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EMO 2017Hyfra: Intelligente Prozesskühlung für Laser- und Werkzeugindustrie

Hyfra-Kühler mit FleXX-Technologie

Hyfra, Hersteller für industrielle Kühlanlagen, präsentiert seine neue FleXX-Technologie auf der EMO 2017 in Hannover. Auf der jährlichen Messe der Metallbauer im September wird die SPS-gesteuerte FleXX-Technologie erstmals in praktischer Anwendung vorgestellt.

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BlechbearbeitungBlech mit neuem Glanz

Die Anforderungen an Konstrukteure steigen ständig: Ihre Entwicklungen sollen leichter und kostengünstiger werden - und gleichzeitig schneller zu fertigen. Unmöglich? Wie diese Quadratur des Kreises gelingen kann, beschreibt Chefredakteur Hajo Stotz.

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Blechbearbeitung: Blech mit  neuem Glanz

Bleh hieß im Althochdeutschen schimmernd, glänzend. Auf diesen Ursprung geht das heutige Wort Blech zurück. Bleche bestehen immer aus Metallen – im Altertum meist aus Gold, Silber oder Bronze. Sie wurden aufwändig von Hand aus einem Block gehämmert, teilweise in wochenlanger Arbeit immer länger und flacher, bis die gewünschte Dicke erreicht war. Gefertigt wurden daraus dann Schmuck, aber auch Möbel und Haushaltswaren, Kunstgegenstände, Rüstungen und Waffen. Die Verarbeitung des Materials zum vollendeten Endprodukt war oft eine Kunst, die nur wenige perfekt beherrschten. Heute versteht man unter einem Blech ein industriell hergestelltes, gewalztes Band aus Stahl, das in der modernen Welt nicht mehr wegzudenken ist, aber nur noch selten schimmernde oder künstlerische Assoziationen auslöst.

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Entsprechend hat Blech auch in der Umgangssprache seinen Glanz verloren. In Redewendungen schwingt eher ein leicht abwertender Ton mit: Wer Unsinn erzählt, redet Blech, ein unsauberer Klang ist blechern, und auch Blechnäpfe und Blechlawinen möchte man besser meiden. Doch Blech ist auf dem besten Weg, seinem Namen wieder Glanz zu verleihen: Leichtbau heißt das Poliermittel, das Stabilität und Funktionstauglichkeit bei reduziertem Gewicht verspricht - und auch hält. Vorausgesetzt, es wird die Kunst beherrscht, die geeigneten Verfahren einzusetzen.

Blech ist zwar aus Stahl, aber dennoch leicht - weil es dünn ist. Richtig konstruiert, lassen sich aus Blech, Rohren oder Profilen viele Teile herstellen, die bisher gefräst oder aus Kunststoff hergestellt wurden. Und nicht nur das. Der Laser kann das Fräsen und Drehen sinnvoll ergänzen und neue Bearbeitungsmöglichkeiten eröffnen. Clevere Konstruktionen aus Blech sparen auf diese Weise Kosten, Gewicht oder ganze Produktionsschritte. So wie bei dem Maschinen- und Anlagenhersteller Krones AG.

Spart Kosten, Gewicht und Produktionsschritte

Schnell müssen sie sein, die Verschließer, die an den Krones-Abfüllanlagen die Flaschen dicht machen. Entscheidend dafür ist das Gewicht: An einen Drehteller montiert dürfen sie nicht viel wiegen, um rasch rotieren zu können. „Nur gewichtsoptimierte Anlagen arbeiten richtig schnell“, berichtet Martina Wrede, Konstrukteurin bei Krones. Durch ein von ihr entwickeltes Blechteil „haben wir das Gewicht unserer Verschließer deutlich gesenkt.“

Mehrere früher verwendete Fräs- und Drehteile wichen einem einzigen Blechteil, das lasergeschnitten und dann gebogen wird. Im Rahmen des Verbesserungsprozesses konnte die Gesamtzahl der für den Verschließer benötigten Teile um fast die Hälfte reduziert werden. Die Folge: 38 Prozent weniger Gewicht und ein deutlich geringerer Fräs- und Bohraufwand. Weil im Lebensmittelbereich aus Hygienegründen keine Spalten erlaubt sind, kommt außerdem der Laser fürs Schweißen zum Einsatz. Er schließt die Spalten mit großer Geschwindigkeit und bringt dabei kaum Verzug ins Bauteil.

