Powerschnitt mit Dynamik-Kit
Schruppen und Schlichten auf einer Maschine – fast schien es, als sollte dieses nahezu unendliche Diskussion vom Tisch sein. Zumindest im Formenbau, denn da wo hohe Drehmomente gebraucht wurden, war bisher kein Platz für Präzision. Mit erweiterter Frässtrategie und dem Einsatz der SHW Fahrständermaschine PowerSpeed 5 inklusive Universalfräskopf mit Hochfrequenzspindel ist es der Langer Group in Illmensee nun aber gelungen, beides mit noch höherem Zerspanungsvolumen zu realisieren.
Jeden Winkel im Raum anstellen, über Drehzahl und Vorschub ein höheres Zerspanungsvolumen schaffen, das war das Ziel von Peter Steurer, dem Bereichsleiter der Langer KG, Formenbau. Beim einem Schruppanteil von knapp 30 Prozent und einem mannlosen Schlichten zwischen 15 und 20 Stunden pro Werkstück , schien diese Vorstellung zunächst allerdings nicht realisierbar, denn nach intensiver Recherche stellt sich für Peter Steurer folgende Situation: Im Bereich der Konsolmaschinen mit einem Verfahrweg in X von 1.000 mm werden alle Maschinen mit Motorspindel angeboten.
Dabei setzt der Großteil des Formenbaus seit Jahren nicht mehr auf die grobe Schruppzerspanung sondern gewinnt beim Schruppen in der Ebene an Volumen. Dazu Peter Steurrer:
„Wir konzentrieren uns auf das Innenleben von Formen und wenn da beispielsweise ein schräger Formeinsatz ansteht, werden zirka 20 bis 30 Prozent des Gewichts zerspant. Da ist Schruppen angesagt. Unsere Strategie ist hier: Mit nur wenig Zustellung und hohem Vorschub arbeiten. Wir holen also über die Drehzahl und den Vorschub das Zerspanungsvolumen, das wir früher mit einem Igelfräser gemacht haben.“
Für Anwendungen, die im harten Zustand geschlichtet und in der Ebene geschruppt werden, sind aber Maschinen mit 18.000 min-1 bis 20.000 min-1 und Drehmomente zwischen 80 und 100 Nm notwendig. Deshalb waren Peter Steurer auch die Drehzahlen von 6.000 min-1, wie sie SHW zunächst im Programm hatte, zu wenig. Bei der Herstellung von Serienspritzgießwerkzeugen arbeiten die Illmenseer Formenbauer überwiegend im Stahl- bzw. im gehärteten Stahlbereich. Und da im Schlichtbereich produktiv zu sein, waren 20.000 min-1 einfach unumgänglich. Bei 30 Prozent Schruppleistung war man deshalb auch bereit, Kompromisse einzugehen.
Zumal die „verlorene Zeit“ bei entsprechender Spindelleistung über das Schlichten wieder hereingeholt werden konnte. Die Idee zu einem Fünf-Achs-Simultankopf existierte zu dieser Zeit bereits bei SHW. Das allerdings war für Peter Steurer nicht die Lösung: Simultan oder Fünf-Achs-Fräsen heißt für uns, wenn alle fünf Achsen laufen. Wenn wir dagegen dreiachsig fräsen und die vierte und fünfte Achse angestellt wird, dann sprechen wir von drei plus zwei. Und dieses drei plus zwei kommt bei uns zu 80 Prozent zur Anwendung.
Wir wollten also einen Fräskopf, der die Steifigkeit in jeder Lage – wie schon bei der älteren SHW – bringt und gleichzeitig 20.000 min-1 macht. Die SHW Werkzeugmaschinen GmbH war also gefragt. Nach Auskunft von Joachim Blum, zuständig für das technische Angebot bei SHW in Aalen, war das kein Hexenwerk:
„Wir haben in Sachen Dynamik auf die PowerSpeed 5 zurückgegriffen. Bei dem Standardspindelkopf wurde auf die Antriebseinheit, wie beispielweise der flüssigkeitsgekühlte Hauptantriebsmotor verzichtet und der Fräskopf nach vorn verlängert. Kurzum wir verzichten auf das gesamte Spindelpaket und integrieren eine Hochfrequenzspindel.“
Die SHW ist bislang mit 40 bis 50 Prozent bestens im Formenbau vertreten. Allerdings konzentrierte sich das Know-how bislang auf den Bereich des Schruppens. Mit dem Fünf-Achs-Simultankopf inklusive Hochfrequenzspindel war man freilich auch schon im Schlichten stark. Die Forderung der Langer Group nach Verzahnung und mehr Steifigkeit beim fräsen mit langen Werkzeugen allerdings führte jetzt zu dieser Neuentwicklung.
