Richtung einbauen, wenn die Leistung des Lagers dies erlaubt. Der Rundlauf usw. ist ja bei beiden Ausführungen etwa gleich.

Bei kleinen Lagern sind für Spindellagerungen natürlich Schrägkugellager zu bevorzugen. Aber nicht wegen der Genauigkeit, sondern wegen deren erhöhter Leistung in axialer Richtung. Werden die Lager größer, bei gleicher Belastung, spielt es keine Rolle mehr, ob Radial.- oder Schrägkugellager verbaut werden (die Leistung muss nur der Belastung entsprechen).

Lagervergleich

Links das Lager der Tron, rechts das Lager der angetriebenen Muttern der P2 / P3-Cobra.

Das linke Lager ist ein Schrägkugellager 7201 2RS (2RS sagt aus, dass beide Seiten abgedeckt sind). Vor etwa 4 Jahren wurde für die angetriebenen Muttern immer das Lager in der Mitte des Bildes verbaut, ein zweireihiges Schrägkugellager. Aber diese Lager leisten weniger wie das Radiallager rechts im Bild, das jetzt verbaut wird. Das eigentliche Problem dabei ist, dass diese normalen Kugellager einen viel größeren Aussendurchmesser haben, wie diese schmalen Schrägkugellager. Aber diese Radiallager wie rechts laufen auch bei Holzhexlern oder in landwirtschaftlichen Maschinen, wo Äcker überfräst werden. Belastung teilweise > 2000 kg. Darum keine Sorge bezüglich der Lebensdauer dieser Lager - Sie werden diese nicht überleben!

Nehmen Sie sich doch mal die Zeit und lesen unter:   https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4lzlager   Wo ich was dazu geschrieben habe.

Oder bei SKF:   http://www.skf.com/de/products/bearings-units-housings/ball-bearings/deep-groove-ball-bearings/single-row-deep-groove-ball-bearings/index.html

Lagervergleich der Maschinen

Links die frühere Bauweise der Lagerung der angetriebenen Muttern mit Doppelschrägkugellagern (vor 4 Jahren), rechts die aktuelle Bauweise. Das Hauptproblem war der dünne Innenring der Lager, der für die auftreffende Kraft zu wenig Fläche darstellte. Natürlich musste der Aluwürfel für diese neuen Lager größer werden, aber diese Mehrkosten nehme ich gerne in Kauf, wenn die Verarbeitung der Lager dadurch einfacher und sicherer ist (innen läuft ja ein Kunststoffteil, das eine gewisse Auflagefläche für die Kraftübertragung benötigt. Früher mussten da noch Stahlscheiben montiert werden, um die Fläche zu vergrößern).

Lagervergleich der Maschinen

Die Frage nach der Dynamik der Fräsen:

Was will ein Kunde? Er will sehr hohe Genauigkeit und Kraft. Er will hohe Geschwindigkeit und unglaubliche Dynamik. Er will beste Fräsergebnisse und wenig Schwingungen. Er will eine perfekte Maschine mit den besten Industriebauteilen. Und das will er alles zu einem unglaublich günstigen Preis ;-)

Die bewegte Masse der Y-Achse (also das gesamte Portal ohne Fräsmotor) beträgt bei der P3 Cobra 66 kg (bei der P2 52 kg). Die verbauten Schrittmotore haben ja fast immer 3 Nm und da diese im Antrieb untersetzt werden, entspricht das 3,75 Nm Leistung des Motors. Über den "Daumen gerechnet", reicht diese Leistung für etwa 40 kg bewegte Masse für eine sehr gute Dynamik aus. Das P3 Portal hat aber schon 66 kg und mit Anbauteilen und Fräsmotor sogar über 70 kg. Darum die berechtigte Frage der Kunden, ob man mit der P3 auch Wirbelfräsen kann. Wenn Sie ein Rechteck ausfräsen fahren Sie mit dem Fräser ja in eine Ecke. Dort stoppt eine Achse komplett und die andere Achse beschleunigt wieder auf Fräsvorschub. Bremsen und Beschleunigen haben Sie ja in der Software eingestellt (als Rampe). Eine Achse steht, die andere Achse fährt. Beim Wirbelfräsen fahren aber immer beide Achsen, da das Wirbelfräsen eine Kreisfahrt ist. Im Bild rechts ist dargestellt, welche Belastung jede der XY-Achsen zu einer gewissen Zeit hat. Die X-Achse läuft z.B. ihren Weg im Sinus, zur gleichen Zeit läuft die Y-Achse im Cosinus. Beide Achsen haben also zur gleichen Zeit total unterschiedliche Anforderungen. Während eine Achse mit Bremsen und Beschleunigen beschäftigt ist, gibt die andere Achse Gas im Vorschub. Aber an keiner Stelle müssen die Achsen "hart abbremsen", wie beim Fräsen eines Rechtecks. Darum brauchen Sie beim Wirbelfräsen keine sehr lange Hochlauframpe, da diese ja schon in der Sinus/Cosinus-Bewegung integriert ist (die Rampe steckt schon in der XY-Bewegung). Darum können Sie mit den EMS-Fräsen natürlich auch mit 3 Nm-Motoren Wirbelfräsen. Aber bei Beschleunigungen "um die Ecke" sollten Sie schon eine etwas größere Brems/Hochlauf - Rampe einplanen (>300msec). Gute Closed Loop - Systeme können dieses "Manko" bei der Beschleunigung natürlich etwas ausgleichen, aber auch nur bis etwa zum 1,5-fachen der angegebenen Leistung, dann bricht das Läuferfeld auch irgendwann ein und der Motor versagt. Sie als Modellbauer haben doch Zeit - oder nicht?

Der Frästisch der P3 Cobra hat bei der 1550 mm langen Maschine ein Gewicht von 67 kg (ohne Opferplatte). Mit Holzopferplatte etwa 85 kg. Das ideale Gleichgewicht vom Tisch zum Portal ist also nicht gegeben. Portal zu Tisch 1:3 wäre ideal, aber da können Sie ja mit Gewicht unter der Fräsfläche nachhelfen - wenn Sie unbedingt wollen (das ist aber normal nicht nötig und macht normal auch kein Kunde).

Wirbelfräsen

Der Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsverlauf der beiden Achsen bei einer Kreisfahrt, die dem Wirbelfräsen ja etwa entspricht.

Und bei Fräsungen in Metall immer schön "linksrum" fahren (Gleichlauffräsen z.B. in Alu).

Das Problem der Dynamik einer Achse wie der Tischachse mit dem schweren Portal haben ja alle Hersteller. Vor drei Jahren hatte ein Kunde ein Problem mit einer Fräse aus Tschechien. Diese wog 1,2 Tonnen und das ganze Portal hatte mindestens ein Gewicht von 350 kg. Als Antriebe waren 4 Nm Servomotore bei 10 mm Spindelsteigung mit einer Untersetzung 1:1 verbaut. Diese Motore brachten maximal in der Beschleunigung etwa 9 Nm. Der Frästisch war 3 auf 1,5 Meter groß. Das Problem dabei lag nicht in der Beschleunigung, sondern beim Bremsen (obwohl Bremswiderstände verbaut waren usw.). In jeder Ecke schlug der Fräser etwa 0,2 mm tief ein und zerstörte somit das Werkstück (schon bei etwa >1000 mm/min). Erst als ich die Fräse auf eine Untersetzung von 2:1 umbauen lies, hatte der Motor die Kraft für eine kontrollierte Bremsung. Ganz ehrlich, ich mag Servomotore nicht. Alle diese Probleme die wir in der Vergangenheit bei großen Projekten bei Audi, BMW oder anderen Firmen hatten, schrecken mich heute noch ab. Ich will ruhig schlafen, darum immer meine Empfehlung von normalen Schrittmotor.- oder Closed Loop - Systemen. Ich verstehe einfach nicht, warum sich in der heutigen Zeit Hobbyleute noch Servosysteme antun wollen (damit meine ich auch Uhu). Rechts der Antrieb einer etwas breiteren Maschine wie die Cobra. Mit zwei NEMA 24 Motoren. Mit zwei dieser Motore habe ich 6 oder 8 Nm (je nach Typ) zur Verfügung, mit einer sehr hohen Dynamik, die kaum ein NEMA 34 Motor schafft (von der Geschwindigkeit gar nicht zu sprechen). Ab einem Portalgewicht von etwa 50 kg bis etwa 90 kg mache ich manchmal diesen Aufbau und es hat sich sogar schon mal gezeigt, dass selbst wenn einer dieser Motore nicht arbeitet, der Benutzer dies gar nicht merkt (Ausfall einer der beiden Endstufen). Aber mit einer Anordnung wie auf dem Bild rechts ist echt "die Hölle los". Da aber der Aufwand zu hoch ist, wird in Zukunft sicher für die kommende P4 ein NEMA 34 System verbaut.

zwei Motore als Antrieb des Portals

 

Immer die Frage der Kunden nach einer hochgenauen Referenzierung der Maschine ( EMS-Referenzierung ).

