Dynamische 26 Tonnen
Von Harald Klieber Wieviel Werkzeugmaschine braucht ein Formenbauer? Jürgen Röders, Chef des gleichnamigen Soltauer Werkzeugmaschinenunternehmens, hat da seine eigene Philosophie – und Informationsquelle. Denn er baut nicht nur Maschinen, sondern betreibt auch nahezu vollautomatischen Formenbau für PET-Flaschenformen. Röders demonstriert, was eine HSC-Maschine heute leisten sollte – auch wenn sie, wie die neue 1200er, stattliche 26 t auf die Waage bringt.
Fast alle Hersteller proklamieren: Wir können 3D-Oberflächen fräsen, unsere Linearantriebe schaffen weit über 100 m/min und das µm beherrscht mittlerweile sowieso jeder…. Warum dann also noch vergleichen? „Weil es doch noch viele feine Unterschiede gibt, die sich anwendungsbezogen zu deutlichen Präzisions- und Dynamikvorteilen aufsummieren“, argumentiert Werkzeugmaschinenbauer Jürgen Röders. Zwar bezieht auch Röders viele Maschinen-Komponenten meist gleich im Paket von den großen Generalisten Rexroth, Siemens, GE Fanuc, Heidenhain & Co. Die Feinheiten werden aber in Soltau entwickelt. „Allein die Pflege, Anpassung und Entwicklung unserer Steuerung beschäftigt zehn Ingenieure. Schwerpunkt ist, die Bahnplanung zu verfeinern und zu optimieren, aber sich auch gleichzeitig um die Regelkreise der Maschinen zu kümmern – und das merken unsere Kunden deutlich beim Bearbeitungsergebnis.“ Denn nach Erfahrung von Jürgen Röders ist es ein riesiger Unterschied, ob ein Bearbeitungszentrum mit einer Standardsteuerung ausgerüstet wurde, die mit Standard-Schnittstellen und Abläufen auf viele Applikationen vorbereitet wurde, oder ob eine Steuerung speziell auf einen Maschinentyp ausgelegt ist. „Nicht auf der Geraden, aber wenn es um das Fräsen von komplexen 3D-Konturen geht, holen wir mit unserer Steuerung nicht nur einige, meist zig Prozente an Bearbeitungszeit heraus.“ Röders glättet auch gleich mit einigem rechnerischen Aufwand die Oberflächen, schafft also schon digital tangentiale Übergänge mit einer patentierten Funktion, schließt damit etwa die Entstehung von Absätzen bei der Radien-Nachbearbeitung mit kleineren Schlichtfräsern aus oder verrundet ebenso automatisch Kreise, die der Postprozessor von den CAD-Daten ins NC-Programm oft nicht optimal übersetzt und darstellt. Im internen Vergleich lassen die Verbesserungen deutlich zwischen den einzelnen Evolutionsstufen der Steuerung registrieren. 1998 brauchte eine Röders-Maschine für die Form eines PET-Flaschenbodens noch gut 67 min. 2001 waren es 50 min, 2003 gut 46 min und 2006 noch knapp 44 min. Unterm Strich konnte Röders vor allem mit den neuen Steuerungsgenerationen mit verfeinerten Bahnführungen und -strategien die Bearbeitungszeit binnen acht Jahren um 27% senken. „Meilensteine waren sicherlich die optimierte Spline-Interpolation, Satzverarbeitungszeiten unter 0,1 ms, ein Lookahead über 10.000 Sätze hinaus, was aktuell mit einer internen Auflösung der Steuerung von unter 1 nm das Verfahren von kleinsten Inkrementen in der Größenordnung von 0,1 bis 0,05 µm zulässt – und damit für unvergleichlich glatte Oberflächen, aber auch hohe Bahngeschwindigkeiten bis theoretisch 60 und im Span oft über 10 m/min realisiert.“ Exemplarisch sei aber auch die Tatsache, dass wie bei dem Flaschenboden generell die Bearbeitungszeiten für das Schruppen und Vorschlichten nur sehr kurz meist im einstelligen Minutenbereich liegen und dort nur wenig Einsparungseffekte zu erzielen sind. Die großen Potenziale sieht Jürgen Röders deshalb vor allem beim Schlichten. „Formenbauer können hier mit der richtigen Maschine und effizienter Bearbeitungsstrategie viel Zeit gut machen – oder eben auch liegen lassen.“ So lassen sich nach Erfahrung von Jürgen Röders in der Regel 10 bis 20% an Qualität und Zeit durch die richtige Programmier-Strategie rausholen. „Es muss jedem klar sein: Die Leistung der Maschine hängt extrem von der Qualität des Fräsprogramms ab! Eigentlich liegt das Potenzial oft noch viel höher.