Präzisionsgipfel in Runding

von Harald Klieber Regenerative Energien und Medizintechnik statt Automobil und Formenbau. Spätestens seit dem Konjunkturabsturz ist Mühlbauer Maschinenbau komplett im Umbruch. Menschen und Maschinen werden auf die neuen Märkte, Produkte und auf neue Prozesse abgestimmt. Selbst das Flaggschiff der Fertigung, die 10 m lange FZ 42, wird von Schwerzerspanung auf Hochpräzision getrimmt. „Zusammen mit Zimmermann und unseren Prozessanalysen werden wir die Maschine um eine Potenz genauer machen“, deutet Betriebsleiter Georg Hausladen die Richtung des strategisch wichtigen Ziels an.

Sie sind keine typischen Werkzeug- und Formenbauer – mehr. Die Krise hat Vieles verändert bei Mühlbauer Maschinenbau zwischen Cham und Furth im Wald. „Schwerzerspanung ist bei uns schon lange kein Thema mehr“, reißt Betriebsleiter Georg Hausladen die Neuorientierung an. Bestes Beispiel dafür ist die vor fast zwei Jahren angeschaffte XXL-Portalfräsmaschine von F.Zimmermann, die mit ihren auswechselbaren Spindeln und Drehmomenten bis 200 Nm nicht auf brachiale Gewalt und riesige Messerköpfe setzt. „Wir haben in vielen Tests und in der Praxis belegt, dass unsere Maschinen mit kleinen Werkzeugen und ordentlich hohen Drehzahlen im Zerspanungsvolumen keinen Vergleich scheuen müssen – im Gegenteil“, betont Zimmermann-Geschäftsführer Rolf Röhm: Grundlage seien dabei natürlich sichere Programme. „Kleine Werkzeuge, hohe Geschwindigkeiten und wenig Zustellung sorgen für niedrige Bearbeitungskräfte und somit für lange Standzeiten von Maschinen und Werkzeugen gleichermaßen“, erklärt Rolf Röhm den für die mannlose Fertigung unentbehrlichen Prozessansatz. „Wenn Sie von der Schwerzerspanung kommen, erfordert das aber ein komplettes Umdenken. Dafür haben wir jeden unserer fünf Einflussfaktoren auf dem Prüfstand“, berichtet Georg Hausladen über die aus seiner Sicht entscheidenden Parameter. Mensch, Maschine, Material, Methode und Milieu werden derzeit optimiert. Vielversprechend aber schwierig sei etwa das Milieu zu verbessern. „Beispielsweise die Temperierung ist nur mit relativ großem Aufwand zu machen. Realisiert haben wir das schon für unsere Zeiss-Messmaschine, deren Messunsicherheit in einem Volumen von 6.000 x 3.000 x 2.000 mm unter 10 µm liegt“, betont Georg Hausladen. Der dafür eigens eingerichtete und vollklimatisierte Messraum ist seit kurzem in Betrieb. „Die Temperaturdifferenz zwischen Decke und Boden ist nachweisbar und dokumentiert maximal 0,1°C“, erklärt Georg Hausladen das Prinzip für perfekte Temperaturkonstanz. Außerdem ist die XXL-Messmaschine auf einem mehrere 100 t schweren Betonfundament mit Luftpolstern absolut schwingungsisoliert. „Auslöser dafür ist vor allem ein in der Nähe befindlicher Steinbruch, der bei seinen Sprengungen natürlich nicht auf unsere Fertigungspläne Rücksicht nimmt“, sagt Georg Hausladen.

Mühlbauer ist es also ernst. Es wird nichts dem Zufall überlassen. „Auch unser Zimmermann-Zentrum unterliegt leider der Physik. Das konstante Temperaturniveau ist bei der FZ 42 aber deutlich schwieriger zu machen. Momentan haben wir in unserer Halle 8 bereits mit einem Umluftsystem gute Erfahrungen gemacht. Ziel ist aber auch hier das absolut gleichmäßige Temperaturniveau“, legt sich Georg Hausladen fest. „Temperaturschwankungen der Umgebungsluft sind ein großes Präzisionsproblem. Sie können davon ausgehen, dass eine Temperaturänderung von nur 1°C eine Fertigungsabweichung von 20 µm an der Werkzeugspitze zur Folge hat. Wenn Sie dann auf 5 µm genau fertigen wollen, müssen Sie sämtliche Einflussparameter voll im Griff haben“, unterstreicht Rolf Röhm.

