Reportagen + Trends
Großteilebearbeitung
Beeindruckender Zweispindler
16.02.2010
Schienenfahrzeugbau: Mit einer in Europa einzigartigen Anlage von Fooke holte sich die Stadler Rail ein hochflexibles Fertigungsmittel ins Haus. Ein Highlight ist unter anderem das ausgetüftelte Werkstückspannsystem.
Zwei 5-Achs-Fräsportale, vier Arbeitsplätze, 40 m X-Weg sowie 3,2 m Y-Weg, Linearmotoren in Y- und Z-Achse – so lauten einige herausragende Merkmale der „Endura 1006 linear“ der Fooke GmbH, Borken. Die außergewöhnliche Anlage wurde vorigen Oktober bei der Stadler Altenrhein AG, einem Unternehmen der Stadler Rail-Gruppe, installiert.
Die Stadler Rail ist einer von Europas führenden Anbietern von Nahverkehrsschienenfahrzeugen. Mit dem Doppelstocktriebzug „Dosto“ schlug man vor zwei Jahren ein neues Erfolgskapitel auf: Bis Anfang 2015 sollen insgesamt 50 sechsteilige Züge an die Zürcher S-Bahn ausgeliefert werden. Als Folge davon wurde die Fertigung im schweizerischen Altenrhein mit einem Invest von rund 20 Mio. Euro zum Kompetenzzentrum „Dosto“ ausgebaut.
Das zweistöckige Schienenfahrzeug ist modular konzipiert. Es kann genauso als S-Bahn wie auch überregional für Intercity-Verbindungen eingesetzt werden. Die Arbeit für Fertigungsleiter Albert Ziegler wird deshalb nicht einfacher: „Die Auslieferungstermine für die hochkomplexen Fahrzeuge sind eng bemessen. Unsere Herausforderung liegt in der reibungslosen Verzahnung von Technik, Produktion und Logistik.“
Als man sich deshalb vor rund zwei Jahren nach einem Fertigungsmittel für die 
Wand- und Dachsegmente umsah, war das Pflichtenheft sehr umfangreich und teilweise auch widersprüchlich: Gefragt war eine Maschine, die sowohl 25 m lange als auch 5 m kurze Teile fräsen kann; die genauso automatisiert rund um die Uhr arbeitet als auch manuell zu bestücken ist; auf der lange, gebogene Teile ebenso schnell zu rüsten sind wie kurze, gerade Seitenwände.
Kein Wunder, dass in der ersten Planungsphase von drei Maschinen die Rede war. Erst der Kontakt zum Werkzeugmaschinenhersteller Fooke brachte eine ganz andere Fertigungsphilosophie ins Gespräch: die Fahrständermaschinen der Endura-Baureihe.
Umgesetzt wurde schließlich ein Konzept auf Basis der Endura 1006 linear mit zwei Fräsportalen, die unabhängig voneinander agieren, aber auf einem Maschinenbett verfahren. Der Maschinenraum kann durch drei Trennwände in bis zu vier beliebig große Arbeitsräume unterteilt werden.
Der daraus resultierende Effekt ist laut Walter Stamm, Leiter CNC-Team bei der Stadler Altenrhein AG, enorm: „Wir können die Maschine als hochflexible Mehrplatzanlage genauso nutzen wie als Einplatzanlage für arbeitsintensive oder sehr lange Werkstücke.“ Somit können alle fahrzeugrelevanten Baugruppen – also: Dach, Seitenwand, Boden, Stirnwand und Kupplungsenden – bearbeitet werden. Möglich wird das unter anderem durch ein ausgeklügeltes und sehr flexibles Spannsystem. Bei der Umsetzung profitierte Fooke von der langjährigen Expertise im Bereich Schienenfahrzeuge sowie Luft- und Raumfahrt. Gespannt werden die geraden wie gekrümmten, aber immer fragilen Profilelemente auf Spanntraversen; 20 Stück sind auf die 40 m X-Weg verteilt. Jede Traverse kann bis zu vier Spannelemente aufnehmen.
