Qualität bis ins Detail

Als langjähriger Partner der Triebwerkindustrie verfügt die Starrag Group über die Kompetenz, anspruchsvolle Fertigungslösungen zur Herstellung von Turbinenelementen zu entwickeln. Ein Standardelement bei solchen Komplettanlagen ist die Schrumpftechnik von Haimer. (Bild: Starrag)

Patrik Rutishauser
Leiter Application Engineering bei Starrag

„Haimer hat das Werkzeugschrumpfen professionalisiert und bis heute permanent weiterentwickelt. Wir evaluieren immer wieder verschiedene Systeme und Anbieter, aber die Haimer Produkte sind einfach in punkto Präzision und Qualität unschlagbar. “

Am Hauptsitz der Starrag Group in Rorschacherberg (CH) ist auch die Produktmarke Starrag beheimatet. Sie ist dem Zielmarkt Aerospace & Energy-Industrie zugeordnet und bietet fünfachsige Bearbeitungszentren mit hohen Abtragsleistungen zur Fertigung von Turbinenschaufeln, Impellern, Blisks und komplexen Strukturteilen in höchster Präzision.

„Unsere Maschinen sind technologisch in der Oberklasse angesiedelt“, macht Patrik Rutishauser, Leiter Application Engineering, deutlich. „Sie stehen für höchste Leistungsfähigkeit und Präzision. Darüber hinaus bieten wir unseren Kunden einen besonderen Mehrwert bezüglich der Applikation.“ Denn Starrag sieht sich als Technologiepartner der Anwender und ist in der Lage, komplette Prozesse auszulegen und zu realisieren. „Wenn ein Kunde mit einem Bauteil kommt, von dem er 10.000 Stück benötigt, planen wir die komplette Anlage und liefern ihm die Maschine inklusive Software, Spannvorrichtungen, Werkzeugaufnahmen sowie peripheren Geräten und Fremdmaschinen.“

Ein solches Zusatzangebot ist nur möglich durch die jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung von Werkzeugmaschinen, CAM-Systemen und Spezialwerkzeugen – und durch Anwendungs-Know-how, das Starrag zum Beispiel in der Prototypen- und Kleinserienfertigung von Turbinenschaufeln sammelt. Ein Bereich, den Patrik Rutishauser verantwortet: „Zu meinen Aufgaben gehört die Technologie- und Softwareentwicklung für sogenannte Single Blade Applications. In meinem Team arbeiten Anwendungstechniker mit CAM-Softwareentwicklern Hand in Hand. So kann schnell und ohne Umwege exakt das entstehen, was der Anwender braucht.“

Haimer Power Shrink Chucks werden bei Starrag für anspruchsvolle Schrupp- und Schlichtbearbeitung eingesetzt. (Bilder: Haimer)

Erfahrungen aus dem Produktionsbetrieb

Wichtige Erfahrungen sammeln seine Mitarbeiter im CPE (Center of Production Excellence), dem Starrag-Anwendungszentrum in Rorschacherberg, wo sie anspruchsvolle, neue Bearbeitungsprozesse testen und optimieren. Die rund 2.000 m2 große Halle ist mit den aktuellen vier- und fünfachsigen Starrag-Bearbeitungszentren ausgestattet. Auf ihnen führt das Applikationsteam verschiedenste Bearbeitungen durch, von der Schwerzerspanung hochfester Titanlegierungen bis zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Leichtmetallen.

Patrik Rutishauser betont: „Wir bearbeiten Rotationsteile, komplexe kubische Werkstücke sowie freigeformte Strömungsflächen – unter Produktionsbedingungen. Denn wir fertigen hier auch Null- und Kleinserien für unsere Kunden. Das bedeutet, zeichnungs- und qualitätskonformes Produzieren zu marktfähigen Kosten.“ Ein Vorteil, wie der Applikationsspezialist meint, denn dadurch erschließe sich ein wertvolles Wissen um die Maschinenanforderungen und den ganzheitlichen Bearbeitungsprozess, das bis ins kleinste Detail reicht. „Nicht wie bei einer Kundenvorführung“, ergänzt Rutishauser, „wo man über manche Kleinigkeit hinweg sieht.“

Durch die verstärkte Wandstärke im Spannbereich und andere konstruktive Merkmale erreichen die Heavy Duty Shrink Chucks von Haimer sehr hohe Spannkräfte und eignen sich zur Schwerzerspanung mit großen Werkzeugen.

