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Foto: Helmut Angeli
Auf der Pick Up 400 lassen sich alle Schneckendesigns in einer Aufspannung fertigbearbeiten. 

Werkzeugmaschinen

Fertigungssystem für die Schneckenbearbeitung

Spritzgießmaschinenhersteller Engel installierte ein Fertigungssystem aus zwei Dreh-Fräszentren und einer Bandschleifmaschine für die Schneckenbearbeitung.

Drei Weingärtner-Maschinen bilden das Fertigungssystem für die Bearbeitung kleiner Schnecken beim Spritzgießmaschinenhersteller Engel. Die Engel Austria GmbH ist fraglos einer der weltweit führenden Hersteller im Kunststoffmaschinenbau. Mit neun Produktionswerken in Europa, den USA und Asien erwirtschaftete das Familienunternehmen im vergangenen Geschäftsjahr trotz aller coronabedingten Turbulenzen einen Gruppenumsatz von rund 1,1 Mrd. EUR. International tätige Hersteller von Spritzgießmaschinen werden mit immer neuen technologischen Aufgabenstellungen konfrontiert. Auch und vor allem, weil sich die Eigenschaften der verwendeten Kunststoffe ständig verändern. Das hat auch einen großen Einfluss auf die Produktion, vor allem im Umfeld der Schneckenfertigung.

Schneckengeometrien werden immer komplexer

Dipl.-Ing. Günther Klammer, Vice President Plasticising Systems & Recycling im Engel-Großmaschinenwerk in St. Valentin, erläutert die Problemstellung: „Auf unseren Maschinen werden technische Kunststoffe verarbeitet, die sehr oft mit Füllmaterialien wie Glasfasern angereichert sind. Dies, zumal viele der Materialien aus dem Recycling stammen und so enorme Belastungen auf die Plastifizierschnecken zukommen. Gleichzeitig hat das natürlich entsprechende Auswirkungen auf die Auslegung der Schneckengeometrien – sie werden immer komplexer und spezifischer. Uns stehen heute für die rund 6.000 jährlich produzierten Schnecken um die 4.000 unterschiedliche Geometrien zur Verfügung. Vor zehn Jahren sind wir mit einem Bruchteil davon zurechtgekommen.“

Dazu Gerhard Aigner, Produktionsleiter im Werk St. Valentin: „Das alles beeinflusst natürlich auch unsere Fertigungsphilosophie. Die zunehmende Variantenvielzahl hat dazu geführt, dass wir in unserer Großschneckenfertigung das Wirbeln zugunsten des deutlich flexibleren Fräsens immer weiter zurückfahren. Vor allem der hohe Umrüstaufwand beim Wirbeln forciert diesen Trend. Zudem ist das Wirbeln nun einmal eine echte Nischentechnologie und kann mit dem hohen Innovationstempo beim Fräsen einfach nicht mithalten.“

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Foto: Helmut Angeli Günther Klammer, Vice President Plasticising Systems & Recycling, Klaus Geissler, Verkaufsleiter der Weingärtner Maschinenbau GmbH und Gerhard Aigner, Produktionsleiter im Werk St. Valentin (v.li.).

Hinzu kamen die durchweg positiven Erfahrungen mit einer Weingärtner-Maschine Mpmc 600 innerhalb der Schneckenfertigung, die die Vorteile der Bearbeitung mit einem Dreh-Fräszentrum verdeutlichten. Auf ihr könnten theoretisch zwar auch Schnecken bis zu einem Minimaldurchmesser von 18 mm bearbeitet werden, aber zum einen ist die mpmc mit der Herstellung größerer Schnecken schon mehr als ausgelastet und zum anderen ist dieses Zentrum für kleine Durchmesser schlichtweg überdimensioniert. Klaus Geissler, Verkaufsleiter der Weingärtner Maschinenbau GmbH, erinnert sich: „2015 wurden in einem gemeinsamen Projektteam die Eckdaten für eine spezielle Maschine für die Komplettbearbeitung von Schnecken bis zu einem Maximaldurchmesser von 120 mm diskutiert und festgelegt. Eine derartige Maschine gab es bis dato in unserem Portfolio nicht, Weingärtner stand bis dahin für Großmaschinen. Wir haben aufgrund dieses Pflichtenheftes dann ein spezifisches Bearbeitungszentrum konstruiert, denn mit bloßem Skalieren war es dabei nicht getan. Wir haben es hier mit ganz anderen Geschwindigkeits- und Dynamikbereichen als bei den größeren Zentren zu tun. Zudem galt es, die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Peripherie mit einzubeziehen. Das war die Geburt unserer Pick Up 400.“

