Das perfekte Getriebe

Bill Tandrow
zuständiger Vice President für die Mechanische Konstruktion bei Haas Automation

„Wir bauen unsere eigenen Getriebe, um für uns genau das Richtige mit der höchstmöglichen Präzision zu erhalten.“

Nach Auffassung von Bill Tandrow, zuständiger Vice President für die Mechanische Konstruktion bei Haas Automation, verfügt keine andere Art der Bearbeitung wie das Herstellen von Getrieben über eine so perfekte Mischung aus technischem Know-How und Geschicklichkeit. “Ich habe großen Respekt vor jedem, der Getriebe herstellt,“ fügt er hinzu. „In vielfacher Weise nimmt bei Haas die Qualität der Getriebeherstellung auch entscheidenden Einfluss auf die Qualität unseres Endprodukts.“ Die Kunst der Getriebeherstellung, so Tandrow, liegt in der sorgfältigen Überwachung und sachkundigen Steuerung des eigentlichen Bearbeitungsprozesses. Es ist keine „schwarze Magie“ im Spiel, lediglich eine umfassende und sorgfältige Überwachung aller Details ist erforderlich.

Für Haas Automation ist die Getriebeherstellung ein äußerst wichtiger Fertigungsschritt. Das Unternehmen bearbeitet jedes hochpräzise Stirnrad, jede Schnecke und jedes Schneckenrad für seine umfassende Produktpalette in seiner eigenen, großflächigen Fertigungsstätte in Oxnard, Kalifornien. Von den über 600 erfahrenen Maschinenbedienern und Montagespezialisten sind nur eine Hand voll Bediener dazu auserwählt, diese anspruchsvollen Teile zu fertigen. Die beiden Maschinenbediener Boris Klebanov und Edik Beginian sind schon von Anfang an dabei. Ihr Wissen über die Getriebefertigung haben sie größtenteils vom Firmengründer Gene Haas erfahren.

Striktes Befolgen des Prozessablaufs

„Gene war nicht so recht zufrieden mit den von Unterlieferanten gefertigten Getrieben und kaufte deshalb eine Reishauer RZ-80 Abwälzfräsmaschine, um selbst Zahnräder und Getriebe herzustellen. Er führte umfangreiche Experimente und Tests durch, um exakt herauszufinden auf was es bei der Getriebeherstellung ankommt. Er löste nicht nur alle Funktionsprobleme, sondern er lernte auch selbst mit der Maschine umzugehen und sie zu warten. Dann hat er sein Wissen an uns weitergegeben.“ erinnert sich Edik an die Zeit als man mit dem Bau der ersten Fräsmaschinen begann. “Wir verwenden noch heute die gleiche perfekte Technik,“ ergänzt Boris. „Wir fertigen im Wesentlichen die Getriebe die Gene entwickelte, zusammen mit 70 oder 80 anderen Getriebeausführungen. Wir erledigen noch immer alles im eigenen Haus und wir lösen noch immer all unsere Probleme selbst.“ Produktionspläne fordern täglich Umrüstvorgänge an der Maschine. Eine weitere Forderung aus dem vielfältigen Aufgabenbereich dieser beiden hochqualifizierten Bediener ist das strikte Befolgen des Prozessablaufs – eine besonders wichtige Aufgabe.

„Stirnräder wurden nie als präzise Teile angesehen,“ bemerkt Tandrow. “Bis in die jüngste Vergangenheit hatte niemand die Ausrüstung, sie präzise herzustellen und Maschinenbediener waren oft schon zufrieden wenn die Stirnräder gerade zusammenpassten. Wenn Sie ein Maschinenhandbuch unter dem Abschnitt „Stirnräder“ aufschlagen, so finden Sie viele Tabellen mit Angaben zum Zahnspiel etc. Diese Tabellen basieren nicht auf dem Verlangen, ungenaue Zahnräder herzustellen,“ sagt Tandrow. „Sie spiegeln die Zeit wieder, in der diese Tabellen erstellt wurden – zurück in die späten 30iger Jahre – einer Zeit, in der diese Angaben hoch aktuell waren. CNC gesteuerte Zahnrad-Abwälzfräsmaschinen und -Schleifmaschinen existierten zu dieser Zeit noch nicht. Man konnte sich noch nicht vorstellen, Toleranzen im Bruchteil eines Mikrons beim Schleifen einzuhalten. Aber jetzt haben wir die Ausrüstung und Prozesse, mit denen wir diese Toleranzbereiche wiederkehrend einhalten. Wir können praktisch so genau fertigen, dass gerade ein Ölfilm zwischen die Zahnflanken passt und unsere Getriebe verfügen über eine unübertroffene Laufruhe.“

