Bohr- und Fräswerk Speedram 1000 von Pama

Ob wir genüsslich hochwertigen Mozzarella verspeisen oder bleifreies Benzin tanken – mit einer hohen Wahrscheinlichkeit sind bei der Herstellung dieser und vieler anderer Produkte Sonder-Radialventilatoren aus der Piller Industrieventilatoren GmbH beteiligt. Gegründet im Jahr 1909, hat sich das mittelständische Familienunternehmen im südniedersächsischen Moringen zielgerichtet auf die Konstruktion und Fertigung von Sonderventilatoren für unterschiedlichste Anwendungen sowie Systemlösungen rund um den Ventilator konzentriert.

„Gerade in den vergangenen zwei, drei Jahren“, betont der geschäftsführende Gesellschafter Nils Englund, „haben wir uns stark spezialisiert auf besondere technische Verfahren, die sich mit unseren Ventilatoren und Gebläsen effizienter gestalten lassen. Dazu gehört beispielsweise die mechanische Brüdenverdichtung, die die Bereitung der Käsemasse aus Milch als Ausgangsprodukt für die Mozzarellaherstellung wesentlich effizienter und kostengünstiger gestaltet. In die gleiche Richtung zielt der Einsatz unserer Hochleistungsgebläse in der Petrochemie. Dort geht es beispielsweise um das kontinuierliche Sauberhalten der Katalysatoren in den Rektifikationskolonnen der Raffinerien. Dazu schieben Hochleistungsgebläse Luft mit einer Temperatur von 500 °C und einem Druck von 3,5 bar an die Katalysatoren. Sie arbeiten rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr, abzüglich der wenigen Tage, an denen die Wartung und die vorbeugende Instandsetzung erledigt werden. Bereits diese Beispiele weisen darauf hin, dass für die Fertigung der Piller-Ventilatoren und -Gebläse hochwertige und hochfeste Stähle einzusetzen sind.“ „Wir produzieren unsere Ventilatoren und Gebläse“, erläutert Fertigungsleiter Dirk Hartmann, „in einer hohen Fertigungstiefe, die nicht nur sehr hohe Anforderungen an unsere Schweißer stellt, sondern auch an das neue Bohr- und Fräswerk Speedram 1000, das wir als Ersatz für ein altgedientes Bohrwerk kauften und vor gut drei Monaten in Betrieb nahmen.“

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Beim Interpolationsdrehen werden die X- und die Y-Achse so angesteuert, dass die Hauptspindel das Drehwerkzeug kreisförmig auf den zu bearbeitenden Flansch führt. Den Vorschub zur Spanabhebung übernimmt die W-Achse. Die S-Achse (Hauptspindel) sorgt dafür, dass das Drehwerkzeug im präzisen Anstellwinkel bleibt.

„Die technologischen Herausforderungen, die täglich zu meistern sind“, erwähnt Martin Loewe, Leiter Dreherei, „zeigen sich zum einen in der Bearbeitung der anspruchsvollen, schwer zerspanbaren Werkstoffe und zum anderen in der Konstruktion der zu bearbeitenden Werkstücke. Auf dem Pama-Fahrständer-Bohr- und Fräswerk werden die Gehäuse, die Motorböcke, Stutzen großer Nennweite und Laufräder ab einem Durchmesser von 2000 mm bearbeitet. Außer den Motorböcken handelt es sich um großvolumige und dünnwandige Werkstücke mit einer entsprechend hohen Schwingungsempfindlichkeit.“

„Der Werkstoffeinsatz“, erklärt Dirk Hartmann, „wird uns teilweise von den Auftraggebern vorgegeben. Je nach Einsatzfall müssen unsere Ventilatoren und Gebläse unter anderem hitzebeständig und druckfest sowie hoch korrosionsbeständig sein. So verwenden wir beispielsweise hochlegierte Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle, nicht rostende Duplex-Stähle und Superduplex-Stähle. Es sind Stähle, die unsere geschickten, gut ausgebildeten Schweißer verarbeiten können und hohe Anforderungen an die mechanische Bearbeitung stellen. So besitzen beispielsweise Duplex-Stähle, die durch einen zweiphasigen Gefügeaufbau aus Austenit und Ferrit gekennzeichnet sind.“

