Die FZU hat einen kompakten Aufbau in der Standardausführung. – Bild: Neugebauer

Die FZU hat einen kompakten Aufbau bei einer Stellfläche von 26 m² und einem Gewicht von 35 Tonnen in der Standardausführung. – Bild: Neugebauer

| von Edwin Neugebauer

Die Vorteile der FZU liegen bei einem optimalen auch modular erweiterbarem Arbeitsraum, der thermosymmetrisch und steif eingespannten Portalkinematik, dem dynamischen auf die Maschine abgestimmten Fräskopf VH 10, dem guten Zugang bei Bedienung und Beschickung und der allgemein guten kundenbezogenen Projektabwicklung im Hause Zimmermann.

Maschinenaufbau

Die Zielstellung zur Entwicklung der FZU war, das Portfolio der Portalmaschinen durch eine kleine, kompakte, dynamische, kinematisch neu konzipierte Maschine nach unten zu erweitern.

Die Maschine besteht aus einer Stahl-Schweißkonstruktion, die in allen tragenden Baugruppen mit FEM berechnet wurde und in der Gesamtheit als Hakenmaschine auf den Hallenboden aufgesetzt wird. Die durchgehend geschweißte Einheit aus Maschinenbett und den daraufstehenden Seitenständern bildet ein steifes U-Profil auf deren seitlichen Wangen das Portal in X-Richtung läuft.

Dieses Basismodul mit einer Verfahrlänge in der X-Achse von zwei Meter kann, je nach Kundenwunsch, mit Modulen bis auf vier oder sechs Meter erweitert werden. Durch konstruktive Änderungen an den Ständern und Aufteilungen im Arbeitsraum wurde auch die Stellfläche optimiert.

Zusätzliche Module. – Bild: Neugebauer
Über zusätzliche Module kann der Arbeitsraum kundenbedarfsbezogen erweitert werden. – Bild: Neugebauer

Die Portaleinheit ist eine neue Baugruppe, die als Box-in-Box Konstruktion ausgelegt ist, das heißt die Bearbeitungsachse (Box-Schieber, Z-Achse) läuft eingespannt in einer Quertraverse, die als doppelwangige geschlossene Einheit (Box-Portal, Y-Achse) ausgelegt ist.

Eine Verbesserung der Gesamtsteifigkeit im Kraftfluss bringen dabei die unten an der Traverse angebrachten Rollen-Linearführungen für das Verfahren des Schiebers. Damit verringert sich der Hebelarm zum TCP (ToolCenterPoint) und begünstigt die Torsionssteife des Gesamtverbunds. Durch den symmetrischen Aufbau der Portaleinheit ergibt sich eine verbesserte Thermostabilität.

Box-in-Box Auslegung. – Bild: Neugebauer
Die Box-in-Box Auslegung des Portals erhöht die Torsionssteifigkeit. – Bild: Neugebauer

Bei allen Antrieben sowohl bei den Lineareinheiten als auch in den Rotationsachsen stellt Zimmermann maximale Dynamik in den Vordergrund. Dieses Prinzip zeigt sich beim X-Achsenkonzept, wo zwei Zahnstangenantriebe die Portaleinheit bewegen, diese sind mit je zwei Antriebsmotoren an jeder Portalseite platziert. Die Antriebe sind elektrisch gegeneinander verspannt und laufen als Einheit im Master-Slave-Verband.

Die Y-Achse läuft im gleichen Verband mit zwei Antrieben. Der Z-Schlitten wird mit einem Antrieb gefahren, doch erreichen alle Achsen eine Beschleunigung auf den Zahnstangen von drei m/s2, laufen auf Rollenlinearführungen und fahren im Eilgang 60 m/min.

