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Hohe Zerpanleistungen bei schweren Teilen

: M&L


Die mechanische Bearbeitung von Großteilen gehört zum Kern-Know-how der RMT Maschinenbau GmbH in Rostock. Dennoch haben die Rostocker Fertigungsprofis in der Zusammenarbeit mit den Fachleuten aus der Chemnitzer Union Werkzeugmaschinen GmbH mit der Erarbeitung einer effizienten Fertigungstechnologie für die Bearbeitung von 80 t schweren Gusswerkstücken 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.

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Blick auf die Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine vom Typ PCR 160 mit einem automatischem Werkzeugwechsel und einem 1.500 Millimeter ausfahrbaren Tragbalken. (Bild: Springfeld)

Blick auf die Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine vom Typ PCR 160 mit...

Autor: Peter Springfeld, Freier Fachjournalist

„Die Wurzeln der RMT Maschinenbau GmbH“, bekundet Helmuth Dudek, Geschäftsführer der RMT Maschinenbau GmbH sowie der DMR Mechanische Werkstätten GmbH, „gehen auf den Hochsee-Schiffsausrüster Dieselmotorenwerk Rostock zurück, der 1947 als Windkraftwerke- und Maschinenbaufabrik gegründet wurde. 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. Seit dieser Zeit arbeiten beide Firmen zum gegenseitigen Nutzen auf einem Standort unter einem gemeinsamen Gesellschafter eng zusammen. Durch eine engmaschige Zusammenarbeit“, betont Helmuth Dudek, „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.

Großgussteile bestimmen Maschinengestaltung

Beeindruckend sind die Ausmaße des Gussteils, das nach seiner Bearbeitung als Maschinenträger für eine 5MWWindkraftanlage dient. Grob beschrieben, sieht das sechs Meter lange Werkstück, wie eine Kugel mit einem Quer- und einem Schrägschnitt
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Schematischer Aufbau der Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine (Bild: Union)

Schematischer Aufbau der Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine (Bild: Union)...

aus. Es wiegt als Rohteil 86t und nach einer umfangreichen Bearbeitung 80t.

„Das 86t wiegende Rohteil aus hochwertigem Guss“, erläutert Helmuth Dudek, „bearbeiten wir von allen Seiten außen und innen. 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 guten Erfahrungen mit Union-Maschinen vor. Ausschlaggebend für die erneute Zusammenarbeit mit den Chemnitzer Maschinenbauern war zudem die relative Nähe, die im Bedarfsfall einen schnellen Service sowie eine flinke und sichere Ersatzteilbeschaffung ermöglicht. Die Sicherheit eines zuverlässigen und effizienten Betriebs der Maschine, aber auch die Erfüllung von vereinbarten Lieferzeiten standen bei der Auftragserteilung ebenfalls ganz vorn.“

„Zunächst“, führt Thomas Ulrich, Leiter Union-Gesamtvertrieb, fort, „prüften wir die generelle Realisierbarkeit dieser speziellen Fertigungsaufgabe. So haben wir beispielsweise eine Computersimulation für die anstehenden Bearbeitungsaufgaben durchgeführt, um uns ein Bild zu machen, wie
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Der als Tragbalken ausgeführte Spindelstock ist in der Y-Richtung auf einer Länge von 6.000 Millimeter vertikal verfahrbar. (Bild: Springfeld)

Der als Tragbalken ausgeführte Spindelstock ist in der Y-Richtung auf einer...

wir an die tiefliegenden Bearbeitungsstellen unter Ausschluss von Kollisionsgefahren herankommen und welche Werkzeuge wir dafür einsetzen können. Wir haben überprüft, ob wir beim Einsatz einer Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine vom Typ PCR160 die geforderte Gesamtbearbeitungszeit bei der Realisierung von Fertigungsgenauigkeiten im Toleranzbereich von IT6 beziehungsweise im IT7 unter den gegebenen Fertigungsbedingungen einhalten können.“

Maschinentechnische Umsetzung

Bei der PCR160 handelt es sich um eine Fahrständermaschine mit einem automatischen Werkzeugwechsel und einem 1.500Millimeter ausfahrbaren Tragbalken. Entsprechend des stattlichen Werkstücks bietet die Fahrständermaschine in der Y-Achse einen vertikalen Verfahrweg von 6.000Millimeter. „Zur Reduzierung der Spannlagen“, erläutert Rainer Schillbach, Union Gebietsverkaufsleiter, „besitzt die PCR160 einen stufenlos drehbaren Aufspanntisch mit einer nutzbaren Fläche von 5.000x5.000 Millimeter. Er ist mit einem Rundmesssystem ausgestattet, das eine Zustellung bis zu 0,001Grad ermöglicht. Dieser Drehtisch nimmt Werkstücke auf, die bis zu 100t wiegen. Um beim Drehen Kollisionen zu vermeiden, lässt sich der Drehtisch in der V-Achse um 2.000Millimeter längs zur Spindel verfahren. Besonderes Highlight dieses Tisches ist die integrierte Sinus-Schwenkeinrichtung, die den Tisch um ±5Grad ankippen kann. Auf diese Weise kann man das Maschinenständer-Werkstück, dessen Anflanschfläche für die Nabe in Bezug zur Turmachse um 5Grad angestellt ist, bequem und entsprechend sicher in einen rechten Winkel zur Spindel stellen.“

Neben dem Drehtisch besitzt die Horizontal-
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Die geöffnete Pick up Station ermöglicht den Blick auf den Universalfräsapparat. (Bild: Union)

Die geöffnete Pick up Station ermöglicht den Blick auf den Universalfräsapparat....

