Express-Service bei Prototypformen dank HSC-Fräsen

Druckgieß- und Spritzgießformen für Prototypen erstellt apppex in wenigen Wochen mit mit Bearbeitungszentrum Röders RXU 1201 DSH zum HSC-Fräsen.

Prototypen und HSC-Fräsen - das ist für schnelle Lösungen in der Entwicklungsphase ein interessanter Weg. Denn zwar greifen immer mehr Anwender bei aufwendigen Entwicklungen auf computergestützte Simulationsverfahren zurück. Trotzdem sind nach wie vor auch umfangreiche praktische Versuche notwendig. So benötigt beispielsweise die Automobilentwicklung zahlreiche Prototypen. Bei ihrer Beschaffung spielt zudem Schnelligkeit eine entscheidende Rolle. Deshalb müssen Werkzeuge für die Produktion solcher Prototyp-Serien schnellstmöglich zur Verfügung stehen. Ein hierauf spezialisierter Dienstleister setzt dabei auf ein besonders leistungsfähiges automatisiertes Bearbeitungszentrum zum HSC-Fräsen. Mit dem können die Anwender dort darüber hinaus auch Bohr- und Schrupparbeiten ausführen.

"Bei der Entwicklung neuer Produkte ist der Zeitdruck in der Regel enorm“, erklärt Frank Breitinger, Geschäftsführer der apppex Product Development Prototypes Parts GmbH in München "Die Entwickler benötigen deshalb ihre Vorserien-Prototypbauteile innerhalb weniger Wochen." Das 1998 als Spin-Off des Instituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München gegründete Unternehmen hat sich mittlerweile sehr konsequent auf diesen Nischenmarkt ausgerichtet.

Die Kernkompetenz des Unternehmens ist die kurzfristige Fertigung einsatzfähiger Stahlformen für die Herstellung von Druckguss- oder Spritzgussprototypen. Im Vergleich zu einer alternativen Produktion mittels Sandguss rechnet sich die Investition in eine solche Stahlform unter Berücksichtigung der Kosten und außerdem der Lieferzeit ab Mindeststückzahlen von 50 bis 100 Stück. Die Lieferzeiten für de Formen bewegen sich zwischen zwei und sechs Wochen bei einem Bestellvorlauf von rund ein bis zwei Wochen. Hergestellt werden Werkzeuge für Maschinen mit bis zu 12 MN (1.200 t) Zuhaltekraft.

Der Vorteil dieser Formen ist, dass die apppex-Kunden mit ihnen einige Tausend Prototypen im Serienverfahren und mit seriennahen Werkstoffen erzeugen können. Bei der Entwicklung steht apppex zudem seinen Kunden auf Wunsch mit umfassender Engineering-Kompetenz zur Seite. Darüber hinaus realisiert das Unternehmen beispielsweise auch 3D-gedruckte Formkomponenten mit besonderen Merkmalen wie oberflächennahen Kühlkanälen. Zur Erfüllung der teils sehr unterschiedlichen Kundenwünsche stützt sich das Unternehmen zudem auf ein dicht geknüpftes Netzwerk bewährter Zulieferer und Engineering-Spezialisten. Dazu gehören darüber hinaus auch Produktionsbetriebe, in denen die Prototypen gegossen oder gespritzt werden.

„Unser Geschäftsmodell ist voll und ganz auf die möglichst schnelle Realisierung solcher Prototypformen ausgerichtet“, ergänzt Breitinger. Deshalb sieht er sein Unternehmen auch nicht in Konkurrenz zu klassischen Formenbaubetrieben, die Werkzeuge für die spätere Serienherstellung produzieren. Denn dort haben seiner Meinung nach Faktoren wie Herstellzeit, Komplexität/ Automatisierungsgrad, Zykluszeit und zudem Kosten eine ganz andere Gewichtung als bei apppex.

Klassische Formenbaubetriebe müssen nach seiner Ansicht beispielsweise aus Kostengründen darauf achten, dass ihre Maschinen möglichst rund um die Uhr ausgelastet sind. Bei apppex verhält es sich andersherum: Dort halten die Verantwortlichen in erheblichem Umfang freie Maschinenkapazität vor, um im Auftragsfall möglichst sofort ohne Verzögerung loslegen zu können. Das ist zudem mit ein Grund dafür, dass das Unternehmen nur wenige Wochen für Formen braucht, deren Realisierung sonst bis zu sieben Monate in Anspruch nehmen kann. Nicht selten geht es um regelrechte Feuerwehraktionen. So etwa im Herbst 2020, als für einen Automobilzulieferer acht komplexe Werkzeuge in nur zweieinhalb Monaten zu liefern waren. Das außerdem bei einer Projektvorlaufzeit von lediglich einer Woche.