Egal mit was Sie arbeiten (Initiator, Schalter oder Reedschalter), Sie werden bei einer Spindelsteigung von z.B. 5 mm nicht sehr genau referenzieren können. Darum mal mein Tipp, für eine sehr genaue Referenzierung.

Im linken Bild ist eine Standardreferenzierung dargestellt (mit Magnet und Reedschalter). Dort wird einfach die Stellung wie auf dem Bild vom Portal unter der Maschine abgefragt. Eine Umdrehung des Schrittmotors bedeutet also 5 mm Weg und in diesen 5 mm Verfahrweg soll auf 1/1000 mm für den Referenzpunkt abgefragt werden? Was ist aber, wenn wir diesen Schalter S1 nur als Stromquelle für einen zweiten Reedschalter S2 verwenden, der nicht wie der erste 5 mm Weg pro Umdrehung des Schrittmotors hat, sondern 150 mm pro Umdrehung oder sogar mehr (je nach Durchmesser der Zahnriemenscheibe - im Bild eine Zahnriemenscheibe mit 50 mm Durchmesser)?
Dann steigt doch die Genauigkeit um 150 / 5 = 30 mal an. Es wird also ein Sensor S1 nur zum "scharfmachen" des zweiten Sonsors S2 verwendet. Dass der zweite Sensor als Öffner ausgeführt ist liegt daran, dass wenn der erste Sensor S1 schaltet, das Interface die Information erhält, dass sich das Portal am Referenzpunkt befindet. Dann dreht der Schrittmotor wieder sehr langsam zurück, bis sich S2 öffnet - genau dieser Punkt ist dann der Referenzpunkt und sehr genau. Von diesem Punkt fahren Sie dann über den Offset zu Ihrem eigentlichen Nullpunkt. Glauben Sie mir, selbst mit sehr günstigen Bauteilen erhalten Sie dadurch unglaublich gute Ergebnisse. S1 kann ja mit einem normalen Mikroschalter gemacht werden, aber für S2 benötigen Sie einen Initiator oder einen Reedschalter usw.. Noch was zu Reedschaltern. Je schwächer der Magnet ist, desto genauer schalten diese Schalter. Ist das gleiche Verhalten, warum Initiatoren bei Stahl genauer schalten wie bei Aluminium. Bei Magneten ist es das kleinere Feld in der Ausdehnung was bessere Erfolge bringt (Magnete ändern ihr Feld sehr stark bei Temperaturänderung, besonders Seltenerdenmagnete), bei Initiatoren ist es der hohe Wirbelstrom in Stahl, was das Feld des Sensors bei geringster Berührung bedämpft.

Achtung Fehlermöglichkeit ! Achten Sie sehr genau darauf, dass S2 den Referenzpunkt macht und nicht wieder S1 beim Zurückdrehen ;-)
S1 muss bis zum Schalten von S2 geschlossen bleiben, sonst haben Sie nur wieder Ihre "alte" Referenzierung wie immer ungenau... Dieses System geht natürlich auch bei Wellenkupplungen, da diese ja auch > 25 mm Durchmesser haben und ein Magnet aufgekebt werden kann.
Bei den EMS-Maschinen ist der Motor ja mit 1:1,25 zu den Spindeln untersetzt (48 auf 60 Zähne). Darum ist es besser, an den großen Zahnriemenscheiben mit 60 Zähnen abzufragen.

Referenzierung

Im Bild der S1 als Reedschalter. S1 als Mikroschalter ist natürlich auch möglich und sogar besser. Eine hohe Schalthysterese bei S1 ist von großem Vorteil, darum eine sehr flache Rampe (etwa 10 Grad) bei Mikroschaltern machen und sehr schlechte Mikroschalter verwenden, die zwischen Ein und Aus > 0,5 mm Spiel haben. Hier dürfen Sie mal "echtes Gelumpe" einbauen ;-)

Referenzierung1

S2 kann natürlich auch ein Schließer sein, funktioniert dann natürlich auch bei sehr langem Magnet wie auf dem Bild. Der Motor muss ja erst nach erkanntem Referenzpunkt abbremsen und da braucht er viel Weg.

 

Welche Leistung hat eigentlich Aluminium gegenüber Stahl?

Stahl ist etwa dreimal stärker wie Aluminium. Aber bei einer höheren Plattenstärke, z.B. bei den Wangen einer Fräse, können Sie das wieder ausgleichen. Eine 20 mm Aluminiumplatte hat etwa die gleiche Leistung wie eine 13 mm Stahlplatte, nur dass die Aluplatte weniger schwingt. Vergessen Sie bitte aber nicht, diese Betrachtung ist auf die gleiche Fläche z.B. einer Wange bezogen. Ist die Stahlwange durch Aussparungen durchbrochen, leistet diese natürlich viel weniger (im linearen Verhältnis  der tragenden Fläche). Ein absolut wichtiger Punkt ist auch der Abstand der Tischlinearführungen zum Portalbalken (die Höhe der Wangen). Je weniger Abstand, desto mehr Leistung. 50 mm mehr Höhe der Wangen ergeben etwa 20 % weniger Fräsleistung (darum haben alle Portalfräsen so wenig Verfahrweg in der Z-Achse).

Stahl mit z.B. 3 bis 5 mm Stärke ist als „Blech“ zu beurteilen und schwingt bei einer Anregung durch einen Fräsmotor sehr stark. Wenn Sie also mit Stahl arbeiten, dann auch mit starkem Plattenmaterial, dessen Resonanz  niedriger  ist (verkantetes Stahlblech hält sehr viel aus, schwingt aber auch in sich und die Befestigungspunkte haben eben auch nur die Materialstärke des „Blechmaterials“). Was ist besser wie Stahl? Blei oder Kupferplatten sind ideal für Portalwangen und z.B. Aluminium weit überlegen. Aber bedenken Sie bitte auch das Gewicht dieser Materialien, das Sie ja auch beim Fräsen schnell bewegen müssen. Auch „Beton“ bzw. Mineralguss in genügender Stärke ist natürlich Aluminium weit überlegen (z.B. der Grabstein Ihrer Schwiegermutter als Frästisch). Aber selbst eine Platte aus Granit muss schon eine gewisse Stärke haben, um nicht zu schwingen.

Einen Portalbalken aus Aluminium mit einer Breite > 1500 mm zu machen ist aber eigentlich fast nicht mehr möglich (oder Sie verwenden ein Monster von Balken z.B. 150 x 250 mm). Die unterschiedliche Dehnung der Linearführung (Stahl) und des Portalbalkens (Alu) wird sich auf die Genauigkeit der Fräse auswirken. Am Frästisch ist dieser Effekt ja nicht so gravierend, da zwei Balken/Führungen parallel zueinander laufen und durch Querprofile gehalten werden. Die Kräfte werden sich ausgleichen und die Stahlführungen werden auf dem Aluprofil einfach "wandern" (egal wie gut angeschraubt). Dehnungen durch Temperatur können Sie nicht stoppen, das ist die Urgewalt der Materialien selbst und da sind 10 Tonnen Kraft eine Kleinigkeit. Auch wenn Sie einen Portalbalken aus Stahl verwenden müssen Sie auf das Material achten. Sie können keine Edelstahlführung an einen Stahlbalken schrauben, da sich mit Chrom veredelter Stahl weniger dehnt wie normaler Stahl (je mehr Chrom, desto weniger Dehnung bei Temperatur).  Darum bitte auch Vorsicht bei „Edelstahlführungen“ oder Portalbalken aus VA-Material in Kombination mit normalen Stahlführungen. Stahl ist eben nicht gleich Stahl und das wird oft übersehen. Bei diesen Betrachtungen geht es um Tonnen an Druck.- oder Zugkraft und nicht um einige Kilogramm. Mit einem geregelten Raumklima können Sie diese Probleme natürlich alle umgehen. Bei sehr genauen Fräsen geht die Temperatur der Spindeln sogar in den Fräsweg über den Steuercomputer ein. Selbst die genaueste Spindel unterliegt eben der Dehnung durch Wärme und bei Fräsungen < 0,01 mm merken Sie das gravierend. Darum ist bei guten Fräszentren die Temperatur der Kühlflüssigkeit geregelt, um die Dehnung der zu fräsenden Teile in eine vorgeschriebene Tolleranz zu bringen. Wenn Sie das nun gelesen haben, vergessen Sie bitte Gelesenes gleich wieder, da wir im Hobbybereich arbeiten - war nur Info.

