Lesen Sie außerdem in dieser Ausgabe:

<ul><li>Schwerzerspanung: Effizientes Zerspanen von Hochleistungswerkstoffen auf stabilen BAZ</li><li>Präzisionswerkzeuge: Wie man beim Zirkularfräsen tiefer Taschen Vibrationen in den Griff bekommt</li><li>Smart Factory: Intelligentes Management von Fertigungsdaten steigert die Produktivität</li></ul>

Mit »Wer teilt, der kümmert sich« kann das Credo der Online-Community übersetzt werden, das in Zeiten der ersten Internet-Tauschbörsen nur allzu gerne äußerst freimütig interpretiert wurde.

Mit »Wer teilt, der kümmert sich« kann das Credo der Online-Community übersetzt werden, das in Zeiten der ersten Internet-Tauschbörsen nur allzu gerne äußerst freimütig interpretiert wurde. Der Grundgedanke dahinter, seinen Wohlstand zu teilen, um andere auch daran teilhaben zu lassen, ist einer der Grundpfeiler des kooperativen Zusammenlebens in der Gesellschaft. Denn von dem, was bereits einmal geschrieben, programmiert, komponiert oder erbaut wurde, können idealerweise Viele profitieren. Der Wirkmechanismus, den sich vor allem soziale Medien zunutze gemacht haben und der die Basis für ihre Geschäftsmodelle darstellt, hat zudem seine eigene  ›Sharing-Economy‹ erschaffen. Klamotten, Autos, Immobilien – geshared werden kann heutzutage über die passende App nahezu alles und jedes. Dagegen ist im B2B-Bereich mit Sharing oft der Austausch oder das Bereitstellen von Informationen für Kunden gemeint. Und hier hat sich abseits der neuesten Carsharing- und Abomodelle gerade im Werkzeugmaschinenbau eine kleine Revolution ereignet, als die im VDW gestartete Initiative umati zur Vereinheitlichung der Maschinenkommunikation im VDMA auf eine internationale Ebene gehoben wurde und nun als erfolgreiche Blaupause für zukünftige Kollaborationen dienen wird. Der Schlüssel zum Erfolg lag im Loslassen unternehmenseigener Befindlichkeiten im Dienste des gemeinsamen Ziels, wird ein Beteiligter zitiert. Geeint hat die Akteure die Notwendigkeit, einen branchenweit gültigen Standard zu definieren.

Wenn es aber nun darum geht, in Zeiten der Konjunkturkrise und danach für alle ein erträgliches Auskommen zu sichern, könnte die Idee des Teilens zum Wohle des Kunden erneut Aufwind bekommen. Kooperationen mit ehemals als Wettbewerbern angesehenen Unternehmen sind nur eine der Möglichkeiten, die Kostenbelastung zu reduzieren und gleichsam die Lösungskompetenz entlang der Wertschöpfungskette zu steigern. Die gemeinsame Verantwortung der neuen Partner für Produkt, Service oder App ist die andere, wohltuende Konsequenz für den Kunden. Und wenn uns die Pandemie eines gelehrt hat, dann dieses: Verantwortung kann besser geteilt geschultert werden – zum Wohle aller.

Editorial Ricchiuti

Ricchiuti, Martin

Bei ZTS-Zerspanungstechnik Stadler in Grafenau hat sich eine schlagkräftige junge Truppe zusammengefunden, die sich der Einzelteilfertigung verschrieben hat. Mit Know-how und Mazak-Technologie hat man den erstklassigen Ruf als flexibler Zulieferer nachhaltig gefestigt.

Als sogenannte Young Professionals stuft der Arbeitsmarkt erfahrene und besonders potenzialträchtige Jungprofis im Alter von unter 30 Jahren ein. Spricht man mit Julian Leikam und Christoph Jobst, ihres Zeichens Geschäftsführer bei der ZTS-Zerspanungstechnik Stadler GmbH in Grafenau, und sieht sich dann in der Werkhalle um, merkt man schnell, dass man es trotz ihres beneidenswerten  Alters mit ausgefuchsten Zerspanern zu tun hat. Young Professionals der Zerspanung, denn erfolgreich sind sie auch.

Der Name Stadler im Firmenname geht auf den Gründer Johann Stadler  zurück, der 1992 mit einem Lohnfertigungsbetrieb in Lichteneck startete. Der Fokus lag von Beginn an auf Einzelteilen und Kleinserien für den Sondermaschinenbau, den es in der Region Bayerischer Wald reichlich gibt. Der Fokus besteht auch heute noch so. Stadlers erste Maschine: eine Mazak-Drehmaschine vom Typ SQT-10 MS. Um die Jahrtausendwende folgte der Umzug nach Grafenau in eine größere Halle. Er investierte in weitere Mazak-Maschinen fürs Fräsen, eine VTC 300 C, eine VTC 20 B und eine VTC 20 C. Hinzu kam noch eine Erodier-, eine Flachschleifmaschine sowie eine Lasermarkierungsanlage. In den Folgejahren wurde mit diesem Maschinenpark  gefertigt, Investitionen wurden nicht getätigt, eine gewisse Stagnation machte sich breit. 2014 tritt Julian Leikam als Zerspanungsmechaniker ins Unternehmen ein, ein Jahr später folgt der seit Jahren befreundete Christoph Jobst. Beide arbeiten an den Dreh und Fräsmaschinen von Mazak, bis Stadler 2016 den engagierten Leikam zum  Mitgeschäftsführer ernennt. Als Stadler dann im Folgejahr einen Nachfolger sucht, ist Julian Leikam zur Stelle und auch Christoph Jobst, der mittlerweile nebenher eine Ausbildung zum Techniker begonnen hatte, steigt in Vollzeit als Partner mit ein.

Nach knapp drei Jahren Unternehmertum kann Julian Leikam, der sich vorwiegend um Auftragsakquisition, Angebotskalkulation, Einkauf und Verwaltung kümmert, stolz Zwischenbilanz ziehen: »Bei der Übernahme der Firma waren es drei Gesellen, heute sind es acht. In Summe sind wir 14 Mitarbeiter und bilden sogar aus. Wir haben den Umsatz innerhalb von drei Jahren verdreifacht, langjährige Kunden reaktiviert, haben die Halle erweitert und auch in unseren Maschinenpark investiert. Aufgrund unserer guten Erfahrungen mit Mazak haben wir wieder Maschinen dieses Herstellers gekauft. Für unser kleines, aufstrebendes Unternehmen sind derartige Entscheidungen von existenzieller Bedeutung. Überzeugter hätten wir jedoch nicht sein können.«

Keine Scheu vor fünfachsigen  Herausforderungen

Die täglichen Aufgabenstellungen verlangen den Zerspanern alles ab. Christoph Jobst, der die technischen Belange in der Fertigung und die Arbeitsplanung zu seinen Hauptaufgaben zählt: »Der Großteil unserer Kunden, darunter zahlreiche Stammkunden aus der Umgebung, gehört dem Sondermaschinenbau oder dem Werkzeugbau an. Daneben gibt es Kunden aus dem Anlagenbau, der Textilindustrie oder dem  Prototypenbau rund um die Elektromobilität. Wir sind aber auch der flexible Problemlöser bei eiligen Ersatzteilen übers Wochenende. In Summe bearbeiten wir vorwiegend Einzelteile und wiederkehrende Bauteile in kleinen bis mittleren Serien, die wir zudem in diversen Varianten fertigen. Das wiederum sorgt für entsprechenden Programmieraufwand. Eine Besonderheit bei uns ist, dass unsere wirklich exzellent qualifizierten Fachkräfte diese Aufträge eigenständig und eigenverantwortlich abarbeiten, was das Programmieren an unseren MasterCAM-Plätzen und die Werkerselbstkontrolle einschließt. So sehr wir die intuitive Programmierung an den Mazatrol-Steuerungen von  Mazak zu schätzen gelernt haben, es werden heute nur noch wenige Prozent der Bauteile an der Maschine programmiert, dafür sind die Werkstücke zu komplex geworden. Dennoch ist die steuerungstechnische Durchgängigkeit unseres Mazak-Maschinenparks unverändert wertvoll in Bezug auf die Gesamtflexibilität unserer Fertigung.«