Die Zahnstangenantriebe. – Bild: Neugebauer
Die Zahnstangenantriebe in allen Linearachsen erreichen 60 m/min Vorschubgeschwindigkeit. – Bild: Neugebauer

Die Rotationsachsen in den Fräsköpfen sind bei den Zimmermann-Maschinen ebenfalls sehr dynamisch ausgelegt. Das Know-how dazu liegt im eigenen Fräskopfbau im Werk Neuhausen. Der Gabel-Fräskopf VH 10 wurde ganz speziell für die Portalmaschine FZU neu konzipiert und hat wie bei allen Zimmermann-Fräsköpfen den Vorteil der sich zur Werkzeugspannung hin verjüngende Kontur, die es ermöglicht in engen Konturen mit weniger Kollisionsproblemen zu arbeiten.

Auch das geringe Gewicht, des aus einem Graugusswerkstoff hergestellten Monoblock-Fräskopfs (310 Kilogramm), halbiert zum nächst größeren Kopf VH 20, ermöglicht dynamisches Drehen/Schwenken. Die Drehachse (C-Achse) wird durch einen Torquemotor angetrieben, die Schwenkachse (A-Achse) durch eine Motorgetriebeeinheit mit spielfrei, vorgespanntem 2-stufigem Stirnradgetriebe. Beide Achsen erreichen eine Vorschubgeschwindigkeit von 180 Grad pro Sekunde und sind mit direkten Wegmessungen ausgerüstet.

Die Maschine kann trocken, nass oder auch mit Minimalmengenschmierung betrieben werden, was teilweise optional angeboten wird.

Der neue Fräskopf VH 10 hat hohe Klemmkräfte. – Bild: Neugebauer
Der neue Fräskopf VH 10 hat hohe Klemmkräfte und ist mit einer Spindel von 34 Kilowatt / 39 Nanometer / 24.000 U/min ausgestattet. – Bild: Neugebauer

Bedienung

Die Zugänglichkeit beim Beladen mit Werkstücken und Werkzeugen ist optimal. Die FZU hat weit zu öffnende Bedientüren, die unterschiedlich groß sind aus Gründen der verbesserten Sicht auf den Spanntisch vom Bedienpult aus. Das Bedienpult selbst ist über die gesamte Bedienseite verschiebbar.

Wird eine Beladung des Tisches durchgeführt kann mit Verfahren der X-Achse auch die Abdeckung oberhalb des Arbeitsraums mit aufgefahren werden. Durch das U-förmige Ständer-Bettkonzept ist die rückwärtige Maschinenfront frei und hier kann ein Paletten-Zuführsystem installiert werden.

Der Arbeitsraum ist gut zugänglich. – Bild: Neugebauer
Der Arbeitsraum ist gut zugänglich bei Bedienung und Beladung. – Bild: Neugebauer

Das Werkzeug-Kettenmagazin, seitlich neben der Maschine platziert, wird beim Werkzeugwechsel in den Innenraum verfahren, aus dem der Fräskopf direkt entnehmen kann. Die Bestückung erfolgt außerhalb über eine Bedientür.

Das Werkzeugmagazin (Kettenmagazin) wird von außen bestückt. – Bild: Neugebauer
Das Werkzeugmagazin (Kettenmagazin) wird von außen bestückt und beim Werkzeugwechsel in den Arbeitsraum geschoben. Kapazität: 31 WZ/optional 62 WZ. – Bild: Neugebauer

Bearbeitung

Beim Maschinencheck wurde die Maschine in der Produktion bei der Piekenbrink Composite in Laupheim unter die Lupe genommen. Piekenbrink ist ein mittelständiges Unternehmen mit 100 Mitarbeitern und stellt Composite-Bauteile für die Luftfahrt- und Fahrzeugindustrie her. Die Werkstoffe im Bearbeitungsspektrum sind sehr unterschiedlich, von Aluminium, über hochfeste Composite Materialien, Ureol, glasfaserverstärktes Epoxidharz auch wabenartige Strukturen und Kunststoffe.

