Ausgefeilte Fertigungstechnologie

Die Fertigungsprofis der RMT Maschinenbau GmbH in Rostock haben zusammen mit den Fachleuten aus der Chemnitzer Union Werkzeugmaschinen GmbH eine besondere Herausforderung gemeistert: In nur drei Aufspannungen bearbeitet ein Union PCR 160 Großbohrwerk Funktionsflächen von Maschinenträgern für 5-MW-Windkraftanlagen an den Innen- und Außenseiten.

Die Wurzeln der RMT Maschinenbau GmbH gehen auf den Hochsee-Schiffsausrüster Dieselmotorenwerk Rostock zurück, der 1947 als Windkraftwerke- und Maschinenbaufabrik gegründet wurde, bekundet Helmuth Dudek, Geschäftsführer der RMT Maschinenbau GmbH sowie der DMR Mechanische Werkstätten GmbH. „Dort fertigten wir Zwei-Takt-Kreuzkopf-Dieselmotoren für Tanker, Fracht- und Containerschiffe. 1995 gliederte sich die RMT Maschinenbau GmbH aus dem damals noch bestehenden Dieselmotorenwerk Rostock aus und wurde am 1. September 2005 als 100prozentige Tochter von der DMR Mechanische Werkstätten GmbH übernommen. Durch eine engmaschige Zusammenarbeit können wir unseren Kunden umfassende Dienst- und Zulieferleistungen in der groß- und kleinmechanischen Fertigung anbieten. Dabei übernimmt die RMT Maschinenbau GmbH vornehmlich die mechanische Bearbeitung von Großteilen und bietet darüber hinaus unterschiedliche Verfahren zur Oberflächenvergütung sowie Stahlbauarbeiten und Warmbehandlungen im Großglühofen an.“

Beeindruckend sind die Ausmaße des Gussteils, das nach seiner Bearbeitung als Maschinenträger für eine 5 MW Windkraftanlage dient. Grob beschrieben sieht das sechs Meter lange Werkstück wie eine Kugel mit einem Quer- und einem Schrägschnitt aus. Sie wiegt als Rohteil 86 t und nach einer umfangreichen Bearbeitung 80 t. „Das 86 t wiegende Rohteil aus hochwertigem Guss bearbeiten wir von allen Seiten außen und innen“, erläutert Helmuth Dudek. „Wir fräsen Flanschflächen, setzen Bohrungen und schneiden Gewinde. Der Maschinenträger ist so konzipiert, dass auch große Windkräfte die Flügel nicht an den Turm drücken können. Das heißt, der Maschinenträger wird so gegossen, dass die Anschlussfläche für die Nabe in einem bestimmten Winkel zum Turm steht. Im konkreten Fall sind es fünf Grad. Im Inneren des Gussteils sind Aufnahmeflächen zu bearbeiten, an die unterschiedliche Aggregate montiert werden. Zur Realisierung dieser Fertigungsaufgaben suchten wir eine Maschine, die diese Aufgaben in einer vorgegebenen Zeit zuverlässig in der geforderten Qualität erledigt. Wir haben beim Chemnitzer Maschinenbauer Union angefragt, ob er diese Aufgabe lösen kann. Angefangen beim Dieselmotorenwerk Rostock liegen uns seit Jahrzehnten gute Erfahrungen mit Union-Maschinen vor. Außerdem ermöglicht die relative Nähe im Bedarfsfall einen schnellen Service sowie eine flinke und sichere Ersatzteilbeschaffung. Darüber hinaus“, betont Helmuth Dudek, „hat sich bereits auch bei anderen Projekten eine hervorragende Zusammenarbeit der Rostocker mit den Chemnitzer Fachleuten bei der Erarbeitung von effizienten Fertigungstechnologien, bei der Aufstellung und der Inbetriebnahme der Maschinen herausgebildet.“