„Um diese Werkstoffe effizient bearbeiten zu können“, hebt Loewe hervor, „bedarf es nicht nur einer modernen und stabilen Maschine, sondern auch innovativer Schneidwerkstoffe, mit denen man die Möglichkeiten des neuen Pama-Bohr- und Fräswerks voll ausschöpfen kann. Hier arbeiten wir mit führenden Werkzeugherstellern zusammen. Doch bis wir unsere technischen Anforderungen an die Werkzeughersteller herantragen konnten, waren erst einmal die Bearbeitungstechnologien zu entwickeln. Dabei haben wir wertvolle Unterstützung der Pama-Anwendungstechniker sowohl aus dem Herstellerwerk in Italien als auch aus der Mainzer Niederlassung bekommen. Die Zusammenarbeit funktionierte bestens und funktioniert auch noch heute, wo wir gerade dabei sind, die Technologie für den Einsatz eines Planschiebers zu erarbeiten.“ „Wir haben uns nicht zuletzt für Pama entschieden“, betont Hartmann, „weil sich die Pama-Fachleute mit uns gemeinsam der Aufgabe stellten, die Bearbeitungstechnologien zu entwickeln, und weil die Speedram-Baureihe die besten Eigenschaften mitbringt, um schwingungsempfindliche Werkstücke präzise zu bearbeiten.“

Technische Ausstattung
Die Produktreihe Speedram besteht aus fünf Grundmodellen, die bei der Variante Speedram 1000 beginnt und bis zum Modell Speedram 5000 führt. Sämtliche Maschinen der Baureihe sind modular aufgebaut und verfügen über die gleichen innovativen Eigenschaften. In der Praxis unterscheiden sich die Maschinen durch die unterschiedlichen Konfigurationen entsprechend der jeweiligen Kundenanforderungen. Dazu gehören beispielsweise die erforderlichen Achslängen, Antriebsleistungen und Bohrspindeldurchmesser sowie die individuelle Ausstattung mit gewünschten Zusatzausrüstungen.

Auf einen Blick

Speedram 1000 von Pama

  • integrierte hydrostatische Führungen
  • RAM vollständig in einem monolithischen Guß-Spindelstock eingeschlossen und allseitig hydrostatisch geführt
  • hohe Spindeldrehzahl bis 4000 U/min
  • Hauptantriebsleistung bis 145 kW
  • Drehmoment an der Hauptspindel bis 25 685 Nm
  • Eilgang bis 30 000 mm/min

 

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Schwingungsdämpfende Aufspannung des Industrieventilatorgehäuses bei Piller Industrieventilatoren.

Die zu bearbeitenden Werkstücke haben eine Länge von bis zu 6 m und können bis zu 4 m hoch sein. Damit die Bohrspindel alle aufgespannten Werkstücke erreicht, bewegt sich der Ständer entlang der 10 m langen X-Achse. In vertikaler Richtung läuft der Spindelkasten auf der 4 m hohen Y-Achse. Dabei fährt die Bedienkabine sowohl in der Höhe (Y) als auch in der Tiefe (Z) mit, so dass der Bediener die Bearbeitung des Werkstücks stets im Blick hat. Zur Bearbeitung in der Tiefe stehen mehrere Achsen zur Verfügung: Der Axialverfahrweg der Traghülse (Z) beträgt maximal 1000 mm. Zusätzlich kann sich die Bohrspindel auf der W-Achse um weitere 700 mm nach vorn schieben. Entlang der V-Achse kann sich der NC-Drehtisch auf 1500 mm in der Querrichtung bewegen. Die V-Achse erfüllt zwei Aufgaben: Zum einen sorgt sie für das kollisionsfreie Drehen des Werkstücks auf dem Drehtisch und zum anderen schiebt sie zum schwingungsarmen Zerspanen das Werkstück soweit als möglich an die Bohrspindel heran.