Eine Hauptanwendung ist die Herstellung von PVBs (PermanentVaccumBags), die zur Herstellung von Composite-Bauteilen im Autoklaven benutzt werden. Diese Haube wird bei der Evakuierung von Restluft aus den Faserverbundteilen formgenau über die Bauteile gepresst.

Für den Geschäftsführer Björn Piekenbrink, ist die FZU passend, nicht nur wegen der vielseitigen Verwendung in seinem Produktspektrum. „In der gesamten Projektabwicklung mit der FZU waren wir sehr zufrieden, auch schon bei der Vorgängermaschine der FZ 33 Compact, wo Zimmermann uns in einer schwierigen Phase im Hause unterstützt hat. Ein Risiko, die erste ausgelieferte Maschine der FZU-Baureihe zu übernehmen, hatten wir nicht, denn wir kennen die Zuverlässigkeit der Produkte und der Kundenbegleitung“, meint er.

Die FZU wurde in der Bearbeitung eines Seitenteils der Schlafkabine des Airbus A 350 begutachtet. Ausschlaggebend für einen wirtschaftlichen Prozess waren hierbei: schnelles, dynamisches Verfahren über eine großflächige Struktur und die Bearbeitung unterschiedlicher Werkstoffe. Nach dem Einsatz der Maschine beim Kunden wurde anschließend die Endmontage der FZU, aus den zugelieferten Baugruppen und der Fräskopfbau, im Werk Neuhausen angeschaut.

Seitenteil-Schlafkabine Airbus A 350. – Bild: Neugebauer
Beim Maschinencheck lief die Bearbeitung: Seitenteil-Schlafkabine Airbus A 350. – Bild: Neugebauer

Steuerung

Bei den Steuerungen setzt man in der Hauptsache die Heidenhain TNC 640 oder die Siemens 840 D sl in neuester Ausstattung ein.

Service/TCO

Die Servicezentrale ist von Montag bis Freitag täglich 15 Stunden besetzt, auch samstags ist die Hotline vier Stunden erreichbar. Das zeigt eine ausgesprochen gute Bereitschaft, auch die Verfügbarkeit beim Kunden von Material und Personal innerhalb von 24 Stunden ist vorbildlich. Für alle Serviceeinsätze wird ein Ticket angelegt, durchverfolgt und dann datenseitig in ein ERP-System übertragen. Auswertungen zu Kosten und Ausfälle in der Garantiezeit laufen. Technik-Jourfix und Qualitätsrunden tagen zu allen Maschinen bezüglich Problemen, die beim Kunden aufgefallen sind und zu Verbesserungen die einfließen müssen. Systematische Auswertungen im ERP-System über Baureihen/Baugruppen wurden beim Check nicht dargestellt.

Meine Meinung

Die FZU ist eine gelungene Ergänzung im Produktportfolio bei Zimmermann. Mit dem kompakten Aufbau, dem konstruktiv neuen Portal in Box-in-Box Auslegung, dem bei Zimmermann standardmäßig vorhandenen dynamischen Linear- und Rotationsachsen und dem schlanken Fräskopf VH 10, ist die Maschine vielseitig einsetzbar. Der Kunde hat durch die Modularität im Arbeitsraum diverse Gestaltungsmöglichkeiten. Bemerkenswert war die Kundenzufriedenheit mit Zimmermann, die beim Maschinencheck wiederholt betont wurde. Die Servicebereitschaft ist vorbildlich.