„Zunächst“, führt Thomas Ulrich, Leiter Union-Gesamtvertrieb, fort, „prüften wir die generelle Realisierbarkeit dieser speziellen Fertigungsaufgabe. Wir haben überprüft, ob wir beim Einsatz einer Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine vom Typ PCR 160 die geforderte Gesamtbearbeitungszeit bei der Realisierung von Fertigungsgenauigkeiten im Toleranzbereich von IT6 beziehungsweise im IT7 unter den gegebenen Fertigungsbedingungen einhalten können.“ Bei der PCR 160 handelt es sich um eine Fahrständermaschine mit einem automatischen Werkzeugwechsel und einem 1.500 mm ausfahrbaren Tragbalken. Entsprechend des stattlichen Werkstücks bietet die Fahrständermaschine in der Y-Achse einen vertikalen Verfahrweg von 6.000 mm. „Zur Reduzierung der Spannlagen“, erläutert Rainer Schillbach, Union Gebietsverkaufsleiter, „besitzt die PCR 160 einen stufenlos drehbaren Aufspanntisch mit einer nutzbaren Fläche von 5.000 x 5.000 Millimeter. Er ist mit einem Rundmesssystem ausgestattet, das eine Zustellung bis zu 0,001 Grad ermöglicht. Dieser Drehtisch nimmt Werkstücke auf, die bis zu 100 t wiegen. Um beim Drehen Kollisionen zu vermeiden, lässt sich der Drehtisch in der V-Achse um 2.000 mm längs zur Spindel verfahren. Besonderes Highlight dieses Tisches ist die integrierte Sinus-Schwenkeinrichtung, die den Tisch um ±5 Grad ankippen kann. Auf diese Weise kann man das Maschinenständer-Werkstück, dessen Anflanschfläche für die Nabe in Bezug zur Turmachse um 5 Grad angestellt ist, bequem und entsprechend sicher in einen rechten Winkel zur Spindel stellen.“ Neben dem Drehtisch besitzt die Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine PCR 160 einen festen Aufspanntisch, auf dem Großwerkstücke bearbeitet werden, wenn auf dem Drehtisch ein Werkstück auf- oder abgespannt wird. Um die gespannten Werkstücke auf beiden Tischen erreichen zu können, bewegt sich der Fahrständer entlang einer 16.000 mm langen X-Achse. Mittig angeordnet, trägt der Fahrständer die Y-Achse, auf der sich der Tragbalken mit dem Spindelstock in vertikaler Richtung bewegt. In Richtung Spindel gesehen, befindet sich auf der linken Seite des Fahrständers das Werkzeugmagazin und der Werkzeugwechsler. Auf der rechten Seite ist die sich vertikal bewegende Kabine des Maschinenbedieners installiert.

Der abgebildete Maschinenträger für Windkraftanlagen wird in nur drei Spannlagen bearbeitet. „Zunächst“, erläutert Helmuth Dudek, „bearbeiten wir alle Auflageflächen auf der Fußseite. Wir fräsen die Auflageflächen, bohren und schneiden die Gewinde, so dass der Maschinenträger sicher auf den Turm gesetzt und verschraubt werden kann. Aus fertigungstechnischer Sicht haben wir damit eine stabile Auflage für die zweite Aufspannung geschaffen. Fürs Aufspannen des Werkstücks in die zweite Spannlage ist viel Geschick und Erfahrung nötig. Zunächst muss das inzwischen knapp 85 t wiegende Werkstück um seinen schwer zu definierenden Schwerpunkt gewendet werden. Nach dem Absetzen auf den Drehtisch mit der Sinus-Schwenkeinrichtung spannen wir das Werkstück. Danach kippen wir den Drehtisch um 5 Grad in Richtung Spindel, so dass die jetzt zu bearbeitende Fläche im rechten Winkel zur Spindelachse steht.“

„Zur Realisierung hoher Zerspanleistungen“, so Rainer Schillbach, „haben wir die PCR 160 mit einem Antrieb von 60 kW ausgestattet. Der Bohrspindeldurchmesser beträgt 162 mm. Zur Werkzeugaufnahme haben wir ein Big-Plus Spindelsystem eingesetzt“. Damit kann das Prinzip des Steilkegels noch effektiver genutzt werden. Big-Plus verringert den standardmäßigen Abstand zwischen Werkzeugflansch und Maschinenspindel bis zur vollständigen Plananlage. Die wiederum sorgt für eine erhöhte Radialsteifigkeit und eine maximierte Genauigkeit bei allen Bearbeitungsprozessen.

