Qualität bis ins letzte Detail

von Wolfgang Klingauf Die Karl Keppler Maschinenbau GmbH hat sich seit einigen Jahren mit seinen Bettfräsmaschinen der HDC-Reihe einen guten Namen gemacht. Jetzt bringt das Unternehmen aus Pfullingen eine fünfachsige Fahrständermaschine auf den Markt, die sich speziell fürs Fräsen großer Teile mit Freiformflächen eignet. Ein durchdachtes Maschinenkonzept und der Einsatz von Qualitätskomponenten, Beispiel Fanuc CNC-Steuerung der Serie 31i-A5, ermöglichen eine wirtschaftliche Präzisionsbearbeitung.

Der Bereich Werkzeugmaschinen ist das dritte und jüngste Standbein des 1965 gegründeten Familienunternehmens Keppler Maschinenbau. Ursprünglich war es ein reiner Fertigungsbetrieb. Auch heute noch werden Komponenten für den Maschinenbau hergestellt, wie zum Beispiel Werkzeugmagazine, Palettenwechselsysteme oder Vorrichtungen. Ein zweiter Geschäftsbereich beschäftigt sich mit dem Retrofit und Umbau von Transferanlagen der Automobilindustrie. Mitte der 90-er Jahre wurde der Schritt zu einem autonomen Maschinenbaubetrieb mit eigener Konstruktionsabteilung vollzogen. Er machte es möglich, die in der eigenen Fertigung und im Sondermaschinenbau gewonnenen Erfahrungen in eine eigene Bettfräsmaschine einfließen zu lassen. 2007 war schließlich das Geburtsjahr dieser HDC-Baureihe, die drei verschiedene Maschinengrößen umfasst. Nur eine Maschinenreihe anzubieten, ist selbst für einen Nischenanbieter zu wenig. Dieser Auffassung ist Roland Dürr, Prokurist und Vertriebsleiter der Karl Keppler Maschinenbau GmbH in Pfullingen. Er argumentiert: „Das ist wie wenn ein Metzger nur eine Wurstsorte anbieten kann. Gerade wenn sie schmeckt, wollen Kunden weitere Variationen haben.” So sind auch Keppler-Kunden auf den Geschmack gekommen und wollten mehr. Das Ergebnis ist eine fünfachsige Fahrständermaschine FS600, deren erstes Exemplar bei Böhler Schmiedetechnik im österreichischen Kapfenberg Großwerkzeuge und Turbinenschaufeln fräst.

Fräsmaschine für Produktion und den Werkzeugbau

Die Idee zu einer weiteren Maschinenreihe entstammt einem Gespräch, das Vertriebsleiter Dürr mit Vertretern der Firma Böhler Schmiedetechnik führte. Sie ist seit 1991 ein Unternehmen innerhalb der Böhler-Uddeholm Gruppe und zählt weltweit zu den führenden Herstellern von präzisionsgeschmiedeten Turbinenschaufeln für stationäre Gas- und Dampfturbinen, hochbeanspruchten Luftfahrzeugkomponenten sowie Schmiedestücken für Nischenprodukte aus der Medizintechnik, dem Seilbahn-, Schiffsmotoren- und dem anspruchsvollen Maschinen- und Anlagenbau. Um den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden, betreibt Böhler nicht nur modernste schmiedetechnische Anlagen. Immer wichtiger werden zerspanende Werkzeugmaschinen, die im eigenen Werkzeug- und Formenbau sowie zur Weiter- und Fertigbearbeitung der Schmiedeteile eingesetzt werden können. Gerhard Plessmaier, Betriebsleiter bei Böhler Schmiedetechnik, berichtet: „Wir waren auf der Suche nach einer universell einsetzbaren Präzisionsfräsmaschine, auf der wir Schmiedegesenke von drei Mal zwei Meter bearbeiten können, die bis zu 20 Tonnen wiegen. Schließlich steht bei uns die größte Spindelpresse der Welt mit 35.500 Tonnen Presskraft. Außerdem wollten wir darauf Turbinenschaufelblätter bis zu 2.500 Millimeter fräsen.“