Noch ein Wort zur Plattenstärke einer Portalwange. Normal genügt 15 mm gutes Alumaterial für eine Hobbyfräse im Modellbau wie z.B. AlMg4,5Mn (3.3547) EN AW 5083.  Es muss ja nicht DURAL® sein, das etwa 50 % mehr Leistung hat (bzw. etwa 55 % der Leistung von Stahl). Aber 20 mm Aluplatten kosten ja auch nicht viel mehr und wenn Sie viel in Metall arbeiten, sind 20 mm Stärke einfach besser. Nicht so harte Werkstoffe haben ein besseres Dämpfungsverhalten und das wirkt sich oft besser auf die Fräsoberflächen aus. Übrigens, eine 20 mm starke Platte, egal aus welchem Metall, hat fast die doppelte Leistung wie eine 15 mm starke Platte. Das Verhalten ist nicht linear zu berechnen.

 

Die Befestigung der beiden Führungen an dem Portalbalken der EMS-Fräsen:   

Mal eine Erläuterung der Bauweise des Portalbalkens mit zwei Führungen, wo eine Führung oben auf dem Balken sitzt > Bild >:

Der X-Balken der neuen P2

Klar ist zunächst, dass dieser Aufbau wesentlich leichter zu montieren und einzustellen ist. Beide Führungen unterliegen nicht der direkten Kopplung über eine Fläche und somit spielen weder Dehnungen im Trägermaterial wie Unebenheiten des Trägermaterials keine große Rolle. Dieser Aufbau ist eine Fest.- / Loslagerlösung für Führungen. Die untere große Schiene stellt das Festlager dar, die aufgesetzte obere Führung bildet das Loslager. Werden zwei Führungen vorne auf den Portalbalken geschraubt, so geht die Kraft beider Führungen bei Belastung durch die Z-Achse auf die vordere Fläche des Portalbalkens (eine Führung drückt, eine Führung zieht, zur etwa gleichen Zeit und mit etwa der gleichen Kraft). Es ist also sehr leicht möglich, den Balken in eine Resonanz zu bringen. Wird aber auf der Vorderseite eine sehr starke Führung verbaut, die die Kraft flächig in den Balken einleitet, hat man schon fast die Leistung von zwei schwachen Führungen erreicht und natürlich auch etwa das Resonanzverhalten dieses Aufbaus (nur eben mit einer gemischten Resonanz, da der Stahl der Führung schon fast das Gewicht des Alumaterials hat und gemischte Resonanzen fest miteinander verbunden bekämpfen sich gegenseitig). Nun kommt aber oben noch eine „schwache“ Führung dazu (schwach, da diese nur mit Nutensteinen angeschraubt ist und diese Nutensteinbefestigung bildet unter der Führung Materialberge, auf denen die Führung nur punktuell aufliegt). Diese Führung leitet ihre Kraft aber in einer anderen Ebene des Portalbalkens ein und nicht zur genau gleichen Zeit sondern verzögert und „weich“. Auch wird diese obere Führung seitlich beansprucht und ist damit nur zu etwa 70 % als fester Punkt zu sehen (etwa 30 % geht schon in Richtung Dämpfung der Schwingungen). Bei dieser Bauweise muss aber sichergestellt sein, dass die untere Schiene wesentlich mehr Leistung wie die obere Schiene hat. Das Problem bei Portalfräsen sind eben diese Schwingungen die durch das Material laufen und manchmal Wellenberge bzw. Wellenknoten bilden. Die Geschwindigkeit der Wellen in Alu ist etwa 3000m/sec. Aber diese Wellen laufen ja in einer nicht abgeschlossenen Platte hin und her und darum können sich diese Wellen an bestimmten Punkten addieren (Wellenbauch) und subtrahieren (keinerlei Schwingung). Eine Welle besteht immer aus dem Weg der Auslenkung und deren Kraft. Wird der Weg klein gemacht (wie beim Durchgang durch einen Kugelumlaufwagen), steigt die Kraft im etwa gleichen Verhältnis zum sinkenden Weg an (Weg mal Kraft ist Energie). Dieses ist als Wechselspiel zu betrachten. Vernichten können Sie eine solche Welle nur, wenn Sie diese wie in der Elektrik in einen Widerstand laufen lassen. Ein Widerstand in der Mechanik ist ein Bauteil das die Energie der Welle absorbieren kann und in Wärme umwandelt. Sie müssen diese immer in Wärme umwandeln oder gegen sich selbst arbeiten lassen, was bei unterschiedlichen Frequenzen aber erhebliche Probleme machen kann. Leiten Sie diese Schwingungen (Kräfte) lieber aus der Fräse aus (Dämmaterial) oder eben in Energievernichter wie Sand, Erbsen, Weizen, Aluspäne, Leder usw. ein, dort werden diese vernichtet (Aluspäne oder Holzspäne sind nicht so geeignet, da sich diese verdichten und nach einiger Zeit wie festes Material reagieren).

Dazu mal eine Betrachtung aus der Funktechnik (Stehwellenverhältnis). Ein Sender (Fräsmotor) gibt Wellen auf die Leitung (Z-Platte) ab. Diese Wellen laufen durch die Leitung, aber am Ende der Leitung zur Antenne wurde das Kabel durchgeschnitten (oberes Ende der Z-Platte). Normal würden die Wellen von der Antenne abgestrahlt, aber da diese nicht vorhanden ist, laufen die Wellen mit voller Energie wieder zurück zum Sender (in dem Fall muss der Sender die doppelte Energie verkraften, sonst brennt dieser durch). Bei der Fräse werden sich diese rückläufigen Wellen mit dem Verursacher (dem Fräsmotor) addieren und eben größere Schwingungen auf den Fräser bringen. Würden die Wellen oben an der Antenne vollkommen abgestrahlt, würde nichts mehr „zurücklaufen“. Und nun, was können wir dagegen machen? Sehen Sie einfach unter die Motorhaube Ihres Autos oder unter den Bodenbelag des Kfz. Was ist dort? Dämmaterial in Hülle und Fülle. Was werden Sie also in Zukunft tun? Sie werden es den Autobauern gleich tun und die freien Flächen Ihrer Fräse dämmen.Sie können natürlich auch die Höhe der Z-Achse so berechnen, dass die rücklaufenden Wellen gegenphasig am Fräser ankommen, aber das ist natürlich nur für eine gewisse Drehzahl des Fräsmotors möglich und bei Abweichungen haben Sie wieder das gleiche, oder sogar das doppelte Problem. Bei der Z-Platte der EMS-Fräsen ist ja oben der Antrieb der Z-Achse mit der Kugelumlaufspindel zur ZX-Achse angebraht. Somit kann ein Teil der hochlaufenden Wellen auf die ZX-Achse übertragen werden und läuft nicht mehr zurück zum Fräsmotor unten. Auch ist diese Ankopplung "weich" und trägt somit zur Dämpfung des Systems bei. Sie wundern sich sicher, dass ein Mechaniker über Funktechnik schreibt, aber ich habe eine Ausbildung für beide Techniker "genossen" (Elektro.- und Mechaniktechniker).

