Die Größe allein macht es noch lange nicht

von Helmut Angeli Es gibt große und noch größere Drehzentren. Und dann gibt es noch Weingärtner. Was heißen soll, wer rotationssymmetrische Teile mit mehr als acht Meter Länge und dem entsprechenden Gewicht zu bearbeiten hat, der kommt an den Spezialisten aus dem österreichischen Kirchham kaum vorbei. Dank einer einzigartigen Konstruktion können auf Weingärtner-Maschinen sogar Werkstücke mit einer Gesamtlänge von bis zu 15 Meter bearbeitet werden. Und das alles unter der Maßgabe der Komplettbearbeitung.

Dreh-/Fräszentren moderner Ausprägung sind unbestritten so etwas wie die Königsklasse des internationalen Werkzeugmaschinenbaus. Wollte man diese komplexen Maschinen einem Nichtfachmann erklären, dann böte es sich an, ihm das als eine Drehmaschine mit einer integrierten, voll funktionsfähigen Frässpindel darzustellen.

Eine Erklärung, die Gerald Steininger, Leiter Werkzeugmaschinenbau bei Weingärtner Maschinenbau GmbH, zwar gelten lässt, aber die er gleichzeitig dann doch noch etwas differenziert: „Der konstruktive Grundaufbau nahezu aller auf dem Markt erhältlichen Dreh-/Fräszentren entspricht im Großen und Ganzen dem einer Drehmaschine mit einem Schrägbett. Das bringt bei den meisten der zu bearbeitenden großen Werkstücke keine Nachteile. Im Gegenteil, bei einem breiten Werkstückspektrum ist das die absolut richtige Grundkonstruktion, hier gibt es nichts zu verbessern. Das sind wirklich tolle Maschinen. Ab einer bestimmten Werkstückgröße aber ist unserer Erfahrung nach dieses Konzept nicht mehr geeignet.“

Warum? Dazu Klaus Geissler, verantwortlich für das Umfeld Technik bei Weingärtner: „Ab einer gewissen Werkstückdimension liegt der Schwerpunkt und damit ein Teil des Gesamtgewichtes in einem ungünstigen Bereich außerhalb des Maschinenbettes und kann durch die ebenfalls schräg eingebaute Lünette nicht mehr zur Gänze kompensiert werden.“ Noch einmal Klaus Geissler: „Bei uns liegt das Werkstück senkrecht in der Lünette, so dass wie bei einer Bettfräsmaschine die Kräfte direkt mittig auftreffen und vollständig vom Maschinenbett aufgenommen werden.“ Und weiter Gerald Steininger: „Wenn man sich einmal allein die Y-Achse mit dem entsprechenden Frässpindelmotor mit Riemengetriebe betrachtet, dann wird klar, dass in Grenzbereichen diese Masse auf die Stabilität des Gesamtsystem einen nicht unerheblichen Einfluss hat. Das heißt, die auftretenden Kippmomente beeinträchtigen die Genauigkeit und die Steifigkeit des Gesamtsystems. Weil dies bei Weingärtner so eben nicht ist, sprechen wir bei unseren Maschinen auch von Fräs-/Drehzentren und nicht wie ansonsten üblich von Dreh-/Fräszentren.“

Er erläutert: „Durch unser Maschinendesign sind wir in der Auslegung der einzelnen mechanischen Komponenten wie Frässpindelmotor mit Schaltgetriebe sowie den Lagerdimensionen des Fräskopfes völlig frei und bieten somit eine deutlich stabilere Mechanik. Für unseren Kunden heißt dies, dass er bei identischer Kilowattzahl verglichen zum Wettbewerb nahezu die doppelte Leistung im Kernbereich der Zerspanung abrufen kann. Wenn man nun bedenkt, dass bei großen Werkstücken die Dimension der Werkzeuge an sich zunimmt, gleichzeitig die Drehzahlen kleiner werden, wird deutlich, dass an das Drehmoment der Spindel besondere Anforderungen gestellt werden. „Wir können ab einem Drehzahlbereich von 375 U/min bis zum Maximum eine konstante Leistung fahren.“

Doch nicht nur das. Bei der abgebildeten Maschine, sie ist für eines der weltweit renommiertesten Unternehmen im Umfeld der Energieerzeugung bestimmt, zeigt Weingärtner, dass pure Größe noch längst nicht alles ist. Gerald Steininger: „Wir sind in der Lage bei dieser Maschine auf einer Länge von 12 m eine Genauigkeit von 10 µm zu erreichen. Mit der gleichen Maschine ist es auch möglich eine Oberflächengüte unter Rz 2 herzustellen, sodass eine finale Schleifoperation entfällt. Das sind wohlgemerkt Aussagen von Kunden nach Begutachtung der Pilotwerkstücke.“

Wobei die derzeitige Maximallänge von 12 Metern beileibe noch keine Obergrenze darstellt, wie im Übrigen auch Werkstückgewichte von über 30 Tonnen. Wie Klaus Geissler betont, „sind diese Massen vor allem dank der selbst entwickelten, in 3- Achsen frei programmierbaren Schwerlast-Lünetten realisierbar, die in dieser Funktionalität und Dimension am Markt nicht erhältlich sind.“