Am Ende war eine Fahrständermaschine die Lösung

Fräsversuche auf den Keppler Bettfräsmaschinen erbrachten zwar gute Bearbeitungsergebnisse, aber der Maschinentyp war letztendlich für die schweren Großteile nicht der richtige. Doch Keppler zeigte sich flexibel und beschloss eine Fahrständermaschine zu entwickeln, die diesen Anforderungen gerecht wird. Der Kunde wiederum ergriff die Chance, spezielle Wünsche ins neue Konzept einfließen zu lassen.

So steht die erste Keppler FS 600 seit Anfang 2010 in der Produktionshalle von Böhler Schmiedetechnik, und Betriebsleiter Plessmaier ist zufrieden: „Diese Maschine mit ihrem 100kW-Fräskopf bringt die gewünschte hohe Leistung. Sie zerspant 1800 cm3/min in Stahl und ist trotzdem hochdynamisch für die Turbinenschaufelbearbeitung.“ Die Verfahrwege betragen 6.000 mm in X- und 2000 mm in Z-Achse. In der Y-Achse kann der Tragebalken (RAM) bis zu 1500 mm herausfahren. Dadurch eignet sie sich für sämtliche von Böhler Schmiedetechnik zu bearbeitenden Großteile, die bisher zum Teil extern gefräst werden mussten. Roland Dürr weist darauf hin, dass die Größe der FS-Maschine variabel ist. Die FS sei grundsätzlich für einen Verfahrweg in X-Richtung von bis zu 20 Metern konzipiert. Der modulare Aufbau der Maschine ließe auch in anderen Bereichen, beispielsweise bei den Palettenfeldern, viele verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten zu.

Steuerung kommt von Fanuc

Um eine besonders schwingungsarme Konstruktion zu erreichen, wurde das Maschinenbett mit Finite-Elemente-Methode entwickelt. Das Ergebnis ist eine Stahlschweißkonstruktion, die mit Polymerbeton ausgegossen wird. Wie schon bei den Bettfräsmaschinen hat sich Keppler darauf festgelegt, ausschließlich bewährte Qualitätskomponenten einzusetzen. „Unsere Kunden legen Wert auf hohe Präzision und Zuverlässigkeit”, erklärt Roland Dürr. „Deshalb kommen nur Standardkomponenten in Frage, deren Qualität vielfach nachgewiesen ist.“ Auf Steuerung- und Antriebsseite entschlossen sich die Konstrukteure für die Zusammenarbeit mit Fanuc, dem Weltmarktführer in CNC-Techologie. Dürr führt aus: „Fanuc-Steuerungen sind mir als äußerst leistungsstark und zuverlässig bekannt. Insofern passen sie bestens zu unseren Maschinen. Zudem bekamen wir von Fanuc CNC Deutschland schnell und unkompliziert die benötigte Applikationsunterstützung.” Auch für Betriebsleiter Plessmaier war die Fanuc CNC-Steuerung der Serie 31i-A5 erste Wahl: „Wir haben mit Fanuc-Steuerungen bereits an CNC-Drehmaschinen gute Erfahrungen gemacht. Von der Fanuc CNC-Steuerung 31i-A5 sind wir überzeugt, dass sie im Fünfachs-Simultanbetrieb die höchste Rechenleistung erbringt.“

Zahnstangenantrieb ist dynamisch und energieeffizient

Eine Besonderheit der FS600 ist das Antriebskonzept: Denn Keppler setzt in X- und Z-Achse jeweils auf einen doppelten Zahnstangenantrieb. Die Dynamik dieser Lösung überträfe die von Kugelrollspindeln deutlich, argumentiert Roland Dürr, und mit einer maximalen Verfahrgeschwindigkeit von 40 m/min stände man selbst Linearantrieben kaum nach. In der Z-Achse, wo der schwere Tragbalken nach oben und unten bewegt werden muss, hätte ein Linearantrieb kräftemäßig kaum eine Chance, beziehungsweise wäre der Energieverbrauch exorbitant hoch, urteilt Dürr. Hier setzt Keppler Maschinenbau zwei luftgekühlte Fanuc-Servomotoren Alpha iS 100 ein, die mit jeweils 100 Nm die schwere Last auf den Zahnstangen nach oben und unten befördern.

