Einleitung: Symptome einer Kaltwalzungsfehler auf der Stanzlinie
Während eines planmäßigen Audits auf der Linie präziser Blechformung am Unternehmen in Dnipro feststellte der Leitende Ingenieur ein systematisches Abweichen der Positionierung des Ausführungsmechanisms um 0,35 mm. Vorherige Prüfungen der CNC-Steuerungssysteme Siemens Sinumerik eliminierten elektrische Encoderfehler sowie Spiel in den Kupplungen. Die mechanische Diagnose der Verschiebungsachse zeigte ein axialer Spiel in der Kugelgewindesteuerung (KGS) Typ Festo LSNG-63. Der berechnete nominelle Betriebszeitraum des Bauteils betrug 35 000 Stunden, jedoch trat ein katastrophales Ansteigen des Totlaufs nach 14 200 Stunden Laufzeit auf.
Ähnliche Ausfälle stoppen präzises Equipment und führen zu Ausschussprodukten. In diesem Material führen wir einen vollständigen kriminalistischen Analyse der Ursachen der Verlust der Präzision von CNC-Maschinen durch, basierend auf den Anforderungen der Standards ISO und DSTU.
Überblick über den Komponenten: Konstruktion und Betriebsbedingungen Festo LSNG-63
Kulter- Schraubengetriebe Festo LSNG-63 wandelt die rotatorische Bewegung eines Servomotors in eine lineare Bewegung mit hohem Wirkungsgrad (bis zu 90-98 %). Die Konstruktion umfasst eine präzise Schraube aus gehärtetem Stahl (Härte 58-62 HRC nach ISO 683-17), eine Kugelgewindesteuerung mit innerer Kugelkreislaufung und ein Vorspannungs-System zur Beseitigung des axialen Spielraums.
Technische Daten des Bauteils:
- Nennmaß des Schraubendurchmessers: 63 mm
- Schraubengang: 10 mm
- Klass der Genauigkeit nach ISO 3408-3: T7 (zulässige Abweichung des Schritts ±52 µm auf 300 mm)
- Betriebstemperaturbereich: von -20°C bis +80°C
- Maximales dynamisches Lastmoment: 125 kN
- Rechnerischer MTBF: 35 000 Stunden unter der Bedingung regelmäßiger Schmierung
Der Knoten arbeitet unter Bedingungen zyklischer axialer Lasten mit wechselnder Richtung bei einer Geschwindigkeit bis zu 1,5 m/s und einer Umkehrfrequenz bis zu 40 Zyklen/min.
Nachweis der Ausfälle: Messdaten und visueller Überblick
Demontage und Defektanalyse des Bauteils in der Werkstatt UNITEC-D ermöglichten die Erstellung eines genauen Bildes der Degradation des Mechanismus:
- Messung des Spielraums: Ein Zeigerinstrument (Genauigkeit 0,01 mm) zeigte einen axialen Spielraum von 0,28 mm in der Schraube an, wobei die Norm nicht mehr als 0,02 mm betragen soll.
- Schwingungsanalyse (spektrale Analyse): Es wurden eine Steigerung der Peaks auf den Frequenzen der Kugelrollen (BPFO / BPFI) um 14 dB im Vergleich zur Baseline festgestellt, was auf Schäden an den Rollenbahnen hinweist.
- Visueller Oberflächenblick (Vergrößerung 10x): Auf den Laufbahnen des Schraubens wurde Mikropitting und Ermüdungsbruch (spalling) festgestellt. Die Kugeloberfläche hat den glänzenden Schimmer verloren, es sind abrasive Schleifspuren vorhanden.
- Zustand des Schmiermaterials: Das Schmiermittel in der inneren Hohlraum der Schraube hat sich mit metallischem Staub und abrasiven Schlickpartikeln vermischt und ist zu einer schmierigen, grauen Paste mit erhöhter Viskosität geworden.
Systematischer Ursachenanalyse (Methode 5 Warum)
Zur Bestimmung der Wurzelursache wurde das Werkzeug „5 Warum“ gemeinsam mit der Ishikawa-Diagramm verwendet:
- Warum ist ein Spiel im Kugellager entstanden? Die Laufbahnen sind abgenutzt und der Durchmesser der Kugeln ist durch abrasives Reiben vermindert worden.
- Warum trat der abrasive Verschleiß auf? Fremde harte Partikel (Staub und Schleifstaub) gelangten in den Schraubkörper.
- Warum ist Schmutz in den geschützten Knoten gelangt? Die Stirnabdichtungen der KG-Pumpe sind beschädigt.
- Warum sind die Dichtungen vorzeitig zerstört worden? Die Gummidichtungen haben ihre Elastizität verloren und sind durch Betrieb unter Trockenreibung und erhöhter Temperatur (+75°C) zerbrochen.
- Warum trat trockenes Reiben und Überhitzung auf? Das Zentralölsystem lieferte keine Schmierung, da der Feinreiniger verstopft war.
Definierte Ursachen (geordnete Liste)
Aufgrund der Untersuchungsergebnisse sind die Faktoren, die zur Katastrophe geführt haben, nach dem Grad ihres Einflusses eingeteilt:
- Fettversorgungsstörung (Wahrscheinlichkeit 55%): Verstopfung des Schmierkanals und fehlende Zufuhr von Lithiumfett mit Anti-Verkrustungszusätzen (EP) führten zu grenzwertigem Reibungswiderstand und zerstörerischer Erwärmung des Getriebes auf +85°C (Überschreitung des Grenzwerts um 15°C).
