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Nach einer halben Sekunde fliegt bereits der nächste Span

Mehrspindel-Bearbeitungszentrum Chiron DZ 12K S Quattrocell
Nach einer halben Sekunde fliegt bereits der nächste Span

Hochproduktiv und gleichzeitig flexibel ist das Mehrspindel-Bearbeitungszentrum Quattrocell von Chiron. Wo die Nebenzeiten mindestens 60 % der Zykluszeit ausmachen, ist es in seinem Element.

Von unserem Redaktionsmitglied Haider Willrett

Die Klappe am Fahrständer geht auf. Ein Greiferpaar schießt nach unten, schnappt die fertig bearbeiten Werkstücke und legt sie auf die obere der beiden übereinander angeordneten Zu- und Abführpaletten. Vom unteren Shuttle greift es sich zwei Rohteile, platziert sie sicher im Spannsystem und verschwindet wieder in der Verkleidung der Spindeleinheit. „Wir haben das Handlingsystem geschützt an den Fahrständern platziert, weil wir so den Arbeitsraum besser nutzen können“, sagt Dr.-Ing. Dirk Prust. „In die Spindeln einwechselbare Greifersysteme hätten zusätzlichen Verfahrweg in der Y-Achse bedingt, der nicht produktiv zu nutzen wäre.“ Zudem, ergänzt der Geschäftsführer für den Bereich Forschung und Entwicklung bei der Chiron-Werke GmbH & Co. KG in Tuttlingen, spare das integrierte, pneumatische Werkstückhandling Wechselzeiten.
Überhaupt sind die Nebenzeiten das entscheidende Stichwort beim Mehrspindel-Bearbeitungszentrum DZ 12K S Quattrocell der Schwaben. Von Span zu Span vergehen nur 0,5 s. Für den reinen Werkzeugwechsel gibt Chiron 0,0 s an. Möglich werden diese Werte durch zwei Doppelspindel-Einheiten. Während die eine spant, wechselt die andere ihre Tools und beschleunigt sie auf die Solldrehzahl für die Folgeoperation. „Je kürzer die Einzeloperationen sind, um so ungünstiger ist das Verhältnis zwischen Haupt- und Nebenzeiten“, erläutert Prust. Bei anspruchsvollen Serienteilen fresse das Wechseln der Tools und Positionieren der Achsen häufig bis zu 70 % der Zykluszeit.
Doch nicht nur die zeitneutralen Werkzeugwechsel sprechen für das System des 2×2-Spindlers. „In einer Serienfertigung kann eine Quattrocell mehrere Einspindler ersetzen“, sagt Dr. Prust. Der Anwender benötigt nicht nur weniger kostbare Fertigungsfläche, sondern auch weniger Spannvorrichtung. Und das spare Geld und Umrüstaufwand: „Statt drei Stunden dauert das Umstellen auf ein anderes Werkstück nur noch 30 Minuten.“ Durch die größere Flexibilität ließen sich auch kleinere Stückzahlen wirtschaftlich fertigen, was insbesondere angesichts immer größerer Variantenvielfalt und sinkender Losgrößen ein entscheidender Vorteil sei, betont er. Abhängig vom erforderlichen Umrüstaufwand, der beim Wechsel innerhalb von Teilefamilien naturgemäß geringer ausfällt, als bei einem völlig anderen Werkstück, „lassen sich mit der DZ 12K S Lose ab 500 bis 1000 Einheiten wirtschaftlich herstellen“.
Die beiden Doppelspindel-Fahrständer der Quattrocell sind auf einem gemeinsamen Linearmotor aufgebaut. Sie können sowohl synchron als auch unabhängig voneinander spanen. In X-Richtung erreichen sie Eilgang-Geschwindigkeiten von bis zu 150 m/min und Beschleunigungswerte bis 2 g. Gemeinsam genutzte Komponenten wie Maschinenbett, Kabine, Späneförderer, Kühlmittelanlage oder Steuerung sparen Kosten und reduzieren den Aufwand für Wartung und Instandhaltung.