Nur so ist also die angestrebte Präzision realisierbar. „Zudem müssen Sie natürlich sämtliche Wärmequellen der Maschine in den Griff kriegen. Hier arbeiten wir sehr eng mit Zimmermann zusammen“, kommentiert Georg Hausladen die große Aufgabe. Dass diese nicht unlösbar ist, belegt Rolf Röhm mit den bereits grundsätzlich im Werk zur Kühlung vorbereiteten Maschinen: „Im Konzept der 2ten Generation der FZ 42 ist das Ausstattungspaket Temperierung/Hochgenauigkeit bereits vorgesehen. Zwei entsprechend ausgestattete und eingesetzte Portalfräsmaschinen haben wir so bereits ausgeliefert. In einer dieser Anlagen holen wir durch geeignete Maßnahmen die gesamte Prozesswärme aus der Maschine raus. In Summe hat diese FZ 42 nur noch eine Abweichung von 55 µm in einem Gesamtvolumen von rund 30 m3.“ Über den Daumen müsste dafür mit einem rund 10% höheren Invest gerechnet werden, so Rolf Röhm. Mühlbauer hat aber noch präzisere Bauteile im Sinn. „Wir wollen weiter wachsen mit Präzi-sionszerspanung für große Bauteile. Diese Prozesse wollen und werden wir künftig noch besser beherrschen – vor allem in diesen extremen Dimensionen, wie sie die FZ 42 bietet mit bis zu 10 m X-Weg“, skizziert Georg Hausladen die Strategie. Adressaten seien vor allem die Märkte und Ausrüster für regenerative Energien sowie die Medizintechnik. Letztere steht besonders im Fokus und soll schon mittelfristig deutlich zulegen von bislang 15 auf gut über 20% vom Umsatz.

Die FZ 42 hat Mühlbauer noch vor der Krise zur Bearbeitung großer Formen und Werkzeuge gekauft. Dafür, so Georg Hausladen, hätte die Maschine schon mechanisch die besten Voraussetzungen: „Wenn wir alle unsere Hausaufgaben gemacht haben, müsste es klappen mit den 5 µm. Derzeit stehen wir bei rund 20 bis 30 µm. Unser Ziel ist es aber, Mikrokonturen auf Makroteilen zu fertigen“, definiert Georg Hausladen seine angestrebte Präzision. „Stellen Sie sich vor, Sie können auf 10 m sehr feine Konturen reproduzierbar präzise erzeugen, etwa mit einem Fräser von 1 mm Durchmesser – das geht aber nicht mit gewöhnlichen Maschinenkonzepten.“ Bislang hat Mühlbauer an der FZ 42 zusammen mit Zimmermann eine teils selbst konzipierte Maschinenkühlung installiert. „Für uns ist das natürlich eine perfekte Situation. Wir können eigene Ideen einbringen und bekommen aber auch von Mühlbauer tolle Impulse. Derzeit suchen wir vor allem smarte Lösungen. Denn wir präferieren nicht die Konstanthaltung der Temperatur über möglichst große Maschinenmassen, sondern wollen schon mit der Temperierung des Portals und des Z-Schiebers zum Erfolg kommen“, erklärt Rolf Röhm.

Mittlerweile haben die beiden Partner den Wärmehaushalt der Maschine gegenüber dem Auslieferungszustand ohne Kühlsysteme deutlich verbessert. Das Portal wird über ein Kühlaggregat temperiert, die Temperaturentwicklung der Maschine sowie das Bauteilverhalten wird gemessen und dokumentiert und gegebenenfalls korrigiert. „Unsere Kühlung von mehreren Kreisläufen ist SPS-gesteuert. Sie können damit die tollsten Temperaturprofile erzeugen“, schildert Georg Hausladen.