Die gestiegene Komplexität der Anwendungen und auch ein zunehmender Kapazitätsengpass führte in den vergangenen zwei Jahr zur Investition seitens ZTS in drei weitere hochmoderne Mazak-Maschinen: eine CNC-Drehmaschine des Typs Quickturn 250 MY mit Stangendurchlass 80 mm, ein 3-Achs-BAZ des Typs VTC-760C mit 12 000er-Spindel sowie in ein 5-Achs-BAZ VTC-800/30SR mit 18 000er-Spindel. Für die Jungunternehmer finanziell ein Schluck aus der Pulle, technologisch hingegen ein Befreiungsschlag. Mazak-Vertriebsingenieur Reinhard Klatzl: »Ich betreue ZTS seit über vier Jahren. Es war faszinierend zu sehen, wie es das Team geschafft hat, in Ermangelung an Alternativen selbst komplexe Bauteile auf den 3-Achs-BAZ hinzuzaubern. Hier haben wir mit dem neuen 5-Achs-BAZ eine perfekt auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnittene Lösung geboten. ZTS hat damit für die Zukunft alle Optionen, was größere und komplexere Bauteile betrifft. Die kleine, alte Drehbank hatte nur einen Stangendurchlass von 42 mm, das war für ZTS ein limitierender Faktor. Auch hier eröffnet die neue Quickturn den Weg zu einem erweiterten Teilespektrum. Bemerkenswert ist für mich, dass die Chefs ihre Mitarbeiter bei der technischen Ausgestaltung der Maschinen mit einbeziehen und damit ein Einverständnis auf breiter Basis schaffen.  Gerade in der Einzelteilfertigung kommt es auf die Motivation der Mitarbeiter an, und die ist bei ZTS hoch.«

Im Dialog mit den Kunden, etwa wenn er fertige Bauteile persönlich abliefert, erfährt Julian Leikam nicht nur die Planungen der nächsten Wochen und Monate, er registriert auch sich verändernde Anforderungen: »Es ist heute so, dass wir einen Auftrag nur bekommen, wenn wir alle benötigten Fertigungsschritte anbieten und erfüllen können. Gerade diesbezüglich katapultiert uns die fünfachsige VTC-800 mit ihren drei  Metern Verfahrweg im Markt deutlich nach vorne. Zudem erzeugen wir nun Freiformflächen, beispielsweise im Formenbau, fünfachsig simultan, wodurch wir die Anzahl der Aufspannungen teils massiv reduzieren konnten. Modernste Werkzeuge sind zudem deutlich leistungsfähiger, was uns gerade bei Langläufern mit hohem Zerspanvolumen wettbewerbsfähiger macht.«

Damit die Effizienz in den Abläufen der Einzelteil- und Kleinserienfertigung auch ohne Automatisierung – wenn man von den Stangenladern absieht – möglichst hoch ist, haben sich die beiden Chefs viele Gedanken um den Workflow gemacht. Nullpunktspannsysteme und Mehrfach-Schraubstöcke sichern den zügigen Werkzeugwechsel und geringe Nebenzeiten. Ein besonderer Clou sind die durchgängig an allen Arbeitsplätzen identisch sortierten und ausgestatten Schubläden, in denen die Mitarbeiter alle benötigten Spannmittel, Werkzeuge und Messmittel auf  einen Griff finden. Keiner muss suchen oder gar zu einem Kollegen laufen und diesen auch noch aufhalten. Das verkürzt ebenso die Rüstzeiten, wie die Schrumpfspanntechnik für die durchgängigen SK-40-Werkzeuge.

Christoph Jobst: »Unsere neuen Maschinen von Mazak mit Smooth-Steuerungen bieten uns mehr Freiheitsgrade und eine höhere Leistungsfähigkeit. So können wir beispielsweise sogenannte PPC-Fräser, das sind konische Tonnenfräser mit großen Schneidenradien, unter Anstellung einsetzen und höhere Zeitspanvolumina erzielen. Auch bringt uns die Wärmekompensation ein Stück weit voran, weil der Warmlaufzyklus entfällt. Dennoch sind wir mit unseren Bestandsmaschinen von Mazak nicht minder hochzufrieden, denn wenn die Maschinen produzieren, ist da eigentlich kein Unterschied zu den neuen. Die würden wir heute genau so wieder kaufen, denn sie laufen und laufen und laufen. Selbst unsere Älteste fertigt nach über 25 Jahren immer noch zuverlässig auf ein Hundertstel genau. Der Mazak-Service ist ebenfalls exzellent, was für uns als Kleinbetrieb sehr wichtig ist, denn es fehlen Ausweichmöglichkeiten im Störfall. Zudem sind die Maschinen durchgängig konstruiert, es werden keine funktionierenden Komponenten unnötig verändert, sodass wir einfache Störungen problemlos selber beseitigen können. In unseren Kerntechnologien Drehen und Fräsen wird daher Mazak ein bevorzugter Partner bleiben.«

Als Gemeinschaft zum Erfolg – so die Devise, die auch dazu beiträgt, dass ZTS trotz einiger großer Arbeitgeber im Umfeld fähige Fachkräfte an sich binden kann. Abwechslungsreiche, verantwortungsvolle Arbeiten, flexible Arbeitszeiten, Mitspracherecht, regelmäßige Schulungen sowie zwei Chefs, die jederzeit mit anpacken: Mit diesem Führungsstil steht der noch recht jungen Mannschaft die Zukunft offen. Mazak wird diese sicher mitbegleiten.

1 Zuversichtlich bezüglich eines fortwährenden gemeinsamen Erfolgs (von links): Julian  Leikam, Christoph Jobst (beide ZTS) und Reinhard Klatzl (Mazak) vor dem 5-Achs-BAZ VTC-800/30SR von Mazak

2 Erweitert das Auftragsspektrum enorm: Die neue Quickturn  250 MY bietet mit einem Stangendurchlass von 80 mm und einer Y-Achse weitreichende Anwendungsoptionen für ZTS

3 Sprung in eine bessere technologische Wettbewerbssituation: ZTS gewinnt dank des 5-Achs-BAZ VTC-800/30SR an Arbeitsraum und  Leistung in Bezug auf noch komplexere und größere Bauteile

4 ›Trophäen-Schrank‹: ZTS deckt mit seinem Team engagierter Fachkräfte ein breites Spektrum an Werkstücken ab, die als Einzelteile oder maximal in mittleren Serien gefertigt werden

5 Die erste Maschine ist noch täglich solide unter Span: Mit der Super Quick Turn 10MS von Mazak startete das Unternehmen vor über 25 Jahren erfolgreich mit der Lohnfertigung

6 Täglich ein Effizienzbringer: Sauber strukturierte Schubladen an jeder Werkbank mit Vollausstattung vermeiden das Umherlaufen und Suchen der Maschinenbediener

Mazak_Hauptartikel

5-Achs-Bearbeitungszentren

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Bearbeitungszentren

Vertikale Bearbeitungszentren

Metallerzeugung und -bearbeitung

Damm, Helmut

Lohnfertigung, mechanisch

Dienstleistungen

Lohnfertigung

Drehmaschinen

Das Bi-Metallsägeband Skalar Premium ist auch für die universelle Verwendung im Misch-betrieb ohne Leistungseinbußen geeignet und macht zeitintensives Rüsten überflüssig.

