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23.06.2016 - Fachartikel - Maschinenbau
22 °C mit minimaler Abweichung von ± 0,2 K/h: Neuer Präzisionsfertigungsraum ermöglicht Bearbeitung von Druckmaschinen-Komponenten mit ± 10 µm Genauigkeit
(Initiative Mittelstand)Um die Unterteile von Bogendruckmaschinen im Werk Würzburg mit einem hochfeinen Finish zu versehen, schaffte die Koenig & Bauer AG (KBA) 2015 ein DIXI 270-Bearbeitungszentrum des Schweizer Herstellers DMG Mori an. Damit die Maschine die erforderlichen Genauigkeitswerte von ± 10 µm einhalten kann, müssen im Maschinenraum jedoch spezielle Bedingungen erfüllt werden, allen voran eine Temperatur von 22 °C, von der nur eine minimale Abweichung von ± 0,2 K/h gestattet ist. Um dies zu gewährleisten, ließ KBA von den Experten der Nerling Systemräume GmbH einen Präzisionsfertigungsraum mit Vortemperierraum einrichten. Wegen des Platzbedarfs des Bearbeitungszentrums von etwa 11,5 x 13 m hat dieser eine Größe von 23 x 14 m² bei einer Raumhöhe von 8,8 m, was die Einhaltung der präzisen Temperaturvorgaben zu einer Herausforderung für die Klimatechnik werden ließ. Eine weitere Schwierigkeit ergab sich beim Aufbau der Maschine: An der Stirnseite des Maschinenraumes musste ein Teil des Daches offen bleiben, um das Bearbeitungszentrum im Ganzen mit einem Kran hineinheben zu können. Erst anschließend wurde der Raum schnellstmöglich verschlossen, um sofort die richtigen Umgebungsbedingungen für die Maschine zu schaffen.
„Wir haben uns 2014 entschieden, zur Bearbeitung der Unterteile der Bogendruckmaschinen ein DIXI 270-Bearbeitungszentrum in unserem Werk in Würzburg aufzustellen“, erklärt Ewald Baumeister, Leiter Großteilefertigung beim Tochterunternehmen KBA Industrial Solutions AG & Co. KG. „Nachdem der Hersteller DMG Mori eine Studie durchgeführt und eine abschließende Konfiguration des Bearbeitungszentrums vorgenommen hatte, wurde uns mitgeteilt, welche Umfeldbedingungen vor Ort eingehalten werden müssen, damit es mit der von uns vorgegebenen Präzision arbeiten kann.“ Das Dixi 270 ist für das hochgenaue Finish der Unterteile, die aus Grauguss GG25 bestehen, zuständig und benötigt dafür vor allem eine gleichbleibende Temperatur von 22 °C ± 0,2 K/h. Zu größeren Temperaturschwankungen darf es nicht kommen, da trotz der Größe der Teile die Toleranz bei lediglich 10 µm liegt. Jedes Grad, um das sich die Umgebungstemperatur verändert, hätte deutliche negative Auswirkungen auf die Genauigkeit der Bearbeitung.
Klimaraum direkt neben bestehendem Messraum
„Mit dem Vorgabenportfolio des Herstellers sind wir an die Firma Nerling herangetreten, die für uns bereits 2006 einen Messraum der Klasse 2 eingerichtet hatte, mit dem wir gute Erfahrungen gemacht haben“, so Baumeister. „Wir haben uns dann auf Anraten der Fachleute entschieden, nicht nur einen Maschinenraum zu bauen, sondern auch einen Vortemperierraum, in dem wir die zu bearbeitenden Teile lange genug in der erforderlichen Temperatur lagern können, bis sie ebenfalls 22 °C angenommen haben.“ Am für beide Räume vorgesehenen Standort in einer normalen Fertigungshalle waren bislang ältere Bearbeitungsmaschinen aufgestellt gewesen. Nebenan befand sich der Messraum von Nerling inklusive Vorraum, an den der Maschinenraum direkt angebaut wurde.
„Der Klimaraum für das DIXI-Bearbeitungszentrum bildet zusammen mit dem Messraum und den Vortemperierräumen eine Systemraumanlage mit einer Grundabmessung von 20,9 x 44,4 m sowie einer Höhe von 8,8 m“, so Olaf Nerling, Geschäftsführer der Nerling Systemräume GmbH. Diese Abmessungen waren notwendig, da das Bearbeitungszentrum eine Größe von circa 13 x 13 m hat. Die Raumanlage besteht aus einer Stahlkonstruktion, die als Tragwerk für die Decke und den bauseitigen 12,5 t-Kran dient, der für die Bestückung der Maschine mit Werkstücken eingesetzt wird.
