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Keine Kompromisse bei der Qualität

Bei den neuen kompakten Heckert-Bearbeitungszentren mit 400er- und 500er-Palette ist es Starrag gelungen, hinsichtlich Leistungs- und Qualitätsmerkmalen Massstäbe zu setzen. Wesentlicher Faktor: die hohe Steifigkeit, die sich konsequent durch alle Gestellbaugruppen zieht und im Versuchsfeld immer weiter optimiert wird. Die Endanwender profitieren von gesteigerter Produktivität und qualitativ hochwertigen Bearbeitungsergebnissen.

Knapp zwei Jahre ist es her, dass Starrag die von Grund auf neu entwickelten horizontalen Bearbeitungszentren Heckert L40 (Linienmodul für 400er-Palette) und Heckert H50 (vierachsiges BAZ mit 500er-Palette) vorgestellt hat. Durch das modulare Konzept folgten in kurzer Zeit weitere Varianten wie die fünfachsigen X40 / 45 sowie die fünfachsige, multifunktionale T45.

Bei der Entwicklung dieser Baureihe achteten die Chemnitzer zum einen auf hohe Flächenproduktivität. Wie sehr dies gelungen ist, machen ein bis zu 30 % geringerer Platzbedarf und die um 15 % gesteigerte Produktivität deutlich. Zum anderen galt die Aufmerksamkeit der Entwickler einer durchgängig hohen Maschinenbauqualität, die Anwender an Heckert-Maschinen seit vielen Jahren schätzen.

Qualitätsmerkmal »Steifigkeit«

Die Merkmale Leistungsstärke, Prozesssicherheit und Langzeitpräzision sind bei den neuen kompakten Bearbeitungszentren gesetzt, und als Grundanforderung dafür ist eine hohe Steifigkeit schon im Konzept fest verankert. Vor allem in den Gestellbaugruppen – also im Maschinenbett, Ständer sowie im Tisch bzw. der Dreh- / Schwenkeinheit – ist Steifigkeit ein entscheidendes Qualitätsmerkmal, das nicht nur für die Schwerzerspanung benötigt wird, sondern auch für die Bearbeitung anspruchsvoller Werkstoffe sowie zum hochperformanten Auskoffern von Leichtbaumaterialien, wie im Flugzeugbau üblich.

Bereits bei der Entwicklung der neuen Gestellbaugruppen arbeiteten Konstrukteure und Technologen in Chemnitz eng zusammen und nutzten ihre langjährigen Erfahrungen ebenso wie moderne analytische Methoden. Zahlreiche Berechnungen und Versuche haben dazu beigetragen, die optimale Komposition aus Steifigkeit, Masse und Kosten zu finden.

Die Stufen der Heckert Eigenschaftsanalyse

Gestellbaugruppen im Fokus

Dabei stand zwar die Steifigkeit im Vordergrund, jedoch nie isoliert betrachtet, sondern immer in Zusammenhang mit der Dämpfung und anderen Parametern. Denn eine gute Dämpfung sorgt zum Beispiel bei Schruppprozessen dafür, dass Auslenkungen schnell wieder zum Stillstand kommen. Deshalb entschieden sich die Konstrukteure, mit einem temperatur- und schwingungsstabilen Maschinenbett aus Mineralguss die perfekte Basis für eine insgesamt steife Maschine zu legen.

Was die Ausführung des Ständers anbelangt, ist eine Differenzierung erforderlich, um stets optimale Ergebnisse zu erreichen. So stellt Starrag für die hochdynamische Zerspanung eine gewichtsoptimierte Ausführung zur Verfügung, während für die Schwerzerspanung ein massiverer Ständer in Verbundbauweise entwickelt wurde. Der geschweisste Stahlmantel ist mit einem Spezialbeton befüllt und gewährleistet so auch eine optimierte Dämpfung. Bei den fünfachsigen Ausführungen (X und T) der neuen Heckert-BAZ ist die Dreh-Schwenk-Einheit eine weitere entscheidende Komponente. Hier ist es den Entwicklern eindrucksvoll gelungen, das auf den HEC-Zentren bewährte A-Achs-Konzept in die kompakteren neuen Maschinen zu übertragen. Die zweifach symmetrische Lagerung verleiht der Wiege optimale Stabilität – unterstützt von genauen, leistungsstarken Rundachsen und hochpräzisen Paletten – so dass Werkstücke dynamisch und genau bearbeitet werden können. 

