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Lager an Dreh- und Schwenkachsen prozesssicher montiert

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Präzise Fräsmaschinen für anspruchsvolle Bauteile

Um die präzise Lagerung ihrer Dreh- und Schwenkachsen sicherzustellen, montiert die GF Machining Solutions eine ihrer Fräsmaschinen-Baureihen mit Hightech-Akkuschraubern von Atlas Copco Tools. Die Werkzeuge wurden mit Programmselektoren ausgestattet und auf jeweils vier Parametersätze programmiert Die Montage der Achsen mit jeweils über 1000 Verschraubungsschritten geht nun weitaus genauer und ergonomischer vonstatten als früher mit dem Drehmomentschlüssel.

Essen/Nidau (CH), Januar 2015. „Die Qualität einer Fräsmaschine wird im Wesentlichen von der Präzision bestimmt, mit der sie die Teile fertigt“, erklärt Urs Kaufmann, Abteilungsleiter Komponenten-Montage bei der Georg Fischer Machining Solutions im schweizerischen Nidau, „und natürlich von der Vorschubgeschwindigkeit, der Leistung und der Zuverlässigkeit.“ Die Präzision wiederum hänge von der mechanischen Genauigkeit der Linearachsen ab und von der „kompensierbaren“ Genauigkeit – das ist die via Software erreichbare elektronische Korrekturmöglichkeit. Immer wichtiger werde für die Anwender außerdem die erzielbare Oberflächengüte: „Wir entwickeln und bauen unsere Maschinen exakt auf die Anforderungen unserer Kunden hin“, betont Kaufmann. „Damit unterscheiden wir uns von anderen Anbietern, die in Großserie herstellen.“ Stolz ist der Georg-Fischer-Mitarbeiter auf die Genauigkeit, mit der die Achsen der Schweizer Fräsmaschinen aufeinander abgestimmt werden: „Wir schaffen es, die Achsen auf zwei Mikrometer genau zueinander zu montieren!“

Höchste Präzision ist bei der Montage der B- und der C-Achse gefordert, mit denen die Fräsmaschinen der Baureihe Mikron HPM 450 U eine komfortable 5-Achsen- und Simultan-Bearbeitung erlauben. Beide Achsen stehen im Winkel von 90° zueinander; die B-Achse schwenkt die C-Achse, die ihrerseits eine Dreh achse ist und über einen Palettenteller das zu bearbeitende Bauteil aufnimmt. Die beiden Lager der Achsen werden im Gehäuse mit einer Vielzahl von Schrauben befestigt; desgleichen der Palettenteller auf dem Klemmring des Lagers.

Mehrere Montageschritte pro Schraube sichern die Präzision

Bei der hohen Präzision, die diese Maschinen aufweisen müssen, ist klar, dass das Lager sehr exakt montiert werden muss und sich nicht verkanten darf. Es muss sichergestellt sein, dass alle Schrauben mit dem richtigen Drehmoment angezogen werden. „Früher haben wir das mit einem einfachen Akkuschrauber und Drehmomentschlüssel gemacht“, berichtet Monteur Hanspeter Obrecht von der Zeit, bevor man mit den Schraubexperten von Atlas Copco Tools über eine geeignetere Lösung nachdachte. „Dabei musste man extrem konzentriert arbeiten, um alle Schrauben in der richtigen Reihenfolge mit dem richtigen Drehmoment anzuziehen.“ Denn die Konstrukteure gaben vor, dass die Schrauben jedes Ringes über Kreuz und mit drei verschiedenen Drehmomenten anzuziehen sind. „Außerdem war es mit den mechanischen Drehmomentschlüsseln nicht gerade komfortabel.“

Mit einfachen Druckluft- oder Akkuschraubern waren in diesem Fall drei Werkzeuge nötig, da jedes Werkzeug nur auf eines dieser Drehmomente voreingestellt werden konnte. Man durfte nicht durcheinanderkommen – und musste zudem anschließend noch mit dem mechanischen Drehmomentschlüssel nachknicken, um zu prüfen, ob wirklich alle Werte stimmten.

