Precise heart transplant

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Industrial

Präzise Herztransplantation - Starrag lieferte hochgenaue Heckert HEC 800 an KAPP NILES

KAPP NILES, Spezialist für Verzahnungsschleifmaschinen, ersetzte 2024 in seiner Coburger Fertigung ein Lehrenbohrwerk für die Feinstbearbeitung. Die neue Maschine: ein hochgenaues Bearbeitungszentrum Heckert HEC 800. Für Sascha Forkel, Leiter Kubische Bearbeitung, kam der Tausch einer Herztransplantation gleich: »Das ist eine Schlüsselmaschine in unserer Fertigung, ohne die wir nichts mehr ausliefern könnten.« Heute steht fest: Operation gelungen!

Ein Blick in die Fertigungshallen des Coburger KAPP NILES-Werks lässt schon erahnen, dass hier besondere Maschinen entstehen. »Ordnung und Sauberkeit sowie ein hochwertiger Maschinenpark sind Grundvoraussetzung, um unsere Verzahnungsschleifmaschinen zu bauen«, sagt Sascha Forkel. Unter seiner Leitung werden hier kubische Teile bis zu einer Größe von einem Kubikmeter zerspant: »Das sind Schlüsselkomponenten für unsere Maschinen, die der hochgenauen Herstellung von Verzahnungen und Profilen dienen.« Ein jedes dieser Bauteile muss extreme Form-, Lage- und Maßtoleranzen von bis zu 3 μm einhalten, damit die KAPP NILES-Maschinen die hohen Kundenanforderungen erfüllen können. Schließlich sollen die Verzahnungen in Getrieben exakt und geräuscharm ineinandergreifen – egal ob in der Automobilindustrie, im Maschinenbau oder in anderen Anwendungen. Die Bauteile – zu 80 % aus Guss, der Rest aus Stahl – werden von Forkels Team auf verschiedenen Bearbeitungszentren vorbearbeitet. An allen Flächen mit Qualitätsanforderungen bleibt ein Aufmaß von 0,3 mm stehen. Bohrungen behalten ein Plus von 1 mm im Durchmesser.

Danach wird es diffizil, wie der Zerspanungsfachmann berichtet: »In der Finish- Bearbeitung bewegen wir uns in Toleranzfeldern von wenigen Mikrometern, nicht nur in Form und Lage, sondern ebenso in den Positionen zueinander. Auch die Oberflächen müssen vom Feinsten sein.«

Das Herz der Produktion

Diese Aufgabe übernahm bis vor Kurzem ein 16 Jahre altes Lehrenbohrwerk, für das jedoch die Ersatzteilversorgung nicht mehr garantiert war. Den Verantwortlichen wurde das Ausfallrisiko und ein damit verbundener längerer Produktionsstillstand zu groß. Sie bemühten sich lieber in aller Sorgfalt um einen vorsorglichen Austausch. Oberste Prämisse war: Die neue Maschine muss, wie ihre Vorgängerin, eine prozesssichere Präzisionszerspanung im Mikrometerbereich gewährleisten. Nach einer Marktanalyse nahm KAPP NILES drei Lieferanten in die engere Auswahl. In den Auswahlprozess wurden auch die Maschinenbediener einbezogen. Für Probebearbeitungen wählten sie das anspruchsvollste Bauteil aus: ein komplexes Motorgehäuse. Getestet wurden die drei infrage kommenden Maschinen unter identischen Bedingungen: gleiches Bauteil, gleiche Vorbearbeitung, gleiche Spannvorrichtungen, gleiche NC-Programme und Werkzeuge. Es waren die Maschinenbediener von KAPP NILES, die die vorbearbeiteten Teile bei den Maschinenherstellern aufspannten, um 100%ig vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. »Es braucht erfahrene Maschinenbediener und NC-Programmierer, die an der Maschine arbeiten«, betont Sascha Forkel. »Die Maschine sollte das neue Herzstück unserer Produktion werden, aber sie entscheidet nicht allein über den Erfolg. Nur wenn Maschine, Bediener und NCProgrammierer perfekt zusammenspielen, können die Bauteile passgenau gefertigt werden.« Zur abschließenden Beurteilung wurden alle drei erzeugten Probebauteile auf derselben Messmaschine bei KAPP NILES vermessen. »Nach den Messergebnissen und unter Berücksichtigung weiterer technischer Details entschlossen wir uns für den Lieferanten Starrag und das Bearbeitungszentrum Heckert HEC 800, ausgestattet mit dem Hochgenauigkeitspaket und weiteren genauigkeitsfördernden Ergänzungen«, berichtet Sascha Forkel.