Noch mehr Präzision soll die weitere Optimierung der Hallentemperatur bringen, neue Zerspanungsstrategien sowie die Qualifikation der Mitarbeiter bezüglich dem Rüsten und Handling der XXL-Dimensionen. „Aber das ist nicht alles. Wenn wir über 5 µm reden, ist die Strategie natürlich elementar, nicht nur für die Zerspanung. Wir müssen uns schon Gedanken machen, wann wir wo welche Spannmittel einsetzen, sie wie wo lösen und wann wir was messen“, reißt Georg Hausladen die Themen bezüglich Prozesssicherheit, aber auch Risiko- und Werkzeugmanagement an. Gerade für die FZ 42 sei das Werkzeugmanagement ein riesiges Thema. Um geforderten Geometrien, Designs und hier und da auch der Ästhetik gerecht zu werden, muss Mühlbauer schon jetzt deutlich die Palette seiner Werkzeuge aufweiten. „Bei Losgrößen zwischen 1 und 20 werden wir noch mehr Sonderwerkzeuge brauchen. Die Themen Rüstzeit- und Werkzeugoptimierung werden uns künftig sehr intensiv beschäftigen.“ Obwohl die FZ 42 mit ihrem 80er Werkzeugmagazin und dem integrierten und vollautomatischen Spindelwechsel binnen 4 Minuten doch schon einiges zu bieten hat. Mühlbauer setzt vor allem die Schruppspindel ein: 70 bis 80% der Fräszeit befindet sie sich im Einsatz.

Und auch mechanisch hat die FZ 42 einiges zu bieten: „Wir reden bei der Geradheit der Achsen über 30 µm. Die volumetrische Gesamtgenauigkeit liegt in der Basisversion ohne Kühlung schon unter 100 µm“, unterstreicht Rolf Röhm die Feinheiten der Maschinenbasis. Hauptsächlich sei die FZ 42 in der Automobil- und Luftfahrtbranche sowie im Maschinenbau zuhause. „Stark vertreten sind wir mit der Maschine im Formen- und Werkzeugbau, den wir in der Automobilbranche führen und der es je nach Konjunkturlage auf bis zu 20% bringt“, beziffert Rolf Röhm die Umsatzanteile. Technischer Standard sei die 5-Achs-Simultanbearbeitung der Maschine, Highlight der Spindelwechsel. „Wir wechseln nicht den Kopf, sondern nur die Spindel. Das ist technisch viel einfacher – und sie bleiben vor allem langzeitgenau“, erklärt Rolf Röhm einen Meilenstein der Grundgenauigkeit der Maschine.

Großer Pluspunkt ist die auf den Spindelwechsel bereits abgestimmte Frässtrategie, die ebenfalls vollautomatisch umgestellt wird – inklusive aller Drehzahlen, Zugriffe auf Werkzeugaufnahmen, Abstand der Spindelnase oder auch von Vollstrahlkühlung auf Minimalmengenschmierung. „Großer Pluspunkt sind auch die Linearführungen, die es auf 60 m/min bringen und durch die hohen Beschleunigungswerte auch bei Schwerzerspanung und niedrigem Vorschub viel Zeit sparen, weil sie etwa in Kurven und Kehlen wesentlich schneller auf Bearbeitungsgeschwindigkeit kommen als Maschinen mit Flachführungen, die wegen den Stick-Slip-Effektes durchrutschen.“ Gesamt ist die FZ 42 laut Rolf Röhm wegen ihrer Präzision deutlich schneller – „bis zu 30% bei optimalen Bearbeitungsparametern“, so der F.Zimmermann-Geschäftsführer. Zweiter, ausschlaggebender Investitionsgrund für seine Kunden ist neben dem Spindelwechsel die daraus resultierende höhere Maßhaltigkeit, die vor allem beim Einfahren von Ober- und Unterteil in Tuschierpressen erhebliche Zeitvorteile und wenig Nacharbeit beschert. Abnehmer für die angestrebten Präzisionteile von Mühlbauer sollen nach Angaben von Georg Hausladen Anlagenhersteller für erneuerbare Energien sein. Trotz Krise wird die FZ 42 zweischichtig zu 60% ausgelastet. Eventuelle Präzisions-Differenzen gleicht Mühlbauer derzeit noch mit Nacharbeit fern der FZ 42 aus. Das sollte aber laut Georg Hausladen schon bald maschinell integriert werden. „Hätten wir die Krise nicht, wäre auch für die FZ 42 genug Arbeit da. So bleibt für den Werkzeug- und Formenbau nur noch der Verdrängungswettbewerb, dem wir uns nicht stellen wollen. Wir sehen unsere Chancen in neuen Nischen und Absatzmärkten – wie etwa bei der CFK-Bearbeitung. Die dazu nötigen Dimensionen haben wir ja schon mit der Zimmermann-Maschine und der guten Zusammenarbeit recht schön im Griff“, resümiert Georg Hausladen.

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