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Die Infobasis für Ihre Berichterstattung

    Volumenfertigung von Kurbelwellen und Antriebswellen

    mit modernsten Technologien und virtueller Inbetriebnahme

    Eislingen, 02. Januar 2020  ̶  Der Verbrennungsmotor wird uns noch einige Jahre begleiten bis die Transformation der Automobilunternehmen und der Märkte in alternative Antriebe umgesetzt sein wird. Welche Folgen die Unschärfe der Strategien der Produzenten, der Technik und vor allem der Politik bei den Mobilitätskunden hervorrufen, erleben wir bereits seit geraumer Zeit. Neben signifikanten Weiterentwicklungen bei der Abgasreinigung und der Entwicklung von synthetischen Kraftstoffen, den sogenannten e-Fuels, werden auch weitere Funktionen im Motor selbst in Betracht gezogen. Bis zu einer vollständigen Ablösung dieser Antriebstechnologie stehen weiterhin Produktivität, Qualität und Kosten im Fokus und modernste Fertigungstechnologie auch für die Kurbelwellen.

    Auf den Verbrennungsmotor wird man in den nächsten Jahren nicht verzichten können und er wird als singulärer Antrieb aber auch Teil der Hybridisierung im Fahrzeug eine Weiterentwicklung erfahren müssen. Die Disruption ist im Gange und die unbekannten Größen sind der Zeitstrahl und die Produktionsvolumen bis zu einer möglichen Kompensation durch die Antriebsalternativen.

    Für die Produktionsplanung bedeutet dieses Szenario zunächst einen maximalen Grad an Flexibilität bzgl. Produktdesign und Anlagenkapazität. In der Phase der Unsicherheit werden Neubeschaffungen von Anlagen verzögert und der Bedarf wird vermehrt über Rekonfiguration von vorhandenem Equipment abgedeckt, wobei für einzelne Prozess-Schritte  durchaus Investitionen zur Verfügung stehen.

    Für alle anstehenden Projektausprägungen: Neubeschaffung neuer Fertigungslinien, Erweiterung oder Modifikation vorhandener Anlagen als auch die Rekonfiguration des Anlagenbestandes bietet BOEHRINGER die passende Lösung und Umsetzung an.

    Die Produkte der neuen Baureihe BOEHRINGER 221/226 lassen sich problemlos in jedes Layout integrieren und an die Automation anbinden. Mit einer kleinen Montagefläche, höherer Leistung der Komponenten und geringeren Verbrauchsdaten bei hoher Flexibilität für die erforderliche Technologie und ebenfalls höherer Bearbeitungsgenauigkeit können alle denkbaren Parameter der Spezifikation für die Kurbelwellen- und Wellenbearbeitung bestens abgedeckt werden. Die neue Wellenmaschinen entstehen aus einem modularen Baukasten, aus welchem Drehmaschinen, Enden-Bearbeitungsmaschinen für Wellenbauteile sowie Sondermaschinen für die Kurbelwellenbearbeitung konfiguriert werden. Auf einem schrägen Mineralguss (Polymerbeton) – Bett sind alle Führungsbahnen und Schlittenantriebe in einer Ebene angeordnet.

    Durch dieses Konzept wird eine maximal mögliche Stabilität/Dämpfung erzielt, thermische Einflüsse auf ein Minimum reduziert und die kompakte Baugröße der Komponenten vermeidet unvorteilhafte Auskragungen mit dem Ergebnis einer schwingungsarmen Bearbeitung. Die modernen Fahrzeugmotoren werden immer kleiner und die Leistung immer höher bei einer optimalen Laufruhe. Für die Kurbelwellen der Personenkraftwagen bedeutet diese Spezifikation: geringere Reibung durch kleinere Lagerstellen, Massenreduzierung, höhere Materialstabilität, und für die Bearbeitung höhere Zerspanleistung bei kleinen und damit labilen Werkstücken. Der modulare Baukasten ist auf diese Parameter ausgelegt und berücksichtigt die höhere Antriebsleistung der Fräsaggregate auch bei Führungen und Schlittenantrieben.

    Für die achsparallele Drehfräsbearbeitung stehen zwei Alternativen zur Verfügung: das Innenfräsen (Werkzeugring mit innenliegenden Schneiden) und das Außenfräsen (Werkzeugscheibe mit außenliegenden Schneiden). Die Technologiewahl in den Randbereichen kann analytisch ermittelt werden: Außenfräsen ist vorteilhaft bei kleinen Wellen und Innenfräsen bei großen Wellen. Dazwischen liegt eine breite Grauzone und wird von den Prozess-Spezialisten kontrovers diskutiert. Um den Markt komplett bedienen zu können – mit Ausnahme der Bearbeitung am stehenden Werkstück (Wirbeln) – wurde das Produktprogramm durch die BOEHRINGER VDF 221/226 CIM erweitert. Das Innenfräsen wird traditionell zur Schruppbearbeitung eingesetzt.