540 Schrauben am Drehtisch

Obrecht und seine Monteur-Kollegen waren also richtig gefordert. Erst recht, als vor gut drei Jahren eine Neukonstruktion geplant war – die oben genannte HPM 450 U. „Die hat allein etwa 540 Schrauben am Drehtisch“, meint Urs Kaufmann. „Da kamen unsere Mitarbeitenden langsam an ihre Grenzen.“ Das Unternehmen stellte daraufhin eine Kosten-Nutzen-Analyse an. „In der Diskussion mit Atlas Copco Tools fanden wir heraus, dass es eine genauere, wirtschaftlichere und weitaus ergonomischere Lösung gab: den Tensor-STB.“ Dieser Hochleistungs-Akkuschrauber ist mit eigenen Messwertgebern für Drehmoment und Drehwinkel ausgestattet, kann eine Vielzahl von Parametersätzen speichern und zieht auf Knopfdruck aufs richtige Drehmoment an – ohne dass der Werker, wie bei einem Drehmomentschlüssel, den Arm ständig heranziehen muss.

Wie aufwendig die Montage trotzdem noch ist, machen die pro Lager (je nach Serie) etwa 100 Schrauben deutlich, die an der neuen Mikron-Maschine benötigt werden: Der äußere Ring des C-Achsen-Lagers, mit dem dieses im Gehäuse fixiert wird, hat 44 Schrauben; der Klemmring, auf dem später der Palettenteller fixiert wird, 46. Und der Palettenteller selbst wird am Ende mit ebenfalls 46 Schrauben montiert. Hanspeter Obrecht muss in allen Fällen auf die gleiche Weise vorgehen. Um zum Beispiel den Palettenteller auf der Welle der C-Achse zu befestigen, muss er erst alle Schrauben mit 4 Newtonmetern (Nm) anziehen, dann mit 9 Nm und zuletzt alle mit 12 Nm. Dafür sind in dem Tensor STB drei Parametersätze gespeichert. Ein Prüfgang mit noch einmal 12 Nm sichert den Prozess zusätzlich ab.

Die Schrauben müssen nach einem festen Schema in der richtigen Reihenfolge angezogen werden. Erst wenn alle drei Parametersätze an allen 48 Schrauben durchlaufen sind, ist der Palettenteller „abgearbeitet“. Die früher notwendige Prüfrunde mit dem Drehmomentschlüssel entfällt. Denn der Schrauber kontrolliert gleichzeitig den Drehwinkel und erkennt so etwaige Fehler, zum Beispiel in den Gewinden der Schrauben. Die Fixierung des Lagers im Gehäuse verläuft mit etwas höheren Drehmomenten von 12, 20 und 30 Nm. In der Summe heißt das: (1 x 44 Schrauben + 2 x 46 Schrauben) x 4 Montageschritte = 544 Verschraubungen am Lager der C-Achse – plus weitere etwa 100 Schrauben an der B-Achse, wieder mit je vier Ansätzen. Das sind um die 1000 Vorgänge.

Ergonomisch und zeitsparend

„Die neue Lösung ist äußerst angenehm, der Schrauber ist schnell, und ich brauche mir keine Sorgen mehr zu machen, dass ich einmal überzogen habe oder die Schrauben zu locker sitzen“, freut sich Obrecht. Und Abteilungsleiter Urs Kaufmann ergänzt, nicht nur die mentale und physische Belastung sei deutlich gesunken, sondern man sei wesentlich schneller geworden: „Wir sparen nun pro Rundschwenktisch etwa 3,5 Stunden Montagezeit ein!“ An zwei Arbeitsplätzen setzt das Unternehmen vier STB-Schrauber mit integrierten Programmselektoren ein, womit 16 verschiedene Parametersätze bearbeitet werden. Die vier Werkzeuge ersetzen damit 16 einfachere Tools.