„Darüber hinaus“, erläutert Rainer Schillbach weiter, „ist die Spindel so ausgestattet, dass sie eine innere Kühlmittelzuführung durch die Werkzeuge direkt an die Zerspanstelle ermöglicht. Um die Späne beim Gewindeschneiden und bei Bohren von tiefen Löchern zuverlässig herauszuspülen, kann das Kühlmittel mit einem Druck bis zu 50 bar durch das Werkzeug gedrückt werden. Bei normalen Fräsarbeiten lässt sich der Kühlmitteldruck über die frequenzgeregelte Pumpe programmtechnisch oder manuell über ein Potentiometer wunschgemäß einstellen. Die linearen Achsen werden im Zerspanprozess mit Vorschubgeschwindigkeiten bis zu 6.000 mm/min gefahren. Im Eilgang sind 15.000 mm/min möglich.“ „In der zweiten Spannlage“, so Helmuth Dudek, „fertigen wir auch die Bearbeitungsflächen im Inneren des Maschinenträgers. Dort stehen die zu bearbeitenden Flächen, genau wie die meisten Flächen an den äußeren Seiten, kaum im rechten Winkel zueinander. Deshalb erhielt die PCR 160 als Zusatzausrüstung einen Universalfräsapparat, der über zwei Achsen das Werkzeug im gewünschten Bearbeitungswinkel positioniert.“

Rainer Schillbach: „Die PCR 160“ verfügt über einen Tragbalken (RAM), der in Z-Richtung bis zu 1.500 mm verfahren kann. Der Universalfräsapparat verlängert die Bearbeitungsmöglichkeit in der Tiefe nochmals um 800 mm. Damit lassen sich Zerspanarbeiten bis über zwei Meter im Inneren des Maschinenträgers beziehungsweise an geneigten Flächen ausführen. Diese großzügig gestaltete Ausladung birgt jedoch die Gefahr, dass die auf den Tragbalken einwirkenden Belastungen zu Abweichungen der berechneten Position der Werkzeuge führen. Zur Sicherung der Bearbeitungsqualität haben wir daher den Tragbalken mit verschiedenen Mitteln stabilisiert: Erstens ist der Tragbalken mit zwei hydraulisch betätigten Zugankern ausgerüstet. Sie verhindern ein Abkippen beim Einsatz von schweren Werkzeugen und Zusatzausrüstungen. Als Beispiel sei hier der Universalfräskopf genannt. Zweitens besitzt der Tragbalken eine hydrostatische Lagerung, die ein zusätzliches Ausrichten ermöglicht. Der als Tragbalken ausgeführte Spindelstock in der Y-Richtung ist auf einer Länge von 6.000 Millimeter vertikal verfahrbar. Der Antrieb der Y-Achse erfolgt über zwei Spindeln, die separat angetrieben und jeweils von einem eigenen Messsystem kontrolliert werden. So lassen sich als dritte Maßnahme zusätzlich Lagekorrekturen des Tragbalkens ausführen.“ Zur vertikalen Bearbeitung der Seitenflächen steht neben der 1.500 mm langen Z-Achse des Tragbalkens zusätzlich der 700 mm lange Fahrweg der Bohrspindel zur Verfügung. „In der dritten Aufspannung“, so Helmuth Dudek, „fertigen wir Getriebeauflagen.“

„Alle Standardwerkzeuge, die wir für einen Bearbeitungszyklus brauchen“, erklärt Helmuth Dudek weiter, „befinden sich im Kettenmagazin, das 120 Plätze bietet. Ein Werkzeugwechsler tauscht programmgemäß die Werkzeuge an der Spindel automatisch aus. Ebenso wird der Universalfräsapparat automatisiert gewechselt.“ Dazu lagert er bis zu seiner Aufnahme in einer Pick up Station. Vor der Aufnahme des Universalfräsapparats legt die Spindel die Abdeckplatte in die Pick up Station. Diese Abdeckplatte schützt die Anschlüsse für den Universalfräsapparat in der Zeit am Tragbalken, in der der Universalfräsapparat nicht benötigt wird. An der Seite der Pick up Station befinden sich zusätzlich Lagerplätze für lange und schwere Werkzeuge. Darüber hinaus bietet die Pick up Station Platz für NC-Plansupporte und weitere Sonderwerkzeuge.

Mit der modular aufgebauten Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine steht der RMT Maschinenbau GmbH seit Mai 2009 eine hochproduktive Maschine für die effiziente Mehrseiten und Konturbearbeitung extrem großer Teile zur Verfügung. Nach der gelungenen Einfahrphase und dem praktischen Nachweis der vereinbarten Leistungsfaktoren bietet die Maschine, wie schon jetzt deutlich wurde, weitere Optimierungsmöglichkeiten. W

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