    Mit der Technologieinnovation des Hart-Fein-Innenfräsen von Kurbelwellen-Lagerstellen steht erstmalig eine Alternative zur Verfügung, welche das aufwändige Schruppschleifen nach dem Härten ersetzt und signifikante Einsparung bei der Beschaffung bietet. Mit der innovativen Portalbauweise der VDF BOEHRINGER VDF 221 CIM zum Innenfräsen von Kurbelwellen-Hub- und Mittellager sowie für die Wangenbearbeitung steht eine sehr robuste Maschine zur Verfügung, welche eine schwingungsfreie Schwerstzerspanung mit höchster Performance ermöglicht. Beim Außenfräsen auf der VDF 221 CM konnte der Schritt in der Feinbearbeitung der Wellen nach dem Härten mit dem Hart-Feinfräsen bereits erfolgreich umgesetzt werden. Der signifikante Vorteil dieser Technologie liegt in:

    • Geringere Beschaffungskosten bei der Maschinenausrüstung (-25 % im Vergleich zum Schleifen)
    • Trockenbearbeitungsfähig und damit Entfall der Unterhalt und Entsorgung der Schleifmedien (Öl oder Emulsion)
    • Umweltbewusste Technologie mit geringerem Energieverbrauch
    • Kosteneffizienz am Bauteil

    Als Entwicklungspartner für das Hart-Fein-Innenfräsen unterstützt uns die Firma Ingersoll bei der Technologieoptimierung. Die am Markt noch neue und erfolgreiche VDF 221 CIM überzeugt mit den technischen Highlights für schwere und/oder präzise Bearbeitung an schwierigen Werkstücken:

    • Fräsaggregate an Portalschlitten aufgehängt mit zentralen Werkstückspindelstöcken und damit höchster Systemsteifigkeit im Wettbewerbsvergleich
    • Temperierte Spindelstöcke mit großzügiger Lagerdimensionierung wie von VDF BOEHRINGER bekannt
    • Starke Fräsantriebe mit Öl-Umlaufschmierung und –Temperierung
    • Temperaturkompensation im Arbeitraum
    • Systemunterstütze NC-Programmierung
    • Exzellenter Zugang zu allen Baugruppen durch beidseitig weit öffnende Verkleidung
    • Zerspankraftregelung für einen optimalen Berarbeitungsprozess

     

    Die Neuentwicklung der CNC-Enden-Bearbeitungsmaschine BOEHRINGER VDF 221/226 CET ist die konsequente Fortsetzung der Prozessverbesserung zur Steigerung der Produktivität vom Spezialisten für die Kurbelwellen- und Wellen-Bearbeitung. Die Kernbaugruppen der neuen 6-Achs-Bearbeitungsmaschinen für Wellenenden sind die beiden Kronenrevolver mit jeweils 8 Werkzeug-Schnittstellen, welche als 3-Achsen-Einheiten von beiden Seiten die Enden am stehenden (fest eingespannten) Werkstück bearbeiten. Alternativ können für spezielle Anwendungen an denTrägereinheiten auch Spindel- und Mehrspindelköpfe in Sonderbauform angeflanscht werden. Die wesentlichen technischen Merkmale der dazu eingesetzten Baugruppen sind:

    • Maximale Robustheit und Leistungsfähigkeit, besonders bei Fräsanwendungen
    • Ausführung mit Minimalschmiertechnik (MMS) oder Nassbearbeitung möglich
    • Verschiedene Werkzeugaufnahmen verfügbar (Standard HSK)
    • Kompakte Einheit mit geringer Auskragung und stabiler Spindel
    • Direktantrieb mit max. 15.000 1/min
    • Span-zu-Span-Zeiten < 1,5 s

     

    Gegenüber anderen bekannten Einheiten zur Enden-Bearbeitung punktet der Kronenrevolver mit dem direkten Kraftfluss der Vorschubeinheit über den Revolverantrieb und der jeweiligen Spindel in Bearbeitungsstellung mit entsprechend höherer Leistung (40 kW) und kraftvollem Vorschub (10 kN).

    Die Bearbeitungseinheit wird vom stabilen Portalschlitten in Z-Richtung getragen, auf welchem die Kreuzschlitteneinheit den Revolver in X- und Y-Richtung hochdynamisch positioniert (siehe Span-zu-Spanzeiten). In der kompakten Bauform der VDF 221 CET können Werkstücke mit einer Maximallänge von 650 mm (bis 280 kg) geladen werden und die Langversion VDF 226 CET nimmt Wellen bis 3.000 mm (1.400 kg) zur Bearbeitung auf. Die Beladung der Maschine kann manuell mit einer Hebevorrichtung, vollautomatisch mittels Roboter von vorne oder Ladeportal von oben erfolgen.