Maßgeschneidertes Programmiersystem

Nun stellt sich die Frage: Warum suchten die Verantwortlichen bei Engel nicht bei anderen Maschinenherstellern, die bereits kleinere Maschinen für die Schneckenfertigung im Programm haben nach einer Lösung? Aigner erläutert: „Da gibt es verschiedene Gründe. Zum einen das Vertrauen zu dem Unternehmen, das auf einer Vielzahl von gemeinsamen Projekten beruht. Wir haben mit Weingärtner sehr positive Erfahrungen in Sachen Genauig- und Verfügbarkeit gesammelt und das auch über einen längeren Zeitraum. Vor allem aber bietet das Unternehmen mit dem Programmiersystem Wein-CAD ein auf die Schneckenherstellung maßgeschneidertes Werkzeug, das eine ganze Reihe von zusätzlichen Möglichkeiten bietet, die mit anderen CAD/CAM-Systemen nicht oder nur sehr schwer zu realisieren sind.“

Klammer ergänzt: „Ich kenne das Weingärtner-Programmiersystem nun schon fast 20 Jahre. Wenn man sich mit der Schneckenfertigung auseinandersetzt und sich nur einmal die Verschneidung zweier zylindrischer Körper vorstellt, die in der Steigung außermittig verschnitten werden, dann hat man eine Flächenkontur, die sich alles andere als einfach berechnen lässt. Mit dieser Aufgabenstellung hat sich Weingärtner intensiv beschäftigt und Aufgabenstellungen wie Gangtiefenänderungen oder Steigungswechsel bemerkenswert gut gelöst. Damit hat man nicht nur ein Programmier-, sondern auch ein echtes Designwerkzeug. Wir haben schon etliche Schnecken ohne Zeichnung nur mit dem Wein-CAD ausgelegt, weil man in dem System eine Geometrie sehr gut beschreiben und analysieren kann.“ Bei Engel wird nicht nur auf Wein-CAD konstruiert, dort ist die gesamte Fertigungsstrategie hinterlegt und im Postprozessor wird auch noch die ganze benötigte Lünettensteuerung geregelt.

Alle Schneckendesigns in einer Aufspannung fertigbearbeiten

Weingärtner-Verkaufsleiter Geissler erklärt: „Mit unserem Softwarepaket Wein-CAD lassen sich alle bekannten Schneckengeometrien programmieren, auch solche, bei denen ein Barrieresteg die Schmelze vom Restgranulat trennt. Neben der verfahrenstechnischen Entwicklung über die Geometrieauslegung bis hin zum automatisch generierten Programm für die Steuerung beherrscht die Software auch die 3D-Simulation aller Bearbeitungsverfahren. Bis heute ist kein CAD/CAM-System auf dem Markt, das Vergleichbares leistet.“

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Foto: Helmut Angeli Mit der Pick Up 300 können Schnecken bis zu einem maximalen Durchmesser von 120 mm und einer Länge von 3.000 mm bearbeitet werden.

Doch noch einmal zurück zu den technologiebedingten Vorteilen beim Fräsen. Engel-Experte Klammer erklärt: „Eigentlich ist das Wirbeln die wirtschaftlich interessantere Zerspanungsmethode, denn das Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit ist deutlich höher als bei anderen Fertigungsverfahren. Aber wenn man den Gesamtprozess betrachtet, dann schneidet das Fräsen um einiges besser ab. Wir können auf der Pick-Up-Maschine alle Schneckendesigns in einer Aufspannung fertigbearbeiten und decken gleichzeitig alle anderen anfallenden Arbeiten vom Drehen und Verzahnen bis hin zur Bearbeitung der Mischköpfe ab.“