Der Markt verändert sich: "Seit einigen Jahren werden bei uns verstärkt Formen mit größeren Abmessungen angefragt, die wir mit den bisher vorhandenen Fräsmaschinen nicht mehr bewältigen konnten“, erläutert Breitinger. Die damals für solche Großteile eingesetzte Prozesskette aus Elektrodenfräsen, Erodieren und Polieren nahm insgesamt drei Wochen in Anspruch. Das jedoch war für die Kunden oft zu lang. Daher begann die Suche nach einem leistungsfähigen 5-Achs-Fräsbearbeitungszentrum zum HSAC-Fräsen. Es sollte sich nicht nur für das Schruppen und Schlichten eignen, sondern außerdem auch für das Bohren von Werkzeugstählen.

Gefordert waren insbesondere ein Störkreisdurchmesser von 1000 bis 1200 mm. Dazu ein automatischer Palettenwechsler mit mindestens sechs bis acht Plätzen zu je 750 kg Nutzlast. Darüber hinaus eine Werkzeugbevorratung von mindestens 300 Werkzeugen mit Längen von bis zu 380 mm sowie eine interne Kühlmittelzufuhr mit einem Druck von mindestens 80 bar.

Röders RXU 1201 DSH
Die Röders HSC-Fünfachsfräsmaschine RXU 1201 DSH wurde für höchste Genauigkeit bei hohen Zerspanungsleistungen in der Bearbeitung harter Werkstoffe ausgelegt. Die Abmessungen des Arbeitsraums betragen 1000 x 1050 x 600 mm bei einem Störkreisdurchmesser von 1200 mm und einer maximalen Zuladung von 1500 kg. Das Quadroguide-Prinzip gewährleistet eine sehr hohe Steifigkeit. Hinzu kommen eine hohe Dynamik und Genauigkeit. Reibungsfreie Linear-Direktantriebe sowie leistungsstarke Spindeln ermöglichen hohe Schruppleistungen und gute Bohrleistungen in gehärteten oder schwer zerspanbaren Materialien. All das bei optimalen Genauigkeiten und Oberflächengüten. Für höchste thermischer Stabilität verfügt die Anlage über ein ausgeklügeltes Temperaturmanagement mit einer Genauigkeit von ± 0,1 K geregelt. Weitere Besonderheit ist eine eigene, auf PC-Technologie basierende Steuerung, deren Funktionalitäten genau auf die Aufgabenstellung des Hochpräzisionsfräsens zugeschnitten sind.

Mit dem großen Werkzeugbestand wollen die Zerspaner sicherstellen, dass stets für alle Bearbeitungsaufgaben die nötigen Bohr- und Fräswerkzeuge auf der Maschine vorhanden sind. So können die Verantwortlichen auch an dieser Stelle den Rüstaufwand minimieren. Die Spindel sollte sich für Schruppfräser mit bis zu 52 mm Durchmesser ebenso eignen wie für das feinfühliges Schlichten mit 1-mm-Kugelfräsern. Und eine hohe Palettenkapazität sollte außerdem sicherstellen, dass die Maschinefür das HSC-Fräsen über möglichst lange Zeiträume mannlos durcharbeiten kann. Weiteres Ziel war die Schaffung von zusätzlichen Kapazitäten. Damit wollte man auch für Aufträge zur Zerspanung von Prototypen aus Aluminium gerüstet sein, die „aus dem Vollen“ hergestellt werden. So sollte die Auslastung auf bis zu 5000 h pro Jahr gesteigert werden.

„Als wir Ende 2017/Anfang 2018 verschiedene Maschinenkonzepte zum HSC-Fräsen verglichen haben, erwies sich ein Fräsbearbeitungszentrum RXU 1201 DSH von Röders als die Lösung, bei der wir die wenigsten Kompromisse eingehen mussten“, erinnert sich Breitinger. Dank seiner Z-Achse in robuster Quadroguide-Ausführung und der 102-Nm-(S1)-Spindel mit einer Maximaldrehzahl von 22.000 min^-1 eignet sich diese Maschine sowohl für kräftiges Schruppen und Bohren als auch für Schlichteinsätze mit hohen Präzisionsanforderungen. Die automatische Werkstückzufuhr erfolgt mit einem Palettenwechsler RCH2 mit sieben Plätzen und einem Nullpunktspannsystem von Parotec. Das interne Werkzeugmagazin mit 52 Plätzen kann Werkzeuge mit einer Länge bis zu 380 mm aufnehmen. Dabei handelt es sich vor allem um Tieflochbohrer.