Wichtig ist bei solchen freistehenden Platten wie z.B. der Z-Platte eigentlich nur, dass diese nicht zu lang (hoch) ist. Also nur den maximalen Verfahrweg machen und nicht einfach höher, weil das Material eben so lang ist. Eine Schwingung sucht sich den für sie geeigneten Resonanzpunkt im Material, wie ein Hund, der nach Trüffeln schnuppert. Ist das Material länger, wird die Resonanzfrequenz niedriger in ihrer Frequenz sein, was zu größeren Auslenkungen (Weg der Schwingung) am Material führt. Darum immer schön „kurz“ bleiben! Der Antrieb der Z-Achse (Schrittmotor) oben auf der Z-Achse selbst montiert kann bei bestimmten Frequenzen brutal schwingen. Für durch das Material laufende Wellen stellt dieser Aufbau ein echtes „Festmahl“ dar, da die Z-Platte erstens erheblich höher wird und sich am Ende ein großes Gewicht befindet, das in einer sehr kleinen Frequenz mit sehr großem Weg schwingt (mit sehr großen Hebelkräften über die ganze Z-Platte bis hin zum Fräser unten). Wenn Sie die Schwingungen des Fräsmotors komplett aus der Z-Platte nehmen möchten, so montieren sie noch einen zweiten Fräsmotorhalter oben am Fräsmotor (zwei Fräsmotorhalter). Dann ist die Z-Achse zumindest als schwingungsfrei zu betrachten. Die ganze Schwingungsenergie geht dann aber über die Z-Führungen (die dann sehr stark sein müssen) auf die ZX-Achse über. Aber je weiter Sie diese Schwingungen in Richtung Frästisch bringen, desto mehr Masse steht ja dann zur Dämpfung zur Verfügung und die Schwingungsenergie wird in viele Richtungen verteilt.

Eine andere Möglichkeit die Schwingungen des Fräsmotors zu vernichten ist, die Z-Achse so schwer zu machen, dass die eingeleiteten Schwingungen diese nicht mehr in Resonanz führen können (machen alle Hersteller von großen Profi-Portalfräsen so). Aber ob Sie eine Z-Achse mit >25 kg noch bewegen können, ist eben die Frage. 25 kg dürfte für einen Fräser mit 12 mm Durchmesser und etwa 6000 U/min reichen, dass dieser schwingungsfrei arbeitet (bei absolut guter mechanischer Anbindung an das Gewicht). Auch können Sie dann mit sehr kleinen Linearführungen arbeiten (z.B. 15 mm), da diese ja keine große Schwingungsenergie mehr aufnehmen müssen und deren Tragfähigkeit reicht ja dann nur für das bewegte Gewicht sicher leicht aus.

Ein Computer kann mit normalen Mitteln diese Probleme nicht berechnen. Man sollte eben immer versuchen, Kräfte in verschiedene Richtungen zu leiten bzw. in das Material einzuleiten (verteilen ist besser wie diese zu konzentrieren). Darum ist es z.B. ja auch so wichtig, die Wangen einer Fräse nach hinten zu neigen (der Befestigungspunkt des Portalbalkens hinter dem letzten Wagen der Tischführung). Würden die Wangen einfach nach oben gehen (90 Grad), so schwingt das System eben nach rechts oder links. Sind die Wangen aber nach hinten geneigt, schwingt das System in einem ovalen Kreis. Die eingeleiteten Kräfte werden in mehrere Richtungen geleitet und somit abgeschwächt. Nur so eine kleine Neigung bewirkt schon 10 % mehr Leistung an der Fräse.

 

Die Berechnung von Zahnriemen mit dem Mädler-Tool (selbst hier ist der Antrieb der P3-Cobra im "grünen Bereich").

 

   Berechnung

       Berechnung1

       Berechnung2

Oben mal die Berechnung mit dem Mädler-Tool. Antrieb mit 48-Zähnen-Zahnscheibe und HTD3 mm Riemen 9 mm breit. Auf dem ersten Bild macht der Antriebsmotor 100 U/min. Die Berechnung zeigt eine Sicherheit von 0,76, was einer Überlastung entspricht. Eine Überlastung dieses Riemens mit z.B. einem Gleichstrommotor bei 20 Watt Leistung? Auf den beiden anderen Bildern sind 250 und 500 U/min dargestellt, mit erheblich höherer Motorleistung. Dort hat der Zahnriemen keinerlei Probleme, da sogar eine Sicherheit von 1,5 und 1,62 berechnet wurde. Die Leistung wird dabei immer vom Tool aus Drehmoment und Drehzahl errechnet. Ein 3Nm Motor hat ja bei Mikroschrittsteuerung nur etwa maximal 2 Nm Moment, und das nur im untersten Drehzahlbereich.

Und nun, ist der Riemen geeignet oder nicht? Darf so ein Riemen nicht langsamer betrieben werden bzw. drehen? Wird er wenn weniger Energie übertragen wird zerstört? Alles Quatsch, darum mein Tipp. Rechnen Sie selbst den Riemen nach und lassen Sie die Finger von diesem Tool (damit rechne ich Ihnen jeden Riemen gut oder schlecht). Noch was, so ein 3 Nm-Schrittmotor hat etwa eine elektrische Leistung zwischen 50 und 100 Watt, was das Tool ja "etwa errechnet". Das Tool ist nicht schlecht, aber Sie müssen schon selbst wissen, was Sie damit anstellen können und wie das funktioniert. Beachten Sie bitte auch, dass die Riemenvorspannung vom Tool falsch berechnet wird (viel zu hoch).

 

Die P3-Cobra erhält auch in der Y-Achse immer zwei angetriebene Muttern. Der Antriebsmotor befindet sich dann auf dem geschlossenen Portal unten und fährt mit. Der Schrittmotor sollte eine 8 mm Welle und min 3 Nm haben! Rechts die zwei angetriebenen Muttern der Y-Achse der neuen P3-Cobra, die Motorscheibe ist eine HTD 3 mm Scheibe mit 48 Zähnen, die Mutternscheiben haben 60 Zähne.
Somit wird der Antrieb 1 zu 1,25 untersetzt, was steuerungstechnisch ideal ist.

Bei dieser Anordnung des Antriebs wird das Motorlager radial nicht belastet. Darum kann natürlich auch ein Motor mit einer 6,35 mm Welle eingesetzt werden. Die Kraft des Motors wird ja an zwei Stellen der Scheibe abgegeben, darum darf der Motor auch weit über 3 Nm Drehmoment haben (bis >5 Nm ohne Problem). Sie können also bei dieser Anordnung die doppelte Leistung des Riemens übertragen. Die Umschlingung aller Scheiben ist > 50% und somit ideal (schon 25% würden genügen). Die Motorleistung wird ja in zwei Richtungen geleitet, die vollkommen unabhängig von einander sind. Wichtig dabei ist nur die gleiche Vorspannung des Riemens an beiden Seiten. Auch durchläuft der Riemen über seine Länge 6 statische Punkte, was ein Schwingen des Riemens bei dieser Länge verhindert. Der Riemen ist ein Zahnriemen HTD 3 mit 9 mm Breite und einer Länge von 1569 mm. Am stärksten wird der Riemen der Cobra an der Z-Achse belastet. Diese Zahnriemenscheiben haben ja "nur" 44 Zähne. Aber auch dort ist die Sicherheit der Kraftübertragung bei einem 3 Nm Motor sicher gegeben.

Das Spannen des Zahnriemens mit diesen beiden Kugellagern ist eine Entwicklung der Firma EMS. Dieses Prinzip wurde aber nicht als Baumuster angemeldet
und kann somit von Jedermann nachgebaut und vertrieben werden.

Y-Antrieb der alten P3 und P4

Der Riemen im Bild ist ein HTD 5 mm Riemen und auch nicht so lang, wie bei der Cobra. Aber hier wird ja nur die Wirkungsweise gezeigt.

Dazu noch drei Bilder von Zahnriemenscheiben, die an einem 60 mm Schrittmotor mit 8 mm Welle angebracht sind:

 

   Scheibe

       Scheibe1

       P2 Scheibe

Der Abstand der Zahnriemenscheibe zum Motor ist sehr groß und somit auch die Kraft die auf die Welle des Motors wirkt. Schon bei einem 9 mm breiten Riemen ist das schon grenzwertig. Die Leute glauben immer, die Kugellager halten das nicht aus, aber es ist die Welle, die verbogen wird. Das kann bis zum Reiben des Rotors am Stator führen, was im Motor Späne erzeugt und diese mindern die Leistung des Motors sehr stark und bringen Ungenauigkeiten.