Bohr- und Fräsmaschine PCR160 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 Millimeter 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. Damit der Maschinenbediener zum Einrichten möglichst dicht am Werkzeug sein kann, besitzt die Maschine ein Funkhandrad, welches unter Berücksichtigung aller Sicherheitsvorschriften eine komfortable Bedienung der Maschine auch weit entfernt vom Bedienpult ermöglicht.

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 85t 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 5Grad in Richtung Spindel, so dass die jetzt zu bearbeitende Fläche im rechten Winkel zur Spindelachse steht.“

Realisierung hoher Zerspanleistungen

„Zur Realisierung hoher Zerspanleistungen“, erläutert Rainer Schillbach, „haben wir die Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine PCR160 mit einem Antrieb von 60kW ausgestattet. Der Bohrspindeldurchmesser beträgt 162Millimeter. Zur Werkzeugaufnahme haben wir ein BIG-PLUS Spindelsystem eingesetzt“. Mit BIG-PLUS kann das Prinzip des Steilkegels noch effektiver genutzt werden. Hohe Maschinenleistungen können durch eine deutlich verbesserte Schnittstellenstabilität voll 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. Die größere Stabilität der Schnittstelle erlaubt höhere Schnittwerte als herkömmliche Steilkegelaufnahmen. Darüber hinaus wird aufgrund der Kegel- und Plananlage die axiale Verschiebung des Werkzeughalters in der Maschinenspindel verhindert. Im Vergleich zu konventionellen Systemen führt das BIG-PLUS-System in aller Regel zu längeren Werkzeugstandzeiten sowie zu einer höheren Qualität der Prozesssicherheit.

„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 50bar 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 6.000mm/min gefahren. Im Eilgang sind 15.000mm/min möglich.“

Bearbeitung von geneigten Außen- und Innenflächen

„In der zweiten Spannlage“, setzt Helmuth Dudek seine Erläuterungen fort, „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 PCR160 als Zusatzausrüstung einen Universalfräsapparat, der über zwei Achsen das Werkzeug im gewünschten Bearbeitungswinkel positioniert. Selbstverständlich dient der Universalfräsapparat auch zur 5-Seiten-Bearbeitung.“

„Die PCR160“, erläutert Rainer Schillbach weiter, „verfügt über einen Tragbalken (RAM), der in Z-Richtung bis zu 1.500Millimeter verfahren kann. Der Universalfräsapparat verlängert die Bearbeitungsmöglichkeit in der Tiefe nochmals um 800Millimeter. 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 ist in der Y-Richtung auf einer Länge von 6.000Millimeter vertikal verfahrbar. Der Antrieb der Y-Achse“, führt Rainer Schillbach fort, „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 1.500Millimeter langen Z-Achse des Tragbalkens zusätzlich der 700Millimeter lange Fahrweg der Bohrspindel zur Verfügung. „In der dritten Aufspannung“, erwähnt Helmuth Dudek, „fertigen wir Getriebeauflagen.“

Automatisiertes Einwechseln der Werkzeuge

„Alle Standardwerkzeuge, die wir für einen Bearbeitungszyklus brauchen“, führt Helmuth Dudek aus, „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“, fügt Rainer Schillbach hinzu, „lagert er bis zu seiner Aufnahme in einer PickupStation. Vor der Aufnahme des Universalfräsapparats legt die Spindel die Abdeckplatte in die PickupStation. Diese Abdeckplatte schützt die Anschlüsse für den Universalfräsapparat in der Zeit am Tragbalken, in der der Universalfräsapparat nicht benötigt wird. An der Seite der PickupStation befinden sich zusätzlich Lagerplätze für lange und schwere Werkzeuge, die für das Kettenmagazin zu groß sind. Darüber hinaus bietet die PickupStation Platz für NC-Plansupporte und weitere Sonderwerkzeuge.

Mit der modular aufgebauten Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine in Fahrständerbauweise mit einem weit ausladenden Tragbalken seht der RMT Maschinenbau GmbH seit Mai 2009 eine weitere hochproduktive Maschine aus Chemnitz 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.
Blick auf die Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine vom Typ PCR 160 mit einem automatischem Werkzeugwechsel und einem 1.500 Millimeter ausfahrbaren Tragbalken. (Bild: Springfeld)
Schematischer Aufbau der Union Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine (Bild: Union)
Der als Tragbalken ausgeführte Spindelstock ist in der Y-Richtung auf einer Länge von 6.000 Millimeter vertikal verfahrbar. (Bild: Springfeld)
Die geöffnete Pick up Station ermöglicht den Blick auf den Universalfräsapparat. (Bild: Union)


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Bohr- und Fräswerke, Großteilebearbeitung

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