Präzise Kontrolle durch Eigenfertigung

Warum besteht Haas auf der Eigenfertigung seiner Getriebe? „Der Grund,“ so Tandrow, „ ist die eigene, präzise Kontrolle unserer Fertigung. Es gibt so viele kleine Tricks und Feinheiten beim Abwälzfräsen und Fertigschleifen, die wir gerade bei einer externen Fertigung nicht erfolgreich einsetzen könnten. Wir bauen unsere eigenen Getriebe, um für uns genau das Richtige mit der höchstmöglichen Präzision zu erhalten.“

Geradstirnräder bilden die Basis für alle Haas Automation Getriebekästen. Die Firma kaufte anfänglich komplette Getriebeeinheiten von Unterlieferanten, doch entsprachen diese nicht den Anforderungen der Konstrukteure, erklärte Tandrow. „Schließlich konstruierten wir unseren eigenen Getriebekasten und fertigen jetzt jedes Teil selbst. Wenn man Getriebe von außerhalb bezieht,“ fährt er fort, „kauft man zwangsläufig über einen Mittelsmann ein. Selbst wenn dessen Betrieb gerade über der Strasse liegt, müssen sie mit ihm eine Beziehung aufbauen. Sie haben es mit zwei unterschiedlichen Firmen und mit zwei unterschiedlichen Firmenkulturen zu tun. Zudem haben sie möglicherweise ein recht unterschiedliches Verständnis in Bezug auf den Prozess bei der Verwendung von Getrieben und dem Prozess bei der Herstellung von Getrieben.“

Ideales Fertigungsumfeld

„Aber wenn man ein Getriebe im eigenen Haus fertigt, kann man Dinge berücksichtigen, die man nicht so ohne weiteres „über der Strasse“ anwenden kann. Hierzu ein Beispiel; man kann die Zahnräder im Rohzustand auf eine einzelne Welle vormontieren und dann in die Abwälzfräsmaschine oder Schleifmaschine spannen und sie danach präzise fertig schleifen. Diese Zahnräder sind exakt auf das gemessene Maß bearbeitet und sind dabei bereits auf der Welle, auf der sie später laufen. Selbst wenn mein Unterlieferant „über der Strasse“ liegt, ist dies noch nicht nahe genug, um eine solche Qualität zu garantieren,“ sagt Tandrow. Für die meisten Operationen an unseren Getriebekästen befindet sich der Bediener, der die Zahnräder fräst oder fertig schleift, maximal 30 m vom Montageplatz der Getriebekästen entfernt. „Für das Fertigungsumfeld ist das ideal. Wir können die Getriebe in sehr kleinen Losgrößen von 10 oder 20 Stück in einem sehr schnellen Arbeitsprozess herstellen. Diese Methode ist im Vergleich zu umfangreicheren Losgrößen kostengünstiger und sollten sich irgendwelche Probleme ergeben, so ist der Umfang an Nacharbeit gering, um wieder rasch in den Produktionsfluss zurückzukehren. Das trifft aber nur dann zu, wenn wir Probleme haben,“ betont Tandrow. „Offen gesagt, wir hatten noch kein einziges Problem, seit wir diese Methode einführten.“ Im gleichen Fertigungsbereich in dem die Stirnräder gefräst und geschliffen werden, fertigt Haas auch die Schneckenräder und Schneckenwellen für seine Drehtischprodukte. Und hier zahlt sich die Zusammenlegung einer straffen Prozesssteuerung wirklich aus. „Die aus Aluminiumbronze gefertigten Schneckenräder beruhen auf einem perfekt ausgereiften Konzept und bilden das Herzstück unserer Drehtischprodukte,“ erklärt Ingenieur Thomas Velasquez, seit fast zwei Jahrzehnten verantwortlicher Konstrukteur für diesen Produktbereich. „Die hohe eingearbeitete Genauigkeit wird durch die bei uns verwendeten eingängigen Abwälzfräsmaschinen und durch die Vormontage vor dem Fräsen sichergestellt. Wir setzen den zum Schrumpfen vorbereiteten Schneckenradrohling auf die Spindel, montieren ihn in einer Vorrichtung und pressen ihn unmittelbar ein. Somit wird sichergestellt, dass der Flankendurchmesser des fertigen Schneckenrads genau konzentrisch zu seinem Montagedurchmesser verläuft.“