Wichtiges Detail: die Werkzeugspannung

Dass dem Thema Werkzeugspannung bei der Präzisionszerspanung große Bedeutung zukommt, ist bei Starrag schon lange bekannt. Schließlich setzte man in Rorschacherberg bereits vor 20 Jahren schnelldrehende Spindeln mit 30.000 min-1 ein. Damals wurden die Werkzeuge üblicherweise mit Spannzangen-, Weldon- und Whistle Notch-Futtern gespannt, was jedoch aufgrund mangelnder Rundlaufgenauigkeit zu Problemen führte. Denn schon kleine Abweichungen tragen bei hohen Drehzahlen zu fehlerhaften Fräsergebnissen, minderen Oberflächengüten sowie zu verstärktem Werkzeug- und Spindelverschleiß bei. Auch die Geometrie dieser Aufnahmen weist zu große Störkonturen auf, um mit kurz eingespannten Werkzeugen in tiefe Kavitäten zu gelangen. Starrag zog Konsequenzen und stieg auf Schrumpffutter um, die dank ihres rotationssymmetrischen Spannkörpers weniger Störkonturen und eine hohe Rundlaufgenauigkeit bieten. Bei den ersten Versuchen mit der neuen Spanntechnik hatte Starrag noch mit Schwächen zu kämpfen: Die Futter wurden zur damaligen Zeit mit Heißluft erwärmt, was einen hohen Zeitaufwand bedeutet und das Material stark beanspruchte.

Auf der Suche nach Verbesserungen stießen die Starrag-Anwendungsspezialisten vor rund 15 Jahren auf Haimer. „Haimer hat das Werkzeugschrumpfen professionalisiert“, hebt Patrik Rutishauser hervor. „Das Unternehmen bot schon damals eine große Auswahl an Werkzeugaufnahmen sowie ein Schrumpfgerät mit Induktionsspule und Kühlkörpern an, das für jedermann einfach zu bedienen war. Bis heute hat Haimer sein Schrumpfprogramm – Aufnahmen und Geräte – permanent weiterentwickelt und ist seinen besonders hohen Qualitätsanforderungen stets treu geblieben. Wir evaluieren immer wieder verschiedene Systeme und Anbieter, aber die Haimer Produkte sind einfach in punkto Präzision und Qualität unschlagbar. An der Schrumpftechnik schätzen wir ganz allgemein die Möglichkeit, die Werkzeuge mit kurzen Auskraglängen zu spannen und natürlich die schlanken Konturen im Vergleich zu allen anderen Spannsystemen.“

Zum Schrumpfen der Werkzeuge steht im Starrag-CPE ein Haimer Power Clamp NG (links) und ein Power Clamp Premium. Beide Geräte sind mit einer patentierten Doppelspule ausgestattet, die sich der Länge und dem Durchmesser des Schrumpffutters anpasst.

Aufs Detail kommt es an

Am Haimer-Heimatstandort Igenhausen bei Augsburg werden alle Schrumpffutter, auch die Standardausführungen, aus hochwarmfestem Spezialstahl gefertigt und feingewuchtet (auf G2.5 bei 25.000 U/min bzw. <1gmm Restunwucht). Die funktionalen Oberflächen sind extrem genau verarbeitet und die Kegeltoleranzen weit präziser erzeugt, als von den einschlägigen Normen gefordert.

Für besondere Bearbeitungsansprüche bietet Haimer besondere Schrumpffutter. Die Power Shrink Chucks zum Beispiel eignen sich speziell für Hochgeschwindigkeits- oder Hochpräzisions-Fräsanwendungen. Das patentierte Design kombiniert eine geringe Neigung zu Vibrationen mit einer hohen Steifigkeit und schlankem Design an der Spitze. Diese besondere Konstruktion ermöglicht es dem Bearbeiter, die Schnitttiefe und die Vorschübe zu erhöhen und so ein größeres Zeitspanvolumen bei dennoch guten Oberflächen zu erreichen. Für Schwerzerspanung mit großen Werkzeugen sind die Haimer Heavy Duty Shrink Chucks konzipiert, die sich durch eine verstärkte Wandstärke im Spannbereich, einer extrem steifen Außenkontur und patentierten Dehnungsnuten in der Spannbohrung auszeichnen. So kommen hohe Spannkräfte zustande, die sich durchaus mit denen von Kraftspannfuttern vergleichen lassen. Das Portfolio an Schrumpffuttern wird durch die kleinen Haimer Mini Shrink Chucks abgerundet. Das sind einteilige Schrumpffutter mit einem extrem schlanken Design und einer 3-Grad-Außenkontur – konstruiert für den Formenbau.