Präzisionsklimatechnik für besonders großen Maschinenraum
„Eine grundlegende Herausforderung bestand bei diesem Projekt darin, die geforderten Temperaturwerte in einem circa 320 m² großen Raum einzuhalten“, so Nerling. Die Experten verbauten daher bei der Klima- und Lüftungstechnik einen Präzisionsluftkonditionierer, der eine Temperaturführung entsprechend der vorliegenden Maschinenspezifikation gewährleisten kann. Dessen Grundtemperatur liegt bei den geforderten 22 °C und ist in 0,1 K-Schritten einstellbar. Die relative Luftfeuchte kann jahreszeitlich gleitend eingestellt werden und maximal 70 Prozent betragen. „Aktuell liegt die Luftfeuchtigkeit im Raum bei 60 Prozent“, so Baumeister. „Wir möchten sie aber auf etwa 40 Prozent senken, um das Wohlbefinden der Mitarbeiter zu erhöhen.“ Im Bearbeitungszentrum wird in drei Schichten gearbeitet, eine Person ist ständig anwesend.
Die zweite Herausforderung für die Systemraumbauer bestand darin, dass es keine Möglichkeit gab, den Raum komplett fertigzustellen und auf die richtige Temperatur für das Bearbeitungszentrum zu bringen, bevor dieses an seinen neuen Standort kam. „Eine Stirnseite und die Hälfte des Daches mussten offen bleiben, damit die Maschine über den Hallenkran im Ganzen in den Raum gesetzt werden konnte“, so Nerling. Anschließend musste der Raum sofort geschlossen werden, also das fehlende Dachstück einschließlich der Stahlkonstruktion sowie die Stirnwand auf einer Länge von 5 m eingefügt werden. Die Mitarbeiter der Firma Nerling arbeiteten dafür in drei Schichten, auch nachts, um die Raumanlage zu vervollständigen und das Klima so schnell wie möglich auf 22 °C setzen zu können. „Als die Maschine im März 2015 geliefert wurde, war sie kalt, wegen der winterlichen Außentemperaturen“, so Baumeister. „Sie durfte auf keinen Fall zu warm werden.“
Gesamter Materialfluss bei 22 °C
Seither werden beide Räume regulär genutzt. „Am Anfang gab es eine Produktionsbegleitung durch Mitarbeiter der Firma DMG Mori, die mehrere Wochen gedauert hat und sicherstellen sollte, dass alles reibungslos funktioniert“, so Baumeister. Da nicht nur im Maschinenraum und seinem zugehörigen Vorraum, sondern auch im Messraum und dessen Vorraum die entsprechende Klimatechnik für die Einhaltung von konstant 22 °C verbaut ist – dieser Wert ist auch für die Durchführung der Messungen notwendig – erfolgt der gesamte Materialfluss bei gleichbleibender Temperatur: Die Unterteile der Bogendruckmaschinen werden zunächst außerhalb des Vortemperierraumes ebenfalls auf einer DMG-Maschine vorgefertigt. Dann werden sie auf einem Leichtlaufschienensystem, das für Gewichte bis zu 8 t geeignet ist, in den Vortemperierraum gebracht, wo sie 24 h lang bei 22 °C gelagert werden. Nach dem Prinzip First In – First Out werden die Teile dem DIXI 270 zugeführt und mit einer Genauigkeit von ± 10 µm bearbeitet.
Anschließend werden die Teile wieder zurück in den Temperierungsbereich gebracht und von dort in die Vorkammer des Messraums. Das Messen stellt den letzten Bearbeitungsschritt dar, die maximale Spanstärke beträgt dabei 0,5 mm. Danach folgt nur noch die Endbearbeitung der Teile, beispielsweise das Reinigen. „Durch diesen Zirkel wird die gleichbleibende Temperatur im gesamten Prozess gewährleistet, was zu einer erheblichen Zeiteinsparung führt“, bestätigt Baumeister. Ohne diese Räumlichkeiten müsste man die Teile für das Finish und die Messungen jeweils gesondert auf die 22 °C bringen. „Beide Räume haben sich in der Praxis gut bewährt. Auch die Zusammenarbeit mit Nerling verlief, wie bereits beim Bau des Messraums, einwandfrei“, resümiert der Leiter der Großteilefertigung.