Einen 15 mm breiten Riemen in diesem Abstand zum Motor richtig zu spannen ist schon fast unmöglich. Bei diesem Abstand hält eine 8 mm Welle nur noch maximal etwa 12 kg aus. Aber der Riemen benötigt ja schon minimal 14 kg Vorspannung - ist also mehr wie grenzwertig und so etwas macht ein guter Konstrukteur einfach nicht. Es gibt technische Regeln und diese sollten auch beachtet werden! Nehmen Sie zumindest gute Motore, die eine gute, gehärtete Welle haben (mit höherem Preis).

So sind Sie auf der sicheren Seite. Bei diesem Abstand hält die Motorwelle etwa 20 kg aus. Der 9 mm Riemen wird mit etwa 9 kg vorgespannt (Bauart P2 / P3 Cobra). In Riemenrichtung etwa 4,5 kg, was am Motor dann 9 kg entspricht (Riemenspannung x 2). Eine weitere Vorspannung des Riemens bringt natürlich das Drehmoment des Motors. Da aber eine Seite zieht und die andere Seite entlastet wird, ist das nicht so schlimm für die Motorwelle.

 
Bei einer Spindel ist ja der "Kern" weich und wird diese abgedreht und mit zu viel Zuglast des Riemens belastet, kann diese natürlich sehr leicht verbogen werden. Solche Fräsen stehen ja teilweise 2 Wochen still und dann tritt durch die Zugkraft in eine Richtung eine bestimmte Materialermüdung ein und die Welle kann einen dauerhaften Schaden erleiden (wird krumm). Kugellager, egal welche, halten solche Lasten leicht aus. Rechnen Sie einfach mal nach dem Hebelgesetz die Last auf das Kugellager mit 10 mm Motorabstand und mit 20 mm Motorabstand der Zahnriemenscheibe aus und Sie erkennen daran, das es nicht das Lager ist das die Herstellerangaben so stark beeinflusst, sondern die Leistung/Biegung der Welle selbst. Zahnriemen müssen immer richtig vorgespannt sein. Zu wenig Vorspannung des Zahnriemens bringt aber sicher Ungenauigkeit in diese Art des Antriebs. Sie müssen Zahnriemen immer nach Vorgabe (plus/minus 20 %) vorspannen! Zu wenig Vorspannung bringt Ungenauigkeiten, besonders bei Beschleunigungen.

Wellenkupplung oder Zahnriemen, was ist genauer?:

Eine direkte, starre Verbindung der Motorwelle mit der Spindel ist die genaueste Verbindung die es gibt. Wenn Sie also eine solche Verbindung mit z.B.einer Stahlhülse machen, werden Sie sehr genau arbeiten. Nur die Verfahrgeschwindigkeit wird nicht sehr hoch sein. Sie benötigen eine sehr lange Hochlauframpe. Warum? Wenn Sie eine Wellenkupplung mit Kunststoffstern verbauen können Sie schneller hochfahren. Warum? Bei einer Kupplung mit Kunststoffstern geht der Motor in seinen Schritten minimal in "Voreilung", der Motor geht also in eine geforderte Position, der die Spindel leicht nacheilt (der Kunststoffstern in der Kupplung wird ganz, ganz leicht zusammengepresst). Auch ist die absolute Genauigkeit gerade wegen diesem Verhalten bei belasteten Wellenkupplungen anzuzweifeln (nach längerem Gebrauch wird eine solche Kupplung immer ungenauer - darum gibt es ja diese Kunststoffsterne als Ersatzteil zu kaufen). Eine voll belastete Wellenkupplung hat sicher einen Winkelfehler von > 1 Grad. Auch gibt es diese Kunststoffsterne in drei Härtegeaden zu kaufen (blau, gelb und rot), damit kann man das "Schwingen" der Spindel gegenüber dem Schrittmotor anpassen (Hochlauf und Bremsung des Systems ideal gestalten). Rot ist der höchste Härtegrad und fast immer richtig.

Wenn Sie solche in Spirale geschnittenen Wellenkupplungen aus Voll-Alu verwenden (Chinagelumpe), dann verwenden Sie doch mal Kupplungen mit Kunststoffstern bei einer Spindellänge > 700 mm. Ich garantiere Ihnen eine um >30 % höhere Verfahrgeschwindigkeit. Der schlechte Effekt liegt in der Gegenschwingung dieser Alukupplungen (Federeffekt), die eigentlich nicht für Antriebe gebaut sind (eigentlich nur für Inkremetalgeber am Motor zu verwenden, und dafür wurden diese ja auch konstruiert). Einfach mal nachlesen unter  Antrieb \ Lagerung : hier

Ein Zahnriemen hat ja auch eine gewisse "Anlaufdämpfung" bei der Drehung des Motors und dessen Übertragung der Kraft auf die Zahnriemenscheibe an der Spindel (die Grundvorspannung des Zahnriemens wird durch die Motorleistung erhöht und das führt einseitig an den ersten Zähnen, wo der Zahnriemen im Eingriff ist, zu Druckänderungen an den Auflageflächen des Riemens an den Scheiben. Eine doch sehr gute Dämpfung, aber auch eine gewisse Nacheilung, etwa 0,1 Grad, aber nur am  Anfang einer sehr schnellen Beschleunigung). Dies ermöglicht aber, die volle Drehzahl des Motors in sehr kurzer Zeit zu machen. Aber Schwankungen des Antriebswinkel zum Motor sind bei guten Zahnriemenscheiben und guten Zahnriemen eigentlich ausgeschlossen, wenn die richtige Vorspannung des Riemens gemacht wurde. Die Genauigkeit von Zahnriemen liegt bei stark belasteten Antrieben sicher weit höher, wie bei Wellenkupplungen. Zahnriemen werden fast immer zu breit und mit zu kleinen Zahnriemenscheiben verbaut (Durchmesser), was eine negative Auswirkung auf deren Kraftübertragung und Genauigkeit zur Folge hat. Auch überlasten Sie sehr schnell die Welle eines Schrittmotors (8 mm Welle), wenn der Zahnriemen mit dauerhaft 20 kg an dieser Welle zieht. Darum werden bei den P2 und P3 Maschinen nur noch Zahnriemen mit 9 mm Breite und 3 mm Steigung und sehr großen Zahnriemenscheiben verbaut. Diesen Zahnriemenantrieben traue ich ungesehen sogar die zweifache Leistung wie an den Maschinen gefordert zu. Nehmen Sie große Scheibendurchmesser und schmale Riemen, dann sind Sie auf der sicheren Seite (und bitte keine Teile dieses Antriebs in China kaufen, da sparen Sie nichts).

Frage eines Kunden: Warum verbauen Sie so große Zahnriemenscheiben mit z.B. 48 oder 60 Zähnen bei der P3, wo es diese Scheiben doch auch mit 24 Zähnen gibt und diese doch viel günstiger sind?

Antwort: Stellen Sie sich eine Scheibe mit 30 mm Durchmesser vor, auf der ein Zahnriemen zu einer weiteren Scheibe mit 30 mm läuft. Dieser Riemen hat angenommen einen Fehler von 1 mm in der Verzahnung (was praktisch unmöglich ist). Dieser Fehler des Riemens wirkt sich auf die Scheiben in der Verdrehung mit etwa 1 %  aus, was etwa 3,6 Grad Drehwinkel entspricht. 3,6 Grad Verdrehwinkel entspricht aber bei einer Spindel mit 5 mm Steigung  5/100 mm Weg. Würde die Scheibe 60 mm Durchmesser haben, so halbiert sich der Fehler des Riemens auf 2,5/100 mm. Auch haben Sie bei doppeltem Scheibendurchmesser die doppelte Kraft des Riemens zu Verfügung (längerer Hebel) und können einen schmäleren Riemen wählen, der mit weniger Vorspannkraft beaufschlagt werden muss.  Kleine Zahnriemenscheiben sind in der Übertragung der Kräfte zwar geeignet, aber ungenauer wie große Zahnriemenscheiben.  Auch der Biegeradius der Zahnriemen und die Anzahl der im Eingriff befindlichen Zähne beeinflusst die Lebensdauer dieser Riemen ungemein. Die verbauten Zahnriemen der EMS-Maschinen haben natürlich nur maximal einen Fehler von etwa 0,05 mm, was einem Fehler im Vorschub bei einer Spindel mit 5 mm Steigung von 0,125/100 mm (1,25 ym maximal) entspricht.