In unmittelbarer Nähe zu den Schrumpfstationen steht ein Haimer Wuchtgerät Tool Dynamic Preset, eine kombinierte Lösung zum Wuchten und Vermessen von Werkzeugaufnahme und Werkzeug. Für die von Starrag selbst produzierten Werkzeuge, insbesondere die Stufenwerkzeuge, ist dieses Gerät in stetiger Verwendung.

Schwierige Materialien, hohe Oberflächenanforderungen

Patrik Rutishauser kommt diese Vielfalt entgegen. „Bei der Schaufelfertigung aus Strangpressprofilen gibt es in der Regel zwei Prozesse. Erst muss grob zerspant werden. Beim Schruppen ist es wichtig, dass das Futter eine dämpfende Komponente besitzt, um eine hohe Schnitttiefe und Vorschübe fahren und viel Material in einem Arbeitsgang abnehmen zu können. Beim anschließenden Schlichten treten dagegen keine großen Prozesskräfte auf. Hier kommt es auf hohe Rundlaufgenauigkeiten und Wuchtgüten an. Die Haimer Power Shrink Chucks sind für beide Bearbeitungen optimal geeignet. Und wenn die Zerspanung noch grober wird, greifen wir auf die Heavy Duty Chucks zurück“, erklärt er.

Was die Qualität der Schrumpffutter anbelangt, ist für Starrag das Beste gerade gut genug. Denn Titan und andere schwer zerspanbare Werkstoffe fordern der Schnittstelle zwischen Spindel und Werkzeug beim Schruppen und Schlichten Höchstleistungen ab. „Entscheidend ist letzten Endes die Bauteilqualität“, macht Patrik Rutishauser deutlich. „die muss bereits ab Stückzahl 1 passen, denn schon der Titanrohling kostet ein Vermögen. Und wir sind überzeugt, dass die Qualität der Werkzeugaufnahmen 1:1 in die Bauteilqualität eingeht.“ Das gilt besonders für die erzeugte Oberflächengüte, die einen wichtigen Faktor darstellt. Denn die Turbinenschaufeln benötigen eine sehr feine Struktur, um möglichst energieeffizient zu sein. Sie kann heutzutage durchs Fräsen ohne nachträglichen Schleifprozess erreicht werden. Momentan ist Starrag in der Lage, Oberflächengüten von Ra=0,8 µm prozesssicher zu erzeugen – 0,4 µm sind bereits in Reichweite.

Schnelle, unkomplizierte Werkzeugspannung

Zum Schrumpfen der Werkzeuge steht im Starrag-CPE ein Haimer Power Clamp Profi Plus NG, mit dem man alle HSS- und Hartmetall-Werkzeuge mit Schafttoleranz h6 von Durchmesser 3 mm bis zu 50 mm in kürzester Zeit ein- und ausschrumpfen kann. Es ist mit patentierter Doppelspulentechnologie ausgestattet. Das heißt, die Spule passt sich der Länge und dem Durchmesser des Schrumpffutters an. Nur der Schrumpfbereich wird erhitzt, was die Erwärmungs- und Kühlzeit via Kontaktkühlung deutlich absenkt. Daneben steht die High-End Lösung für professionelles Schrumpfen und Kühlen: ein Power Clamp Premium-Gerät, das eine große Arbeitsfläche, einfache Bedienung und linear geführte Kühlkörper mit Temperaturüberwachung bietet. Bei Starrag ist zusätzlich eine Einrichtung zur Längenvoreinstellung – auf 0,02 mm genau – integriert, da Werkzeuge stets auf eine definierte Auskraglänge geschrumpft werden müssen.

„Die Haimer Schrumpffutter und -geräte sind bei uns gewissermaßen als Standard gesetzt“, erklärt Patrik Rutishauser, „denn sie bieten beste Voraussetzungen für prozesssicheres Zerspanen, wie es von uns gefordert wird. Wir setzen natürlich diese Produkte nicht nur bei uns im CPE ein, sondern verkaufen sie auch mit unseren Anlagen quasi ab Katalog. Insofern ist es uns besonders wichtig, dass eine gleichbleibend gute Qualität geliefert wird. Bei Haimer sind wir uns sicher. Da kann ich mich nicht erinnern, dass eine Aufnahme jemals eine Kundenreklamation ausgelöst hätte.“