AMB 2022

Andreas Mühlbauer / dsc,

CNC-Bearbeitung im Großformat

Links eine drehmomentstarke Getriebe-Frässpindel, rechts in Gelb das Gegengewicht. Die Rollenumlaufeinheiten und ein Stützabstand müssen auch das gewaltige Drehmoment von 27.500 Nm übertragen © Schaeffler, Bunorm, Wysshus Engineering

Für die Revision von Kraftwerksteilen mit Konturen von bis zu 8.000 mm konstruierten zwei Schweizer Unternehmen die weltgrößte mobile CNC-Bearbeitungsmaschine. Der Automobil- und Industriezulieferer Schaeffler übernahm dabei die Auslegung der anspruchsvollen Lagertechnik.

Die Entwicklung des „Turningator 6000C“ ist aber auch eine Geschichte von Menschen, die für außergewöhnliche Herausforderungen immer wieder innovative Lösungen finden. Während das Schweizer Unternehmen Wysshus die gesamte Projektplanung und -organisation innehatte, übernahm Bunorm, ebenfalls in der Schweiz ansässig, alle konstruktiven Aufgaben, die Fertigung und die Montage bis zur Inbetriebnahme. Die beiden Unternehmen entwickelten bisher die Standard-Baugrößen des Turningator: 2000, 4000 und 6000. Schaeffler betreute in der Vergangenheit auch diese Projekte. Der aktuelle Turningator 6000C übertrifft mit bis zu 8.000 mm Bearbeitungsdurchmesser die bisherigen Maschinen und sollte in knapp einem Jahr auf die Beine gestellt werden. Hierzu musste die Konstruktion des Turningator allerdings an die neuen Größenverhältnisse grundsätzlich angepasst und berechnet werden.

Markus Havrda, Projektleiter von Wysshus: „Der normale, serielle Ablauf, wie er im Maschinenbau üblich ist, war aus Zeitgründen bei diesem Projekt nicht möglich. Mit unseren Lieferanten, unter anderem auch Schaeffler, wurden Komponenten und Baugruppen mit langen Lieferzeiten identifiziert und in der Konstruktionsphase vorgezogen, ausgelegt und frühzeitig bestellt.“ Zu wissen, was die nächsten Schritte sind und was wann geklärt und beschafft sein muss, das ist das Kerngeschäft von Wysshus Engineering. Havrda ergänzt: „Dieser eher unorthodoxe, aber sehr effektive Projektverlauf war nur realisierbar, weil Bunorm und Schaeffler zeitgleich an Auslegung, Konstruktion, Fertigung, Beschaffung und Montage optimal zusammengearbeitet haben.“

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Lagerauslegung mit Hilfe des Berechnungsprogramms Bearinx von Schaeffler.

Werner Locher, Head of Field Sales bei Schaeffler in der Schweiz, erinnert sich an die ersten Konzepte: „Wir haben diverse Lagerbauarten für die Hauptachse diskutiert und berechnet. Ausgangspunkt waren YRT-Lager, zweiseitig wirkende Axiallager mit radialem Führungslager, die bei den beiden kleineren Maschinen, Turningator 2000 und 4000, mit Erfolg seit Jahren im Einsatz sind. Allerdings waren diese Lager nicht in der Größe von über 1.200 mm Wellendurchmesser verfügbar. Am Ende entschieden wir uns für das Kreuzrollenlager mit einem Innendurchmesser von 1.270 mm.“ Diese Lager haben bezogen auf ihre Tragfähigkeit einen sehr kleinen Querschnitt. Das war wichtig, denn durch den Innenring des oberen Hauptlagers mussten die Hauptwelle und zwei Kugelgewindetriebe geführt werden.