Auf hohe Energieeffizienz legt Keppler besonderen Wert. Da kam es den Entwicklern entgegen, dass Fanuc für die Installation der Antriebe und Verstärker im Schaltschrank die sogenannte Durchstecktechnik anbietet. Dabei werden die Komponenten nach hinten aus dem Schaltschrank herausgeschoben. So kann die Wärme über einen Lüfter in die Hallenluft geblasen werden. Für Anwender, die ihre Maschine nicht in klimatisierten Räumen einsetzen, bietet das doppelten Vorteil: Zum einen kommt die Maschine ohne Schaltschrankkühlung aus. Der Anwender spart also die Kosten für ein an den Schaltschrank angeschlossenes Klimagerät, das in den meisten Fällen die warme Luft auch nur in die Halle bläst. Zum anderen spart er den energetischen Verbrauch des Klimagerätes.

Winkelkopf mit Direktantrieben

Auch wenn für die Achsen X, Y und Z der FS600 keine Linearmotoren zum Einsatz kommen, ist Keppler Direktantrieben gegenüber positiv eingestellt. Roland Dürr erläutert: „Für die hochdynamische Bearbeitung von Turbinenschaufeln benötigen wir auf kurzen Wegen höchste Dynamik. Deshalb setzen wir spezielle Winkelfräsköpfe der Firma CyTec ein, die mit zwei Torque-Motoren ausgestattet sind. Sie unterliegen nahezu keinem Verschleiß und gewährleisten gleichbleibende Präzision im Bearbeitungsergebnis.” Diese Fräsköpfe haben sich bereits bei den Keppler Bettfräsmaschinen bestens bewährt. Auch andere Komponenten der HDC-Baureihe finden sich in der Fahrständermaschine wieder, zum Beispiel der Werkzeugwechsler. Das Kettenmagazin bietet je nach Bedarf 40, 60 oder 80 Plätze. Die Wechselzeit beträgt 30 s. Die Werkzeuge dürfen bis zu 1 m lang und 25 kg schwer sein.

Die Pfullinger Maschinenbauer haben mit der Spindel eine weitere Besonderheit installiert. Sie besitzt ein integriertes Planetengetriebe, wodurch eine Drehzahl von stolzen 8000 min-1 und das bei gleichzeitig einem Drehmoment von 1.000 Nm Drehmoment geboten werden. Zum Einsatz kommt außerdem das Big-Plus-Spindelsystem, ein Steilkegel-System mit Plananlage. Die vergrößerte Schnittstelle mit der Planfläche am Spindelflansch verbessert die Steifigkeit der Verbindung sowie die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge. Von Vorteil ist, dass die vorhandenen herkömmlichen Werkzeughalter auch in der Big-Plus-Spindel verwendet werden können.

Bei so großen Werkzeugmaschinen wie der FS600 müssen die Bediener zum Einrichten den Maschinenraum betreten. Insofern muss besonderes Augenmerk auf die Sicherheit gelegt werden. Keppler nutzt diesbezüglich die in die CNC-Steuerung integrierte Sicherheitsfunktion Dual Check Safety. Mit ihr ließ sich die Maschine gemäß der internationalen Sicherheitsklasse IEC 61508 SIL2 konfigurieren. Die redundante Softwarelösung erspart viele mechanische Sicherheitskomponenten und ermöglicht einen effektiven Einrichtbetrieb, bei dem die Motoren nicht komplett abgeschaltet werden müssen. W

www.keppler-werkzeugmaschinen.de

www.bohler-forging.com

www.fanuccnc.de