Meine Meinung
Der Schienenfahrzeugmarkt ist von der bisherigen dramatischen Krise nahezu verschont geblieben. Der Auftragsbestand bei Stadler Rail und der Fooke GmbH sprechen jedenfalls dafür. Überzeugend ist auch die Lösung, die Fooke bei der Stadler Altenrhein AG realisiert hat. Das Pflichtenheft war randvoll; trotzdem hat man es geschafft, die ursprünglich auf drei Maschinen angelegte Lösung auf eine Maschine abzuspecken. Beeindruckend ist die spanntechnische Umsetzung; hier konnte Fooke seine jahrelange Expertise im Schienenfahrzeugbau voll ausspielen.’
Wolfgang Pittrich, Redaktion fertigung
Trickreich ist die Positionierung gelöst: Sie kann manuell geschehen oder – wichtig für den Automatikbetrieb – CNC-gesteuert. Dazu dockt das Portal an der Traverse an und verschiebt sie laut Steuerungsbefehl. Entscheidend dabei ist, dass die Positionierung auch innerhalb des Bearbeitungszyklus erfolgen kann; gerade bei größeren Schnitten oder Ausfräsungen ist das Nachsetzen der Spannelemente ein Muss.
Trotzdem wird jedes neue Teile vor der ersten Bearbeitung mit dem Renishaw Messtaster vermessen. Zu groß ist die Gefahr, dass aufgrund einer zu hohen Flächenwelligkeit die Oberfläche beim Schnitt verletzt werden könnte; aus statischen Gründen ein absolutes Tabuthema. Und wer wirft schon gerne ein 25-m-Teil in den Müll?
Muss ein Spannelement – das aus einer Pneumatikeinheit und der eigentlichen Spannbacke aus Kunststoff besteht – getauscht werden, geschieht das in Minutenschnelle; Basis dafür ist ein Nullpunktspannsystem der Goodj Spanntechnik AG. In Y-Richtung können die Spannstöcke manuell verfahren werden; hier dient ein Maßband als Einstellhilfe. Der Bediener orientiert sich dabei am Einrichtplan, der für jedes Werkstück obligatorisch ist.
Das flexible Spannsystem ist eine komplette Neuentwicklung von Fooke. Passiv arbeitende Spannzylinder sorgen für die optimale Bauteilsicherheit; die Medienversorgung erfolgt pneumatisch, um das Problemfeld „Leckagen“ zu vermeiden. „Trotz Pneumatik“, sagt dazu Matthias Hofmann, Leiter des Geschäftsbereichs „Endura“ bei Fooke, „werden hohe Spannkräfte bis 30 Kilo-Newton realisiert.“
Gelungene Umsetzung
Nicht umsonst lobt Fertigungsprofi Walter Stamm die gelungene UmsetÂÂÂzung: „Es ist einerseits ein sehr produktspezifisches Spannmittel; auf der anderen Seite aber auch sehr flexibel einsetzbar“. Aber auch maschinentechnisch kann sich die Fooke-Anlage sehen lassen. Die Portale sind mit zwei leistungsfähigen 63-kW-Spindeln bestückt. Auf den ersten Blick erscheinen die Frässpindeln und auch die massive Portalkonstruktion für die Aluminiumzerspanung ein wenig groß dimensioniert. Aber wer sich mit Profilbearbeitung auskennt, weiß, dass eine hohe Fräsleistung und stabile Maschinenkonstruktion durchaus kein Nachteil sind, um die hohen Prozesskräfte aufnehmen zu können.
Die Hohlkammerprofile bewirken nämlich einen permanent unterbrochenen Schnitt. Zudem lassen sich trotz ausgeklügelter Spannsysteme Vibrationen nicht immer vermeiden; und die können bei leichteren Maschinenkonstruktionen zu Schäden an Frässpindel und Werkzeugen führen.
Die Linearmotore in Y- und Z-Achse sorgen mit bis zu 0,5 g für eine mehr als ausreichende Beschleunigung. In X-Richtung bewegt ein Zahnstange-Ritzel-Antrieb die Maschine. „Beide Konzepte sind bewährt“, verdeutlicht Matthias Hofmann die Wahl, „und versprechen eine hohe Maschinenverfügbarkeit.“ Denn für die Stadler AG ist die Endura 1006 linear der Garant für eine reibungslose Fertigung. Hand in Hand damit geht die Termintreue, auf die man in der Vergangenheit mit Stolz verweisen konnte.
„Wir haben ja nicht umsonst die mechanische Bearbeitung als Kernkompetenz definiert“, sagt Albert Ziegler. „Wir müssen schnell und flexibel reagieren können, sonst bekommen wir ein Problem mit der Materiallogistik.“