Dass das Arbeiten mit Blech vergleichsweise kostengünstig ist, macht sich Krones nicht nur bei den Verschließern zunutze. Auch die seitlichen Begrenzungen, die für einen sicheren Transport der Flaschen sorgen, sind nicht mehr wie früher aus gefrästem Kunststoff, sondern aus Blech. Weil es eine Vielzahl verschiedener Flaschen und nicht weniger kundenspezifische Hallenlayouts gibt, müssen die Teile in den unterschiedlichsten Varianten gefertigt werden, und das möglichst schnell und ohne großen Programmieraufwand. Diesen Anforderungen war das Fräsen nicht gewachsen.

Auch der Werkzeugmaschinenhersteller Trumpf konnte seine eigenen Maschinen durch Blech-Konstruktionen optimieren. So wurde etwa beim Gehäusehalter für die Trulaser 5030 aus zwei gefrästen Gleichteilen ein Blechteil, das dank seiner einfachen Konstruktion nicht mehr geschweißt werden muss. Es dient dazu, das Gehäuse für die Energieführungskette am Querträger zu befestigen und ist in der neuen Ausführung 85 Prozent günstiger als zuvor.

Optimiert wurde auch der Querträger selbst. Er muss er möglichst biege- und torsionssteif sein. Denn sowohl die Steifigkeit als auch die Maßhaltigkeit des Querträgers beeinflussen letztendlich die Arbeitsgenauigkeit der Laserschneidmaschine und damit die Präzision der zu fertigenden Teile. Dank einer geschlossenen Kastenstruktur mit eingebrachten Rippen konnten nicht nur diese Anforderungen erfüllt werden, der Querträger ist zugleich auch noch deutlich leichter als zuvor. Der Laser schweißt den Kasten exakt und mit wenig Wärmeverzug. Deshalb wird das Richten und Verputzen nach dem Schweißen überflüssig, die Bearbeitungszugabe kann um 60 Prozent reduziert werden.

Blechkonstruktion ist 85 Prozent günstiger

Ebenfalls reduzieren, und zwar die Baugröße, konnte der Hydraulikhersteller Voith Turbo H+L Hydraulic einen Hydrauliksteuerblock, den er heute nicht mehr aus einem Stück fräst, sondern in der so genannten Multilayer-Technik herstellt: Die Schichten werden individuell lasergeschnitten oder gestanzt. Der daraus hartgelötete Block wird schließlich spanend endbearbeitet, um die nötigen Einbaupassungen, Anschraubflächen und Gewinde zu bekommen. Die Mehrschichtbauweise verringert nicht nur die Größe des Bauteils, sondern minimiert auch den Durchflusswiderstand des Hydrauliköls. „Die neue Konstruktion ermöglicht kompakte, durchflussoptimale hydraulische Lösungen. Die Leistung der betreffenden Maschinen stieg um 25 Prozent“, berichtet Bert Brahmer, technischer Geschäftsführer der Voith Turbo H+L Hydraulik.

Prinzipiell unterscheidet sich die Konstruktion von Blechteilen nicht von der Konstruktion von Bauteilen aus anderen Halbzeugen, wie Vollmaterial, Profilen, Guss- oder Schmiedestücken. Doch bei der Gestaltung eines Bauteils aus Blech werden häufig mehrere Komponenten miteinander verbunden. Und nur wenn man die Merkmale von Blech und die sich durch moderne Blechbearbeitung ergebenen Vorteile kennt und bei der Gestaltung der Blechteile berücksichtigt, erreicht man das gesteckte Ziel: ein funktionstüchtiges, rationell hergestelltes Bauteil.