Sorgfältige Prozesssteuerung

Nochmals, die eingearbeitete Genauigkeit beim Einrichten überträgt sich durch die Geschicklichkeit dieser Bediener und durch deren sorgfältige Prozesssteuerung auf die tatsächliche Produktgenauigkeit. „Jedes dritte oder fünfte Schneckenrad wird durch ein Wendzel WGT500 CNC-Getriebe-Analysegerät mit der Lehrschnecke überprüft, sagt Velasquez. „Wir können die Zahn-zu-Zahn-Genauigkeit und die gesamte Flankengenauigkeit an beiden, der Schnecke und dem Schneckenrad gleichzeitig überprüfen. Wir haben zudem spezielle Schnecken, die wir zum Prüfen der Schneckenräder während des Zerspanungsprozesses verwenden, um noch schneller Prozessinformationen zu erhalten. Wir müssen sicher sein, dass die Schneckenräder die Maschinen einwandfrei verlassen.“ „Es gibt noch einen weiteren wichtigen Aspekt,“ fügt Tandrow hinzu „an kann nicht auf dem gerade beschriebenen Niveau bestehen, wenn man nicht Geräte von Weltruf in der eigenen Fertigung einsetzt. Wie zum Beispiel die Reishauer RZ-362A Abwälzfräsmaschine, die Studer S40 Schleifmaschine und alle die außergewöhnlichen Inspektionsgeräte, die wir im Betrieb einsetzen. Man muss über die besten Fertigungsmittel und Werkzeuge verfügen, um diese Ergebnisse fortlaufend zu generieren.“

„Wir haben zudem Mitsubishi GC15 und GE20A, Koepfer 300 und Gleason 130H Zahnrad-Abwälzfräsmaschinen,“ erläutert Velasquez weiter, „und setzten hoch qualitative Hartmetall-Wälzfräser ein. Unser tägliches Bestreben ist es, die von uns verwendeten Fertigungsmittel sorgfältig zu pflegen, um so die hohe Genauigkeit langfristig zu erhalten. Ein weiterer Faktor, der sich kritisch auf die Getriebegenauigkeit auswirkt, ist der sorgfältige Prozess für das Warmschrumpfen des Schneckenrads auf die Spindel vor dem Zerspanungsprozess. Mit dem gesamten Schrumpfprozess werden Konzentrizitätsfehler ausgeschaltet,“ sagt Velasquez, und dies wäre bei einer getrennten Bearbeitung nicht möglich. Wie in einer Nussschale halten wir über alles Kontrolle.“ „Wir haben eine Montagemannschaft, die das inspizieren kann, was sie zusammenbaut,“ ergänzt Tandrow. „Da die Teile in einem kontrollierten Prozess gefertigt werden und die Montagemannschaft alle Aspekte davon kennt, einschließlich der Toleranzbandbreiten, um die Teile zu testen, ist die Qualitätskontrolle völlig in unserer Hand.“

Genaueste Inspektion

Eine Schlüsselstellung innerhalb der Montagemannschaft nimmt Misha Brkic ein. Er verwendet seine eigene Inspektionsausrüstung, mit der er die Genauigkeit eines jeden fertigen Produkts überprüft. Aufgrund seiner langjährigen Erfahrung kann er schon während des Montageprozesses durch sein außergewöhnliches Fingerspitzengefühl Einfluss auf die Genauigkeit nehmen. Er verfügt über die perfekte Feinfühligkeit, um exakt bearbeitete Schneckenwellen und Schneckenräder zu erkennen und er kann den Montageprozess bereits vor dessen Beginn anhalten, wenn ihm etwas Ungewöhnliches auffällt. “Dieser Stand an Geschicklichkeit und Erfahrung ist der Schlüssel für den erfolgreichen Prozess,“ sagt Tandrow. Und während Brkic seine Arbeit an der Rückseite einer langen Trennwand durchführt, die die mechanische Fertigung vom Montagebereich bei Haas trennt, ist er nur 30 Meter von Boris und Edik entfernt. Eine große Türöffnung auf halber Wegstrecke zwischen ihnen bietet bequeme Zugänglichkeit und die gewollte Nähe. „Das ist perfekt!“ lächelt Tandrow. „Genau wie die Getriebe.“