Die Prozessqualität und -stabilität der Sägeprozesse am Anfang einer Produktionskette beeinflussen alle nachfolgenden Arbeitsschritte. Darum ist hierbei der Einsatz geeigneter Säge-Werkzeuge unerlässlich. Für die Flender Industriegetriebe GmbH in Penig bestand die Herausforderung darin, eine werkzeugseitige Lösung zu finden, die prozesssicher ein breites und immer anspruchsvolleres Materialspektrum abdeckt. Zudem sollte bei stetig wechselnden Losgrößen mit unterschiedlichen Abmessungen ein universell einsetzbares Sägeband helfen, häufige und zeitaufwendige Bandwechsel zu vermeiden.

Individuelle Anforderungen  entscheiden die Wahl des Sägebandes

Mit ihrer Beratungskompetenz standen die Wikus-Experten der Flender Industriegetriebe zur Seite. »Wir setzen seit nahezu 30 Jahren auf das Know-how der Firma Wikus im Bereich Bandsägen. Der sehr gute Service durch Beratung und Betreuung vor Ort haben uns dabei überzeugt und die Basis für eine sehr gute partnerschaftliche Beziehung gelegt. Auf einfache Art und Weise konnten somit Lösungen zur Prozessoptimierung im Bereich von Bandsägen erarbeitet und umgesetzt werden«, erläutert Marco Wya, Head of Toolmanagement der Flender Industriegetriebe. Diese Lösung wurde innerhalb eines Jahres gefunden. Dabei stellte ein  Besuch von Technischen Betreuern der Wikus-Sägenfabrik vor Ort den Auftakt zur Prozessoptimierung dar. Gemeinsam mit den Verantwortlichen des Getriebespezialisten wurden an verschiedenen Terminen Probeschnitte und Schnittversuche mit mehreren Sägebändern durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche, eine umfassende Schnittkostenanalyse sowie die Berücksichtigung der individuellen Kundenanforderungen – hohe Leistungsfähigkeit, die Möglichkeit zum vielseitigen Einsatz sowie die Vermeidung von Bandwechseln – fanden dann Eingang in die Entscheidungsfindung. Und am Ende stand die Lösung fest: Die Wahl fiel auf das Sägeband Skalar Premium M42.

Mit Skalar Premium M42 konnten die Wikus-Experten ein Hochleistungs-Sägeband für höchste Ansprüche anbieten, welches durch kurze Schnittzeiten und hohe Standflächen bei hohen Schnittleistungen beim Sägen großer Werkstücke auch im Dauerbetrieb überzeugt. Das Bimetall-Sägeband verfügt über eine spezielle Zahngeometrie, was eine sortenreine Selektierung der Werkstoffe überflüssig macht.

Somit wird eine universelle Verwendung im Mischbetrieb ohne Leistungseinbußen und zeitintensive Rüstzeiten ermöglicht. Die Spezialbeschichtung der Zahnschneide erlaubt nahezu eine Verdoppelung der Standfläche beziehungsweise eine Verkürzung der Schnittzeiten, sodass sich Stillstandzeiten verringern, notwendige Wechsel der Sägebänder reduzieren und zusätzlich Sägekapazität geschaffen wird. Dadurch amortisiert sich der Mehrpreis aufgrund der spezielle Beschichtung des Bandes bereits nach kurzer Zeit.

Der Weg zur Prozessoptimierung:  Schulung und Beratung

Zu einer umfassenden Prozessoptimierung gehören neben der Analyse des Kundenbedarfs und der individuell zugeschnittenen Lösung auch eine umfangreiche Schulung der an der Maschine tätigen Facharbeiter. Damit war die praktische Einführung am Kundenstandort ein elementarer Teil der Beratungsleistung des Sägefabrikanten. Bei dieser Einführung standen besondere technische Aspekte des neuen Sägebands sowie das richtige Vorgehen beim Maschinen- und Werkzeugcheck im Fokus. Die Experten von Wikus verwiesen darüber hinaus auf die wichtigsten Verschleißteile und die häufigsten Ausfallursachen im laufenden Prozess. So vorbereitet konnten die Mitarbeiter der Flender Industriegetriebe den Sägeprozess durch die Anwendung ihres Spezialwissens weiter verbessern.

Durch den Einsatz des Sägebandes Skalar Premium M42 und dessen optimale Handhabung durch die gut ausgebildeten Facharbeiter konnte Flender Industriegetriebe Schnittwerte und Standzeiten optimieren. Aufgrund der langen Lebensdauer, dem breiten Einsatzspektrum bei verschiedenen Werkstoffen sowie dem schwingungsarmen, ruhigen Lauf von Skalar Premium M42 wurde der Sägeprozess im Ergebnis nicht nur stabilisiert, sondern auch die Varianz und der Verbrauch der Sägebänder reduziert. Anstelle von ursprünglich zwei Sägebandtypen benötigt der Anwender nur noch einen Sägebandtyp, wodurch sich Bandwechselzyklen verringern und Zeiteinsparungen erzielen lassen.

Insgesamt konnte Flender Industriegetriebe bis zu zwanzig Prozent der Kosten einsparen. Dieses Ergebnis ist auch der partnerschaftlichen Zusammenarbeit der beiden Unternehmen zu verdanken. Durch das Zusammenwirken von Know-how, Dialog und Analyse sowie kontinuierlicher Unterstützung sind beste Ergebnisse und fortlaufende Optimierungen möglich. Ein Modell, das beide Unternehmen auch zukünftig beibehalten wollen.

1 Das Hochleistungs-Sägeband spart unter anderem Zeit und Werkzeugkosten im  Sägeprozess

2 High-Performance und extra Standzeit werden mit dem beschichteten Bimetall- Sägeband Skalar Premium M42  erzielt

Wikus-Hauptartikel

Flender Industriegetriebe GmbH 09322 Penig Tel. +49 37381 610

<a href="http://www.flender.com">www.flender.com</a>

Wikus-Sägenfabrik Wilhelm H. Kullmann GmbH & Co. KG 34286 Spangenberg Tel. +49 5663 5000

<a href="http://www.wikus.de">www.wikus.de</a>

Sägen

Verfahren für die spanlose Fertigung

Schneiden

Sägen und Trennen

Spanende Verfahren

Sägewerkzeuge

Präzisionswerkzeuge

 Digital vernetzte Fertigung  für variantenreiche Prozesse

Um kleine Stückzahlen kostengünstig fertigen zu können, setzt Kammerer Gewindetechnik ein digitales Assistenzsystem ein, das die Fertigungs- und Montageprozesse anhand der Produktionsdaten optimiert.

Im Maschinenbau sind Kugelgewindetriebe ein wichtiges Antriebselement für dynamische und gleichzeitig präzise Positionieraufgaben. Haupteinsatzgebiet sind Werkzeugmaschinen wie zum Beispiel Drehmaschinen, auf denen Werkstück- oder Werkzeugträger positioniert werden, aber auch Pressen, Spritzgießmaschinen und viele andere. Für jede Anwendung wird dabei ein eigener, spezieller Kugelgewindetrieb benötigt. Um diesem hohen Maß an Spezialisierung gerecht zu werden und auch kleine Stückzahlen kostengünstig fertigen zu können, setzt der Schwarzwälder Gewindetechnikspezialist Kammerer Gewindetechnik GmbH jetzt ein digitales Assistenzsystem ein. Die Software ›ValueFacturing‹ der MR Maschinenfabrik Reinhausen GmbH soll zu einer Zeitersparnis beim Programmieren und Rüsten der Werkzeugmaschinen, Kosteneinsparungen bei Bestand und Verbrauch an Werkzeugen sowie gesteigerter Produktivität führen.

