Tech in Use

Prozesssicheres Hochgeschwindigkeitsfräsen

Die Pilatus Flugzeugwerke AG installierten 2016 neue Fertigungssysteme für die Zerspanung von Strukturbauteilen aus Aluminium. Um beim Hochgeschwindigkeitsfräsen prozesssicher die gewünschte Oberflächengüte und Präzision zu erreichen, setzen die Flugzeugbauer durchgängig Lösungen von Haimer ein: verschiedenste Werkzeugaufnahmen und dazu passende Schrumpf- und Wuchtgeräte.

Produktion Haimer High-Tech-Produktion

Wenn ein Zerspaner vom Fliegen spricht, meint er in den meisten Fällen: Späne. Bei der Pilatus Flugzeugwerke AG, dem einzigen Schweizer Flugzeugbauer, ist das nicht anders. Zwar dreht sich dort am Hauptsitz in Stans fast alles ums Thema „Fliegen“, doch nimmt die Eigenfertigung und speziell die Zerspanung sehr viel Raum ein. Walter Duss, Abteilungsleiter Mechanische Bearbeitung, bekräftigt: „Wir haben generell eine sehr große Fertigungstiefe, um auf die Qualität unserer Flugzeuge entscheidend Einfluss nehmen zu können. Ein zentrales Element ist die Zerspanung der Strukturbauteile, die wir im Jahr 2016 auf neuesten Stand gebracht haben.“


So investierte Pilatus jüngst in eine komplett modernisierte Volumenzerspanung. Kernbestandteile sind zwei flexible Fertigungssysteme, die sie sich weitgehend automatisiert betreiben lassen und prozesssicher höchste Qualität erzeugen.


Um auf den neuen High-End-Fertigungssystemen die geforderten Oberflächengüten und Toleranzen sowie ein möglichst hohes Zeitspanvolumen zu erreichen, müssen auch die flankierenden Prozesse und Produkte entsprechende Anforderungen erfüllen. Walter Duss weist darauf hin, dass dabei feingewuchtete Werkzeuge zwingend erforderlich sind: „Erst die hohe Wuchtgüte der Komplettwerkzeuge – gewuchtet auf einer Haimer Auswuchtmaschine – inklusive der Haimer Aufnahmen sichert uns eine vibrationsfreie Bearbeitung und Oberflächen ohne Rattermarken, die in mühsamer, teurer Handarbeit entfernt werden müssten. Außerdem verlängert die hohe Rundlaufgenauigkeit die Standzeiten von Spindel und Werkzeugen erheblich.“
  

Werkzeugspannung ist von zentraler Bedeutung

Patrik Odermatt, als Teamleiter Mechanische Bearbeitung und Toolshop schon seit langem für den Bereich Werkzeuge bei Pilatus verantwortlich, stimmt seinem Kollegen zu. Seiner Erfahrung nach zahlen sich qualitativ hochwertige Aufnahmen aus, die langfristig hohe Stabilität und Rundlaufgenauigkeit bieten. Deshalb arbeitet er schon seit Jahren mit Haimer, Igenhausen, zusammen, wenn es um Belange der Werkzeugspannung geht. So sind auf unterschiedlichen Bearbeitungszentren Haimer Schrumpffutter sowie Präzisionsspannzangenfutter im Einsatz, für die im Tool-Shop – dem Pilatus-internen Werkzeug-Dienstleistungszentrum – entsprechende Einstell-, Schrumpf- und Wuchtgeräte bereitstehen. „Wir haben mit Haimer-Produkten bezüglich Qualität, Preis-/Leistungsverhältnis, Beratung und Support sehr positive Erfahrungen gemacht“, berichtet Patrik Odermatt. „Deshalb trafen wir die Entscheidung, für unsere neuen Fertigungssysteme durchgängig und einheitlich auf Werkzeugspanntechnik von Haimer zu setzen.“
So kommen in den beiden flexiblen Fertigungssystemen ausschließlich Werkzeuge zum Einsatz, die in die Haimer Standard-Schrumpffutter, Power Shrink Chuck ultrakurz oder lang sowie Power Mini Shrink Chuck geschrumpft sind oder in den Präzisionsspannzangenfuttern Power Collet Chuck sowie speziellen Messerkopfaufnahmen stecken. Der Bedarf ist groß. Schließlich greifen die fünf geplanten Bearbeitungszentren für Bauteile bis maximal 750 mm auf ein zentrales Werkzeugmagazin mit 1600 Plätzen zu, und die beiden Scharmann ECOSPEED F Zentren im Starrag FMS (Flexible Manufacturing System) sind mit jeweils einem Werkzeugmagazin mit 300 Plätzen ausgestattet. Zusätzlich sind zahlreiche Reserve-Werkzeuge im Tool-Shop vorhanden, die jederzeit zur Einwechslung bereitstehen.


Für jeden Zweck das passende Futter

Für Patrik Odermatt war die große Bandbreite an Werkzeugaufnahmen, die Haimer insbesondere fürs Schrumpfen bietet, ein wichtiges Argument für die Entscheidung: „Wir bearbeiten sehr viele verschiedene Teile, die mit Wandstärken von bis zu 1,2 Millimeter im Vergleich zu anderen Flugzeugherstellern extrem dünn und mit tiefen Taschen ausgeführt sind. Da kommt uns die große Auswahl entgegen. Zudem zeigte sich Haimer bei der Spindelschnittstelle sehr flexibel.“ In der Regel nutzt Pilatus einen HSK-A 63-Kegel. Insbesondere fürs Starrag FMS brauchte es einen speziellen HSK-A 63/80 Halter, der einen 63er-Kegel und einen 80 mm-Bund hat . Dadurch entsteht ein Plus an Steifigkeit, was wiederum mehr Dynamik beim Fräsen erlaubt und letztendlich zu besseren Oberflächen führt.