Inzwischen zieht GF Machining Solutions alle 540 Schrauben des Rundschwenktisches mit einem der STB-Tools an, allerdings sind nicht alle so komplex, dass mehrere Montageschritte nötig wären. Nun will Kaufmann noch eine Zählfunktion programmieren, was für den Hightech-Schrauber STB ein Kinderspiel ist. „Dann würde das Werkzeug dem Mitarbeitenden auch gleich eine Rück meldung geben, ob er wirklich keine Schraube vergessen hat.“

Über die GF Machining Solutions

GF Machining Solutions gehört zu den weltweit führenden Anbietern von Maschinen, Automationslösungen und Serviceleistungen für den Formen- und Werkzeugbau sowie für die Fertigung von Präzisionsteilen. Die Angebotspalette reicht von Elektroerosions-, Hochgeschwindigkeitsund Hochleistungsfräsmaschinen über Spann- und Palettiersysteme, 3D-Lasermaschinen für Oberflächenstrukturierung, Serviceleistungen, Ersatz- und Verschleißteile, Verbrauchsmaterial bis hin zu Automationslösungen.

Als global tätiges Unternehmen ist GF Machining Solutions, eine Unternehmensgruppe des Georg-Fischer-Konzerns (Schweiz), mit eigener weltweiter Organisation an 50 Standorten präsent. Die 2873 Mitarbeitenden erwirtschafteten 2013 einen Umsatz von 867 Millionen Schweizer Franken. Im schweizerischen Nidau sind 250 Mitarbeitende beschäftigt. www.gfms.com.

Die GF-Maschinenbausparte fertigt in Nidau jährlich mehrere Hundert 3- und 5-achsige Fräs - maschinen. Etwa ein Fünftel sind Sondermaschinen, die zum Beispiel mit einer Roboter - beschickung ausgestattet sind oder ein spezielles Spannsystem haben. Die Präzision der Maschinen wird von den Abnehmern geschätzt: Sie kommen aus der Medizin- oder Dentaltechnik, der Luftfahrtindustrie, der Elektronikfertigung und vor allem dem Werkzeug- und Formenbau. Mit diesen Fräsmaschinen lassen sich zum Beispiel Flugzeug-Turbinenschaufeln höchst präzise aus dem Vollen bearbeiten. Denn das Material muss sehr zäh sein, womit Gießen nicht das Mittel der Wahl ist. Mit den 3- und 5-achsigen Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsfräsmaschinen aus Nidau dagegen kann der für diese Anwendung beste Werkstoff bearbeitet werden – und das in sehr guter Oberflächenqualität.


Bild 1: Der Drehtisch der Fräsmaschine HPM 450 U hat etwa 540 Schrauben. Hier wird der äußere Ring des C-Achsen-Lagers mit einem Tensor STB von Atlas Copco Tools montiert. 44 Schrauben fixieren das Lager im Gehäuse. Die C-Achse ist die Drehachse der Maschine. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 2: Montage des Palettentellers auf der Drehachse (genauer: Montage des Palettentellers auf dem Klemmring des Lagers der C-Achse). Auf dem Palettenteller wird später das zu bearbeitende Bauteil eingespannt. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 3: Die Schwenkachse (B-Achse) steht im rechten Winkel zur Drehachse (= C-Achse). Die B-Achse schwenkt die C-Achse. Je Achse werden rund 100 Schrauben mit dem Akkuschrauber Tensor STB von Atlas Copco Tools prozesssicher angezogen - mit unterschiedlichen Drehmomenten, in vier Schritten und mit Kontrolle der Drehwinkel. Im Werkzeug sind alle nötigen Parametersätze gespeichert. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 4: Urs Kaufmann, Abteilungsleiter Komponenten-Montage: "Pro Rundschwenktisch sparen wir durch den Einsatz des Tensor STB nun dreieinhalb Stunden Montagezeit ein!" (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 5: Die Fräsmaschinen der Baureihe Mikron HPM 450 U erlauben eine komfortable 5-Achsen- und Simultan-Bearbeitung. Die Montage der B- und der C-Achse erfordert höchste Präzision, damit die Maschine später präzise fräsen kann. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 6: Hanspeter Obrecht montiert die Dreh- und Schwenkachsen dieser Fräsmaschine samt Palettenteller ergonomisch und hochgenau mit STB-Akkuschraubern. (Bild: Atlas Copco Tools)