Werkzeugmagazin mit 160 Plätzen

Aigner fügt hinzu: „Unsere interne Maßgabe bei Engel ist es, möglichst alle Komponenten in einer Aufspannung fertig bearbeitet von der Maschine zu bekommen. Wir fertigen auftragsbezogen und damit sind die Losgrößen grundsätzlich kleiner und ohne eine maschinenseitige Flexibilität nähme der Umrüstaufwand einen Großteil der Bearbeitungszeit ein. Bei den beiden Pick Up 400 entfällt das Umrüsten weitgehend, denn wir haben ein externes Werkzeugmagazin mit 160 Plätzen angegliedert. Ein adaptierter 6-Achs-Roboter versorgt daraus ein Zwischenmagazin, so dass immer die nächsten vier Werkzeuge zur Einwechslung in die Maschine vorgehalten werden.“

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Foto: Helmut Angeli Ein Kuka-Knickarmroboter versorgt ein Zwischenmagazin mit vier Speicherplätzen aus einem externen Werkzeugmagazin mit 160 Plätzen.

Klammer fasst die Vorteile zusammen: „Die Features der Maschine sind nur ein Merkmal für eine effiziente Bearbeitung. Dazu kommt, dass wir von diesen Lieferanten auch noch eine Abstützung, sprich gesteuerte Lünetten, bekommen. Ebenso wichtig ist die Möglichkeit einer zielführenden Programmierung. Wenn man beide Elemente betrachtet, dann hat Weingärtner damit in meinen Augen heute ein Alleinstellungsmerkmal.“

Fertigungssystem für die Bearbeitung kleiner Schnecken

Das Dreh-Fräszentrum der Baureihe Pick-up 400-3000 ist speziell für die automatische Fertigung von Schnecken für Spritzgussautomaten konzipiert. Auf ihr können Schnecken bis zu einem maximalen Durchmesser von 120 mm und einer Länge von 3.000 mm bei einem maximalen Werkstückgewicht von 1.200 kg bearbeitet werden. Dafür steht ein Fräsaggregat mit 45 kW und 275 Nm bei einer Nenndrehzahl von 1.560 min-1 zur Verfügung. Als maximale Drehzahl wird 14.000 min-1 angegeben, wobei alle diese Werte bei 100 % Einschaltdauer, sprich kontinuierlichem S1-Betrieb gelten. Zudem ist mit der Roboterlösung eine komplette Automation vorgeschaltet, sodass die Anlage mannarm gefahren werden kann. Ein Punkt ist Geissler noch wichtig: „Wir verstehen uns bei weitem nicht nur als Maschinenhersteller, sondern vielmehr als Lieferant kompletter Fertigungsprozesse, inklusive der Bearbeitungsanalyse, der Werkzeug- und Steuerungstechnik sowie der Software.“

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Foto: Helmut Angeli Die beiden Pick Up 400-3000 sind im 90°-Winkel angeordnet und bilden gemeinsam mit einer Bandschleifmaschine das Fertigungssystem für die Schneckenbearbeitung. 

Dies bestätigt das installierte Fertigungssystem bei Engel eindrucksvoll. Fertigungssystem deshalb, weil dort zwei Pick Up 400-3000 im 90°-Winkel aufgestellt sind, sodass ein Mitarbeiter beide Maschinen bedienen kann. Zum System gehört neben dem externen Werkzeugmagazin inklusive Roboter noch eine Bandpoliermaschine für die Feinbearbeitung. Diese drei Weingärtner-Maschinen decken die gesamte Fertigung kleinerer Schnecken im Engel-Großmaschinenwerk St. Valentin ab. Und auch diese Anlage wird – wie alle anderen Weingärtner-Installationen dort – von den Service-Verantwortlichen bei Engel als sogenanntes „Green-Team“ geführt. Was heißt, dass die Maschinen zum einen als hochproduktiv und zum anderen als absolut nicht störanfällig gelten.

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Foto: Helmut Angeli Weingärtner-Bandpoliermaschine für die Feinbearbeitung.

Helmut Angeli/rk

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