„Sämtliche Achsen“ erläutert Thomas Ulrich, Pama-Niederlassungsleiter in Mainz, „werden hydrostatisch geführt. Um eine hohe Präzision des Ölfilms im hydrostatischen System zu erreichen, werden die hydrostatischen Taschen aus Bronze manuell geschabt. Die Ausführung mit Bronze sorgt im Havariefall für beste Notlaufeigenschaften. Die hydrostatische Lagerung ermöglicht nicht nur präzise, ruckfreie Bewegungen, sie ist auch Teil des Konzepts für eine schwingungsarme Bearbeitung. Die Werkstücke werden an selbst konstruierten und zum Teil selbst gefertigten Spannmitteln auf den Drehtisch aufgespannt. Der Dreh- und Verschiebetisch ist für eine Belastung von 40 t ausgelegt. Konsequenterweise sind seine Dreh- und Linearachsen ebenfalls hydrostatisch gelagert.“

Auf dem benachbarten Plattenfeld ist die automatisch arbeitende Pick-up-Station mit Platz für vier Zusatzausrüstungen aufgebaut. Derzeit lagern dort der stufenlos positionierbare Pama-Universalfräskopf TU 25C und die Abdeckplatte für die Stirnseite des RAM, ein Planschieber wird in Kürze dazu kommen. Über die beiden stufenlos positionierbaren Achsen des TU 25C erreichen die eingespannten Werkzeuge jede beliebige Stelle im Arbeitsraum. Der Pama-Universalfräskopf TU 25C setzt eine Leistung von 25 kW um und bietet ein Drehmoment von 800 Nm.

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Von links nach rechts: Martin Loewe, Leiter Dreherei; Thomas Ulrich, Niederlassungsleiter Pama GmbH; in der Bedienerkabine: Daniel Meyer und Klaus Castens; Nils Englund, geschäftsführender Gesellschafter der Piller Industrieventilatoren GmbH; Dirk Hartmann, Fertigungsleiter.

Die Speedram 1000 besitzt ein mitfahrendes Kettenmagazin, das Platz für 60 Standardwerkzeuge bietet. „Sonderwerkzeuge“, erläutert Loewe, „lagern wir extern in Werkzeugschränke ein. Wenn wir sie für eine Bearbeitung brauchen, geben wir sie vorher ins Magazin ein. Das Magazinterminal gibt uns den Platz vor. Auf diese Weise werden sämtliche Werkzeuge über den Werkzeugwechsler automatisch an die Hauptspindel sowie an die jeweils eingesetzten Zubehörköpfe eingewechselt.

Die Industrieventilatoren und Gebläse entstehen bei Piller in hoher Fertigungstiefe aus Blechzuschnitten der jeweils geforderten Güte. Nach dem Schneiden und Biegen entstehen die einzelnen Baugruppen durch manuelles Schweißen. Die fertigen Schweißteile werden nicht nur nach den entsprechenden Schweißvorschriften geprüft, sondern auch in sogenannten Quality Gates mit Laserstrahlverfahren vermessen. Geprüft werden dabei vor allem die vorhandene Parallelität der einzelnen Flächen, die Winkligkeit zu den Hauptachsen, die Höhen sowie die Ebenheit. Diese Daten gehen zur spanabhebenden Bearbeitung.