“ Deshalb geben die Soltauer ihr Wissen in Seminaren an die Programmierer weiter. Sechs Programmierer beschäftigt Röders im Applikationszentrum, das während der Seminare das ideale Umfeld für Erfahrungsaustausch und das Aufzeigen neuester Zerspanungstricks und -kniffe ist. Problemlos verlaufen laut Jürgen Röders übrigens auch die Updates mit seiner Steuerung. Es müssen in der Regel nur die installierten Industrieboards ausgetauscht werden, um beispielsweise einem 10 Jahre alten Röders-Bearbeitungszentrum via mehr Rechenzeit und Leistung zu 20% mehr Produktivität zu verhelfen. „Aber auch die Steigerung der Bearbeitungsqualität ist nicht zu unterschätzen“, reißt Jürgen Röders an. „Wir können mittlerweile um 50 nm verfahren, weil wir standardmäßig nicht die üblichen 20-µm-Glasmaßstäbe, sondern die hochgenauen 4-µm-Pendants von Heidenhain einsetzen.“ Das wiederum begrenzt allerdings den Maximalspeed auf 60 m/min, der aber bei Formenbau typischen, maximal 10%igen Nebenzeiten und relativ harten Materialien bestimmt kein Handycap ist. Gleiches gilt für das Gewicht einer Maschine. „26 t können Last sein, wenn man das Gros in Form eines Portals bewegen muss – oder ein Qualitätsmerkmal, wenn 26 t hauptsächlich als Bett und Ständer und zur Dämpfung von Vibrationen herhalten“, erklärt Jürgen Röders die Philosophie seines großen, neuen Bearbeitungszentrums RXP 1200. Zudem verfügen alle Röders-Maschinen über eine zum Patent angemeldete Funktion, die für die Einheit Maschine und Werkstück die optimale HSC-Drehzahl in einem vom Bediener vorgegebenen Drehzahlbereich ermittelt. „Ob Sie mit 36.000 oder 37.000 Umdrehungen Ihr Werkstück bearbeiten, ist im Prinzip egal. Die optimale HSC-Drehzahl liegt irgendwo zwischen 30.000 und 40.000. Deshalb sucht sich unsere Maschine in einem Testlauf die Drehzahl, bei der Maschine und Werkstück das beste Schwingverhalten, also die niedrigste Vibrationsstärke verursachen“, verrät Jürgen Röders seinen Trick, um höchste Oberflächenqualitäten halten zu können. Das gleiche Ziel visieren die niedersächsischen Technologie-Fetischisten übrigens auch mit der Werkzeug-Reinigungsfunktion an. Um die Werkzeuge exakt und ohne Schmierfilm via Lasersystem vermessen zu können, verfügt die RXP-Baureihe über Reinigungsdüsen. Die patentierte Werkzeugsprayreinigung sprüht erst ein Lösemittel auf das Werkzeug. „Wichtig ist dabei die niedrige Drehzahl. Sonst kommt das Lösemittel gar nicht an das Werkzeug ran, weil die Lufthülle alles abprallen lässt.“ Nach der Reinigung wird laut Jürgen Röders mit hoher Drehzahl getrocknet. Das Reinigen und Trocknen dauert nicht länger als eine halbe Minute. Wie wichtig Reinigung ist, belegt Jürgen Röders durch die Tatsache, dass gerade mit der Schwallkühlung die besten Ergebnisse erzielt werden. „Ein großer Vorteil ist die gleichmäßige Temperierung des Werkstücks mittels KSS-Schwall.“ Außerdem könnten Kavitäten besser ausgespült und Späne besser abtransportiert werden als bei Minimalmengenschmierung oder Trockenbearbeitung. Ein weiteres Präzisionsfeature der Maschinen sind die bis zu zehn Kühlkreisläufe. Das System ist auf 0,1°C genau einstellbar und temperiert. „Damit verändert sich der Nullpunkt der Maschine nicht“, versichert Jürgen Röders auch aufgrund von vielfachen Kundenreferenzen mit vergleichbaren Maschinenkonzepten. „Dass der Nullpunkt steht, ist gerade bei großen Werkzeugen oder Formen und den dafür erforderlichen relativ langen Bearbeitungszeiten besonders wichtig, da beispielsweise kein Versatz bei der Restmaterialbearbeitung entsteht.“ Auf die Spitze treibt es Jürgen Röders allerdings mit der Spindelkühlung, die Temperaturschwankungen mit einer zusätzlichen Kühlhülse um die Spindel fest im Griff hat. „Der zweite Kühlkreislauf isoliert die Spindel vom Guss der Z-Achse komplett. Längenkompensa- tion ist deshalb für uns kein Thema.