Häufige Maschinenstillstände  vermindern die Produktivität

Denn bisher wurden bei Kammerer die Drehfräszentren, also CNC-gesteuerten Drehmaschinen, für die einzelnen Fertigungsschritte der Kugelgewindetriebe von den Mitarbeitern jeweils selbst programmiert. Die erstellten Programme konnten für Wiederholteile auch wiederverwendet werden. Bei Aufträgen mit kleinen Stückzahlen und Neuteilen standen jedoch die Maschinen öfter still, weil die Neuprogrammierung,  Vermessung und Neubestückung der Maschinen mit den jeweiligen Werkzeugen viel Zeit in Anspruch nahm. »Als Lösungsmöglichkeit stand die Einführung eines CAM-Systems, einer Werkzeugdatenbank und eines Voreinstell-geräts an«, sagt Martin Huber, bei Kammerer verantwortlich für Lean  Management und Auftragssteuerung. »Bei der Vernetzung der unterschiedlichen Systeme werden entsprechende Schnittstellen benötigt. Aus unserer  Erfahrung wussten wir, dass bei einer Vielzahl an Schnittstellen immer wieder Probleme auftauchen, beispielsweise bei Softwareupdates, die dann das ganze System ins Stocken bringen.«

Mit dem nun von Kammerer eingesetzten Assistenzsystem ValueFacturing werden alle am Produktionsprozess beteiligten Anlagen und Akteure vernetzt. Die Software wird als Webserver in die Fertigung und Montage integriert und an alle vorhandenen Systeme direkt  angebunden. Die Steuerungen aller am Produktionsprozess beteiligten Systeme können direkt online kommunizieren. Die Software hat Zugriff auf Echtzeit-daten; ein Statistikportal ermöglicht auf einen Blick die Auslastung der Maschinen. Um mit der neuen Lösung erste Erfahrungen zu gewinnen, erfolgte der Start bei Kammerer in einem kleinen Bereich mit sechs Maschinen. Die weiteren Bereiche sowie die Statistiken sollen zu einem späteren Zeitpunkt umgesetzt werden.

Vor Inbetriebnahme des digitalen Assistenzsystems erstellte MR bei Kammerer eine detaillierte Prozessanalyse, um die verschiedenen Systeme (CAM, PPS, EPR et cetea), Maschinen, Werkzeuge und Fertigungsprozesse zu analysieren. »Von dem ersten Kontakt über die Entscheidungsfindung bis zur Umstellung der ersten Maschine vergingen über drei Jahre, was bei solchen Projekten nicht ungewöhnlich ist«, bemerkt Huber. »Nachdem wir von MR ein Angebot eingeholt hatten, analysierten die Experten aus Reinhausen erst einmal unsere Fertigung. Gemeinsam wählten wir das CAM-System und die Werkzeugdatenbank aus. Losgelegt haben wir dann im Herbst 2019 mit ersten NC-Programmen zum Test und der  Befüllung der Werkzeugdatenbank. Die erste Maschine haben wir im März 2020 umgestellt.«

Huber freut sich über die Vorteile des neuen Systems: »Die NC-Programme werden nun extern an einem Programmierplatz und nicht mehr von jedem Werker selbst erstellt, was zu erheblicher Zeitersparnis führt. Dies garantiert auch eine standardisierte Programmierweise sowie optimierte Verfahrwege und Schnittdaten. Der Werkzeugbestand an der jeweiligen Maschine wird deutlich reduziert. Die zentrale Werkzeugaufbewahrung soll insgesamt zu einer Bestands- und Verbrauchsverringerung führen. Die Schnittstellen-Problematik zwischen den einzelnen Systemen gehört der Vergangenheit an. Value Facturing vernetzt nun vier Systeme: das CAM-System TopSolid zur Programmierung der Dreh- und Fräsmaschinen, die Werkzeugdatenbank  Wintool zur Verwaltung der Werkzeuge, das Voreinstellgerät von Zoller zur  Vermessung der Werkzeuge, und die Maschinen an denen unsere Kugelgewindetriebe und andere Bauteile gefertigt werden. Letztlich können wir unseren Kunden nun eine größere Vielfalt an Teilen anbieten, die wir schneller und kostengünstiger produzieren können.«

1 Bearbeitung einer Kugelgewindemutter bei der Kammerer Gewindetechnik. Vorwiegend kleine Losgrößen produziert das Unternehmen, was eine effektive Auslastung der Maschinen erschwert

2 Die Produktion von Schwerlast-Kugelgewindetrieben bei Kammerer in Hornberg  

3 Das digitale Assistenzsystem ValueFacturing vernetzt alle am Produktionsprozess  beteiligten Anlagen und Akteure

Hauptartikel_Reinhausen

Smart Factory

Energieeffizienz

Werkzeugverwaltungssoftware

Toolmanagement

Digitaler Zwilling

Software

Simulation

Um beispielsweise µm-feine Stege und Radien in schwer zerspanbare Werkstoffe einzubringen, kombiniert Citizen auf der Cincom L20 Präzisionsdrehen und Laserschneiden.

Medizinische Werkzeuge werden immer kleiner, seit minimal-invasive Interventionsformen Einzug gehalten haben. Das einzige,  das nicht schrumpft, sind die strengen Standards bei Entwicklung und Produktion der eingesetzten Arbeitsmittel.

Dem Drehen und Fräsen, selbst mit  Mikrowerkzeugen, sind dabei irgendwann fertigungstechnische Grenzen  gesetzt. Diese können mittels moderner Lasertechnik verschoben werden, denn sie ermöglicht unter anderem das Erzeugen ultrafeiner Stege in hoher Präzision. »Allerdings sind Laserschneidmaschinen von Haus aus nicht so flexibel wie reine Drehmaschinen. Die kann ich beispielsweise mit 3-m-Stangenmaterial bestücken und erhalte fertige Bauteile. Auch ihre Be- und Entladezeiten sind deutlich kürzer«, erläutert Michael Neitzel, Experte für die Lasertechnologie bei Citizen Machinery Europe. Um diesen Produktionsvorteil nicht durch Zeitverluste beim Umrüsten zunichte zu machen, kombiniert Citizen nun das Präzisionsdrehen und Laserschneiden in einer einzigen Maschine.

Die Cincom L-Serie von Citizen leistet bereits in den Produktionshallen rund um den Globus wertvolle Dienste. Dazu Markus Reissig, Geschäftsführer bei Citizen Machinery Europe: »Dank des perfekten Zusammenspiels der insgesamt neun Achsen und der Kombination aus angetriebenen und feststehenden Werkzeugen, bringt die L20 bereits die idealen Bedingungen für komplexe 3D-Fräsoperationen mit – nicht zuletzt für Produkte aus der Medizintechnik wie Implantate oder Knochenschrauben aus meist schwer zu bearbeitenden Materialien wie Titan, Kobalt-Chrom oder hochlegierten Stählen. Nichts lag also näher, als gerade dieser Maschine die neue Lasertechnologie einzupflanzen«.

Gerade dort, wo Genauigkeit Priorität hat, begeistert die Lasertechnologie. »Minimale Eckenradien, feinste Stege, biegsame Wellen aus Rohren mit maximal 2 mm Wandstärke lassen sich mit unserer Lasertechnologie optimal herausarbeiten – dauerhaft ohne jeglichen Werkzeugverschleiß. Neben der unübertroffenen Präzision überzeugt die enorme Reproduzierbarkeit, vor allem, weil sämtliche Teilprozesse auf einer Maschine stattfinden: Umrüsten wird zur Ausnahme«, bestätigt Markus Reissig.