 

 

Die Befestigung von Kugelumlaufführungen an Aluprofilen:

 

Rechts im Bild ein 90 x 90 mm leichtes Profil (Nutbreite 10 mm) mit einer 25 mm Linearführung. Diese Führung hat eine Auflagenbreite von etwa 23 mm. Eine gewisse Auflagefläche der Führung ist aber notwendig. Stellen Sie sich da mal eine 20 mm Linearführung vor. Da bleibt nicht viel an Kontakt zur Trägerebene auf dem Profil. Wenn solche Profile dann noch ohne Überfräsung der Auflagefläche montiert werden, haben Sie natürlich keinerlei Genauigkeit der Führungen (Fehler bis weit über 0,2 mm sind dann sicher normal). Kein Profil ist nach der Lieferung durch Profilverkäufer gerade. Legen Sie die Profile nebeneinander und Sie erkennen deren Abweichungen. Bringen Sie die mittig gebogene Seite der Profile immer nach oben. Auch EMS hat dieses Problem, aber hier werden eben mehr als 20 Profile verglichen, ausgewählt und dann überfräst. Bei mehr als 0,3 mm Fehler pro Meter wird das Profil vor dem Fräsen ausgerichtet.

Y-Führungen an einem leichten 90 x 90 mm Profil

 

 

Rechts im Bild ein 90 x 90 mm schweres Profil mit Einfräsung für die Linearschine. Der Aussenbereich (A) ist um 0,2 mm höher, wie der Innenbereich (B). Alumaterial gibt ja auf Zug nach und wird die Befestigungsebene einfach "glatt gefräst" entstehen unter den Führungen Berge des Alumaterials. Die Führungen liegen dann nur an diesen "Bergen" auf und nicht am Aluträger selbst. Darum wird die "gezogene" Ebene (B) etwas tiefer ausgefräst, dann geht der Druck der Führung auf die Ebene (A). Etwa 0,15 bis 0,2 mm Tiefe im Bereich (B) genügen. Das Alumaterial im Bereich der Befestigung (B) wird angehoben, aber der Aussenbereich (A) der Führung liegt vollflächig auf.

Y-Führungen Einfräsung

 

 

Den Unterschied zwischen leichten und schweren Profilen sehen Sie an der Ausrichtung der Befestigungsschrauben stirnseitig am Ende des Profils.

Y-Profil leicht und schwer

 

 

Der X-Balken der neuen P2 (Baureihe 2016). Im Bild ist ein leichtes 160 x 80 mm Profil, also die leichte Ausführung. Dieser Portalbalken entspricht der leichten Ausführung der P3-Cobra. Die untere Führung ist eine 35 mm Führung mit langem Wagen, wie bei der Cobra. Oben ist eine 20 mm Führung mit langem Wagen verbaut. Beide Auflageflächen dieser Führungen werden natürlich überfräst. Auch sind die Enden des Portalbalkens rechtwinkelig überfräst, da diese ja vollflächig an den Wangen montiert sind. Die alte Ausführung mit 40 mm Profli und mit 15 mm Vollalu belegt machte einfach zu viel Arbeit, aber die Leistung der alten X-Achse war wirklich gut. Zeit ist Geld - Sie kennen das ja....

Der X-Balken der neuen P2

 

 

Noch mal zu den Schienen der XYZ-Führungen. Egal welche Führung Sie haben, Sie werden dort Einfräsungen sehen. Wichtig bei der Montage ist eigentlich nur, dass der Aussenbereich der Führung voll auf dem Trägermaterial aufliegt (der Innenbereich wird "gezogen" montiert). Ein 90 x 90 mm Aluprofil hat schon etwa die Stärke um eine gewisse Geradheit nach dem Überfräsen zu garantieren. Ein 45 x 90 mm Material hat das sicher nicht. Bei der P4 die kommen wird werden als Tischprofile 160 x 80 mm Aluprofile verbaut. Solche Profile haben auch bei einer 2 Meter langen Fräse (Tischlänge) keinerlei Probleme.

DieFührungen

Der Portalbalken und dessen Ausführung in der Breite und Befestigung:

 

Rechts eine meiner Fräsen mit einem 1450 mm langen Portalbalken. Dieser Portalbalken ist breiter, wie der Abstand der Wangen. Bei der Fertigung muss ich die Möglichkeit haben, auch Teile von der Seite zu bearbeiten, ohne dass der Frästisch im Weg ist. Diese Anordnung des horizontalen Fräsmotors ist natürlich nicht sehr kräftig und darum sind die Fräsergebnisse nicht besonders schön, aber sehr genau. Die Wangen dieser Maschine sind leider nicht nach hinten geneigt und das spiegelt sich auch in den schlechten Fräsoberflächen (aber besser geht ja immer). Das Hauptproblem bei meinen Fräsen stellen eben diese Suhner Frässpindeln dar, die keine schönen Oberflächen schaffen, aber schon seit 6 Jahren täglich laufen. Leider ist keinerlei Zeit, die Fräsen mit Drehstrommotoren zu bestücken (Neue Fräsen, neue Frässpindeln, das habe ich mir für Apolda fest vorgenommen, mal sehen, ob die Zeit dazu reicht).

Meine Fräse

Meine Fräse

 

 

   Berechnung

       Berechnung1

       Berechnung2

Mal eine Betrachtung der Einspannung bzw. Befestigung des Portalbalkens. Wie oben bei meiner Fräse schon gezeigt, ist dieser Portalbalken breiter wie der Abstand der Wangen (eine Notlösung). In Bild 1 wird das dargestellt. Alle weiteren Betrachtungen gehen von einer fast spielfreien Tischführung (Y-Achse) aus (was ja normal bei guten Kugelumlaufführungen ist). Der Weg "B" ist also bei allen Bildern fast Null. In Bild 2 ist die Bauweise der P2 und der P3 dargestellt. Der mögliche Portalverzug resultiert also aus der Verwindung der Wangen (darum auch 20 mm Alumaterial und nicht 15 mm Material) und aller beteiligten Komponenten im System (hauptsächlich auch aus der Steiffigkeit der Antriebsplatte, die unten an den Wangen angeschraubt ist und diese beiden Wangen verbindet). Je näher sich aber die Wangen kommen (bei gleich bleibender Breite des Portals), desto größer wird der Hebel und somit die Kraft des Portalbalkens, der diese Verwindung auslöst. Ein Portalbalken wird also nicht nur flächig von links oder rechts belastet, sondern das Hauptproblem liegt in dessen vertikaler Verwindung (Verdrehung). Um diesem Problem entgegen zu wirken, neigt man die Wangen nach hinten, dass diese im "Kreis" um den Fräser tanzen. In Bild 3 ist das extrem dargestellt. Eine Bauweise ins Extreme gezogen macht das Problem immer viel klarer. Punkt "C" wird in Bild 3 sehr ungenau werden. Jegliches Spiel der Führungen oder der Verzug der Wangen geht immer stärker in die Genauigkeit ein, je näher die Wangen im Abstand zueinander sind, bei gleichbleibender Portalbreite. Der Portalverzug kommt also nicht nur von den Führungen, die ja nur leicht vorgespannt verbaut werden sollten, sondern von der Verwindung der Wangen und deren Anbindung an das Portal. Die Tischführungen haben ja nicht nur ein gewisses Spiel in horizontaler Richtung, sondern auch vertikal, und genau das begünstigt die Neigung der Wangen nach hinten und vorne, was einer vertikalen Verdrehung des Portals entspricht. Einfach einen Portalbalken mit Winkeln an die Wangen anbinden ist nicht so geeignet und nur die Verwindung einer solchen Anbindung ist schon groß (die ganze Kraft geht ja dann durch diese dünnen Winkel, die dieser Verdrehkraft sicher nichts entgegen zu setzen haben). Bei einer Bauweise wie in Bild 1 sollten die Wangen eigentlich mit dem Portalbalken verschweißt werden, da dort sehr hohe Kräfte auftreten. Darum wird bei den EMS-Maschinen der Portalbalken überfräst und "stumpf" auf die Wange aufgesetzt (pro Seite mit 8 Stück M8 Schrauben, das ist nicht verschraubt, sondern "wie angeschweißt"). Der Aufbau dieser Portal- oder Gantry-Bauweise wie in Bild 2 hat sich bei so kleinen und einfachen Fräsen schon fast etabliert.

