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maschine+werkzeug 04/2016

Nebenzeiten optimal reduziert

Maschinen

Großteilebearbeitung - Zur produktiven Fertigung großer Rotorblätter von Windenergieanlagen setzt die Enercon GmbH auf eine Fahrständermaschine von Keppler, die flexibel fertigt und mit der sich Nebenzeiten reduzieren lassen.

Damit auch zukünftig regenerative und nachhaltige Energie zur Verfügung steht, stellt sich die Firma Enercon, Hersteller von Windenergieanlagen, kontinuierlich neuen Herausforderungen. Über 24.800 Anlagen wurden bisher weltweit von den mehr als 20.000 Mitarbeitern in Betrieb genommen. Zusammengerechnet entspricht das einer Leistung von über 39,2 Gigawatt.

Durch den immer größer werdenden Bedarf an erneuerbarer Energie und die daraus resultierenden neuen Standortanforderungen, werden auch in der Fertigung immer flexiblere und produktivere Systeme benötigt. So ist es nicht verwunderlich, dass bei der Bearbeitung der einzelnen Komponenten spezielle Anforderungen an Mensch und Maschine gestellt werden. Besonders die Dimensionen ein Rotorblatt alleine misst bereits einen Durchmesser bis zu 3,5 Metern – müssen auch fertigungstechnisch beherrscht werden. Verfahrwege bis 19 Meter auf der X-Achse, bis 1,5 Meter auf der Z-Achse und bis 3,5 Meter auf der Y.Achse waren Grundvoraussetzungen bei der Wahl des Anlagenherstellers. Daneben war auch die kühlmittelfreie Bearbeitung der Werkstücke eine entsprechende Herausforderung.

Ein weiteres Augenmerk wurde auf den modularen Aufbau der Anlage gelegt. Somit sollte sichergestellt werden, dass sie jederzeit mit zusätzlichen Komponenten erweitert werden kann, um bereits heute für die Anforderungen von morgen gerüstet zu sein. Partner in diesem Projekt ist die Karl Keppler Maschinenbau GmbH, ein Spezialist für kundenoptimierte Werkzeugmaschinen. Die gestellten Anforderungen konnten in der Fahrständermaschine ›FS 2200‹ von Keppler vereint werden.

Gigantisch dominieren die Rotorblätter die nicht gerade kleine Halle, die eigens für die Fertigung der Rotorblätter errichtet wurde. Die volle Konzentration der Arbeiter an der Fahrständermaschine ist beinahe spürbar, wenn mehrere Rotorblätter gleichzeitig zur simultanen Bearbeitung den Hallenboden säumen.

Bei der Rotorblätterbearbeitung können die beiden großen Fahrständer insgesamt bis zu vier Bearbeitungsplätze erreichen, wovon auf zwei Bearbeitungsplätzen simultan bearbeitet werden kann. Dadurch können sämtliche Nebenzeiten neben der eigentlichen Bearbeitung stattfinden. Daraus resultiert eine zusätzliche Zeitersparnis von zirka zwei Stunden.

Maschinenkonzeption 2.0

Wo früher Spezialmaschinen eingesetzt wurden, die nur für ein Bohrbild ausgelegt waren und nur durch einen kompletten Umbau andere Bohrbilder erzeugen konnten (Zeitaufwand: zwei bis drei Tage), steht heute die Keppler-Fahrständermaschine. Diese bietet dank modernster Technik und durchdachter Maschinenkonzeption die benötigte Flexibilität, um verschiedenste Bohrbilder ohne kompletten Umbau zu erzeugen und das bei höherer Bearbeitungsqualität (Flanschebenheit).

Durch den Einsatz der FS 2200 beträgt die Bearbeitungszeit für eine bestimmte Rotorblatttype weniger als zehn Stunden. Dies entspricht einer Steigerung der Produktivität von über 50 Prozent. Nach dem Rüsten der Fahrständermaschine werden alle Bearbeitungsschritte vollautomatisch erledigt. Im Hinblick auf das modulare Konzept kann die FS 2200 auf Wunsch mit einem dritten Fahrständer ergänzt werden, um die Bearbeitung noch effizienter zu gestalten. Somit können drei Rotorblätter simultan bearbeitet werden.

Ohne Kühlung würden bei der Bearbeitung von GFK-Werkstoffen zu hohe Temperaturen entstehen, und das Material würde beim Bearbeiten ›schmieren‹. Da allerdings die externe Kühlung mit Kühlmittelschmierstoff ebenfalls seitens des Kunden ausgeschlossen wurde, entwickelte Keppler in gemeinschaftlicher Zusammenarbeit mit dem Hause Enercon extra für die Bearbeitung von GFK-Werkstoffen einen innen liegenden Kühlmittel-Kreislauf intern im Werkzeug. Somit sind höhere Drehzahlen bei der Bearbeitung möglich, was in einer nicht zu verachtenden Zeitersparnis und einer viel höheren Standzeit resultiert.