»Wir können die Lasereinheit in nahezu jede Citizen-Maschine ab einem Bearbeitungsdurchmesser von 20 mm integrieren. Aber wir arbeiten schon daran, noch kleinere Durchmesser anzubieten«, verrät Michael Neitzel. Für Anwender, die den Umgang mit modernen Drehmaschinen gewohnt sind,  ändert sich bei der Bedienung und  Programmierung nichts. Außer speziell codierten Türschaltern und systembedingten Sicherheitsvorkehrungen unterscheidet sich die Arbeit mit der L20 inklusive Lasereinheit nicht von der ›normalen‹ Drehmaschine: »Ihr Funktionsumfang in Sachen Drehen entspricht selbstverständlich vollkommen dem Standardmodell«, ergänzt Neitzel.

Mit der Kombination aus Drehmaschine und Laser hat Citizen den Nerv des Markts getroffen: »Was wir mit der L20 angefangen haben, werden wir in anderen Maschinentypen weiterführen. So ergeben sich schon bald neue Einsatzbereiche des Lasers über die bestehenden hinaus – für höchstmögliche Präzision und kombinierte Fertigungsabläufe ganz ohne Umrüsten«, ist sich  Markus Reissig sicher.

1 Sie kombiniert das Beste zweier Welten: Die Drehmaschine Cincom L20 mit Lasereinheit, speziell codierten Türen und systembedingten Sicherheitsvorkehrungen von Citizen Machinery Europe

Citizen_Hauptartikel

Komplettbearbeitung

Komplettbearbeitungsmaschinen

Laserbearbeitung

Laser-Bearbeitungsmaschinen

Hochleistungswerkstoffe  effizienter bearbeiten

Bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe bewegen sich Anwender meist in Grenzbereichen, allen voran, wenn ein hohes Zeitspanvolumen angestrebt wird. Heller liefert dafür als Systementwickler maßgeschneiderte, leistungsstarke und produktive Antworten.

Geht es um die Bearbeitung schwer zerspanbarer Hochleistungswerkstoffe wie Titan, hochfeste Stähle oder Nickel-Basis- Legierungen, müssen bei der Ausgestaltung der Fertigungsprozesse die technische Machbarkeit und die Wirtschaftlichkeit betrachtet werden. Ausreichend stabile Maschinen, hohe Drehmomente sowie angepasste Drehzahlen gelten maschinenseitig als Grundvoraussetzung. Als Systementwickler liefert  Heller deshalb nicht nur Werkzeugmaschinen und Produktionssysteme, sondern auch weiterführende Antworten auf die Anforderungen vieler Anwenderbranchen. Ziel ist es, dem Kunden eine wirtschaftlich optimale Gesamtlösung für das jeweilige Bauteil anzubieten. Das gilt unter anderem für den  Aerospace-Bereich. Zum Beispiel für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen wie Titanlegierungen.

Kapazitätserweiterung  mit hoher Verfügbarkeit

Vor einer völlig anderen Herausforderung stand Heller bei einem Unternehmen, das sich mit der Einspritztechnologie für große Dieselmotoren im Off-Highway-Segment beschäftigt. Die zu bearbeitenden Ventilgehäuse sind aus hochlegierten Stählen mit niedrigem Schwefelgehalt. Um die Kapazität zu erweitern, wurde in das neue 5-Achs-Bearbeitungszentrum FP 4000 von  Heller investiert. Neben den Brandschutzbestimmungen musste dieses BAZ die Erwartungen an eine hohe Verfügbarkeit, eine ausreichende Volumenfördermenge des Öls sowie die Einsparung von Fertigungsschritten durch  eine 5-Achs-Bearbeitung erfüllen.

Die Anzahl der Fertigungsschritte für ein derartiges Gehäuse konnte mit der FP 4000 von fünf auf einen reduziert werden. Dabei mussten maschinenseitig auch Leistung, Drehzahlen und die Höhe des Arbeitsraums stimmen. Das verdeutlicht ein konkretes Bearbeitungsbeispiel: Es wird mit einem Wendeplattenbohrer, Durchmesser 39 mm, 300 mm tief mit einer Schnittgeschwindigkeit von 80 m/min und einem Vorschub von 0,14 mm/U in 42CrMo4 gebohrt. Mit 1000 mm Verfahrweg in der Z-Achse ist der Kunde mit der FP 4000 diesbezüglich auf der sicheren Seite.

Präzision und Stabilität auf  sehr hohem Niveau

Extrem hohe Leistungen an der Spindel und enorme Verfahrwege erwartet man bei einem führenden Anbieter und  Hersteller von Standard- und Sondergetrieben mit Drehmomenten bis 400 000 Nm. Investiert hat man in ein Heller-BAZ H 14 000. Für das Kühlwendel-Fräsen wurde zunächst über eine Spezial-Drehmaschine nachgedacht, denn die Distanz des Fräsers zur Spindel ist bei der Bearbeitung unverhältnismäßig groß, was eine entsprechend hohe Steifigkeit und Leistung der Spindel notwendig macht.

Zum Ausdrehen dieser Wendel wird ein Spezialwerkzeug mit einer Länge von 600 mm eingesetzt. Im Gegensatz zur H 14 000 hätte sich bei einer herkömmlichen Maschine dieses Werkzeug im Automatikbetrieb nicht einwechseln lassen. Und so hat die Summe der Vorteile in Bezug auf Leistung, mechanischem Aufbau, Maschinenstatik sowie die Tatsache, dass das Werkstück zum Werkzeug fährt, für die Entscheidung zugunsten von Heller geführt. Dank eines Drehmoments von 2300 Nm, eines 4-Stufen-Getriebes und der Werkzeugschnittstelle HSK 100 mit Plananlage bewegt der Kunde das Heller-BAZ nicht ständig an seiner Leistungsgrenze. Wichtig ist dennoch, dass die Leistung der Spindel über einen langen Zeitraum zuverlässig zur Verfügung steht.

Für Sonderwerkstoffe nur  30 Prozent Leistung notwendig

Um Schwerzerspanung ging es auch bei der Zusammenarbeit von Heller mit einer amerikanischen Gruppe, die über entsprechendes Know-how im Bereich Sonderwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrtindustrie verfügt und als  einer der Pioniere beim Einsatz von  Titanlegierungen gilt. Ein erstes Ergebnis dieser internationalen ›Best-in-class‹-Partnerschaft lieferte das 4-Achs-BAZ H 6000 von Heller bei einem  Titanblock aus TiAl6V4. Es wurde mit einem 80-er Igelfräser bei einer Schnittgeschwindigkeit jenseits der  50-m/min-Marke eine 50 mm tiefe Nut gefräst. Besonders beeindruckt hat bei dieser Bearbeitung, dass dafür nur 30 Prozent der Leistungsfähigkeit der  Maschine abgerufen werden musste.

Präzision und Stabilität  für Triebwerksaufhängung

Ein Unternehmen aus dem Bereich  Aerospace dagegen konzentriert sich auf die Herstellung von Motorhalterungen und Tragflächen aus harten und zähen Werkstoffen wie Edelstahl, Titan und Nickelbasislegierungen. Die Produkte werden überwiegend in Airbus- und Boeing-Flugzeugen sowie in Regional Jets eingesetzt. In einem Gemeinschaftsprojekt mit Heller ging es um  die Bearbeitung eines Bauteils für eine Düsentriebwerkaufhängung. Dieser Prozess erfordert vom Bearbeitungszentrum äußerste Präzision und Stabilität.