- Verunreinigung durch Fremdkörper (Wahrscheinlichkeit 30%): Durchdringung von Schlick durch abgenutzte Dichtungen. Partikel wirkten als Schmiermittel zwischen den Kugeln und der Schraubenrillen.
- Verlust des vorherigen Verspannungsdrucks (Wahrscheinlichkeit 15%): Aufgrund eines thermischen Schocks und mikroskopischer Verformungen wurde der vorherige Verspannungsdruck der Schraube reduziert, was die Schlagbelastung bei der Umkehr beschleunigte.
Korrekturmaßnahmen: sofortige Behebung und langfristige Prävention
Operative Maßnahmen (Notreparatur):
- Vollständige Ersetzung des KG-Moduls Festo LSNG-63 durch ein neues gemäß dem Zubehörkatalog.
- Spülen und Durchblasen der Schmierleitungen unter Druck 6 bar.
- Justierung der Parallelität von Führungsschienen mit einem Laserinterferometer (Toleranz der Parallelität bei ISO 10791-7: nicht mehr als 0,015 mm auf 1000 mm).
Langfristige Wartung:
- Montage zusätzlicher telescopischer Schutzgehäuse sowie Modernisierung der Luftschutzvorrichtung um die gefährliche Schneidzone.
- Wechsel auf synthetisches Schmiermittel der Klassifizierung NLGI 2 mit Hochlastzulassung und Implementierung eines automatischen Schmierers mit Druckkontrolle.
- Integration von Vibrations- und Temperatursensoren für den kontinuierlichen Zustandsmonitoring von Lagerungen und Kardangetrieben.
Schneller Diagnose-Checkliste für Techniker (Tablet-fähig)
Dieser Check-Liste ist für die monatliche Überprüfung des Zustands der Kühlmittel-Pumpen direkt in der Werkstatt vorgesehen:
- [ ] Prüfen Sie die Anwesenheit und den Zustand der Schmierfilm auf der Arbeitsfläche der Schraube. Die Schmierung muss gleichmäßig sein, ohne schwarze Ablagerungen.
- [ ] Den axialen Spiel mit einem Zeigerinstrument (kritisches Wert > 0,05 mm) messen.
- [ ] Den Zustand der Nuten der Schraube auf Risse, Rupturen und Deformationen prüfen.
- [ ] Temperatur des Schraubengewindes mit einem kontaktlosen Pyrometer prüfen (Norm bis +65°C).
- [ ] Den Knoten mit einem elektronischen Stethoskop auf fremde metallische Geräusche abhören.
- [ ] Automatische Schmierungssystem prüfen: Auslösung der Dosierer und Druck in der Leitung (Betriebsdruck 30–50 bar).
- [ ] Schmutz- und Flüssigkeitsreste sowie Staub von den offenen Schraubenstellen mit einem speziellen zertifizierten Reiniger entfernen.
- [ ] Axialverschiebung der Lagerbuchsen des Schraubenschilds prüfen.
Strategie zur Vermeidung von Schäden
Um eine zuverlässige Funktion der Anlagen auf ukrainischen Produktionsunternehmen zu gewährleisten, wird empfohlen, folgende Wartungsintervalle einzuhalten:
- Täglich: Visueller Oberflächencheck der Schutzbleche und der Schmierung.
- Кожні 500 годин: Контроль рівня та якості мастила у гайці, перевірка люфтів.
- Кожні 2000 годин: Повне оновлення консистентного мастила з попереднім промиванням розчинником за стандартом ISO 12925-1.
- Кожні 10 000 годин: Плановий перерозподіл або заміна вузла КГП згідно з регламентом виробника.
Zusammenfassung
Frühzeitiger Ausfall der Kugelgewindesteuerung Festo LSNG-63 wurde durch Kettenreaktion verursacht: Verunreinigung der Schmierung führte zu trockenem Reiben, Überhitzung und Zerstörung der Dichtungen, wodurch abrasiver Schmutz in die Schraube gelangte. Einhaltung der Wartungsplanung, Kontrolle der Schmierölreinheit und Verwendung von qualitativ hochwertigen Originalkomponenten ermöglichen den Verzicht auf Maschinenstillstände. Wählen Sie die erforderlichen Ersatzteile, Präzisionsmuttern und zugehörigen Elemente in UNITEC-D E-Catalog.
Referenzen und Standards
- ISO 3408-3:2006 — Kugelgewindetriebe. Teil 3: Anforderungen an die Genauigkeit und Messzulässigkeiten.
- ISO 281:2007 — Lager mit Rollenführung. Dynamische Lasttragfähigkeit und nomineller Lebensdauer.
- DSTU EN 60204-1:2015 — Maschinen Sicherheit. Elektrische Ausstattung von Maschinen und Werkzeugmaschinen.
- ISO 12925-1:2018 — Schmierstoffe, industrielle Öle und verwandte Produkte.
- Festo Technische Dokumentation: LSNG-Serie Kugelgewindetriebmontagen Wartungsanleitung
