Große Teile, feine Bohrungen, hohe Standzeiten

Mehrschneidenreibahle sorgt für Prozessverbesserungen bei der Bearbeitung von Achsschenkeln

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Mit Innovationen Zeit und Kosten sparen – das hat Werkzeugspezialist Mapal beispielsweise mit den HPR 300 Reibahlen für große Bohrungen umgesetzt. Kessler + Co, Hersteller von schweren Planetenachsen, Verteilergetrieben und Radantrieben, konnte damit gegenüber der bisherigen Fertigungslösung deutliche Prozessverbesserungen erzielen und Kosten senken.
Bei Schwerlastfahrzeugen wie Kränen, Flugzeugschleppern, Bau- und Bergbaumaschinen, Feuerlöschfahrzeugen, schweren Gabelstaplern oder Containerumschlaggeräten stehen die Chancen gut, dass sie mit Kessler-Achsen ausgestattet sind. Denn Kessler + Co., Abtsgmünd, stellt jährlich rund 45000 schwere Planetenachsen und Getriebe her – vorwiegend Lenktriebachsen mit dynamischen Achslasten von 8t bis 70t sowie starre Antriebsachsen mit dynamischen Achslasten von 8t bis 200t. Diese Bauteile erreichen bis zu fünf Meter Länge und lassen Pkw-Komponenten wie Spielzeuge aussehen.
Auch bei diesen großen Dimensionen sind die geforderten Genauigkeiten hoch. So müssen zum Beispiel Bohrungen in den Achsschenkeln einmal senkrecht und zweimal seitlich in den Toleranzen K6 und H7 bearbeitet werden. Der Durchmesser beträgt in den meisten Fällen 72 mm.

Auf der Suche nach Prozessverbesserungen
Da sie später Nadel- oder Gleitlager aufnehmen müssen, sind die Anforderungen an die Genauigkeit und Oberflächengüte der Bohrungen hoch. Bis vor kurzem wurden sie deshalb mit einem einschneidigen Ausspindelwerkzeug bearbeitet. Ein Verfahren, das zwar genau, aber aufwändig und letztendlich nicht hundertprozentig prozesssicher war. Nach einem Wechsel der Wendeplatte musste der Maschinenbediener zunächst einen Messschnitt fahren, messen und das Maß an der Maschine entsprechend korrigieren.
Dann lief das Werkzeug nur wenige Aufspannungen, wobei dabei keine zufriedenstellende Prozesssicherheit gegeben war, da die geforderte Qualität der Bohrung über die gesamte Sitzlänge nicht sicher erreicht wurde. Mannarme Schichten ohne Nacharbeit waren nicht denkbar.
Die Verantwortlichen bei Kessler & Co. wurden aktiv. Sie nahmen Kontakt mit ihren Werkzeuglieferanten – unter anderem Mapal – auf und suchten gemeinsam nach neuen Lösungen, um den Prozess zu verbessern und letztendlich die Kosten pro Bohrung zu senken. Die wichtigsten Kriterien waren höhere Prozesssicherheit und ein geringerer Aufwand für den Maschinenbediener.

Bild 1: Standzeitunterschied: Früher konnten mit einem einschneidigen Ausspindelwerkzeug zwei Aufspannungen bearbeitet werden. Die neue Mapal HPR 300 Reibahle erreicht eine Standzeit von bis zu 750 Bohrungen.