Edwin Neugebauer

Zahlen+Fakten

Maschinendaten 5-Achs-Portalfräsmaschine FZU
Arbeitsraum (mm) 2.000 x 3.000 x 1.250
Eilgang; X-Y-Z-Achse bis 60 m/min
Beschleunigung bis 3 m/s2
Fräskopf-Motorspindel VH10: 34 KW; 39 Nm; 24.000 min-1
Gabelkopf; A-Achse +/- 110°
Gabelkopf; C-Achse +/- 300°
Vorschubgeschw. A-, C-Achse 180°/s
Drehmoment A-, C-Achse 600/608 Nm, geregelt; 1.380/1.321 Nm, geklemmt
Tischbelastung 6.000 kg/m2
Werkzeugaufnahme HSK 63 A
Werkzeugmagazin 31; optional 62
Steuerung Heidenhain TNC 640; Siemens 840D sl;
Aufstellfläche 3,5 x 7,5 Meter
Gewicht 35 Tonnen
Preis 700.000 €; incl. Heidenhain TNC 640, Fräskopf VH10


Auf einen Blick: Portalfräsmaschine FZU von der F. Zimmermann

Stärken:

  • kompakter Maschinenaufbau
  • gutes Verhältnis von Arbeitsraum zu Stellfläche
  • Modularität im Layout
  • steifes Box-in-Box Portal
  • neuer, schlanker, dynamischer Fräskopf
  • eigener Fräskopfbau
  • gute Zugänglichkeiten bei Bedienung
  • sehr gute Servicebereitschaft
  • hohe Kundenzufriedenheit

Schwächen:

  • keine systematischen TCO-Analysen

Maschinen-Check Ergebnisse, Punktezahl

maximale
Punktezahl 
erreichte
Punktezahl
F.Zimmermann FZU
Maschineninbetriebnahme 25,00 23,50
Zeitaufwand bis Job 1 12,50 12,50
Nachweis Bearbeitungsqualität 2,50 2,00
Achsenvermessung 2,50 3,00
Einweisung Anwender 7,50 6,00
Wartungsfreundlichkeit 100,00 93,50
Zugänglichkeit bei Wartungsarbeiten 25,00 22,50
Zugänglichkeit bei Störungen 35,00 35,00
Hauptspindel-Austauschzeit 15,00 15,00
Austauschzeit-Vorschubkomponenten 15,00 12,00
automatische Überwachungsfunktionen 10,00 9,00
Automatisierung 100,00 100,00
Maschinenstart/Referenzfahren 30,00 30,00
Bedienung/Beschickung 30,00 30,00
Aufwand für Werkstückspannung/Teiletransport 40,00 40,00
Steuerung 50,00 40,00
Steuerung / Komfortfunktionen 30,00 24,00
Kollisionsbetrachtungen 20,00 16,00
Umrüstfreundlichkeit 50,00 50,00
Flexibilität-Spanntisch 25,00 25,00
Einrichteaufwand 15,00 15,00
Mehrfachspannung/Model-mix 10,00 10,00
Service 75,00 64,50
Verfügbarkeit Servicepersonal 30,00 30,00
Ersatzteillager / Anfertigung von Ersatzteilen 22,50 18,00
Teilezeichnungen-Archiv; Internetverfügbarkeit 15,00 10,50
Wartungsverträge 7,50 6,00
TCO 85,00 61,20
Analyse - Kostentreiber vorhanden 34,00 27,20
Bewertung/Zahlen f. Ausfallzeiten/Reparaturzeit 34,00 20,40
KVP-Maschinenlieferant bei Ausfallmeldung 17,00 13,60
Vertragsgestaltung 15,00 10,00
Garantiezeit 5,00 4,00
Zahlungsbedingungen 5,00 4,00
TCO-Prozess fixiert 5,00 2,00
Summe 500,00 442,70


Maschinen-Check Ergebnisse
Maschinenlieferant: F.Zimmermann; Maschine: FZU


MASCHINENINBETRIEBNAHME
Zeitaufwand bis job1 Maschinenaufstellung in etwa 1 Woche, bei Standard Maschinenausstattung zzgl. Anwender-Schulung. Ablauf: Die Maschine wird grundsätzlich im Haus Zimmermann vollständig aufgebaut, Hakenmaschine, nach Anlieferung erfolgt die Installation beim Kunden mit abschließender Endabnahme.
Nachweis - Bearbeitungsqualität 5-Achs-NAS-Teil in Aluminium zur Maschinenabnahme (ggf. ein kundenspezifischen Bauteil)
Achsenvermessung Achsenvermessung durch Laserinterferometer im Haus Zimmermann
Einweisung Anwender Standard Bedienerschulung beträgt drei Tage und erfolgt beim Kunden nach der Endabnahme (Erweiterte Schulungspakete und / oder Produktionsbegleitung durch die FZ Anwendungstechnik kann angeboten werden.
     
