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Spindelsystem Wie man ohne neue CNC-Maschinen die Produktion beschleunigt

| Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Viele Maschinenhersteller verwenden das Doppelkontakt-Spindelsystem von Big Kaiser. Was sie aber oft nicht wissen, ist, welches Potenzial damit in ihren Anlagen steckt. Deutlich wird das bei Hera Arms, einem Sportwaffen-Hersteller aus dem Spessart.

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Das fertig gefräste Gehäuseoberteil einer halbautomatischen „The 15th“-Sportwaffe von Hera. Längs durch die Mitte geht das 25,4-mm-Durchgangsloch.
Das fertig gefräste Gehäuseoberteil einer halbautomatischen „The 15th“-Sportwaffe von Hera. Längs durch die Mitte geht das 25,4-mm-Durchgangsloch.
(Bild: Big Kaiser)

Waffen-Herstellung ist keine Raketenwissenschaft. Das Wissen um diese Technik ist weit mehr als 100 Jahre alt. Aber mit ein wenig Know-How und Wissen in Metallurgie und den passenden Maschinen lässt sich schnell eine krude Schusswaffe herstellen. Interessant wird es aber bei modernen Sportwaffen - denn diese sollen nicht nur „Peng“ machen, sondern möglichst wiederholgenau das Loch an der selben Stelle im Papier. Damit dies gewährleistet ist, sind Spezialisten wie Daniel Krüger gefragt. Der 25-jährige Heidingsfelder ist Fertigungsleiter von Hera Arms in Triefenstein, 20 km westlich von Würzburg.

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Was man braucht ist eine gute Ausbildung, gutes Design und Spaß am Beruf. Allerdings hatte Hera immer wieder das Problem, dass ihre qualitativ hochwertigen Produkte vergleichsweise lange in der Herstellung brauchten – ein Umstand den die Kunden verständnisvoll hinnahmen, doch auf Dauer kein Zustand war. Thomas Nöth, Geschäftsführer von Hera Arms musste also handeln, wollte man im Wettbewerb zu anderen deutschen Qualitäts-Herstellern auf dem doch überschaubaren Markt für halbautomatische Sportgewehre bestehen. Da das Potential des modernen CNC-Maschinenparks auf dem ehemaligen Hofgelände nicht ausgenutzt wurde, überzeugte Daniel Krüger seinen Chef von Big-Plus-fähigen Spindeln von Big Kaiser. Allerdings war es Nöth wichtig, dass die Produktionsqualität unter der dann gesteigerten Produktionsgeschwindigkeit auf keinen Fall leiden dürfe.

Das muss sie auch nicht, denn die Produktion wurde mittels moderner CAD- und CAM-Technologie in CNC-gesteuerten Fertigungsprozessen so umgesetzt, dass sowohl Qualität als auch Prozesssicherheit gewährleistet werden können. Aktuell werden in der Fertigung zwei Milltap 700 und eine DMU 50 von DMG Mori eingesetzt. Erstere mit einer Big-Plus-BT-30-Werkzeugaufnahme, letztere mit einer Werkzeugaufnahme vom Typ Big-Plus SK 40. Alle drei Maschinen sind jetzt mit Werkzeugen von Big Kaiser ausgestattet.

Ausschlaggebend für die Neuerung war dabei vor allem eine durchgehende 25,4-mm-Bohrung. Diese findet sich im AR-15-Gehäuseoberteil, einem essentiellen Teil des halbautomatischen Gewehrs: Seine große Tiefe stellt die Steifigkeit des Werkzeuges vor große Herausforderungen, wenn es darum geht, die Genauigkeit sicherzustellen und die Oberflächenqualität zu wahren.

Armin Salbaum (links), von Big Kaiser, und Daniel Krüger, Fertigungsleiter von Hera, vor der Milltap 700 mit Big-Plus BT30-Werkzeugaufnahme.
Armin Salbaum (links), von Big Kaiser, und Daniel Krüger, Fertigungsleiter von Hera, vor der Milltap 700 mit Big-Plus BT30-Werkzeugaufnahme.
(Bild: Big Kaiser)

Big-Plus-fähige Spindeln sind leistungsfähig und dabei abwärtskompatibel zu Standard-Werkzeugaufnahmen. Das wissen auch die rund 170 Maschinenhersteller, die sich bereits dazu entschieden haben, diese Spindeln zu verbauen

40 % Zeitersparnis

„Die AR-15-Gehäuseoberteile werden bei uns als Aluminium-Rohteile angeliefert und werden dann gefräst. Dabei ist für uns vor allem die Präzisionskette entscheidend. Von der Spindel über die Werkzeugaufnahme durch das Werkzeug und das Werkstück in die Einspannung und zurück in die Maschine muss alles stimmen. Mir nützt das steifste Bearbeitungszentrum nichts, wenn meine Werkzeugaufnahme nicht mithalten kann“, erläutert Daniel Krüger. „Die DMG-Maschinen sind da sehr gut geeignet, denn deren Speedmaster-Spindeln haben das Big-Plus System. So können neben den herkömmlichen BT- bzw. SK-Werkzeughaltern auch solche für Big-Plus BT und SK eingesetzt werden.“ Im Gegensatz zu anderen Maschinenspindelkonstruktionen bietet dieser eine simultane Kegel- und Plananlage zwischen Maschinenspindel und Werkzeughalter. Das sorgt für eine extrem stabile Verbindung zwischen Maschine und Werkzeug.