Plug & Play mit mehrschneidigen Reibahlen
Eine grundsätzliche Überlegung galt der Art des Werkzeugs: Müssen die Bohrungen mit einschneidigen Ausspindelwerkzeugen bearbeitet werden? Nein. Als Alternative bieten sich mehrschneidige Reibahlen an. So wurden zunächst einstellbare Schneidringe getestet, die bezüglich der Standzeiten schon deutliche Verbesserungen brachten. Jedoch war auch hier der Einstellaufwand zu hoch und die gewünschte Prozesssicherheit nicht gegeben. Es wurde klar, dass nur feste, nicht einstellbare Werkzeuge zum Ziel führen würden, wie sie Mapal mit der HPR 300 Reibahle im Programm hat. Diese Baureihe wurde speziell für große Bohrungen im Durchmesserbereich von 40 bis 300 mm entwickelt. Michael Neumann, zuständiger Mapal-Produktmanager, erklärt: „Mehrschneidige Reibwerkzeuge erfüllen nicht nur die geforderte Genauigkeit, sondern auch den immer häufiger geäußerten Wunsch nach Plug & Play – sprich, der Anwender soll keinerlei Einstellaufwand haben. Mit unseren HPR-Reibahlen bekommt er auf das gewünschte Toleranzmaß geschliffene Werkzeuge, die er ohne Einstellvorgang in die Maschine einsetzen und sofort produzieren kann. Macht sich Verschleiß bemerkbar, werden sie einfach ausgewechselt und durch neue ersetzt.“ Bei den HPR-Werkzeugen von Mapal handelt es sich um sogenannte feste Werkzeuge, da sie nicht eingestellt werden müssen. Das gesamte HPR-Produktprogramm deckt mit mehreren standardisierten Varianten den Durchmesserbereich von 7 bis 300mm ab und beinhaltet neben den festen Werkzeugen auch feinjustierbare Varianten für höchste Präzision.

Bild 2: Viele Schneiden und geringe Lebenszykluskosten – die neue MAPAL HPR 300 Reibahle hat bei Kessler + Co. bisher eingesetzte Ausspindelwerkzeuge verdrängt.

Bild 3: Erfolgreiche Partnerschaft: Meister Hubert Fuchs und Vorarbeiter Klaus Weiss überlegen gemeinsam mit den Mapal Werkzeugfachleuten Marc Wagner und Michael Neumann, wie sich die Achsschenkel optimal bearbeiten lassen.


HPR 300 – geklemmt statt gelötet
Eine Neuentwicklung in dieser HPR-Familie – die letztendlich bei Kessler + Co. zum Zuge kam – ist die HPR 300 Reibahle. Ihre Besonderheit: Die Schneiden werden nicht wie üblich eingelötet, sondern als Rohling im Werkzeugkörper geklemmt und dabei mit Spannpratzen sicher und fest gehalten.
Das hat vor allem Vorteile bei der Wiederaufbereitung verschlissener Werkzeuge. Sie wird erheblich einfacher, schneller und kostengünstiger. Michael Neumann weist darauf hin, dass die geklemmten Schneiden keine Wechselplatten in herkömmlichem Sinne sind, sondern „wie gelötete behandelt werden. Wir haben eine FEM-Untersuchung gemacht und auf dieser Basis ein neues Klemmsystem entwickelt, das die Platten so fest im Sitz hält wie gelötet. Nur ist das Lösen einfacher, und es findet kein Wärmeeintrag in den Grundkörper statt, der sich negativ auf die Rundlaufgenauigkeit auswirken könnte. Durchmesser und Anschnittgeometrie der Schneiden werden nach der Montage hochgenau geschliffen wie bei den gelöteten Werkzeugen auch.“
Bei Kessler + Co. hat sich die HPR 300 Reibahle in ausführlichen Vergleichtests gegenüber anderen Angeboten durchgesetzt. Meister Hubert Fuchs bestätigt: „Entscheidend waren die Qualität der Bohrung, die Standzeit des Werkzeugs und die Prozesssicherheit. Die HPR 300 konnte sich durch die besten Standzeiten bei gleichzeitig hohen Schnittgeschwindigkeiten durchsetzen.“ Einkäufer Uwe Schermann hat bei der Umstellung die Wirtschaftlichkeit im Auge behalten. Er ergänzt: „Wir konnten durch die neuen Werkzeuge die Kosten pro Bohrung deutlich senken. Im Gesamtprozess werden durch die längeren Standzeiten und die Prozesssicherheit mannarme Schichten mit Pallettenwechsel-Systemen ermöglicht, aus denen sich weitere Einsparungen ergeben. Letztendlich konnte auch die Umlaufmenge der Werkzeug reduziert werden, da die neuen HPR 300 Reibahlen in der halben Zeit von Mapal wiederaufbereitet werden.“