Mechanische Genauigkeit versus Software-Kompensation

Neben den Messergebnissen war die mechanische Genauigkeit der Maschine ein wesentliches Auswahlkriterium. Rainer Krause, der für KAPP NILES zuständige Gebietsverkaufsleiter bei Starrag, erklärt: »Heckert-Zentren besitzen schon von Grund auf eine hohe mechanische Genauigkeit. Sie liegt in einem Toleranzfeld, das nur halb so groß ist, wie bei Bearbeitungszentren üblich.« Sascha Forkel bestätigt das. Er weist darauf hin, dass verschiedene Hersteller für ihre Maschinen ähnliche Genauigkeiten ausweisen, die aber auf Kompensation in der Steuerung beruhen. Seiner Erfahrung nach kann das Probleme erzeugen: »Ein Beispiel: In der Regel spindeln wir auf dieser Maschine Bohrungen mit einschneidigen Werkzeugen. Durch die Kompensation in mehreren Achsen kann dabei ein Konturverzug entstehen, sodass die Bohrung nicht zylindrisch ist. Für uns ein No-Go.« Neben der bereits hohen Grundgenauigkeit war das Hochgenauigkeitspaket, das Starrag für seine Heckert-Bearbeitungszentren anbietet, ein weiterer Entscheidungsfaktor. Eine Wasserkühlung für Ständer, Achsantriebe und Kugelgewindetriebe sorgt für die thermische Beständigkeit der Maschine. Das Wasser wird so gekühlt oder gewärmt, dass es die voreingestellte Temperatur stabil im Bereich von ±1 K hält. Zudem sind alle Wärmequellen wie Motoren und Hydraulik von den genauigkeitsrelevanten Bauteilen Maschinenständer und -bett abgeschirmt. Ein weiterer Bestandteil des Pakets sind handgeschabte Führungsauflagen, die eine optimierte Positioniergenauigkeit schaffen.

Ausarbeitung im Detail

Starrag-Gebietsverkaufsleiter Rainer Krause schildert das Vorgehen nach Auftragseingang: »Wir haben das Angebot technologisch so ausgearbeitet, dass KAPP NILES sein gesamtes Teilespektrum mit unserer Heckert HEC 800 darstellen kann.« Dabei waren alle Maßnahmen dem Thema Genauigkeit untergeordnet. So haben die Chemnitzer Konstrukteure die Toleranz der Rundachsen weiter eingeschränkt und speziell den Taumel der BAchse reduziert. Denn die KAPP NILESZerspaner müssen viele Lagerbohrungen von zwei Seiten einbringen, was eine möglichst hohe Umschlaggenauigkeit erfordert. Bei der Spindel entschied sich KAPP NILES für eine von Starrag entwickelte, direktangetriebene Lösung. »Die kleinsten Ungenauigkeiten einer Getriebespindel wären uns schon zu viel gewesen«, argumentiert Sascha Forkel. »Wir haben sogar die Höchstdrehzahl von 12.000 min-1 auf 10.000 min-1 limitiert, um höhere Prozesssicherheit zu erreichen.«

Sascha Forkel, Head of Cubic Machining KAPP NILES

» Wir haben das Angebot technologisch so ausgearbeitet, dass KAPP NILES sein gesamtes Teilespektrum mit unserer Heckert HEC 800 darstellen kann.«