Drehmoment oder Drehzahl nach Kundenwunsch

Gerald Steininger: „Jede Weingärtner-Maschine ist grundsätzlich mit einem Pick-Up-System ausgerüstet, was heißt, dass wir die jeweilige Bearbeitungseinheit vollautomatisch in wenigen Minuten wechseln können. Das wird dann von Bedeutung, wenn ein Kunde neben unserem sehr leistungsstarken Bearbeitungskopf, der auf Grund der Dimensionen von Spindel und Lagern für den unteren Drehzahlbereich optimiert ist, mit höheren Drehzahlen bearbeiten will. Die physikalische Grenze liegt bei unserem für die Schwerzerspanung ausgelegten Fräs-Drehkopf bei 5.000 Umdrehungen. Wenn der Kunde darüber hinaus Bearbeitungsaufgaben mit einer HS-Spindel abdecken will, dann können wir mit geringstem Aufwand eine Motorspindel jederzeit nachrüsten. Dann stehen Drehzahlen bis zu 20.000 und mehr zur Verfügung.“

Grundsätzlich, und das betonen Steininger und Geissler unisono, versteht sich das Unternehmen Weingärtner längst nicht mehr nur als Maschinen-Hersteller, sondern vielmehr als Know-how-Lieferant kompletter Fertigungsprozesse, inklusive der Bearbeitungs-Analyse, der geeigneten Werkzeugmaschine, der Werkzeug- und Steuerungstechnik, sowie der Software. Geissler: „Gerade letzteres unterscheidet uns von vielen Herstellern. Beginnend mit der verfahrenstechnischen Entwicklung über die Geometrieauslegung bis hin zum automatisch generierten Programm für die Steuerung beherrscht WeinCAD auch die 3D-Emulation aller Bearbeitungsverfahren inklusive der gesamten Maschinenkinematik.“

Gerald Steininger präzisiert: „Wir haben unter anderem die Software entwickelt, mit der derzeit wohl weltweit die meisten Plastifizierschnecken programmiert werden, kein noch so modernes CAD/CAM-System leistet bis dato vergleichbares wie unsere Software WeinCAD.“ Und damit hat Steininger eine der Kernbranchen für Weingärtner angesprochen: Die Kunststoffindustrie, genauer die Herstellung von Extrusions- und Spritzguß-Schnecken – und das stellt in weiten Bereichen nun einmal das absolute High-end für die Zerspanungstechnik an sich dar. Dazu Gerald Steininger: „In der Kunststoffindustrie sind die Entwickler sehr kreativ wenn es um die Erfindung neuer Kunststoffe oder den Einsatz neuer Werkstoffe bei den Extrudern geht. Die Geometrien werden immer komplizierter, die Werkstoffe immer schwieriger zu zerspanen. Die Extruderrohlinge sind gepanzert, beschichtet oder mit Stelliten besetzt, und das mit bis zu 60 Prozent Carbidanteil in den einzelnen Schichten.“ Da diese Problemstellungen ohne echtes Know-how aus dem Umfeld der Werkzeugtechnik nur schwer lösbar sind, hat man sich zu einer intensiven Zusammenarbeit mit dem österreicher Werkzeugspezialisten Boehlerit entschlossen.

Diese Partnerschaft wirkt sich für Beide sehr positiv aus, denn bei diffizilen Aufgaben fließt so die Lösungskompetenz von zwei anerkannten Unternehmen ein.

Wirbeln stellt extreme Anforderungen

Wie segensreich sich eine derart enge Zusammenarbeit auswirkt, belegt vor allem das Beispiel Wirbeln. So ist es inzwischen allgemein anerkannt, dass – so denn ein außerordentlich hohes Abtragsvolumen vonnöten ist – das Wirbeln die leistungsfähigste Bearbeitungstechnologie darstellt. Allerdings sind die Anforderungen an Maschine und Werkzeug beim Wirbeln extrem hoch. Hohe Schnittdrücke und Schnittkräfte erfordern extreme Stabilität des Gesamtsystems. Schon seit 1991 arbeiten Weingärtner und Boehlerit gemeinsam an Lösungen, die das Wirbeln mit extremen Anforderungen erst möglich gemacht haben. Was vor 20 Jahren mit kleinen Stückzahlen begann, ist heute zu einem bedeutenden Geschäftszweig für beide geworden. Noch einmal Gerald Steininger: „Es gibt einige Aufgabenstellungen von denen wir glauben, dass sich die am besten lösen lassen, wenn hier die Spezialisten von Maschinen-, Werkzeug- und Steuerungsseite gemeinsam Lösungswege erarbeiten.“ Der, wenn man so will, ‚Dritte im Bunde‘ ist dabei Siemens. Für anspruchsvolle Aufgabenstellungen aus dem Umfeld Dreh-Fräsen werden ausschließlich Siemens-Steuerungen eingesetzt. Auf Kundenwunsch auch NUM. Klaus Geissler fasst die Vorteile noch einmal zusammen: „Durch die Werkzeug-Vielfalt und die 5-Achsen-Interpolation sowie die B/U-Achsen-Funktion ist es möglich, anspruchsvolle Futter- und Wellenteile sowie auch kubische Werkstücke bis zum maximalen Umlaufdurchmesser präzise und wirtschaftlich auf einer Maschine herzustellen. Dies geschieht durch die Kombination von Dreh-, Fräs-, Bohr-, Tiefbohr-, Wirbel- und Gewinde-Technologien in einer echten 5-Achsen-Transformation, so dass bezüglich Fluchtungen, Winkelgenauigkeiten und zueinander gehörenden Funktionsflächen bei Großteilen die geforderte hohe Präzision erreicht wird.“ Was will man mehr? W

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