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„Das System hat mich wirklich überzeugt. Wir können nicht nur unsere Qualitätsanforderungen erfüllen, sondern durch erhöhten Vorschub im Vergleich zu vorher auch noch 40 % schneller fräsen,“ freut sich Daniel Krüger. Armin Salbaum aus dem Bereich Anwendungstechnik & Fertigungsoptimierung von Big Kaiser erklärt, warum das so ist: „Im Vergleich zur normalen Steilkegel-Schnittstelle ermöglicht das Big-Plus-System einen gleichzeitigen Kontakt am Kegel und an der Planfläche der Aufnahme, wodurch eine höhere Stabilität entsteht. Das Werkzeug wird dann so weit in die Spindel gezogen, bis die Planfläche des Werkzeugs die Oberfläche der Spindelnase erreicht. Daher ist es auch so wichtig, dass die Aufnahmen in der Toleranz liegen. Tun sie das nicht, wie es bei nicht-lizensierten Werkzeugaufnahmen vorkommen kann, kann die Spindel schwer beschädigt werden. Durch das Big-System ergibt sich eine verbesserte Vibrationsdämpfung und Steifigkeit, die die Bearbeitungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit erhöht und so Schwer-Zerspanen und hohe Schnittgeschwindigkeiten bei gleichzeitig erhöhter Standzeit ermöglicht.“

Die Speed-Master BDV40-Spindel mit Planauflage durch Big-Plus Werkzeugaufnahme (links) und einer Standard-SK40-Werkzeugaufname (rechts).
Die Speed-Master BDV40-Spindel mit Planauflage durch Big-Plus Werkzeugaufnahme (links) und einer Standard-SK40-Werkzeugaufname (rechts).
(Bild: Big Kaiser)

„Kurz gesagt: Ich kann mit einer 30er-Maschinenspindel arbeiten wie mit einer herkömmlichen 40er und die Big-Plus SK 40 ist von der Steifigkeit her sogar eher mit einer SK 50 vergleichbar“, meint Daniel Krüger. „Mal abgesehen davon, dass diese kostengünstiger ist, hätte eine größere Maschine gar nicht in unsere Halle gepasst und der Stromanschluss ist auch am Limit. Außerdem gibt es Situationen, in denen die kleinere Spindel von Vorteil ist, da sie durch ihre geringeren Abmaße näher an schwierige Bauteil-Topologien fahren kann.“

Mehr Zeit, weniger Fehler

Mit der CK-Schnittstelle von Big Kaiser bieten diese Werkzeugaufnahmen einen einfachen Wechsel des Werkzeughalters. Er kann mit nur einer Schraube µm-genau ausgetauscht werden. „Gerade für einen kleineren Betrieb wie Hera ist das wichtig“, erklärt Daniel Krüger: „Mit der CK-Schnittstelle kann ich Verlängerungen und Reduzierungen einfügen und benutze sie mit Vollbohrern, Feinbohrköpfen und sogar Bohrfuttern. Das Ganze kann ich in eine beliebige Werkzeugaufnahme einspannen und so zwischen den Maschinen wechseln, obwohl sie verschiedene Maschinenspindeln haben. Die Modularität, die ich damit erreiche, und die Anzahl von Werkzeugen, die ich so einspare, sind einfach super. So kann beim Wechseln nichts schiefgehen und wir können nicht nur Zeit einsparen, sondern auch Fehler vermeiden.“

Auch für Details konnte Hera interessante Lösungen finden. „Das Schöne ist die Handhabung“, erzählt Daniel Krüger. „Seit dem Wechsel sind jetzt alle Wendeplatten gleich. Ich betreibe mehrere Anlagen und noch mehr Werkzeuge mit nur einer Wendeplatte. Ich muss nicht so viel Verschleissmaterial vorhalten und habe außerdem weniger Fehler. Wir erzielen nun mit einem einschneidigen Feinbohrkopf bessere Ergebnisse als mit der Sonderreibahle, die mit Beschaffungs- und Lieferzeit verbunden war. Bei gleicher Bearbeitungszeit habe ich eine bessere Oberfläche und weniger Ausschuss.“

Der weißfertige AR-15-Handschutz nach der im CNC-Programm festgelegten Reinigung durch den Chip Fan von Big Kaiser. Die automatisierte Reinigung beugt Fleckenbildung vor, spart Zeit und Luft und verringert auch das Risiko für Verletzungen durch umherfliegende Späne.
Der weißfertige AR-15-Handschutz nach der im CNC-Programm festgelegten Reinigung durch den Chip Fan von Big Kaiser. Die automatisierte Reinigung beugt Fleckenbildung vor, spart Zeit und Luft und verringert auch das Risiko für Verletzungen durch umherfliegende Späne.
(Bild: Big Kaiser)

Deutsche Qualitätsprodukte weltweit

Als 2008 die Firma Hera Arms gegründet wurde, ahnte man noch nichts von dem Erfolg, den die Produkte haben würden. Allein in den letzten Jahren ist Hera so stark gewachsen, dass fast jedes Jahr ein neues Bearbeitungszentrum angeschafft wurde. „Als Chef eines kleinen Unternehmens stand ich den ambitionierten Anschaffungsplänen von Herrn Krüger erst ein wenig skeptisch gegenüber. Aber da wir immer das Preis-Leistungs-Verhältnis betrachten, haben wir uns letztlich für Premiumwerkzeuge entschieden und bis dato damit Recht gehabt: Alles rentiert sich. Mittlerweile haben wir ein Verteilerzentrum in den USA etabliert“, erklärt Thomas Nöth. In Salt Lake City beschäftigen wir mehrere Mitarbeiter, die unsere Produkte dort vertreiben. Generell würden wir gerne am Produktionsstandort in Deutschland weiter expandieren – deswegen haben wir auch schon weitere Gewerbegrundstücke erworben, auf denen mittelfristig neue Produktions- und Lagerhallen geplant sind. Ich sage immer gern: Der einzige Grund, warum wir noch keine Robotik haben, sind Stromverbrauch und Platzmangel.“

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