“ Und das ist wichtig bei großen Formen mit durchschnittlichen Werkstücklaufzeiten von 10, 15 und 20 Stunden im dominierenden Einsatzgebiet Formenbau für Kunststoffspritzgussteile. Ähnlich wie die Präzision liegen nach Erfahrung von Jürgen Röders auch diese langen Zerspanungszeiten im Trend. „Vor zehn Jahren hätten Sie für solche Standzeiten aber noch gar keine Werkzeuge gefunden. Auch auf diesem Sektor gab es eine enorme Entwicklung.“ Heutige Hartmetallsorten sind stark verbessert in Performance und Leistung. „Schneidkanten sind kaum noch verrundet. Und mit hochwertigen Hartmetall-Werkzeugen lassen sich heute tolle Ergebnisse erzielen“, resümiert Jürgen Röders. Allerdings würden viele Kunden noch immer zu vorsichtig mit dem Vorschub-Potentiometer umgehen und das Material eher abkratzen als fräsen. „Generell muss der Vorschub pro Zahn stimmen. So ist auch HSC entstanden.“ Früher waren 2 m/min üblich, heute sind 4 bis 5 m/min in Stahl state of the art. „Und mit unseren Maschinen und natürlich entsprechenden Werkzeugen können Sie guten Gewissens 7 bis 8 m/min bei kräftiger Zustellung fahren – in Aluminium dürfen Sie auch auf 40 m/min gehen“, gibt Jürgen Röders ein paar Daumenwerte vor. Was bringt aber die Jagd nach immer höherer, ja der ultimativen Präzision? „Sie erhalten eine extrem gute Formhaltigkeit und müssen in den meisten Fällen nicht mehr tuschieren, also lohnintensiv Nacharbeiten entfällt fast komplett“, bricht Jürgen Röders eine Lanze für die HSC-Technologie. Denn gerade durch das HSC-Fräsen würden sich erst höhere Genauigkeiten in verlässlichen, engen Toleranzgrenzen fertigen lassen. „Mit nur minimalem Einrichtaufwand können wir auf unseren Bearbeitungszentren kleinere Werkstücke mit +/-5 µm fertigen, größere mit 10 µm“, umreißt Jürgen Röders den Toleranz-Rahmen seiner Maschinen, die künftig auch immer mehr können sollen. Denn Umspannen bringt allein rund 5 µm Ungenauigkeit, die Universalmaschine liegt weiter im Trend und steht vielfach auch auf dem Wunschzettel der Formenbauer von Röders. „Neben HSC soll die Maschine vor allem auch Bohren, möglichst Tieflochbohren – meist für entsprechende Kühlkanäle. Dafür bieten wir eine 30.000er Spindel mit großen Kraftreserven an, die samt Innenkühlung 8- bis 12-mm-Bohrer auf 300 bis 400 mm Tiefe treiben kann.“ Ein besonders konstruktives Highlight zeigt sich unterdessen am höchsten Punkt der Maschine. Dort sind zwei Vakuumschläuche zu sehen, die eine weitere, bewährte wie patentierte Röders-Lösung offenbaren. „Wir gleichen mit den zwei Vakuumschläuchen das Gewicht der Z-Achse aus. Das System arbeitet völlig reibungsfrei und daher entsteht auch bei häufigen Verfahrbewegungen in der Z-Achse keine Wärme, die wie vielfach in anderen Konzepten zu thermischen Verformungen und damit zu Ungenauigkeiten führt“, skizziert Jürgen Röders die in seinen Maschinen erst gar nicht zugelassene ‚Kettenreaktion’. Unterm Strich steht die RXP 1200 bei Röders für die bislang gelungenste Symbiose aus Größe, Dynamik und Präzision. „Denn wo finden Sie das schon, dass Sie in 3-t-Werkstücken und einem Arbeitsraum von 1200 x 1000 x 500 mm auch sehr feine Konturen realisieren können? Das war unsere Herausforderung. Und mit unseren zahlreichen digitalen Automatismen für eine optimierte Bahnführung eliminieren wir sogar die Abdrängung der Werkzeuge, die ja auch stark von deren Werkzeug-Länge abhängt.“ Aber Jürgen Röders wäre kein Röders, wenn er nicht auch den Fortsetzungsroman der HSC-Geschichte mitbestimmen wollte. Als eines der nächsten Projekte plant der Chef des 270-Mann-Unternehmens eine weitere RXP, wahrscheinlich mit Dreh- und Schwenktisch für ein 5-Achs-BAZ und ein paar Details, die der Automatisierung weitere Türen und Tore an den Röders-Maschinen öffnen.
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