Die mit 49 Kilowatt ausgestattete Spindel dreht mit bis zu 10.000 U/min und es sind Kräfte an der Spindel von bis zu 260 Newtonmeter möglich. Da die Bearbeitung von GFK bestimmte Eigenschaften voraussetzt, wurde die Motorspindel dementsprechend modifiziert. So verfügt die Spindel über eine spezielle Medienübergabe, damit das Kühlmittel intern an das Werkzeug weitergeleitet wird. Diese Eigenschaft war Grundvoraussetzung für die Produktion, da die beim Bearbeiten entstehenden Späne über eine Absaugeinrichtung aus dem Arbeitsraum entfernt werden müssen. Anderenfalls wäre durch die Verklumpung mit Kühlmittel die Absaugung nicht mehr möglich.

Eingebaut ist die Spindel in einem Zwei-Achs-NC-Fräskopf, der stufenlos mit einem Schwenkwinkel von ±185° sowohl in der A- als auch in der B-Achse positioniert und geklemmt werden kann. Um eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität und -genauigkeit sowie eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten, sind alle Achsantriebe unter einer geschlossenen Abdeckung untergebracht. Durch Überdruck wird der Antrieb vor Kontaminierung geschützt. Zusätzlich sorgt eine installierte Abblaseinrichtung für Schutz der Antriebskomponenten.

Kreativität und Ideenfindung waren bei der Konzeption des RAM gefragt. Hier ist vor allem die Steifigkeit der Konstruktion ein entscheidender Faktor. Durch jahrelange Erfahrung und dem daraus resultierenden Know-how, entwickelte Keppler ein patentiertes System, das den Versatz am Arbeitspunkt im voll ausgefahrenen Zustand (1.500 Millimeter) mechanisch deutlich reduziert. Dadurch konnten die geforderten Genauigkeiten seitens Enercon erfüllt und gegenüber den bisher erzielten Werten nochmals in einer Größenordnung um zirka 60 Prozent gesteigert werden. Die X- und die Z-Achse besitzen einen spielfrei vorgespannten Zahnstangenantrieb mit je zwei Motoren und zwei schräg verzahnten zueinander vorgespannten Zahnstangen.

Dieser Antrieb sorgt für eine hohe Dynamik und ist bei hohem Schnittdruck robust und stabil. Somit können die einzelnen Fahrständer mit bis zu 2 m/s² beschleunigt werden. Für die direkte Wegmessung sorgen Maßstäbe von Heidenhain, die direkt mit der Heidenhain-Steuerung ›530iTNC‹ verknüpft sind.

Vorteile für Kunden

Der eigentliche Vorteil der Maschine liegt in der Anlagenkonzeption, die es ermöglicht, sämtliche Nebenzeiten (Rüsten, QS etc.) wirklich neben der Bearbeitung stattfinden zu lassen. An allen anderen Maschinen kommen zur Bearbeitungszeit noch zirka zwei Stunden Nebenzeiten hinzu. Keppler hat diese Konzeption verstanden, ergänzt und umgesetzt und ein besonderes Augenmerk auf die Reduzierung der Haupt- und Nebenzeiten gelegt.

Maschinenseitig ist die Kombination des Zwei-Achs-Simultan-Fräskopfs mit einer starken Motorspindel besonders vorteilhaft. Zum einen, da sich der Kopf bei den Querbohrungen sehr oft drehen muss (Zeitersparnis gegenüber zum Beispiel einer Hirth-Verzahnung), zum anderen, weil die Spindel im Vergleich zu anderen Motorspindeln über ein ausreichendes Drehmoment verfügt, um die Werkzeuge zu betreiben. Gleichzeitig ist sie aber auch feinfühlig genug, um Schneidenverschleiß bemerken zu können.

www.keppler-maschinenbau.de

  • Verfahrwege von 19.000 x 3.500 x 1.500 Millimeter (X-, Y-, Z-Achse) sind für die Bearbeitung der riesigen Rotorblätter notwendig.

    Verfahrwege von 19.000 x 3.500 x 1.500 Millimeter (X-, Y-, Z-Achse) sind für die Bearbeitung der riesigen Rotorblätter notwendig.

  • Deutlich reduzierte Nebenzeiten durch gleichzeitiges Rüsten während der Maschinenbearbeitung.

    Deutlich reduzierte Nebenzeiten durch gleichzeitiges Rüsten während der Maschinenbearbeitung.

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Unternehmensinformation

Karl Keppler Maschinenbau GmbH

Max-Eyth-Straße 9
DE 72793 Pfullingen
Tel.: 07121-9776-0
Fax: -45

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