Interpolationsdrehen
„Da wir in der Regel Einzelteile fertigen“, hebt Hartmann hervor, „erfolgt die Programmierung als Werkstattprogrammierung. Die eingesetzte Siemenssteuerung CNC-Sinumerik 840D-sl bietet uns dazu viele Möglichkeiten. Mit dieser Steuerung lassen sich insbesondere Multitasking-Maschinen, also Maschinen, die Fräs- und Drehbearbeitungen realisieren, gut steuern. In bester Zusammenarbeit mit den Pama-Anwendungsspezialisten aus Mainz haben wir das Interpolationsdrehen für das Fahrständerbohrwerk Speedram 1000 entwickelt.“ „Dazu“, erläutert Ulrich, „übergibt der Werkzeugwechsler der Hauptspindel ein Drehwerkzeug. Beim Interpolationsdrehen werden die X- und die Y-Achse so angesteuert, dass die Hauptspindel das Drehwerkzeug kreisförmig auf den zu bearbeitenden Flansch führt. Den Vorschub zur Spanabhebung übernimmt die W-Achse. Die S-Achse (Hauptspindel) sorgt dafür, dass das Drehwerkzeug im präzisen Anstellwinkel bleibt.“ „In der Kombination von präzisen geführten Achsen und dem ausgeklügelten Programm“, hebt Martin Loewe hervor, „ist es uns gelungen, die hohen Anforderungen an die Oberflächengüte der Flansche, an die Winkligkeit sowie an die Parallelität der Flächen zu erfüllen. Je nach Kundenwunsch bearbeiten wir die Dichtflächen in den Oberflächengüten Rz = 1,6, 3,2 und 6,3 µm.“ Zu diesen hervorragenden Qualitäten tragen außer den bisher genannten noch weitere Maßnahmen bei. Dazu gehören unter anderem die schwingungsdämpfende Aufspannung und die an der Maschine installierte Minimalmengenschmierung.

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Blick auf die 10 m lange X-Achse der Speedram 1000.

Auch die schwingungsdämpfenden Aufspannungen entwickelten Fachleute von Pama und Piller gemeinsam. So sind im Gehäuse selbsthaltende Verstrebungen eingespannt, die schwingungsdämpfend wirken und dem Gehäuse mehr Stabilität geben. „Die höhere Stabilität und ausgesuchte Schneidwerkstoffe“, erwähnt Loewe, „führen auch zu längeren Werkzeugstandzeiten. Im Vergleich mit den Anfangswerten können wir inzwischen die Werkzeuge 10-mal länger nutzen. An diesem guten Ergebnis ist neben der hervorragenden Dämpfung der Maschine auch die Minimalmengenschmierung, die die Speedram 1000 bietet, beteiligt. In unserem Fall bleiben damit die Werkzeuge und Werkstücke sauberer. Wir verbrauchen deutlich weniger Kühlschmierstoff und arbeiten auch auf diese Weise kostensparend.“

Rationalisierungsergebnisse
„Hinter jeder Investition“, hebt Dirk hervor, „steht immer auch die Reduzierung der Stückkosten. Sie werden maßgeblich durch den Fertigungsaufwand bestimmt. Durch das Interpolationsdrehen auf der Speedram 1000 sparen wir uns das sonst aufwendige Umrüsten des Werkstücks auf eine Karusselldrehmaschine. Für die Bearbeitung des Gehäuses brauchen wir nur zwei Aufspannungen. In der ersten Aufspannung bearbeiten wir den Vierkantflansch, über den das verdichtete Medium austritt und die Saugseite mit dem großen Ansaugflansch. Die Bearbeitung des Radlochflanschs, der die Verbindung zum Antrieb herstellt, erfolgt in der zweiten Aufspannung.“ Für die hohe Produktivität sorgen nicht zuletzt auch der kräftige 52-kW-Hauptantrieb sowie die Eilgänge von 30 m/min in allen linearen Achsen.

„Damit wir die Spannprozesse auch möglichst ergonomisch erledigen können“, erläutert Loewe, „haben wir die ­Speedram 1000, so aufgestellt, dass sich die Drehtischoberfläche 500 mm über dem Niveau des Plattenfelds befindet.“ Insgesamt vermittelt die Maschine den Eindruck einer kompakten Gestaltung. „Und dieser Eindruck täuscht nicht“, hebt Hartmann hervor, „denn die Speedram 1000 weist eine sehr niedrige Einbautiefe aus. Sie braucht nur ein 1 m tiefes Fundament, was noch einmal einen spürbarer Kostenvorteil darstellt.“