Portal- und Fräsmaschinen mit großem Arbeitsraum verschaffen Modell- und Formenbauern die nötige Flexibilität, auf die Anforderungen ihrer Kunden nach großen Modellen, wie ganzen Karosserien, schnell reagieren zu können. Mit Arbeitsräumen von bis zu 8.000 mm x 3.500 mm x 2.500 mm und Vorschüben von 60 m/min, sowie Beschleunigungen von 5 m/s² können auch Prototypen von Nutzfahrzeugen innerhalb kurzer Zeit realisiert werden. Das Material für die Modelle sind vorwiegend blasenfrei hergestellte Gießharz-Blöcke.

Modell- und Formenbauer müssen immer flexibler auf die Aufträge ihrer Kunden reagieren – das trifft besonders auf die Automotive-Branche zu. Die Automobilhersteller bringen in immer kürzeren Zyklen neue Modelle oder Varianten auf den Markt. Das Unternehmen Schröter Modell- und Formenbau mit Sitz in Oberpframmern bei München hat deswegen Portalfräsmaschinen von F. Zimmermann im Einsatz, die unterschiedlich große Arbeitsräume bieten. Neu hinzu kommen wird jetzt eine zweite Anlage der Serie FZ 37. Diese bietet Verfahrwege von 8.000 mm in der X-, 3.500 mm in der Y- und 2.500 mm in der Z-Achse. „Etwa 70 Prozent unserer Auftraggeber sind Automobilhersteller. Darunter finden sich Namen wie BMW, Audi, Volkswagen, Mercedes und auch Porsche. Rund ein Viertel der Aufträge generieren wir aus dem Motorsport“, sagt Maximilian Lörzel, Geschäftsführer des Modell- und Formenbau-Unternehmens.

Das Unternehmen existiert bereits seit 1963. Neben Prototypen oder Formen für Prototypen werden Gießerei-modelle, Innenverkleidungen aus Composite-Laminat, Blechumformwerkzeuge aus Aluminium, Kunststoff oder Zamak gefertigt. Ein Teil der Auftraggeber sind Hersteller von Haushaltsgeräten wie Bosch und Siemens oder Unternehmen aus der Flugzeugindustrie. Verarbeitet werden vorwiegend weichere Werkstoffe wie Schaum, Clay, Ureol oder Aluminium. Diese werden komplett geschruppt und geschlichtet. Verarbeitet werden zudem Kohlefaser oder Stahl. „Wir bauen zwar alles, womit der Kunde uns beauftragt – vom Fingerhut bis zum Flugzeugträger -, haben allerdings nicht alle Herstellungsprozesse im Haus verfügbar. Arbeiten wie Aluminiumgießen oder Lackieren vergeben wir an Unternehmen in unserer Nachbarschaft“, sagt der Geschäftsführer.

Flexibilität ist gefordert

In der Automotive-Branche werden die angeforderten Modelle immer größer. Denn immer öfter werden nicht mehr nur Pkw einem Designprozess unterzogen, sondern auch Nutzfahrzeuge. Außerdem liegen Geländelimousinen, die sogenannten SUV (Sports Utility Vehicle), voll im Trend. Dazu kommt, dass die Entwicklungszyklen stetig kürzer werden. Konnten die Modell- und Formenbauer früher auf lange Sicht planen, müssen sie heute wesentlich schneller auf Anfragen reagieren. Damit steigen die Anforderungen an die Fräszentren. Denn diese müssen nicht nur leistungsfähiger sein und einen immer größeren Arbeitsraum bieten, sondern sich auch vor allem durch eine hohe Verfügbarkeit auszeichnen.

Der Oberpframmerner Modellbauer hat zwei Fünf-Achsen-Hochgeschwindigkeits-Portalfräsmaschinen vom Typ FZ 30 im Einsatz mit Verfahrenswegen von 3.000 x 2.360 x 1.000 mm und mit 6.000 x 3.360 x 1.500 mm. Gesteuert werden diese mit der Heidenhain-Simultansteuerung iTNC 530. Ergänzt werden die Anlagen durch eine Fünf-Achsen-Hochgeschwindigkeits-Portalfräsmaschine vom Typ FZ 37. „Bei dieser Maschine haben wir einen Arbeitsraum von 7.000 x 3.500 x 2.500 mm. Der maximale Vorschub beträgt hier noch 35 m/min“, erklärt Lörzel und berichtet weiter: „Aktuell fräsen wir auf der großen Anlage einen Showcar aus Gießharz, das später rollfähig zum Kunden geliefert werden soll.“

Doch die eine große FZ 37 genügt dem Unternehmen nicht mehr. „Wir sind oft voll ausgelastet, und immer häufiger standen wir kurz davor, Aufträge ablehnen zu müssen, was fatale Folgen gehabt hätte. Deshalb haben wir uns für eine neue zweite Portalfräsmaschine vom Typ FZ 37 mit einem Arbeitsraum von diesmal 8.000 mm in der X-, 3.500 mm in der Y- und 2.500 mm in der Z-Achse entschieden.“ Die Vorschübe sind hier mit 60 m/min, die Beschleunigung mit bis zu 5 m/s² fast um das Doppelte höher als bei der bereits vorhandenen FZ 37. Um diese Anlage unterzubringen, wird der Modell- und Formenbauer eigens eine Halle errichten.