Aufgrund des hohen Härtegrads und des zähen, nickelbasierten Werkstoffs kam es hier in der Vergangenheit zu hohem Materialausschuss und starkem Werkzeugverschleiß. Die Gespräche mit Heller führten zu dem Ergebnis, dass die Grundvoraussetzungen für derart schwer zerspanbare Werkstoffe bei gleichzeitig hoher Effizienz eine entsprechende Steifigkeit, Stabilität und Präzision sowie ein hohes Drehmoment bei Bearbeitungszentren lauten. Erste Tests bestätigten diese Empfehlungen. Man investierte daher in das 4-Achs-BAZ H 5000 inklusive der Planzugtechnologie.

Mittlerweile macht man mit dem Bearbeitungszentrum und dessen extrem robuste Maschinenkonstruktion durchweg positive Erfahrungen. Die ursprüngliche Bearbeitungszeit von acht Stunden konnte um 70 Prozent auf zwei Stunden reduziert werden, Materialausschuss und Werkzeugverschleiß sind kein Thema mehr. Diese enormen Zeit- und Kosteneinsparungen haben inzwischen zu einer Fortsetzung der Kooperation geführt. Es wurden weitere Investitionen in Bearbeitungszentren für die Produktionslinie der A320- Familie und für eine Erweiterung der Fertigungsstraße für den Großraumjet A330 von Heller beschlossen.

1 Grundvoraussetzungen für die Bearbeitung schwer zerspanbare Werkstoffe wie diese Nickelbasislegierung sind eine entsprechende Steifigkeit, Stabilität, Präzision und ein hohes Drehmoment, wie sie Heller seinen Bearbeitungszentren mit auf den Weg gibt

2 ›Best-in-class‹-Partnerschafte: Ein Bearbeitungszentrum von Heller überzeugt bei der Zerspanung eines Blocks aus TiAl6V4

3 Mit dem 5-Achs-Bearbeitungszentrum FP 4000 konnte ein Kunde die Fertigungsschritte für ein Gehäuse von fünf auf nur einen reduzieren

Heller_Hauptartikel

Manfred Lerch ist Inhaber und  Geschäftsführer der Agentur Redaktion Lerch in Filderstadt

<a href="mailto:lerch@redaktion-lerch.de">lerch@redaktion-lerch.de</a>

Titan

Metall Werkstoffe

NE-Metalle

Schwerzerspanung

Stähle, hochfeste

Stähle

Nickellegierungen

Titanlegierungen

Mehrfach hatte der Automobil-Zulieferer SGG beim Fräsen mit Vibrationen zu kämpfen, die den Prozess behinderten, Lärm erzeugten und die Standzeit verkürzten. Die Probleme löste Werkzeugpartner Mapal in Form von Sonderfräsern mit dynamischem Unwuchtausgleich.

Die Schweizer Group Global GmbH (SGG) ist mit rund 650 Mitarbeitern und sechs Standorten, unter anderem in China und Tschechien, weltweit aktiv. Die Gruppe beliefert vor allem Automobilhersteller und legt dabei den Schwerpunkt auf Powertrain und Elektronik. Typische Bauteile sind einbaufertig bearbeitete Aluminium- oder Magnesiumkomponenten für die Bereiche Motor, Getriebe, Antriebsstrang und Nebenaggregate sowie Gehäuse für Elektronik und Infotainment in Fahrzeugen.

»Wir bearbeiten Druckgussbauteile aus den Gießereien der Gruppe«, erläutert Dirk Steinbach, Technischer Leiter im Werk Plauen der SGG. »Unsere 160 Mitarbeiter fertigen zumeist Großserien mit bis zu 1 000 000 Bauteilen. Dabei ist neben der Einhaltung strenger Genauigkeitsanforderungen eine höchst wirtschaftliche Bearbeitung unerlässlich«, so Steinbach. Es gehe um jede Zehntelsekunde; jeder unnötige Arbeitsschritt müsse vermieden werden. Die Fertigung erfolgt deshalb hoch automatisiert durch Maschinen, die untereinander mittels Handling- und Prüfeinrichtungen zu Inseln oder Linien verkettet sind.

Aufgrund der strengen Vorgaben an die Taktzeit nutzt SGG speziell ausgelegte Kombinationswerkzeuge, die exakt den jeweiligen Anforderungen angepasst sind. Das wiederum erfordert entsprechende Entwicklungen im Zusammenwirken mit dem Werkzeughersteller. Aus diesem Grund arbeitet SGG seit Jahren eng mit Mapal zusammen. Die Expertise der Mitarbeiter des Werkzeugherstellers war jüngst in zwei besonders anspruchsvollen Fällen gefragt.

Die Schwingungen kompensiert beim seitlichen Zirkularfräsen

»Beim ersten Fall wird tief im Inneren eines Kraftstofffiltergehäuses eine seitliche Tasche gefräst«, sagt Andreas Wittenauer, Leiter Anwendungstechnik PKD-Werkzeuge bei Mapal. Hierfür kommt ein Zirkularfräser mit einer Länge von rund 185 mm und einem Schaftdurchmesser von 29 mm zum Einsatz. Der Fräskopf selbst hat einen maximalen Durchmesser von 48 mm. Er fräst nach dem Einfahren in das glockenförmige Werkstück eine ungefähr 10 mm tiefe seitliche Tasche in die Wandung. Dadurch entsteht eine Verbindung zum Sackloch eines seitlich in spitzem Winkel angesetzten Anschlussstutzens, um Kraftstoff in den Filter einzuleiten.

Aufgrund der einseitigen Bearbeitung bauten sich bei diesem Werkzeug so extreme Schwingungen auf, dass die zulässigen g-Kräfte überschritten wurden. Selbst als SGG dazu überging, den Arbeitsgang in mehrere Einzelschritte aufzuteilen, waren die Schwingungen immer noch sehr stark, und die Bearbeitung war äußerst geräuschintensiv. »Selbst in der angrenzenden Halle war diese Bearbeitung zu hören«, sagt Dirk Steinbach. »Ganz abgesehen von der langen Bearbeitungszeit. Zudem wirkten sich die starken Vibrationen negativ auf die Standmengen der Werkzeuge und auf die Spindel aus.«

Angewandt wird das Prinzip des dynamischen Unwuchtausgleichs

»Um die Schwingungen zu minimieren, haben wir den Fräserschaft schwingungsgedämpft gestaltet; dafür ist er innen mit einer axial und radial beweglich gelagerten Hilfsmasse aus einem Schwermetall ausgestattet«, verrät Andreas Wittenauer. Dem System zugrunde liege das Prinzip des dynamischen Unwuchtausgleichs. Dabei gleicht die Hilfsmasse  die Schwingungen aus, indem sie in  die jeweilige Gegenlage ausweicht. Stahlfederpakete sorgen dafür, dass die Hilfsmasse anschließend in ihre Ruhelage zurückkehrt. Eine Ölfüllung übernimmt die Dämpfung der inneren Vibrationen. »Zudem haben wir die gelöteten PKD-Schneiden um 30° geneigt«, erläutert Wittenauer. So werde ein weicher Schnitt möglich und die Geräuschentwicklung minimiert.

Das Prinzip bewährt sich auch bei  mehrfach angeregten Vibrationen

»Der zweite aktuelle Fall war eine noch größere Herausforderung«, sagt Andreas Wittenauer. Um die Nockenwellen-Lagerböcke in der Zylinderkopfhaube eines Supersportwagens zu bearbeiten, nutzt man bei SGG ein langes, schlankes Fräswerkzeug. Die eigentliche  Lagerfläche der Nockenwelle wird in Plauen lediglich vorbearbeitet; die Fertigbearbeitung übernimmt der Motorenhersteller selbst. Die Seitenflächen des Lagerbocks hingegen werden bei SGG feinbearbeitet.

