Weniger Nacharbeit dank innovativer Maschinentechnologie

Die 5-Achs-Portalfräsmaschine FZP32 ist dank ihres thermosymmetrischen Aufbaus sehr genau. Sie bietet eine hohe Produktivität und Verfügbarkeit.

Die Schröter Modell- und Formenbau GmbH setzt seit Jahrzehnten auf Zimmermann. In der coronabedingten Krise investierte das Unternehmen in eine komplett neuentwickelte Fünf-Achs-Portalfräsmaschine der Schwaben. Das Besondere ist ihr (thermo)symmetrischer Aufbau mit einem mittengeführten Z-Schlitten. Damit erreicht Schröter eine wesentlich höhere Genauigkeit.

Wie reagieren Verarbeitungsbetriebe in Krisenzeiten richtig? „Viele denken kurzfristig, senken ihre Kosten auf breiter Front und bauen sogar Personal ab. Boomt die Branche wieder, sind sie auf einen plötzlichen Auftragseingang nicht vorbereitet und müssen Projekte meist ablehnen, weil einfach keine Kapazitäten vorhanden sind“, hat Maximilian Lörzel bei vielen Marktbegleitern beobachtet.

Der Geschäftsführer der Schröter Modell- und Formenbau GmbH im bayrischen Oberpframmern bei München sitzt an diesem Tag in einem der Besprechungsräume der F. Zimmermann GmbH im knapp 230 Kilometer entfernten Neuhausen auf den Fildern, nicht weit weg von Stuttgart.

„Wir standen im November 2021 vor dieser Frage: Wie reagieren wir auf die Corona-Pandemie, die die Auftragslage verschlechterte und uns zur Kurzarbeit zwang? Keiner konnte die Situation einschätzen. Aber wir wussten: Irgendwann ist die Krise vorbei. Und darauf wollten wir vorbereitet sein.“

Untypisch für diese Zeit entschied er sich, in eine neue Portalfräsmaschine der Baureihe FZP32 von F. Zimmermann mit einem Arbeitsbereich von 7.000 x 3.500 x 2.500 Millimetern zu investieren. Sicher sei dies ein Risiko gewesen, doch auch ein klares Signal für die Zukunft, an unsere Kunden und unsere Mitarbeiter“, sagt er heute.

1963 hat Lörzels Onkel Bruno Schröter die Firma in München aufgebaut. Anfang der neunziger Jahre übernahm er den Betrieb, der seitdem stetig wächst. Heute fertigt das Unternehmen Bauteile oder Formen für Prototypen, aber keine Serien. Hinzu kommen Gießerei- und Designmodelle, Blechumformwerkzeuge aus Aluminium oder Kunststoff sowie die Bearbeitung weicherer Werkstoffe wie Schaum, Clay und Ureol. Schröter verarbeitet zudem Kohlenstofffaser und Stahl.

„Etwa 50 Prozent unserer Kunden sind aus der Automotive-Branche“, berichtet Geschäftsführer Lörzel. „Darunter finden sich Namen wie BMW, Audi, Volkswagen, Mercedes und Porsche. 2022 hat der Betrieb knapp 70 Eins-zu-eins-Modelle gefräst. Sein Unternehmen wolle aber nicht von einer Branche abhängig sein. Wichtig sei eine Diversifizierung, rät er. Deswegen kommen mittlerweile knapp 40 Prozent der Aufträge aus der Luft- und Raumfahrt. Ein neues wachsendes Feld ist die Medizintechnik. Dort übernimmt er mit seinen 40 Mitarbeitenden die Fertigung komplexer Prototypen etwa für Computertomographen oder OP-Roboter.

Maximilian Lörzel (li.) und Frieder Gänzle: „Der Fokus bei der Entwicklung des VH10 lag neben einer hohen Leistungsdichte vor allem auf seiner schlanken Linie.“

Zurück in Neuhausen. „Was uns so erfolgreich macht?“ Der Geschäftsführer von Schröter muss nicht lange überlegen. „Wir haben hochqualifizierte Mitarbeiter. Jeder von ihnen kann die Maschinen sowohl programmieren als auch bedienen. Wir bilden selbst aus und bieten die komplette Fertigung aus einer Hand.“

Zum Konstruieren und zur Fünf-Achs-NC-Programmierung setzt der Betrieb auf die Softwarelösungen Catia und Tebis in Kombination mit den Fräsmaschinen von F. Zimmermann. Schröter ist mit den schwäbischen Maschinen groß geworden. Was Lörzel daran schätzt, ist die Stabilität, die hohe Geschwindigkeit und die Flexibilität dieser Anlagen. Sie arbeiten präzise und zuverlässig.