Selbst Werkzeug und Spannfutter wurden hinsichtlich der Steifigkeit ausgelegt. Wird das Bearbeitungszentrum für hohen Spanabtrag benötigt, empfiehlt Starrag die Versionen Heckert H55, X45 und T45, die serienmässig mit HSK-A100- oder HSK-T100-Werkzeugaufnahme ausgestattet sind. Denn deren grosse Plananlage sorgt für die erforderliche steife Werkzeugverbindung.

Optimierung im Versuchsfeld

Insbesondere bei neuen Maschinen wie den horizontalen Heckert-BAZ gilt es dann, am Prototyp bzw. Vorserienmodell nachzuweisen, dass die Kombination aller Gestellbaugruppen das erwartete Ergebnis liefert. Das Starrag-Werk in Chemnitz verfügt über ein Versuchsfeld, das für derartige Optimierungen perfekt ausgestattet ist – nicht nur was die messtechnische Ausstattung anbelangt, sondern vor allem bezüglich der Spezialisten für verschiedenste Erprobungsaufgaben und Eigenschaftsbewertungen.

Aus den Fachbereichen Mechanik, Elektronik, Steuerungstechnik etc.

Klaus Frost, Experte für die experimentelle Eigenschaftsanalyse, schildert das Vorgehen: »Den ersten praktischen Nachweis der Leistungsfähigkeit muss die Maschine mittels verschiedener Leistungsbearbeitungen erbringen. Hierbei wird die Fräsleistung des Hauptantriebes bis an die Abschaltgrenze getestet. Am aktuellen Beispiel unserer neuen Heckert T45 haben wir beim Fräsen in zähem Vergütungsstahl (C45) ein Schnittvolumen von 1.200 cm³/min erreicht – und das ohne zu kühlen und 300 mm oberhalb der Schwenkachse. Dies entspricht einer beachtlichen Schnittleistung von 45 kW.« Frost erklärt weiter: »Erfolgreich ist dieser Test für uns jedoch nur dann, wenn wir eine perfekte Oberfläche bei geringem Werkzeugverschleiss erreichen. Schliesslich sind technisch erbringbare Schnittleistungen unsinnig, wenn das Ergebnis anschliessend nicht den Erwartungen entspricht oder der Zeitersparnis Werkzeugkosten in unwirtschaftlicher Höhe gegenüberstehen.«

Für ein erfolgreiches Gesamtergebnis muss die Maschine sowohl statisch, als auch dynamisch hohe Steifigkeit mitbringen. Dementsprechend finden nach dem Leistungsfräsen weitere Tests statt. Dafür werden an der Vorserienmaschine zuerst statische Messungen durchgeführt. Mithilfe von Messstativen und bis zu 20 Messuhren wird die Nachgiebigkeit der Baugruppen bei statischen Kräften in allen Richtungen erfasst. Hier zeigt sich sehr schnell, ob die Simulation im Vorfeld korrekt war. Mindestens ebenso wichtig, jedoch ungleich aufwändiger, ist die dynamische Maschinenuntersuchung. Mittels eines hydraulischen Krafterregers wird die Maschine stufenlos im Frequenzbereich bis 500 Hz angeregt. Klaus Frost erklärt den Nutzen der Massnahme: »Wir bekommen ein klares Bild aller relevanten Betriebsschwingungen der Maschine sowie eine Aussage über deren Bedeutung für den späteren Zerspanprozess. Unverzichtbar sind die gewonnenen Ergebnisse aus der Quasistatik. Dabei werden mit dynamischen Messmethoden die statischen Verformungsanteile bis auf die Bauteilebene ermittelt.« Frost und seine Kollegen protokollieren bei diesem Verfahren die Ergebnisse mehrerer hundert Messpunkte. Nach Durchführung dieser Analysen findet stets ein Redesign der Konstruktion statt, um die Erkenntnisse in die anstehende Serienproduktion einfliessen zu lassen und die Maschine weiter zu verbessern. Die Vorserienmaschine geht anschliessend zur Industrieerprobung zu einem Kunden.

Der Verbesserungsprozess, bei dem Heckert-Maschinen hinsichtlich Steifigkeit und Thermosymmetrie optimiert werden, wirkt über das Werk in Chemnitz hinaus in andere Produktbereiche. Er liefert nachweislich einen gruppenweiten Mehrwert, sei es bei Baugruppen und Maschinenbetten der ECOFORCE-Zentren aus Mönchengladbach oder bei den STC-Maschinen aus Rorschacherberg. 

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