Der Fertigung liegen hohe Genauigkeitsanforderungen zugrunde, da der Motor über ein System zur Ventilhubumstellung verfügt. Diese Verstellung der Nockenwelle sorgt für einen geringeren Kraftstoffverbrauch des Motors und einen vibrationsarmen Lauf.

Für die Bearbeitung der Lagerböcke war ursprünglich ein 300 mm langes Fräswerkzeug vorgesehen. Dessen recht massiver Kopf mit einem Durchmesser von 48,4 mm ist 38 mm lang und sitzt auf dem nur 26 mm dicken Schaft. Neben dieser an sich schon schwingungsanfälligen Kombination ist das großflächige und zugleich filigran-dünnwandige Gussteil ein fast schon idealer Resonanzkörper für Schwingungen. Verstärkt werden diese noch durch den unterbrochenen Schnitt bei der Bearbeitung. In Summe waren die Vibrationen so stark, dass es zu Rattermarken und sogar zu Werkzeugbrüchen kam.

»Um diese Schwingungen in den Griff zu bekommen, haben wir eine zweistufige Lösung mit separaten Maßnahmen für den Schaft und den Fräskopf entwickelt«, so Andreas Wittenauer. »Das System aus dem langen, schlanken Schaft und dem massiven Fräskopf kann zu komplexen Schwingungsmodi angeregt werden. Um diese zu kompensieren, müssen für beide Bereiche  jeweils speziell angepasste Gegenmaßnahmen ergriffen werden.«

Austauschbarer Fräskopf erforderte eine Sonderlösung

Auch hier nutzten die Werkzeug- experten das Prinzip des dynamischen Unwuchtausgleichs. Im Fräserschaft wurde eine große Anzahl kleiner, hochdichter und frei beweglicher Hilfsmassen platziert, die sich je nach dem aktuellen Schwingungszustand unterschiedlich anordnen und dadurch den auftretenden Schwingungen entgegenwirken.

Für den Fräskopf, der mit PKD-Schneiden bestückt ist, musste dagegen eine andere Lösung gefunden werden, denn aufgrund möglicher Anpassungen der Schneidengeometrie und um den Instandhaltungsaufwand so gering wie möglich zu halten, muss der Fräskopf austauschbar sein. Dafür entwickelte Mapal eine Schwingungsdämpfung mit einer einzelnen, radial ebenso wie axial beweglichen Hilfsmasse aus einer hochdichten Metalllegierung.

Auch hier nimmt die Hilfsmasse, um Ausschläge des Kopfes zu minimieren, jeweils die erforderliche Gegenlage ein. Aufgrund dieser Werkzeuglösung wurden die Schwingungen auf ein Minimum reduziert. Rattermarken am Werkstück gehören nun der Vergangenheit an. Zudem wird die Spindel der Werkzeugmaschine geschont, und die Standzeit der PKD-Schneiden hat sich deutlich verlängert.

»Beide Werkzeugkonzepte von  Mapal erfüllen unsere Anforderungen und haben sich im Einsatz bestens bewährt«, bestätigt Dirk Steinbach. Beim Zirkularfräser des ersten Falls wurde die Zykluszeit innerhalb der Werkstückfamilie um bis zu 14 Sekunden gesenkt. Die Werkzeuge erreichen in beiden  Fällen die geforderte Standmenge. »Beim Zirkularfräser ist der Unterschied übrigens auch deutlich hörbar; der Geräuschpegel bei der Bearbeitung ist auf unter 78 dB gesunken«, betont Dirk Steinbach. Das sei auch ein substanzieller Beitrag zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen.

1 Das Bearbeiten von Lagerbock-Seitenwänden mit PKD-bestückten Fräsköpfen ist eine der vibrationsarmen Werkzeuglösungen, die Mapal für SGG gestaltete

2 Eine für Sportwagen konzipierte Zylinderkopfhaube (oben) und das schlanke Fräswerkzeug, mit dem ihre Nockenwellen-Lager- böcke bei SGG ruhig laufend bearbeitet werden

3 Auch das Zirkular-Innenfräsen von etwa 10 mm tiefen Taschen (rechts oben) in Lkw-Kraftstofffiltergehäusen verläuft heute vibrationsarm, nachdem der Fräserschaft neu gestaltet worden war

4 Freuen sich über ihren Erfolg: Dirk Steinbach, Technischer Leiter im Werk Plauen  von SGG (rechts), und Andreas Wittenauer, Leiter Anwendungstechnik PKD-Werkzeuge  bei Mapal (links)

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Fräswerkzeuge

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Fahrzeugbau

Mit einem aktuellen Verfahren lassen sich Werkzeugbahnen für Kugelkopffräser berechnen, die den Grat an Bohrungsverschneidungen entfernen und eine definierte Fase anbringen.

Beim Bohren entstehen sowohl eintritt- als auch austrittseitig Grate, die es zu entfernen gilt. Die Gratentfernung bei innen liegenden Kreuzbohrungen stellt dabei aufgrund der schlechten Erreichbarkeit der Grate eine besondere Herausforderung dar. Konventionelle, mechanische Entgratwerkzeuge haben sich für das Entgraten von ebenen Austritten oder von Austritten mit geringer Krümmung auf Werkzeugmaschinen bewährt. Bei Kreuzbohrungen, die einen annähernd gleichen Durchmesser der Haupt- und der Querbohrung haben, liefern diese Werkzeuge jedoch oftmals nicht die erforderliche Entgratqualität.

Ein vom Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt entwickeltes Verfahren ermöglicht nun das automatisierte Entgraten von sich kreuzenden Bohrungen auf Bearbeitungszentren mit angepassten  Kugelkopffräsern. Hierbei vollführt das Werkzeug je nach Verschneidungsfall eine 3-Achs-Bewegung, die den anhaftenden Grat entfernt und Sekundärgrate minimiert. Das Verfahren ermöglicht das Entgraten durch die Quer- oder die Hauptbohrungen sowie von Bohrungsverschneidungen mit Achsversatz. Zudem wird vom Werkzeug eine Fase mit definierter Breite angebracht.

Versuchsaufbau auf einem Bearbeitungszentrum Hermle C32 U, mit dem am PTW automatische Entgratprozesse an verschiedenen Kreuzbohrungen analysiert und optimiert werden

PTW – Institut für Produktionsmanagement,Technologie und Werkzeugmaschinen der TU Darmstadt 64287 Darmstadt Tel. +49 6151 16-20080 <a href="http://www.ptw.tu-darmstadt.de">www.ptw.tu-darmstadt.de</a>

Adrian Meinhard, M. Sc., ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt

<a href="mailto:a.meinhard@ptw.tu-darmstadt.de">a.meinhard@ptw.tu-darmstadt.de</a>

Prof. Dr.-Ing. Matthias Weigold ist Leiter dieses Instituts

<a href="mailto:m.weigold@ptw.tu-darmstadt.de">m.weigold@ptw.tu-darmstadt.de</a>

Lesen Sie den vollständigen Fachartikel zu diesem Thema <a href="https://www.werkstatt-betrieb.de/wb-zeitschrift/archiv/artikel/kreuzbohrungen-automatisiert-entgraten-10978912.html" target="_blank">hier</a> auf unserer Webseite.

Unter Schleifbrand werden Gefügeveränderungen in Randzonen von Stahlteilen bezeichnet, die im Zuge der Schleifbearbeitung aufgrund der eingebrachten Wärmeenergie bewirkt werden. Ein neues Fachbuch, auf das dieser Artikel verweist, beleuchtet gängige Prüfverfahren.