 

Kabelschlepp und Initiatoren (Bilder vom Kabelschlepp einer Kundenfräse):

 

   Kabelschlepp der Cobra

       Kabelschlepp der Cobra

       Kabelschlepp der Cobra

Sehen Sie im ersten Bild das Alumaterial, auf dem die Schleppkette läuft? Ein normales Alublech von 3 bis 5 mm Stärke, das unten fest mit dem Portalbalken verbunden ist. Wenn Sie einen solchen Portalbalken sehr stark verstärken wollen, dann schrauben Sie so ein 4 oder 5 mm Alublech mit mindestens 140 mm Breite mit sehr vielen Schrauben (etwa 24 Stück) und vollflächig unter den Portalbalken (wenn möglich auch noch vollflächig verkleben (doppelseitiges Klebeband genügt)). Dadurch steigt die Leistung der X-Achse (Portal) um > 15% an und gleichzeitig haben Sie eine Auflage für die Schleppkette. War nur ein Vorschlag und so etwas brauchen Sie normal sicher nicht machen - die Leistung genügt sicher auch so. In Bild drei sehen Sie eine ideale Schleppkettenführung für den Strom und die Medien. Freut mich immer wieder, wenn auch Profis zu meinen Kunden zählen. Den Initiator der Z-Achse würde ich aber durch die hintere ZX-Platte machen und damit die Kante der Z-Linearführung abfragen. Alle Initiatoren sollten immer in Richtung Tisch gehen (fester Punkt - einfach einen Winkel an die Tischlängsprofile und die untere Querverbindung der Wangen abfragen). Also Z-Achse von der ZX-Platte aus. X-Achse vom Portal aus und Y-Achse vom festen Tisch aus. Aber es geht natürlich auch so wie in Bild drei, die Genauigkeit der Abfrage bleibt ja gleich. Noch ein Tipp: Die Initiatoren sind genauer, wenn Sie nicht Alumaterial abfragen, sondern Stahl. Kleben Sie einfach ein Stück Stahlblech auf das Alumaterial und der Initiator wird genauer arbeiten (hat was mit den Wirbelströmen im Material zu tun und bitte kein Trafoblech verwenden, sondern normalen Stahl). Auch können Sie dann den Abstand des Initiators zum Material leicht größer machen und bei einer Verschmutzung durch Aluspäne haben Sie weniger Probleme.

 

Immer mehr, auch meiner Kunden, arbeiten mit so kleinen Fräsen geschäftlich.

Dann muss ich Euch mal etwas über das erzählen, was eine Firma ist. Ich habe ja die letzten 9 Jahre in einem neuen Anbau meines Hauses produziert (vormals vor 20 Jahren in der 140 qm großen Garage, neben meinem Haus). Als die Behörden dies nun erfuhren (was lächerlich ist, da ich unter dieser Adresse seit 20 Jahren als Firma angemeldet bin), wurde mir diese Fertigung im Haus verboten. Glück dabei war, dass die Bodenplatte dieser früheren Fertigung in absolut schadstoff.-  und ölundurchlässiger Ausführung gebaut wurde (ein Industrieboden eben). Sie kennen ja meine neuen „Fluchtpunkt“ auf ein Gewerbegrundstück in Kösching. Diese Halle habe ich aber bei der Gemeinde als Bauantrag eingereicht. Wohl gemerkt, die Halle steht auf einem Gewerbegrundstück mit Teeroberfläche.  Mein Antrag für die Errichtung wurde mit der Begründung abgelehnt, dass die Umwelt durch meine Frästätigkeit beeinflusst werden kann. Ich sollte zunächst ein Umweltgutachten erstellen lassen und dann den Bauantrag erneut einreichen. Die Halle musste ich aber so schnell wie möglich erstellen, da die Kunden ja auf Ihre Fräsen warteten. Somit ist diese Halle ein Schwarzbau und muss nun nach Vorgabe der Gemeinde innerhalb eines Jahres wieder entfernt werden. Ich suchte und fand nun eben diese Mechanikfirma in Apolda. Dort wird vieles umgebaut und alles für die Produktion von Bayern dann nach Apolda verbracht. Ich hoffe nur, dann habe ich endlich meine Ruhe von den Behörden.

Ausgaben für die jetzige Halle 30000 €, für das Grundstück in Apolda 98000 €. Und dann fragen mich die Kunden, ob es nicht etwas günstiger geht – andere Fräsen kosten ja auch nicht so viel….

Was ist eine Firma? Sie können eine Firma sofort und ohne Probleme bei der Gemeinde und der IHK anmelden. Produzieren dürfen Sie dann aber nur, wenn Sie ein geprüftes Industrieunternehmen mit genügend hochqualifizieren Mitarbeitern haben, verkaufen können Sie natürlich auch so alles. Oder Sie melden das Unternehmen als Handwerksbetrieb an, dann müssen Sie aber die Vorrausetzungen der Ausbildung  die Sie benötigen erfüllen. Ein Unternehmen benötigt ja eine Gewerbeversicherung (ist Pflicht) und genau da beginnen die Probleme. Melden Sie sich bei der IHK an und produzieren, wird die Versicherung im Schadensfall nicht zahlen. Sind Sie ein Handwerksbetrieb, zahlt die Versicherung nur, wenn auch alle begleiteten Umstände berücksichtigt wurden.

Es gibt ja eine Arbeitsstättenverordnung (http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/arbst_ttv_2004/gesamt.pdf )  und nur wenn alle Vorschriften in dieser Regelung erfüllt sind, gelten Sie offiziell als Firma mit Produktionsstandort und dürfen produzieren. Auch müssen Sie bei der BG ETEM zunächst das Unternehmermodell nach DGUV Vorschrift 2 mit Erfolg abgeschlossen haben. Dieser Lehrgang ist nicht schwer, aber Sie bekommen dann auf CD noch alle anderen Vorschriften überreicht, nach denen Sie Ihren Betrieb führen müssen (nur das Lesen würde Monate dauern, vor Gericht gelten Sie aber als unterwiesen!). Somit geht jegliche Haftung auf Sie über. Haben Sie den Lehrgang nicht, müssen Sie eine externe Sicherheitsfachkraft benennen. Durch so einen Lehrgang werden Sie Sicherheitsfachkraft für Ihren eigenen Betrieb und darum wissen Sie dann auch, dass alle Maschinen die Sie verwenden elektrisch und sicherheitstechnisch geprüft sein müssen. Sie dürfen diese Prüfung nicht selbst machen, sondern diese muss von einer geeigneten Fremdfirma ausgeführt werden. Klar ist, keine Arbeitsstätte ist perfekt und wenn die Kontrolle der Hanwerkskammer oder der Gewebeaufsicht kommt (bei mir etwa alle 2 Jahre), drücken die natürlich auch mal ein Auge zu (aber mindestens 80 % der gesetzlichen Auflagen sollten erfüllt sein). Für den Rest haben Sie dann Zeit zur Nachbesserung. Sind aber Umweltschäden zu befürchten, werden Sie sofort "dicht gemacht".

Deutscher Wahnsinn: Ich bin ja auch Elektrotechniker, darf aber ohne weitere Kurse beim TÜV keine Anlagen mehr prüfen. Bei meiner letzten Fortbildung (980 €) machten auch Hilfsarbeiter mit, die in Zukunft Elektroanlagen durch diese Fortbildung vom TÜV prüfen dürfen – was für ein Wahnsinn.  Deutschland zerstört seine Fachkräfte und es wird bald wie in den USA, wo nur noch gegen Vorlage einer Fortbildung gearbeitet werden darf.

