Zu den Spezialitäten der österreichischen MCE Maschinen und Apparatebau GmbH, Linz, gehört unter anderem die Fertigung von Komponenten für Gas-, Dampf- und Wasserturbinen sowie für Windkraftanlagen und andere Segmente der Energiegewinnung – ein Geschäft, das seit Jahren wächst und nicht zuletzt durch das tragische Unglück im japanischen Fukushima zusätzlich an Bedeutung gewinnt. Das umfangreiche Know-how der Linzer Spezialisten ist weltweit gefragt, wie der erfahrene Maschinenbauleiter Gottfried Langthaler bekräftigt: „Wir haben Zertifikate für alle Energiebranchen und sind vor allem dann gefragt, wenn große und schwere oder kleine und komplizierte Produkte zu fertigen sind."

Was MCE unter groß und schwer versteht, wird spätestens dann deutlich, wenn man in der Werkstatt den Umgang mit „Blechen" beobachtet. Per Unternehmens-Definition gehören selbst 300 mm dicke Brammen dazu, die vor dem Walzen thermisch auf ein erstes Maß zugeschnitten werden. Gewalzte Bleche mit Dicken von bis zu 160 mm werden im Linzer Werk sogar umgeformt.

Die viele Tonnen schweren Teile werden beispielsweise für Grundkörper von Energieanlagen eingesetzt. Im Verhältnis dazu wirken die bei MCE ebenfalls gefertigten Modelle von Laufrädern mit etwa einem halben Meter Gesamtdurchmesser tatsächlich klein. Kompliziert herzustellen sind sie allemal und bedeutend, wenn es darum geht, den Auftrag für die großen Turbinenkomponenten zu bekommen. „Bevor unsere Kunden Aufträge für Wasserturbinen vergeben, müssen wir anhand von kleineren Modellen die Leistungsfähigkeit unserer Komponenten beweisen", erklärt Langthaler. „Dementsprechend wichtig ist es für uns, die kleinformatigen Turbinen qualitativ hochwertig und gleichzeitig produktiv sowie mit kurzer Durchlaufzeit zu fertigen."

Durchlaufzeiten drastisch reduziert

Grundsätzlich gehen bei MCE fertige Konstruktionsdaten ein, aus denen mit der CAD/CAM-Software von Open Mind fertigungsoptimierte Datensätze erstellt werden. Diese werden schließlich über ein WLAN-Netzwerk auf die Maschine übertragen. Der weitere Ablauf unterscheidet sich heute deutlich von der noch im Jahr 2010 üblichen Vorgehensweise bei MCE. Damals wurden beispielsweise für eine Francis-Turbine alle Laufräder einzeln auf einem fünfachsigen Bearbeitungszentrum gefräst und anschließend miteinander verschraubt bzw. verschweißt. Die Durchlaufzeit lag insgesamt bei durchschnittlich sechs Wochen.

Dank einiger fertigungstechnischer Kniffe und der seit Ende 2010 in der Modellfertigung verfügbaren Sinumerik-gesteuerten GS 1000/5-FDT von Alzmetall konnte der findige Bearbeitungsprofi Langthaler die Durchlaufzeit produktabhängig um bis zu ein Drittel auf etwa vier Wochen reduzieren. Als gelernter Maschinenbaumeister und Konstrukteur wusste er schon vor dem Kauf der Alzmetall-Maschine, dass es für seine Modellfertigung ideal wäre, wenn eine Modell-Francis-Turbine aus Messing aus dem Vollen herausgearbeitet werden könnte: „Ich war nur skeptisch, ob ein Bearbeitungszentrum das kann. Schließlich müssen wir sowohl ein hohes Schruppspanvolumen realisieren, als auch mit höchster Präzision und Oberflächengüte schlichten. Außerdem fallen bei uns neben der komplexen Freiformflächen-Fräsbearbeitung auch Drehaufgaben an."

Produktiv schruppen und präzise schlichten

Bei einem Treffen mit anderen Fertigungsexperten im Fraunhofer IPT (Institut für Produktionstechnologie) Aachen wurde Langthaler erstmals auf die GS 1000/5-FDT aufmerksam. Schon die ersten Tests machten deutlich, dass diese Maschine den Anforderungen gerecht wird. „Die technische Basis stimmte", so Langthaler. „Zudem hat Alzmetall das Bearbeitungszentrum sehr unbürokratisch und schnell an unsere speziellen Bedürfnisse angepasst, so dass wir alle Anforderungen im Hinblick auf Genauigkeit und Oberflächengüte erfüllen können und dies – bei Bedarf – in einer Aufspannung."

In Gantry-Bauweise konstruiert, verfügt die GS 1000/5-FDT über ein rund sieben Tonnen schweres Grundgestell aus Grauguss. Das „ echte Gantry-Konzept" der beiden Y-Achsen hat zwei geregelte Antriebe, die – und das ist für ein solches Konzept entscheidend – ebenso über zwei direkte Wegmesssysteme gesteuert werden. Die X-Achse ist ähnlich aufgebaut. Dieses sogenannte Box-in-Box-System führt zu extrem hoher Steifigkeit. Im Zusammenspiel mit der achtfach geführten Z-Achse lässt sich am Werkzeug – selbst bei synchronem Achsbetrieb – eine Positioniergenauigkeit von 7 µm erzielen.