WARTUNGSFREUNDLICHKEIT
Austauschbarkeit von Verschleissteilen Medienkreisläufen (z.B. Filter): sind gut zugänglich und leicht zu tauschen. Antriebskomoponenten: X-Achse: große / klappbare Blechsegmente ermöglichen beste Zugänglichkeit,Y-Achse: Zugang über den Maschinentisch im Arbeitsraum | Z-Achse: Zugang mit Leiter über Portal (Sicherheitsvorkehrungen auf dem Portal daher Standard) | Fräskopf VH10, In der A-Achse können Abdeckbleche seitlich abmontiert werden, die C-Achse erfordert im Servicefall einen Tausch des Fräskopfes (Dauer ca. zwei Tage).
Zugänglichkeit bei Störungen Zentraleinheiten für Hydraulik, Pneumatik und Schmierungen sind in der Medienkammer seitlich der Maschine zusammengefasst und von außen zugänglich. Auch der Werkzeugwechsler ist bequem von außen zu erreichen. Einwechseln von Werkzeugen ins Magazin durch elektrisch abgesicherte Zugangsöffnung. Gesamter Bereich -Werkzeugmagazin durch optisch passende Verkleidung abgesichert.
Hauptspindel-Austauschzeit ca. vier Stunden bei Spindeln aus dem FZ Spindelpool, zzgl. Anreise, Inbetriebnahme und Einmessen; Spindeln werden im eigenen Fräskopfbau getestet und eingefahren.
Austauschzeit ¬- Vorschubkomponenten ca. ein Tag für den Zahnstangenantriebsmotor der Linearachsen, zzgl. Anreise, Einmessung und IB
Automatische Überwachungsfunktionen Vibrations- und Temperatursensor in der Frässpindel, zwei Sensoren im Gehäuse und Lager. Überwachung von Kühlmittel, Schmiermittel, Pneumatik und Hydraulik vorhanden.
     
AUTOMATISIERUNG
Werkstückspannung / Teiletransport Nullpunktspannsystem, Vakuumspannsystem, Pallettensystem und weitere Spannkonzepte auf Anfrage erhältlich.
Bedienung / Beschickung Einbringen der Bauteile mit einem Gabelstapler, Hallenkran, etc. ist selbst mit installierter Arbeitsraumabdeckung möglich. Diese lässt sich bei Bedarf vollautomatisch öffnen / schließen.
     
STEUERUNG
Steuerung/Komfortfunktionen Heidenhain TNC 640 und Siemens 840D sl, (in neuester Ausführung); Fernwartung, Fräskopfvermessung, volumetrische Kompensation, Messtaster, Werkzeugvermessung oder sonstige Ausstattungen erhältlich.
Kollisionsbetrachtungen 3D Maschinendaten können zur Verfügung gestellt werden, dies ermöglicht die Betrachtung von Störkonturen (Spannmittel, Fräskopf, Werkzeugwechsler, etc.) im Arbeitsraum. Auch das Verhindern einer Kollision vom Hallenkran mit der Maschine kann durch entsprechende Sicherheitstechnik auf Wunsch realisiert werden.
Maschinenstart / Referenzfahren Direkte Messsysteme, bei Spindel mit Fettschmierung ist ein Warmlaufen nur nach längerem Stillstand erforderlich.
     