Beim Schleifen von Stahlteilen kann die Oberfläche des Teils ›verbrennen‹, wenn dabei in kurzer Zeit ein zu hoher Wärmeeintrag stattfindet. Unter Schleifbrand werden Gefügeveränderungen in Bauteil-Randzonen bezeichnet, die durch die eingebrachte Wärmeenergie beim Schleifen bewirkt werden. Das führt zu Anlass- und Neuhärtezonen. Nicht nur großflächiger, ›schwerer Schleifbrand‹ kann den vorzeitigen Ausfall von Bauteilen bewirken, auch kleine lokale Schleifbranderscheinungen können die gleiche Folge haben.

In <a href="http://[1]">[1]</a> werden sowohl die Erscheinungsformen und Bedingungen für das Entstehen von Schleifbrand als auch die Verfahren, die zur Schleifbrandprüfung angewandt werden können, detailliert besprochen.

Als industrielle Verfahren zur Schleifbrandprüfung werden Methoden bezeichnet, die es dank kurzer Prüfzeiten ermöglichen, rasch größere Stückzahlen gefertigter Teile zerstörungsfrei zu prüfen. Dazu gehören das Nital-Ätzverfahren, die Wirbelstromprüfung, das Barkhausenrauschen-Verfahren und das  Mikromagnetische 3MA-Verfahren.

Beim Nital-Ätzen (NE) wird die Beständigkeit gegenüber Säuren ausgenutzt. Der Prüfvorgang unterteilt sich nach ISO 14 104 in Teilschritte wie Reinigen der Teile, Ätzen in wässriger oder alkoholischer Salpetersäure und Bewerten der Teileoberfläche auf Schleifbrandanzeigen. Damit die Schleifbrandprüfung direkt an der Schleifmaschine erfolgen kann, wurde ein mobiler Ätz-Tisch (Bild 1) entwickelt.

Das NE-Verfahren ist das bisher einzige standardisierte Verfahren zur Schleifbrandprüfung (Übersicht derzeit geltender Standards in <a href="http://[1]">[1]</a>). Es eignet sich für ein breites Bauteilspektrum aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl. Jedoch müssen wegen der Verwendung von Säuren strenge Umwelt- und Arbeitsschutzbestimmungen eingehalten werden. Problematisch ist auch, dass die Bewertung der Ätzanzeigen auf der Teileoberfläche gegenwärtig noch ausschließlich durch einen Prüfer erfolgt. Um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Verfahrens zu gewährleisten, wurden Vergleichskörper entwickelt, die erfolgreich zur Überwachung des NE-Verfahrens eingesetzt werden (<a href="http://[1]">[1]</a>, Seite 40f).

Zu den elektromagnetischen Prüfmethoden gehören die Wirbelstromprüfung (ET), das Barkhausen-Rauschverfahren (BHR) und das Mikromagnetische 3MA-Verfahren (3MA). Sie beruhen auf den unterschiedlichen elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Anlass- und Neuhärtezonen und sind zerstörungsfrei. Allerdings erfordern sie immer die Kalibrierung an Teilen mit definierten Anlass- oder Neuhärtezonen. Dazu können auch Vergleichskörper mit künstlich erzeugtem Schleifbrand verwendet werden (<a href="http://[1]">[1]</a>, Seite 54f).

Für die Schleifbrandprüfung mittels des ET-Verfahrens werden in der  Regel Tastspulen verwendet. Deren magnetisches Feld erfasst nur kleinere Oberflächenbereiche der Teile und  ermöglicht so das Abscannen von Oberflächen und damit auch die Lokalisierung von Schleifbrand. Derzeit werden daher vor allem die aus der Rissprüfung bekannten Differenzsonden zur Schleifbrandprüfung eingesetzt (Bild 2). Der abgebildete Prüfautomat ist CNC-gesteuert, sodass der Vorgang automatisiert abläuft. Die Prüfung kann berührungsfrei erfolgen, wobei der Abstand zwischen Sonde und Oberfläche möglichst konstant gehalten werden muss.

Das BHR-Verfahren beruht auf der Entstehung des sogenannten Barkhausen-Rauschens bei der Wechselfeld- Magnetisierung eines ferromagnetischen Werkstoffs. Erzeugt und registriert wird es mittels spezieller BHR-Sonden. Entscheidend für die Reproduzierbarkeit von BHR-Messungen ist der Kontakt zwischen Prüfsonde und der Teileoberfläche.

Das 3MA-Verfahren kombiniert vier verschiedene elektromagnetische Prüfverfahren. Zu Beginn muss dabei ein recht aufwendiges mathematisches Modell aufgestellt werden. Dieser Schritt wird als Kalibrierung bezeichnet.

BHR und 3MA sind auch für Prüfung von Verzahnungen geeignet.  Allerdings ist die Prüfgeschwindigkeit deutlich kleiner als die Prüfgeschwindigkeiten, die mit der Wirbelstromprüfung erreichbar sind.

Das NE-Verfahren wird derzeit noch häufig als Laborprüfung zur Stichprobenkontrolle und in (teil)automatisierten Durchlaufanlagen zur 100-Prozent-Prüfung ganzer Fertigungslose eingesetzt. Insbesondere wegen der Arbeitsschutz- und Umweltproblematik ist der Trend zu verzeichnen, dass an seiner Stelle elektromagnetische Verfahren angewendet werden sollen. Es wird jedoch auch in Zukunft weiterhin als Referenzverfahren für elektromagnetische Verfahren benötigt. Dazu sind mobile Prüfanlagen besonders geeignet, mit denen die Prüfungen direkt an einer Schleifmaschine erfolgen können.

Das ET-Verfahren wird gegenwärtig erfolgreich zur Schleifbrandprüfung rotationssymmetrischer oder ähnlicher Teile angewandt. Ein Vorteil ist, dass hohe Prüfgeschwindigkeiten erreicht werden können und eine berührungslose Prüfung möglich ist. Teile mit Verzahnungen werden derzeit vornehmlich mittels des BHR-Verfahrens geprüft. Das 3MA-Verfahren bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten zur Schleifbrandprüfung. Der Prozess der Kalibrierung des Verfahrens für quantitative Messungen ist allerdings aufwendig.

Bei den elektromagnetischen Verfahren sind gegenwärtig drei Tendenzen zu verzeichnen: Einmal werden  zunehmend mobile Prüfanlagen nachgefragt, die direkt an Schleifmaschinen eine Prüfung ermöglichen. Zweitens laufen Arbeiten, um eine Integration von Prüfanlagen in Schleifmaschinen zu ermöglichen. Damit soll unmittelbar nach dem Schleifen in einem weiteren Arbeitstakt die Schleifbrandprüfung erfolgen. So kann schneller auf etwaige Abweichungen vom Normalprozess reagiert werden. Schließlich besteht eine weitere Entwicklung darin, Künstliche Intelligenz zur Bewertung von Prüf- ergebnissen anzuwenden.

1 Mobile Ätzeinrichtung für das Nital-Ätzverfahren

2 Prüfautomat QuaSor E zur Schleifbrandprüfung von Wälzlagerringen: Gesamtansicht mit Zuführband

imq_Hauptartikel

<a href="http://[1]">[1]</a> M. W. Seidel: Schleifbrand und dessen Prüfung; Carl Hanser Verlag, München 2020

imq – Ingenieurbetrieb für Materialprüfung, Qualitätssicherung und Schweißtechnik GmbH 08451 Crimmitschau Tel. +49 3762 9537-0 <a href="http://www.imq-gmbh.com">www.imq-gmbh.com</a>

Dr. sc. Martin Seidel ist Mitglied der Geschäftsführung bei imq in Crimmitschau <a href="mailto:m.seidel@imq-gmbh.com">m.seidel@imq-gmbh.com</a>

Dr. Antje Zösch und Konstantin Härtel M.Sc. arbeiten ebenfalls bei imq

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Fachbuch/E-Book: Schleifbrand und dessen Prüfung