Dazu kommt ein externer Werkzeugspeicher RCT mit weiteren 254 Plätzen. Der lädt den internen Werkzeugspeicher mit den benötigen Werkzeugen vollautomatisch und zudem mit Vorausschau für kommende Wechselaktionen vor. Zusammen reicht dies aus, um alle für die Ausführung der verschiedenen Jobs erforderlichen Zerspanungswerkzeuge vorrätig zu halten. Damit kann die Anlage über die Wochenenden von Freitagabend bis Montagmorgen volle 60 h kontinuierlich durcharbeiten. Einziger Wermutstropfen war die etwas verlängerte Bearbeitungszeit beim Schlichten mit dem 1-mm-Kugelkopffräser aufgrund der mit 22.000 min^-1 für diese Bearbeitung nicht idealen Drehzahl.

„Bei der Entscheidung spielte neben den optimal zu unserem Anforderungsprofil passenden Eigenschaften auch unsere langjährige gute Erfahrung mit dem Hersteller eine wichtige Rolle“, sagt Breitinger. Erste Berührungspunkte habe es bereits vor Gründung seines Unternehmens mit einer Röders-Anlage beim IWB gegeben. Schon seit 1998 war eine gebrauchte Röders-Dreiachsfräse RFM 760 im Einsatz. Diese wurde 2011 von einer – selbstverständlich automatisierten – fünfachsige RXP 600 DSH abgelöst, die auch weiterhin im Einsatz ist. Als 2017 die Suche nach einem größeren 5-Achs-Bearbeitungszentrum zum HSC-Fräsen begann, war somit ein solider Erfahrungshintergrund in der Zusammenarbeit mit Röders vorhanden. Darüber hinaus war auch die Belegschaft mit der Steuerung gut vertraut und überzeugt vor deren Leistungsfähigkeit. All dies erleichterte natürlich die Entscheidung für die neue Fräsmaschine.

„Das neue Röders-Bearbeitungszentrum ist inzwischen seit zwei Jahren im Betrieb und hat sich bestens bewährt“, berichtet Breitinger. In den beiden Werkzeugspeichern sind in der Regel 280 Werkzeuge für die unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben vorgerüstet. Die Verantwortlichen erstellen und prüfen die Produktionsplanung täglich. Dabei können jederzeit auch kurzfristige Anpassungen „auf Zuruf“ erfolgen. Der Röders Jobmanager RMSMain unterstützt dabei optimal - nicht zuletzt aufgrund seiner leichten Bedienbarkeit und Übersichtlichkeit. Alle Bauteilbearbeitungen sind mit Blick auf ihren Anteil an überwachter und mannloser Fertigung stundengenau geplant.

Entsprechend der stark von kurzfristigen Projekthereinnahmen geprägten Abläufe müssten die Verantwortlichen immer wieder einmal sehr große Fertigungskapazitäten bereitstellen. So musste man etwa von Januar bis März 2020 zehn Druckgießwerkzeuge fertigen. In diesem Zeitraum lag die Auslastung kontinuierlich um 44 % über dem Durchschnittswert. Eine ähnliche Lage gab es auch von Mitte September bis Ende November 2020, als insgesamt acht Werkzeuge herzustellen waren. In diesem Fall sei die Auslastung sogar um 47 % hochgeschnellt.

Ungeachtet dieses enormen Drucks hätten auch alle anderen Kunden ihre bestellten Werkzeuge termingerecht erhalten. Insbesondere beim zweiten Großprojekt habe der Kunde unter extremer Belastung gestanden, da ein großer Auftrag von der termingerechten Lieferung abhing. „Zeitweilig herrschte dort geradezu Verzweiflung. Ohne das HSC-Fräsen auf unserer Röders RXU 1201 DSH mit ihrer Automation und dem großen Werkzeugspeicher wäre es uns nicht möglich gewesen, den Kunden rechtzeitig zu beliefern“, bilanziert Breitinger. Denn diese Ausstattung ermögliche es, selbst bei einschichtiger Personalbelegung quasi rund um die Uhr zu fertigen.

Klaus Vollrath