UMRÜSTFREUNDLICHKEIT
Flexibilität-Spanntisch T-Nuten (optional Richtnuten) im Maschinentisch können vom Kunden, ggf. gegen Aufpreis, bestimmt werden; Integration eines Spannsystems in den Tisch ist möglich, Palettenzuführung von rückwärtig möglich.
Einrichteaufwand Gute Zugänglichkeit von Bedienseite aus über zwei geteiltes großes Frontschiebetor, 3D-Messtaster zum Bauteilausrichten und ein Laser-Werkzeugvermessung und Werkzeugbruchkontrolle sind optional erhältlich.
Mehrfachspannung/Model-mix Der Model-Mix-Betrieb ist durch die Verwendung diverse Kühlmedien und den Einsatz intelligenter Absaugsysteme möglich.
     
SERVICE
Verfügbarkeit Servicepersonal Hotline: Mo. bis Fr. 7.00 - 22.00 Uhr; Sa. 8.00 - 12.00 Uhr, Abweichende Servicebedingungen können bei Bedarf vereinbart werden, Fernzugriff auf die Maschinensteuerung nach Kundenfreigabe möglich;
Ersatzteillager Umfangreiches Ersatzteillager im Haus z. B. Frässpindeln, Lager, Zahnstangen, Kugelgewindetrieb etc., Versand von Ersatzteilen in 24 Stunden.
Teilezeichnungen-Archiv; Internetverfügbarkeit Sondervereinbarungen auf Wunsch möglich, über Hotline
Wartungsverträge Angebot möglich, Konditionen sind abhängig von Maschinentyp und Wartungsintervall.
     
TCO
Analyse Kostentreiber Alle Verschleißteile im Produkt der FZU sind bekannt und sofort verfügbar; Serviceeinsätze werden in einem ERP-basierten System erfasst; alle zwei Wochen Technik-jour-fix für Problemfälle;
Bewertung/Zahlen für Ausfallzeiten/Reparaturzeiten Auswertung: Garantiekosten, Qualitätsthemen-Liste; alle drei Monate: Stand aller Maschinen;
KVP-Maschinenlieferant bei Ausfallmeldung Mit Kunde wird intensiver Infoaustausch über Verbesserungen geführt, KVP am Produkt erfolgt ggf. von Maschine zu Maschine, Besprechungen über Verbesserungsmaßnahmen bei Ausfällen ist Teil des KVP, Ticket-System
     
VERTRAGSGESTALTUNG
Gewährleistung Auf die Anlage zwölf Monate (mehrschichtig); auf die Frässpindel zwölf Monate oder 3.000 Betriebsstunden; auf die Zahnstangen der Linearachsen 60 Monate. Alle Angaben jeweils nach Abnahme, eine Verlängerung der Gewährleistung kann auf Wunsch angeboten werden.
Zahlungsbedingungen 30 Prozent bei Auftrag/Bestelleingang; 30 Prozent sechs Monate nach Auftragserteilung; 30 Prozent nach Vorabnahme alternativ bei Lieferung; 10 Prozent nach Endabnahme. Zahlungsbedingungen können im Einzelfall abweichend vereinbart werden.
TCO-Prozess fixiert Während Garantiezeit durch Wartungsvertrag / Fernwartung, Verträge mit Betriebsbereitschaftzusagen möglich
     
Ausstattungsmerkmale
Fräsköpfe VH 10. Alle Fräsköpfe wurden von FZ entwickelt und am Hauptsitz in Neuhausen a.d.F. gebaut.
Maschine Prozesskühlung durch Kühlmittel / Minimalmengenschmierung / Blasluft sowohl an der Stirnseite der Frässpindel als auch durch das Werkzeug möglich; diverse Absaugsysteme können an die FZU angebunden werden; Späneentsorgung durch entsprechende Fördersysteme; Arbeitsraumabdeckung; Werkzeugwechsler und vieles mehr erhältlich
     

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