Vom CAD-Datensatz zur Wirklichkeit

Mit der neuen Anlage wird das Unternehmen wesentlich flexibler sein – besonders bei der Herstellung von Modellen unterschiedlicher Fahrzeugtypen. Bevor ein neuer Fahrzeugtyp oder eine neue Variante auf den Markt kommt, erfolgt ein langer Prozess der Formfindung. Neben Skizzen und Computermodellen müssen auch die Modelle des Fahrzeugs gefertigt werden. Denn erst daran ist eine genaue Beurteilung von Proportionen und Formen möglich. Dazu werden im Maßstab 1:1 Modelle meistens aus Clay gefertigt. Grundlage sind entweder Holz- oder Metallrahmen, auf denen Polyurethanplatten befestigt sind – oder auch das Vorgängermodell. Anschließend wird minus-gefräst und das Clay aufgetragen. Die CAD-Daten der neuen Formen, Features oder Charakterlinien werden dann auf den Portalfräsanlagen verwirklicht. „Allein im letzten Jahr haben wir über 80 Modelle aus den verschiedensten Werkstoffen gefräst – und das unter strengster Geheimhaltung“, sagt Lörzel stolz. „Doch sowohl für diese Modelle als auch für Showcars gilt: Sind die Verfahrwege der Maschine zu kurz, müssten wir das Modell während der Bearbeitung umspannen.Dabei könnten sichtbare Übergänge entstehen. Außerdem kostet dieser Prozess erheblich Zeit – je größer das Bauteil ist, desto mehr.“

„Für den Showcar haben wir zwei Tage angesetzt“, sagt der Geschäftsführer. Das Modell besteht aus Rakutool. Rampf Tooling, ein Unternehmen der Rampf-Gruppe, hat das Modell mit einem speziellen Gießverfahren, dem sogenannten Großvolumenverguss, blasenfrei hergestellt. „Für uns hat das den Vorteil, dass wir durch die konturnahe Form der Gießlinge weniger Material auf der Fräsanlage zerspanen müssen, sodass weniger Abfall entsteht und Fräszeiten erheblich verkürzt werden können.“ Die vergossenen Rohlinge weisen eine feine, fugenlose Oberfläche auf und zeichnen sich durch anwenderfreundliche mechanische Eigenschaften aus.

Bei den neuen Fräsmaschinen kommt der Zimmermann-Fräskopf VH 20 zum Einsatz. Der Antrieb erfolgt über elektronisch verspannte, spielfreie Torque-Doppelmotoren, die C-Achse über einen Torque-Direktantrieb. In Verbindung mit einem hochauflösenden Messsystem wird ein schnelles und hochpräzises Positionieren ermöglicht, denn der Fräskopf verbindet hohe Drehmomente mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten in der A- und C-Achse. „Durch den symmetrischen Aufbau und die nach unten verjüngte kompakte Bauform des Fräskopfs besitzt dieser außerdem eine geringe Störkontur“, sagt Lörzel. „Außerdem setzen wir auf Minimalmengenschmierung, besonders wenn wir Aluminium bearbeiten. Staub, der zum Beispiel bei der Kunststoffbearbeitung entsteht, würde Kühlwasser schon nach kurzer Zeit verunreinigen.“

Wenn die Maschine stoppt, fährt der Fräskopf zur Werkzeugwechselstation. Die Klappe öffnet sich, und alle Fräser, die für diesen Auftrag benötigt werden, kommen zum Vorschein. „Dieses Feature ist für uns sehr wichtig, da wir die Maschinen auch nachts oder an den Wochenenden durchlaufen lassen, ohne dass ein Mitarbeiter dabei sein muss“, sagt Lörzel. Eine vollautomatische Laser-Werkzeugvermessung und ein Funktaster runden die Ausrüstung ab. Der in die Portalfräsmaschine integrierte Funktaster ermöglicht ein schnelles Einmessen des Bauteils. Nach der Bearbeitung kann die Vermessung ebenfalls direkt auf der Maschine erfolgen, das Bauteil muss nicht abgespannt werden.

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Über den Autor

Christian Zierhut ist Mitglied der Geschäftsleitung und Leiter Vertrieb/Marketing, bei F. Zimmermann, Denkendorf.