Zurück zur Firmengründung:

Wenn Sie also z.B. im Gartenhaus oder in der Garage ohne Industrieboden produzieren können Sie nicht nur Pech haben, sondern Ihre Zukunft aufs Spiel setzen. Einem Nachbar ist Ihre Tätigkeit zu laut und dieser informiert die Handwerkskammer nach Rücksprache mit der Gemeinde. Die Leute kommen und prüfen zunächst, ob das Gebiet als Gewerbegebiet ausgewiesen ist. Dann folgt die Besichtigung der Betriebsstätte. Sind dort umweltschädliche Betriebsstoffe (Öl, Schmiermittel, Abfälle usw.) und ist kein gesicherter Industrieboden vorhanden, wird eine Bodenuntersuchung angeordnet, die sicher nicht die Behörde bezahlt! Wird nur die geringste Verschmutzung gefunden, muss das Erdreich entsorgt werden (es geht ja nicht um einen Privatmann, sondern um eine Firma!). Auch die Versicherung für Umweltschäden greift natürlich dann nicht, da das Problem grob fahrlässig erzeugt wurde. Dass die Produktion in so einer „Hütte“ ausgeführt wurde (ohne jegliche Anlehnung an eine geprüfte Arbeitsstätte), führt natürlich noch weitergehend zu einer saftigen Strafe.  Alles Geschriebene  gilt natürlich auch für „Kellerkinder“, deren Bodenplatte des Hauses erdgebunden ist und nicht der Verordnung entspricht. Auch dürfen Sie keinen Kunden oder Bekannten in eine ungeprüfte,  geschäftlich genutzte Werkstatt lassen. Passiert dieser Person dort auch nur das Geringste, können Sie gleich „einpacken“.

Ihren Kunden ist das alles egal, die wollen nur „billig“. Im Schadensfall kennen Sie diese Leute nicht mehr und genau diese Leute werden Sie dann als „Verbrecher“ verurteilen.

Beim Fräsen von z.B. Alu entstehen ja viele Schwebstoffe, die in der Luft schweben und nur gegen das Sonnenlicht sichtbar werden. Das geht bis in den Bereich der Nanopartikel bei hochdrehenden Spindeln. Lungengängige Stäube sind schon Stäube < 2,5 ym (< 0,0025 mm). Atmen Sie diese Luft dann ein, können Sie damit rechnen, dass Sie an Alzheimer erkranken. Aluminium ist in der Wissenschaft als Auslöser dieser Erkrankung festgeschrieben. Aber durch diesen Frässtaub haben Sie eine tausend mal höhere Aufnahme wie Leute, die mit Alutöpfen kochen. Als Einzelunternehmer denken Sie nun sicher, Sie schaden sich ja nur selbst und das geht keinem was an. Aber das stimmt nicht. Erkranken Sie oder haben einen Arbeitsunfall, trägt die Gemeinschaft der Versicherten Ihre Kosten – oder auch nicht, wenn die Krankenkasse von Ihrer Tätigkeit erfährt (Sie müssen Ihrer Kasse dieses erweiterte Risiko mitteilen). Bedenken Sie bitte auch, dass wenn Sie alles was oben steht ignorieren, Sie hoch angreifbar sind. Z.B. von einem unzufriedenen Kunden oder der Konkurrenz. Jeder kann Sie jederzeit „ins Messer laufen lassen“.

Wenn Sie diese Tätigkeiten nebenberuflich ausüben wollen, müssen Sie das natürlich erst mit Ihrem Arbeitgeber besprechen, da Ihre Selbständigkeit eine Minderung Ihrer Leistungsfähigkeit im Beruf zur Folge hat. Sicher ist, auch wenn dieser zustimmt, stehen Sie „auf der schwarzen Liste“. Darum überlegen Sie gut, was Ihnen wichtiger ist (eine kleine Firma mit viel Ärger und wenig Geld oder eine Kariere im Beruf).

Firmen haben darum bei ihren Produkten auch höhere Preise wie „Kellerkinder“, da alle diese Vorschriften die der Staat macht, natürlich auch Geld kosten.

usw...

Mal ein Wort zu Selbstbauprojekten.

Was benötigen Sie? Zunächst mal Aluprofile, und da fängt das Problem schon an. Mindestens 30% der Aluprofile die ich erhalte sind verbogen und zunächst ungeeignet für den Fräsenbau. Ich richte diese Profile aus und überfräse diese. Wie machen Sie das dann? Jetzt kaufen Sie Spindeln und Spindelmuttern „natürlich in China“. Diese Teile sind natürlich nicht so „hart und genau“ wie Qualitätsware. Was machen Sie wenn eine Spindel krumm ist? Diese Kugelumlaufmuttern sind ja unglaublich günstig. Wissen Sie warum? Bei diesen Muttern wird der Kugelgang wie bei allen Muttern gefräst. Bei Qualitätsware wird dieser Kugelgang dann noch gehärtet und poliert. Zwei Arbeitsschritte mehr, wie das die Chinesen machen. Ihre Mutter ist „weich“ und wird sich sehr schnell einlaufen (Umkehrspiel erhalten usw.). Die Lebensdauer zu einer echten Mutter ist etwa 1 zu 8, wobei Sie natürlich schon bei der neuen Mutter ein gewisses Umkehrspiel haben. Aber nicht nur die Mutter wird abgenutzt, sondern auch die Spindel, da diese auch nicht die Härte hat. Auch hat diese Chinaspindel einen größeren Durchhang bei größeren Längen, da diese eben nicht so steif in ihrem Material ist. Tabellen sind ja schön, aber diese gelten für Top-Ware. Wo sich bei Chinaspindeln nach einiger Zeit ein Umkehrspiel  > 0,05 mm einstellen wird, haben Sie bei den NEFF-Spindeln ein Umkehrspiel < 0,02 mm (auch über sehr lange Zeit - seit 8 Jahren war nicht mal eine dieser Muttern defekt - stimmt leider nicht mehr. Leider waren in letzter Zeit zwei Muttern defekt, aber diese wurden natürlich kostenlos ersetzt.  Noch wichtiger ist die Steigungsgenauigkeit der Spindeln, dort kann man mit Chinaware echt Pech haben (darum messen Sie bitte die Spindel nach!). Die NEFF-Spindeln werden von EMS nachgemessen und es werden nur genaue Spindeln verbaut (absolut unterstes Ende von T7 - Genauigkeit).

Dass die Linearführungen ähnliche Probleme haben können, brauche ich hier nicht mehr zu erwähnen. Nun haben Sie Ihre „neue und krumme“ Fräse fertig und arbeiten damit. Mit der Zeit werden Ihre Ansprüche an die Fräse immer höher, aber die Fräse selbst geht in genau die andere Richtung. Stellen sich nun nach einer gewissen Zeit eben beschriebene Probleme ein, können Sie alle diese Teile erneuern oder Sie kommen auf die Idee, gleich die ganze Fräse zu verkaufen. Wer ist Hersteller dieser Fräse? Wer garantiert für diese Fräse? Wo erhalte ich Ersatzteile? Welches Vertrauen haben die Kunden in Ihr Produkt? Sie werden beim Verkauf mindestens 40 % draufzahlen. Angenommen die Fräse kostete Ihnen 1500 Euro, so werden Sie etwa 900 Euro beim Verkauf erhalten (wenn Sie Glück haben).

Wenn Sie eine EMS-Fräse haben und diese über mich verkaufen, so gebe ich Ihrem Kunden ungesehen ein Jahr Garantie auf die gebrauchte Fräse (auch bei älteren Fräsen). Das kostet Sie nichts und ist als Service von EMS zu sehen. Kein Kunde hat bis jetzt durch den kostenlosen EMS-Firmenverkauf weniger für seine Fräse erhalten, wie er beim Erwerb als Bausatz bezahlt hat (oder sogar mehr, wie das bei den letzten Verkäufen war). Was ist nun „gut und günstig“?  Eine selbstgebaute Chinafräse mit Umkehrspiel, Ungenauigkeiten bedingt durch die Teile und fragwürdiger Konstruktion, oder eine Fräse mit Qualitätsprodukten, die seit Jahren ausgereift ist und über sehr viele Jahre zuverlässig ihren Dienst tut?

Wenn Sie einen Fiat kaufen, liegt dieser nach 10 Jahren auf dem Schrottplatz. Kaufen Sie einen Porsche, können Sie diesen nach 40 Jahren mit Gewinn verkaufen - es liegt an Ihnen...
Wie auch die Firma Porsche sagt; „es gibt keine alten EMS-Maschinen, nur neue Besitzer“.

 

Das Umkehrspiel von KUS usw.:

............ wenn Zeit ist ...........

Die früheren Infoseiten von EMS-Möderl, gespeichert in den USA von web.archive.org unter:
 
http://web.archive.org/web/20120120115538/http://www.mixware.de/index.html   nur zur Info - kein Shop !!!       Bedenken Sie bitte, dass diese Infos schon über 6 Jahre alt sind.

Zuschriften bitte an:  moederl@t-online.de