Die in schwarzen Faltenbälgen gekapselten und elektronisch synchronisierten Kugelgewindetriebe tragen die 20 t schwere Z-Achse und positionieren sie. Locher erklärt: „Mit normalen Lösungen für die Axiallagerung der Kugelgewindespindeln der hängenden Achse kommt man bei diesen Kräften nicht weit. Wir haben in Projekten mit ähnlich großen Kräften gute Erfahrungen mit zweireihigen Axial-Pendelrollenlagern gemacht und diese deshalb auch den Bunorm-Konstrukteuren empfohlen.“ Eine Besonderheit dieser mobilen Bearbeitungsmaschine im Vergleich zu den stationären Geschwistern besteht darin, dass der Turningator sowohl mit senkrechter als auch mit waagerechter Hauptwelle einsetzbar ist. Das hat Konsequenzen für die Lagerbelastung: In senkrechter Position müssen die Gewindetriebe und zweireihigen Axiallager der Z-Achse die Zentrifugalkräfte und die Zerspanungskräfte übertragen.

Bei horizontaler Hauptachse überlagern sich diesen Kräften die Gewichte der Z-Achs-Schlitten: Die zweireihigen Axiallager der Gewindespindeln werden bei jeder Umdrehung durch das Eigengewicht der Achse einmal in Zug- und einmal in Druckrichtung belastet. Die Herausforderung besteht darin, konstruktiv dafür Sorge zu tragen, dass unter allen Belastungszuständen kein Spiel in den Axiallagerungen und somit weder Schlupf noch ein Umkehrspiel entsteht. Nur so sind präzise Bearbeitungen im Meter-Bereich mit H7-Toleranz zu realisieren. „Dies erfordert einiges an Know-how“, sind sich die Spezialisten von Bunorm und Schaeffler einig.

Markus Havrda betont: „Es war von Anfang an unser Ziel, einen Partner und Experten zu beauftragen, der alle Fragen rund um die Lagerungen mitentwickelt und betreut. Nach dem Motto ‚Machen Sie mal, wir verlassen uns darauf, dass es funktioniert‘. Und das hat es. Egal, ob es um die Konzeption und Auswahl der Lagerbauarten und -größen, die Auslegung, die konstruktive Ausführung oder die Lagerpassungen ging. Auch bei Detailfragen zur optimalen Schmierfettmenge, zu Dichtungslösungen oder zum Montageprozess für das Hauptlager haben uns sowohl Werner Locher als auch Gil Schuhmacher von der Berechnungsabteilung von Schaeffler sehr gut unterstützt.“

Lager-Drehmoment mit Berechnungsprogramm angepasst

Die treibenden Köpfe des Teams vor der Turningator 6000C: (v. l.) Werner Locher, Schaeffler Schweiz, Stefan Gygax von Bunorm und Markus Havrda von Wysshus.

Die Schaeffler-Ingenieure setzen das eigene Berechnungsprogramm Bearinx nicht nur zur Auslegung einzelner Lagerstellen ein. Es lassen sich auch komplexe Lagersysteme modellieren und deren Parameter automatisiert variieren. Das spielte bei der Entwicklung des Turningator 6000C eine entscheidende Rolle, wie Werner Locher erzählt: „Nach der Erstmontage der Hauptwelle war das Drehmoment des Hauptlagers zu hoch. Es war zu weit vorgespannt. Die Frage war nun, wie weit die Vorspannung am zweiteiligen Innenring mittels Passscheiben reduziert werden muss, um auf das gewünschte Drehmoment zu kommen. Hierzu habe ich meinen Kollegen Gil Schuhmacher angerufen und ihn gebeten, eine Parameteranalyse in Bearinx durchzuführen. Das hat er auch gleich gemacht; die Maschine war ja schon in Bearinx modelliert. Noch am Telefon konnten wir das notwendige Maß bestimmen. Bunorm hat das Lager gezogen, die entsprechende Passscheibe auf Maß geschliffen, und nach der Montage lief es mit dem gewünschten Drehmoment. Das Ganze war innerhalb von knapp vier Stunden erledigt. So einfach geht das.“

Markus Havrda sagt weiter dazu: „Diesen Service findet man in keinem Katalog. Schnell und unbürokratisch zu handeln ist entscheidend in unserem Projektgeschäft, in dem enormer Zeitdruck herrscht. Der Turningator 6000C wurde wie geplant fertiggestellt, und wir denken bereits jetzt über ein Nachfolgeprojekt nach. Eine erneute Zusammenarbeit können wir uns sehr gut vorstellen.“

Halle 2, Stand E21

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