     

    Der modulare VDF BOEHRINGER Baukasten unterstützt eine attraktive Preisgestaltung, liefert einen entscheidenden Beitrag zur hohen Qualität und reduziert die Lagerhaltungskosten der Ersatz- und Verschleißteile bei Installation einer kompletten Fertigungslinie durch die Gleichteilestrategie.

    Markante Vorteile des Maschinenkonzeptes:

    • Maschinen-Schrägbett
    • Anordnung aller Komponenten auf dieser Schrägbett-Ebene
    • Optimaler Spänefall in der Maschine – insbesondere bei Trocken- und MMS-Bearbeitung
    • Freier Zugang zu allen Baugruppen vom Hallenboden durch beidseitig weites Auseinanderfahren der Maschinenverkleidung
    • Kompaktes, raumsparendes Maschinenlayout mit zentralen Elektro- und Fluidschränken
    • Einsatz von Baugruppen mit hoher Energieffizienz und breite Erfahrung in umweltbewussten Fertigungstechnologien
    • Ideale Werkstückflexibilität durch großen Arbeitsraum in X- und Y-Richtung

     

    Alle Maschinen der VDF-Baureihe sind höchst ergonomisch konzipiert und können manuelle als auch automatisch beladen werden. Eine weite Öffnung des Arbeitsraums unterstützt beim Einfahren der Bauteile und bietet einen komfortablen Zugang zur Werkstückaufnahme beim Be- und Entladen auch mit einem Hebezeug. Das schwenkbare Bedienfeld der Maschinen kann auf die passende Bedienergröße eingestellt werden. Die automatische Beladung erfolgt in den meisten Fällen von oben mit einem Ladeportal  oder von vorne durch einen Roboter. Für den Betrieb als Fertigungszelle kann an die Maschine die standardisierte „MAG Cell“ angebunden werden. Darin befindet sich ein bodenstehender Roboter, welcher Bauteile aus einem Speicherturm oder von einer Bandzufuhr entnimmt und die Fertigteile auf diesem Weg auch wieder abliefert. Die „MAG Cell“ kann mit weiteren Funktionen wie Reinigen und/oder Messen ausgebaut werden. Der eigene Geschäftsbereichs MAG Factory Automation plant die Einbindung der Maschine in das Produktionsumfeld von der Stand-Alone-Maschine mit Beladung bis zur komplexen Turn-Key-Anlage für die Produktion einbaufertiger Bauteile.

     

    Mit modernsten Planungstools werden Prozesse und Layouts simuliert und optimiert. So können bereits in der Angebotsphase, unabhängig vom Einsatz von Neumaschinen, Gebrauchtmaschinen oder einem Mix aus beidem in einer Anlage, die geforderte Anlagenausbringung  und Qualität verbindlich geplant werden. Die Kombination von parallelen (redundanten) Stationen und den Flaschenhalsbereichen (sequentielle Stationen) gilt es zu beherrschen und bei der Logistikplanung muss eine maximale Produktivität erreicht werden. Für die Turn-Key-Projekte, wo z.B.: Zerspanungsmaschinen mit Messen, Waschen und Montieren über einen automatisierten Transport miteinander verbunden werden, können mit Digitalen Zwillinge die jeweiligen Prozesse validiert werden, die Stationsverfügbarkeiten ermittelt werden und über die Simulation der Materialflussvarianten ein Digitaler Anlagen-Zwilling erstellt werden. Bei der Projektabwicklung werden diese Modelle weiter verfeinert und finden bei der virtuellen Inbetriebnahme ihre Anwendung und garantieren einen höheres Qualitätsniveau als auch eine merkliche Verkürzung der Lieferzeiten. Mit den virtuellen Schatten der Anlagenbestandteile werden auch die zahlreichen Modifikationen über die Nutzungsdauer wesentlich einfacher planbar und durch die Vorwegnahme einer virtuellen Inbetriebnahme an den Zwillingen in der Produktion in kürzesten Zeiten umsetzbar. Weitere Vorteile der Digitalisierung lassen sich für die Bediener- und Instandhalter- Schulung  sowie den Remote Services bestens nutzen.

    Bis zur völligen Ablösung von Verbrennungsmotoren werden hochproduktive Anlagen zur Fertigung der Komponenten benötigt. Mit der Transformation zu alternativen Antriebskonzepten ist jedoch bereits heute eine virtuelle Planung des zukünftigen Einsatzes der robusten und langlebigen Produktionsmaschinen von BOEHRINGER möglich. Für die hohen und weiter wachsenden Qualitätsanforderungen der Antriebswellen für elektrische Antriebe ist die Produktion mit der BOEHRINGER VDF-Baureihe bestens gerüstet.

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    Thomas Pfeiffer

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    FFG Europe & Americas

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