Bei Bedarf arbeitet das Zentrum auch als 4-Spindler. Das macht Sinn, wenn die Hauptzeit den größten Teil der Zykluszeit einnimmt. Allerdings muss diese Option bereits von Anfang an in der Spezifikation der jeweiligen Maschine stehen. Für den wechselweisen Zweispindel-Betrieb ist die Maschine mit einer Zweifach-Spannvorrichtung ausgestattet. Soll sie auch im Vierspindel-Betrieb laufen, muss die entsprechende Spannvorrichtung von vornherein vorgesehen werden.
Gegenüber zwei vergleichbar ausgestatten 2-Spindelzentren der Baureihe DZ 12 von Chiron ist eine Quattrocell etwa 20 % günstiger. Auch hier spricht zudem der geringere Platzbedarf für das 2×2-Konzept. „Die normale DZ hat allerdings den Vorteil, dass sich mit ihr die Fertigungskapazität schrittweise ausbauen lässt“, relativiert Dr. Prust. Überhaupt müsse man genau untersuchen, was der Kunde wirklich benötige. „Wenn er mit einem Bauteil oder einem Teilespektrum zu uns kommt, von dem er eine bestimmte Menge produzieren muss, dann ermitteln wir die für ihn günstigste Fertigungslösung.“ Das müsse keineswegs immer eine Quattrocell sein. Sie sei prädestiniert für komplexe Jobs, die bei kurzen Spanzeiten viele Werkzeuge und damit Werkzeugwechsel bedingen, Jobs, bei denen die Nebenzeit mindestens 60 % der Zykluszeit ausmacht.
Die Produktpalette der Tuttlinger reicht von der Einspindel-Baureihe FZ über die Doppelspindler der DZ-Serie, die Flexcell Duo – sie besteht aus zwei Einzelmaschinen, die mittels eines Roboters automatisiert sind – und die Quattrocell bis hin zur Flexline. Letztere besteht aus drei bis acht sehr schnellen und linear angeordneten ein- oder zweispindeligen Bearbeitungszentren, ergänzt durch eine Werkstückein-und -ausgabestation sowie einen integrierten Be- und Entladeroboter. Mit dieser hochproduktiven Lösung kann der Betreiber sowohl eine passende Teilefamilie parallel herstellen, als auch komplexe Werkstücke mit hohem Fertigungsaufwand sequentiell bearbeiten. In der genannten Reihenfolge werden die Systeme immer produktiver und die für einen rentablen Betrieb erforderliche Teilestückzahl immer größer. „Welche Lösung für bestimmte Aufgaben die geeignetste ist, lässt sich nicht pauschal sagen“, betont der Entwicklungschef. Das hänge unter anderem vom Bauteil, den erforderlichen Bearbeitungen oder der Losgröße ab. Ebenso entscheidend: Will der Kunde ausschließlich Teilefamilien fertigen, oder unterschiedliche Werkstücke? „Ihm die gezielt auf seine Anforderungen zugeschnittene Fertigungslösung auszuarbeiten, sehen wir als eine unserer wichtigsten Aufgaben an.“
Erstmals vorgestellt wurde die Quattrocell auf der Fertigungstechnik-Weltmesse EMO im vergangenen Herbst. Die ersten Einheiten haben sich inzwischen in Kundenhand bewährt. Aber daran zweifelte Prust ohnehin nicht, denn „viele Komponenten der Quattrocell haben schon im Doppelspindler DZ 12K gezeigt, dass sie zuverlässig funktionieren“.

Kostenvergleich
Von einem Pumpengehäuse aus Aluminium sollten knapp 890 000 Stück/Jahr gefertigt werden.
Der Produktivitätsvergleich zwischen einem Einspindlern auf dem Stand von 2004 und einer Quattrocell ergab:
Erforderliche Maschinen
Einspindler 4,0
Quattrocell 1,4
Einzel-Maschinenpreis (%)
Einspindler 100
Quattrocell 215
Investitionsvolumen gesamt (%)
Einspindler 100
Quattrocell 78
Kosten pro Werkstück (%)
Einspindler 100
Quattrocell 60
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