Bei aller Präzision ist das Bearbeitungszentrum von Alzmetall auch sehr schnell. Es beschleunigt in den drei linearen Achsen (X, Y, Z) mit bis zu 17 m/s2 und erreicht Geschwindigkeiten von 60 m/s im Eilgang. Die maximale Vorschubkraft von 10 kN trägt das ihre zu den geringen Bearbeitungszeiten bei. Gleiches gilt für die eingesetzte Steuerung – eine Sinumerik 840D.

Die Ausstattung mit der CNC von Siemens, welche Alzmetall für Fräs-Dreh-Anwendungen ausschließlich einsetzt, war für Langthaler eine weitere Bedingung: „Seit Mitte der 90er Jahre setzen wir bevorzugt auf Sinumerik-Steuerungen. Insbesondere bei der komplexen Fünfachsbearbeitung überzeugte diese schon immer. Durch die extrem hohe Regelgüte, die schnelle Satzabarbeitung und Blockzykluszeiten, die im Millisekundenbereich liegen, ist sie extrem schnell", bestätigt der MCE-Maschinenbauleiter und ergänzt: „Außerdem lassen sich die einstellbaren und programmierbaren Nullpunktverschiebungen einfach und flexibel setzen, und das Setup von Werkstücken ist im Einrichtbetrieb mittels Mess- und Schwenkzyklen problemlos durchführbar. Seitdem es die grafischen Bedienoberflächen Shopmill und Shopturn gibt, ist der Umgang mit der Sinumerik 840D zudem einfach und übersichtlich."

Übersichtliche CNC für Fräsen und Drehen

Da bei MCE neben Fräs- auch Drehaufgaben auf dieser Maschine zu erledigen sind, steht diese Forderung im Lastenheft – und wird von der GS 1000/5-FDT erfüllt. „Buz" Bozner, Leiter des Technologiezentrums bei Alzmetall, erläutert die technische Basis: „Wir haben in der A-Achse zwei und in der C-Achse einen Torquemotor integriert und erreichen damit zum Beispiel in der C-Achse Drehzahlen von 300 Umdrehungen pro Minute. Diese Torquemotoren verfügen nicht nur über ein – wie der Name andeutet – extrem hohes Drehmoment, sondern sind auch nahezu wartungsfrei."

Die Fräs-Drehmaschine bietet einen enorm großen Bearbeitungsraum, den selbst Standard-Drehmaschinen kaum erreichen. Es lassen sich Bauteile mit bis zu 1000 mm Durchmesser bearbeiten. Das ist nicht zuletzt dadurch in höchster Präzision möglich, weil mit der GS 1000/5-FDT in jeder Lage gedreht werden kann. „Wir können die beiden Tischachsen dazu nutzen, Bauteile schräg in den Raum zu stellen", bestätigt Langthaler. „So ist es uns möglich, mit kurzen Werkzeugen tiefe Gehäuse zu drehen und sogar komplette Francis-Laufräder in einer Aufspannung zu fertigen." Hierfür ist wiederum die Sinumerik-Steuerung gefragt. Sie realisiert die gewünschte Bearbeitung in jeglicher Drehlage.

Besonders einfach und übersichtlich kann der Bediener arbeiten, wenn eine GS 1000/5-FDT mit der neuen Benutzeroberfläche Sinumerik Operate zum Einsatz kommt. Diese entspricht in vielen Details der eines normalen PC und ist stets im gleichen Stil aufgebaut – egal ob Fräs- oder Drehvorgänge zu programmieren und einzurichten sind. Beim Einrichten wird der Bediener zudem durch grafische Darstellungen und animierte Bilder unterstützt. Darüber hinaus stehen viele intelligente Funktionen zur Verfügung, die unter anderem für das Messen von Werkzeugen und Werkstücken hilfreich sind. So sind etwa einfache Schwenkbefehle integriert. Außerdem erleichtern bewegte Bilder die Richtungswahl etwa bei Freifahrten, wobei die Auswahl nur mit der Insert-Taste zu bestätigen ist.

Einen weiteren Vorteil hebt Bozner heraus: „Um schnell auf die benötigten Werkzeuge zugreifen zu können, bietet Sinumerik Operate eine klar strukturierte Werkzeugliste, deren Anzeige durch den Anwender konfigurierbar ist. Dabei lassen sich sämtliche Dreh- und Fräswerkzeuge auf einer Seite ablegen und durch Icons erkennbar machen. So kann der Bediener letztlich alle relevanten Daten mit einem Blick erfassen."

Siemens AG www.sinumerik.de

MCE Maschinen- und Apparatebau GmbH www.mce-map.bilfinger.com

Alzmetall Werkzeugmaschinenfabrik und Gießerei Friedrich GmbH & Co. KG www.alzmetall.de

Autor: Alois Penzkofer, Senior Vertriebsbeauftragter und Global Account Manager, Division Drive Technologies, Siemens AG