Auch die Eilgangsgeschwindigkeit und Beschleunigungsrampen wurden reduziert, um Erschütterungen der Maschine nach Möglichkeit zu vermeiden. Rainer Krause betont die enge Zusammenarbeit mit Sascha Forkel und dessen Team: »Wir haben in dieser Phase viel diskutiert und Details haarklein geplant – bis hin zum sanften Aufsetzen der Palette auf den Rüstplatz. Denn geschähe das zu ruppig, entstünden Erschütterungen, die sich in die Maschine fortsetzen. « Ein weiterer relevanter Punkt war die Zugänglichkeit der Maschine. So wünschten sich die Maschinenbediener für Einrichte- und Messtätigkeiten einen praktikablen und sicheren Zugang in den Bearbeitungsraum. Daraufhin wurden Trittroste, Handläufe und ein Podest vor die Maschine konstruiert. Die gesamte Bedienperipherie wurde entsprechend angehoben. Darüber hinaus wurde ein automatisches Ausbohrsystem implementiert.

Automatisierung für unkritische Teile

Die Ergänzung eines Automatisierungssystems war von Anfang an geplant. »Unser Ziel war, unkritische Teile mannlos bearbeiten zu können«, erklärt Sascha Forkel. »Weil wir keinerlei Erfahrung mit einer Palettenautomatisierung hatten, verließen wir uns diesbezüglich ganz auf die Starrag-Expertise.« Da Starrag mit verschiedenen Automatisierungspartnern zusammenarbeitet, waren für die Empfehlung die örtlichen Gegebenheiten ausschlaggebend. Rainer Krause erläutert: »Angesichts der Platzverhältnisse bei KAPP NILES bot sich ein Erowa Load- Master-System an. Es versprach mit einem Palettenbahnhof für neun Werkstückträger den größten kapazitätsbezogenen Nutzen.« Paletten gehören zu den Kernkompetenzen der Chemnitzer Maschinenhersteller, wie Rainer Krause unterstreicht: »Deren Herstellung geben wir nicht aus der Hand. Zu groß ist ihr Einfluss auf die erzeugte Genauigkeit am Werkstück. Für KAPP NILES haben wir insgesamt neun Paletten geliefert, davon sechs in Standardausführung – feingefräst und geschliffen – und drei handgeschabte für besonders anspruchsvolle Bauteile.« Die Heckert HEC 800 mit Erowa LoadMaster belegt nun die gleich große Stellfläche wie die Vorgängermaschine – bei gesteigerter Effizienz.
»Wie geplant laufen bereits unkritische Bauteile im vollautomatisierten Betrieb. Das sind Teile mit Toleranzen von 10 μm und größer, also mit H6-, H7-Passungen.« KAPP NILES-Jargon: Grobzerspanung.

Vertrauen – eine wichtige Geschäftsgrundlage

Sascha Forkel ist überzeugt, mit Starrag und den Chemnitzer Heckert-Spezialisten den richtigen Partner gefunden zu haben. »Es ist von Vorteil, wenn mittelständische Maschinenbauer zusammenarbeiten. Beide Seiten wissen, wovon sie reden und worauf es ankommt. So ist bei unserem Projekt ein besonderes Vertrauensverhältnis entstanden.« Dazu beigetragen haben auch Besuche im Chemnitzer Werk und bei Heckert-Referenzkunden. Wie groß das Vertrauen war, zeigte sich vor allem beim Umbau. Anstatt des ursprünglich geplanten schleichenden Betriebs vom Lehrenbohrwerk zum Heckert-Bearbeitungszentrum, entschlossen sich die Verantwortlichen zu einem harten Cut, den Sascha Forkel so beschreibt: »Wir haben unsere alte Maschine im Juli 2024 abgebaut. Dann hatten wir zwei Wochen Zeit für Vorbereitungsarbeiten in der Halle, denn die Heckert HEC 800 kam pünktlich Mitte August.« Im November fand die Abnahme statt, und nach einer Einarbeitungsphase ging sie ab Januar 2025 in Produktionsbetrieb. »Zugegeben, der Cut war ein mutiger Schritt«, sagt Sascha Forkel. »Aber durch den intensiven Kontakt zu den Chemnitzer Starrag-Leuten haben wir das Risiko als relativ gering eingeschätzt, dass beim Austausch etwas schiefläuft und die neue Heckert nicht von Anfang an ihre Leistung bringt. Unser Fazit: Die Herztransplantation ist zu 100 % gelungen.«