Stanz- und Biegeprodukte sind im Vergleich zu entsprechenden Bohr- und Frästeilen in der Regel wirtschaftlicher, nicht nur wegen des geringeren Maschinenpreises. Genauso wie Laserschneid- und -schweißteile haben sie den Vorteil, dass sie schneller zu fertigen sind, geringere Materialkosten erzeugen und weniger Vorrichtungsaufwand verursachen.

Generell gilt: Damit Blechteile die geforderte Stabilität erreichen, müssen sie bereits intelligent konstruiert sein, unter Einsatz aller verfügbaren Bearbeitungsverfahren. Die niedrigere Steifigkeit von Blechplatinen wird durch Sicken oder andere Umformungen auf einfache Weise kompensiert. Flache Blechteile oder kastenförmige Behälter erhalten durch Prägen auf der Abkantpresse große Stabilität. Auch das Laserschweißen spielt in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle, weil es verzugsarm ist und Bleche stumpf miteinander verbindet. Materialzugaben, die für andere Fügeverfahren gebraucht werden und das Teil unnötig schwer machen, sind nicht nötig.

Am Anfang steht immer die Frage: Wann lohnt es sich, Blechteile einzusetzen? Die Antwort: Öfter als man denkt. Klassische Bauteile sind Abdeckungen und Verkleidungen, Halter und Winkel, Wannen und Profile sowie Maschinenbauteile, die leicht sein müssen. In diesen Fällen liegt die Entscheidung für Blech auf der Hand. Immer häufiger werden Blechteile jedoch auch dort eingesetzt, wo bisher andere Fertigungsverfahren Stand der Technik waren. Dafür gibt es zwei Gründe: Genauigkeit und Lösgröße. Die Fertigungsverfahren, mit denen Blech bearbeitet wird, sind heute so genau, dass man die geforderten Toleranzen erreicht. Ein Beispiel dafür ist das Biegen. Wenn zwei Löcher eines Integralteils aus nur einer Platine nach mehreren Abkantungen exakt übereinander liegen sollen, müssen die einzelnen Winkel genau stimmen. Das Gleiche gilt, wenn mehrere Kanten aufeinander treffen, die später durch Schweißroboter geschlossen werden.

Leistung stieg um 25 Prozent

Um diese Toleranzen zu erreichen, wurde die ACB-Sensorik von Trumpf entwickelt. Sie misst den Biegewinkel während des Abkantprozesses fortlaufend und erkennt, wann das Material vollständig zurückgefedert ist. Wenn der gebogene Winkel nicht mit dem programmierten Winkel übereinstimmt, löst die Sensorik einen Nachbiegevorgang aus.

Für die genaue Winkelsensorik spricht auch der gestiegene Preis für Stahl. Die Präzision der Fertigung vermeidet kostspieligen Ausschuss. Der Stahlpreis verteuert aber auch massive Teile, die aus dem Vollen herausgefräst werden. Hier geht der Großteil des Materials in Form von Spänen verloren. Unternehmen suchen deshalb vermehrt nach ökonomischen Alternativen.

Blech hat zudem den Vorteil, dass die Teile wesentlich schneller hergestellt sind als Gussteile, bei denen zuerst Modell und Form gefertigt werden müssen, bevor das erste Teil produziert werden kann. Ein wesentlicher Faktor ist auch die Stückzahl: Bei kleinen und mittleren Losgrößen ist Blech günstiger. Erst bei Stückzahlen, die in die Tausende gehen, sind Guss- und Schmiedeteile meist wieder günstiger und schneller hergestellt. Ob ein Blechteil als Ersatz für ein massives zerspantes Teil in Frage kommt, sollte man immer dann prüfen, wenn ein Teil von Grund auf neu entwickelt wird oder ein bestehendes Teil verändert werden soll, das bisher aus dem vollen Material herausgearbeitet wurde.

Das Vorgehen des Konstrukteurs ist aber häufig von dem geprägt, was man bereits kennt, gesehen oder gelesen hat. Neben Grundsätzen und neuen Strategien zum „Denken in Blech“, die beispielsweise von Trumpf in speziellen Workshops vermittelt werden, ist daher vor allem – wie bereits bei unseren Altvorderen - die Kreativität entscheidend, ob die Konstruktion zu einem glänzenden Ergebnis wird. hs

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