Ein Universalfräskopf in Orthogonal-Bauweise, mit dem sich jeder Winkel im Raum, in einem Bereich von 1 Grad durch die Hirthverzahnung anstellen lässt und eine Drehzahl von 20.000 min-1 bringt.
Dynamik in der Maschine integriert
Nun ist leider immer noch die Meinung weit verbreitet, im Formenbau würden man keine Sekunden suchen. Da ist Peter Steurer ganz anderer Meinung:
„Wir müssen heute für unsere Kunden auch in den Kosten transparent sein. Geschwindigkeit, Dynamik und Präzision waren deshalb die Kriterien, die für die Power-Speed sprachen. Mit einer Beschleunigung von 3,5 bis 5 m/s2 und der Heidenhain ITNC 530 fahren wir heute in Tests bereits 8.000 mm/min bis 10.000 mm/min Vorschub. Die Zeiten beim Ecken anfahren und die Beschleunigung hieraus sind spürbar geringer“
Ein weiterer Grund für die Power-Speed war allerdings auch die Tatsache, dass gegenüber herkömmlicher Konsolmaschinen alle drei Achsen im Werkzeug sind. Das heißt, die Dynamik wird nur über die Maschine und nicht über das Werkstück abgestimmt. Nach Auskunft von Peter Steurer gibt es außer SHW nur noch zwei Hersteller, bei welchen auf Grund dieses Konzeptes das Werkstückgewicht nicht zu unnötiger Trägheit führt.
Und last but not least, gibt es noch einen Grund, warum in die PowerSpeed 5, so wie sie jetzt in Illmensee steht, investiert wurde. Ursprünglich mit 3 m bestellt, wurde die Maschinen dank Baukastensystem inzwischen problemlos und ohne großen finanziellen Aufwand um 2 m auf 5 m erweitert. So lässt sich nun gleichzeitig rüsten und bearbeiten. Bei solchen Abmessungen, dem gleichen oder einem höheren Kubikvolumen bei der Zerspanung ohne Messerkopf stellt sich automatisch die Frage nach der Präzision. Peter Steurer bestätigt auch diese:
„Wir bewegen uns auf eine Länge von 2.000 mm zwischen einem und drei Hunderstel Millimeter. Der Kopf ist in jeder Stellung absolut präzise, wir liegen hier im Moment bei 5 µm bis 1,5 Hunderstel Millimeter.“
Nebenbei bemerkt
Peter Steurer, Bereichsleiter, Langer KG:
„Es war natürlich besonders erfreulich, dass wir beim Zerspanungsvolumen, wo wir es zunächst vermuteten, keine Einbußen hatten.“
Joachim Blum, technisches Angebot, SHW Werkzeugmaschinen GmbH:
„Die Power-Speed ist eine relativ neue Maschine. Mit dem neuen Fräskopf wird sie für zahlreiche Unternehmen im Formenbau aber sicher noch interessanter.“
Interessantes am Rande
Die Heidenhain-Steuerung ermöglicht über bestimmte Parameter die Verstellung der Dynamik. Wird die Maschine nach der Toleranzeingabe schneller, geht das zu Lasten der Genauigkeit oder umgekehrt. Diese Parameter wirkten bei der SHW Power-Speed zunächst nicht. Nach intensiven Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Dynamik an der Heidenhain für die Power-Speed zu genau eingestellt war.
Nach Behebung dieses Problems hat man in Illmensee nun drei Fenster, in welchen sich nun Bearbeitungsparameter von höchster Präzision bis hin zum Schruppen einstellen lassen.
Die Langer KG im Fokus
Das Unternehmen wurde 1975 gegründet und beschäftigt sich heute mit der Herstellung von Prototypen- und Serienwerkzeugen für den Spritzguss. Unter dem Dach der Langer Group arbeiten 200 Mitarbeiter an drei Standorten in Deutschland an Entwicklung, Konstruktion sowie der Herstellung von Kunststoffteilen, Modellen, Werkzeugen und Prüfmitteln. Für Design-beurteilungen, entwickelt und fertigt die Langer Group Feasibility-, Funktions- und Prüfcubings ebenso wie Datenkontrollmodelle.
Zudem können im Bereich des Spritzgusses Klein- und Mittelserien aus Thermoplast, Duroplast oder auch in Faserverbundstrukturen hergestellt werden. So zählen namhafte Kunden aus den Bereichen der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie oder auch dem Rennsport, zum Kundenreis.