Erfolgreiche Versuchsergebnisse
Bei den ersten Versuchen, die 72 mm großen Bohrungen in den Achsschenkeln mit der HPR 300 Reibahle zu bearbeiten, erreichten die Kessler-Zerspanfachleute eine Werkzeugstandzeit von rund 240 Bohrungen und lagen so auf Anhieb auf dem Niveau der besten Mitbewerber. Doch gemeinsam mit Marc Wagner, dem zuständigen technischen Berater von Mapal, wurde weiter an den Details gefeilt. Durch verschiedene Verbesserungen, unter anderem dem Wechsel des Schneidstoffs und einer optimierten Schneidengeometrie, ließen sich die Standzeiten auf bis zu 750 Bohrungen verbessern. „Die Unterstützung von Mapal-Seite durch Marc Wagner und zusätzliche Werkzeugspezialisten war hervorragend“, lobt Hubert Fuchs. „Zusammen konnten wir hier vor Ort den Prozess spürbar optimieren. Da sich die geforderten Toleranzen der Bohrungsdurchmesser in einem gewissen Bereich überschneiden, ist es uns sogar gelungen, beide Bearbeitungen mit ein und demselben Werkzeug zu meistern.“
Die lange Standzeit ohne jeden Einstellaufwand hat auch den Maschinenbediener erheblich entlastet. Selbst Notfälle durch außerplanmäßige Werkzeugschäden kommen so gut wie nicht mehr vor. Denn beispielsweise Sandeinschlüsse im Guss sind bei der mehrschneidigen HPR 300 Reibahle nicht mehr so problematisch wie früher beim einschneidigen Ausspindelwerkzeug. Der härtere Gusssand beschädigt vielleicht eine Schneide, aber die Oberflächenqualität bleibt gegeben.

Längere Lebensdauer und reduzierte Aufbereitungskosten
In der Achsschenkelfertigung von Kessler + Co. wird das Reibwerkzeug dann gewechselt, wenn das Maß unter die Toleranzgrenze fällt. Anschließend geht es zurück zu Mapal – zum Wiederaufbereitungsservice. Hier macht sich die zweite Prozessverbesserung der HPR 300 Reibahle bemerkbar. Denn die verschlissenen Schneiden können sehr leicht und schnell durch neue Schneidenrohlinge ersetzt und wieder in der ursprünglichen Qualität geschliffen werden. Ein entscheidender Vorteil liegt darin, dass der Werkzeugkörper und insbesondere der Spannschaft seine ursprüngliche, hohe Genauigkeit beibehält. Beim Austausch der Schneidkörper unterliegt der Werkzeugkörper keinerlei thermischer Belastung und aufwändige Reinigungsprozesse sind nicht mehr notwendig.
Bei herkömmlichen Reibahlen sind die Schneiden üblicherweise eingelötet oder teilweise geklebt, wodurch bei einer Wiederaufbereitung der Werkzeugkörper belastet wird und öfter erneuert werden muss. Durchschnittlich können gelötete Werkzeuge drei bis vier Mal wiederaufbereitet werden, während sich die neuen HPR 300 Reibahlen mindestens fünfzehn Mal neu bestücken lassen. Gegenüber der gelöteten Mehrschneiden-Reibahle ist zwar die Grundinvestition ins HPR 300 Werkzeug etwas höher. Sie amortisiert sich jedoch durch die längere Lebensdauer des Werkzeuggrundkörpers schon nach den ersten Aufbereitungszyklen Über die gesamte Lebensdauer eines Werkzeugs gerechnet, kann der Anwender auf diese Weise deutlich Kosten sparen.

Spezialist für große Antriebsachsen
Die Kessler + Co. GmbH & Co. KG wurde 1950 als Achsenfabrik gegründet und zählt heute zu den führenden Herstellern von Antriebsachsen und Verteilergetrieben für schwere Mobilfahrzeuge im Hochleistungsbereich. Auf einer Fertigungsfläche von 80 000 Quadratmetern werden jährlich rund 45 000 schwere Planetenachsen und Getriebe hergestellt: Durch ein ausgefeiltes Baukastensystem mit einer Baureihe von standardisierten Antrieben und Radplanetengetrieben ist Kessler + Co. in der Lage, kostengünstige und flexible Lösungen auch für Sonderfahrzeuge zu fertigen. Im Jahr 2008 erwirtschaftete die Firma einen Umsatz von 300 Mio. Euro.

Kontakt:

Kessler & Co. GmbH & Co. KG: www.kesslerachsen.de

MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG: www.mapal.com