Tobias Völker als Marketingleiter, bei Haimer unter anderem für den Vertrieb in der Schweiz zuständig, erklärt: „Die HSK-A 63/80 Schnittstelle ist perfekt für die Fertigung von Strukturbauteilen mit hohen Drehzahlen geeignet. Nach intensiver Abstimmung mit Pilatus haben wir ein Aufnahmenprogramm für diese Schnittstelle ausgearbeitet und in unser Standard-Lieferprogramm aufgenommen, so dass die Halter jetzt ab Lager verfügbar sind.“


Innovative Chip-Sicherung – Data-Lock

Dieser Support kommt beim Schweizer Flugzeugbauer gut an, ebenso die Innovationsfreude seines Lieferanten Haimer. Denn mit den aktuellen Werkzeugaufnahmen nutzt Pilatus einen RFID-Chip, auf dem sich werkzeugrelevante Daten berührungslos speichern lassen. Um sicher zu gehen, dass diese normalerweise eingeklebten Datenträger ebenso prozesssicher integriert sind, hat Haimer eine zum Patent angemeldete Lösung entwickelt, die den Datenträger mechanisch fixiert und gleichzeitig den Datentransfer nicht beeinträchtigt. Das unterstützt den automatischen Ablauf in flexiblen Fertigungssystemen, der zwingend notwendig ist. Patrik Odermatt erwähnt: „Haimer gab uns die Möglichkeit, diese mechanische Sicherung vorab zu testen – und sie hat uns absolut überzeugt. Mit Data-Lock sind wir auch bei höchsten Drehzahlen auf der sicheren Seite, weshalb wir uns entschieden haben, es durchgängig einzusetzen.“


Als besondere Stärke der Zusammenarbeit mit Haimer stellt der Werkzeugfachmann heraus, dass er die gesamte Werkzeugspanntechnik aus einer Hand bekommt: „Für jedes Haimer-Schrumpffutter sind im Schrumpfgerät bereits alle benötigten Parameter hinterlegt. Da stimmen Leistung und Erwärmungszeiten, so dass wir quasi auf Knopfdruck einen prozesssicheren Schrumpfvorgang bekommen.“ Zudem eignet sich das Haimer Power Clamp Premium für die Werkzeugvoreinstellung in Toleranzlänge. Aktuell schrumpfen die Mitarbeiter im Tool-Shop pro Tag zirka 15 bis 20 Werkzeuge. Zusätzlich nutzen Maschinenbediener die dortigen Schrumpfkapazitäten für ihre Zwecke.


„Und das Wuchten funktioniert ebenso einfach“, ergänzt Patrik Odermatt. „Mit dem Haimer Wuchtgerät Tool Dynamic Comfort haben wir die Möglichkeit, die Wuchtgüte jedes Komplettwerkzeugs auf G2.5 bei 33‘000 U/min zu überprüfen beziehungsweise zu korrigieren.“ So werden nach jedem Werkzeugwechsel die Aufnahmen inklusive Werkzeug gecheckt und – falls erforderlich – aufs Neue gewuchtet.
 

Neue Volumenzerspanung trägt Früchte

Pilatus produziert am Hauptsitz in Stans sämtliche Flugzeugtypen: unter anderem das über 1.500 Mal verkaufte einmotorige Turboprop-Mehrzweckflugzeug PC-12, das hochmoderne Trainingsflugzeug PC-21 und den noch im Prototypenstatus befindlichen, zweistrahligen Business Jet PC-24, der 2017 zertifiziert werden wird und bereits über 80 Mal geordert wurde. All diese Flugzeuge bestehen zu großen Teilen aus Aluminium-Strukturbauteilen – von der Nase bis zur Heckflosse und den Flügelenden.


Charakteristisch für diese Bauteile ist ihr hoher Zerspanungsgrad, der durchschnittlich über 90 Prozent liegt, wie ein paar Beispiele belegen: Bei einer Holmbrücke für das Mehrzweckflugzeug Pilatus PC-12 bleibt von einem knapp 380 kg schweren Rohteil ein Fertigteil übrig, das nur noch 35 kg wiegt. Auf einen Zerspanungsgrad von sogar 97,7 Prozent bringt es ein Spant-Teil für das Cockpit des PC-12, von dessen ursprünglichen 14 kg Rohteilgewicht nur mehr gut 300 g übrig bleiben.


Umso entscheidender ist, dass die Neustrukturierung der Volumenzerspanung Früchte trägt, wie Walter Duss bestätigt: „Durch die automatisierten, flexiblen Fertigungslösungen und Komponenten wie die Schrumpf- und Wuchttechnik von Haimer ist es uns gelungen, die Bauteilqualität zu steigern und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Auf ähnlicher Produktionsfläche und bei gleichem Personalstand können wir jetzt rund ein Drittel mehr Kapazität generieren. Das ist für uns sehr wichtig, denn die Schweiz ist ein teurer Fertigungsstandort. Zudem stehen wir in gewaltigem internationalen Wettbewerb, der uns zwingt, sehr kostenbewusst zu agieren.“