„Die Bauteile müssen nach der Entnahme von der Maschine je nach Arbeitszeit kaum oder gar nicht nachbearbeitet werden. Allein das spart uns erheblich Zeit und Geld“, betont der Geschäftsführer.

1991 investierte Schröter Modell- und Formenbau in das erste Fräszentrum des schwäbischen Familienunternehmen. Inzwischen stehen in Oberpframmern fünf Zimmermann-Anlagen unterschiedlicher Größe – genauso viele passen in die Halle. „Weil wir auf Maschinen desselben Herstellers setzen, können wir eine Gleichteilstrategie fahren“, beschreibt Lörzel. Das heißt: Fällt eine Anlage aus, kann ein Mitarbeiter bei der Einzelteilfertigung einfach mit dem Bauteil auf eine andere in der Größe passenden Maschine wechseln. Dazu sind diese mit derselben Steuerung, mit vergleichbaren Fräsköpfen und Simulationssoftware von Tebis ausgestattet.

Maschinenpark kontinuierlich erneuert

In den mehr als 30 Jahren hat Schröter vier Maschinen gegen neuere Versionen ausgetauscht. „Nun ist die fünfte dran und damit die neunte Zimmermann-Maschine“, sagt Lörzel und schaut hinüber zu Frieder Gänzle. Der Geschäftsführer der F. Zimmermann GmbH trifft sich heute mit ihm für die Abnahme der neuen FZP32. „Die alte Anlage der Baureihe FZ37, die wir nun aus der Produktion in Oberpframmern nehmen, ist 18 Jahre alt“, sagt Lörzel. „Noch läuft sie zuverlässig. Aber natürlich treten altersbedingt immer wieder kleine Verschleißerscheinungen auf, mal war es ein defektes Netzteil, mal die Grafikkarte.“

Mit der neuen FZP32 steht ihm derselbe Arbeitsraum zur Verfügung. Bauteile wie Fahrzeugmodelle lassen sich von fünf Seiten ohne Umspannen komplett zerspanen. Der modulare Aufbau der Maschine bietet die Möglichkeit, verschiedene Optionen zu berücksichtigen – zum Beispiel Automatisierungslösungen wie Shuttletische, ein positionierbarer Rundtisch, Staubabsaugglocken oder ein individualisiertes Werkzeugspannsystem. Das Wichtigste jedoch: Schröter geht einen deutlichen Schritt nach vorn, denn die neue Portalfräsmaschine erreicht eine maximale Maßhaltigkeit bei der Bearbeitung der Werkstücke. „Das liegt an ihrem thermosymmetrischen Aufbau“, erklärt Zimmermann-Geschäftsführer Gänzle das besondere Konzept.

Thermosymmetrie für mehr Präzision

Sich verändernde Umgebungstemperaturen sowie Prozesswärme beeinflussen zwangsläufig die Maschinengeometrie bei herkömmlicher Portalbauweise. Die Idee des thermosymmetrischen Aufbaus beruht darauf, dass anfallende thermische Einflüsse in erheblichem Maße durch den Aufbau der Maschinenstruktur absorbiert werden können. „Dafür haben wir bei den Maschinen unseres gesamten weiterentwickelten Portfolios Struktur- und Antriebskomponenten, Führungen sowie andere genauigkeitsbestimmende Bauteile entsprechend ausgelegt und intelligent angeordnet. Die Struktur kann sich so in unkritische Richtungen ausdehnen“, beschreibt Gänzle.

Der mittig geführte Z-Schieber des Portals in Doppelbrückenbauweise hat einen achteckigen Querschnitt, der ihn besonders stabil macht. Mit diesem Aufbau erreichen wir eine sehr hohe Steifigkeit. Und weil es zu keiner einseitigen Erwärmung kommen kann, steigert dies die Genauigkeit enorm. Zimmermann reduziert durch den Aufbau der Struktur die Auswirkungen der Fehlereinflussgrößen konstruktiv auf ein Minimum. Und da im Vergleich zu einem seriellen Aufbau mit klassischer Führungsanordnung weniger Hebelkräfte wirken, kann der Maschinenbauer die FZP steifer bauen: Der oktogonal ausgeführte Z-Schlitten ist stabiler und dennoch schlanker. Und weil weniger Masse bewegt werden muss, arbeitet die Maschine schneller und dynamischer – damit ist der Betreiber produktiver. Eine geringere zu bewegende Masse erfordert zudem weniger Energie. Das sind klare Kostenvorteile. Dazu kommt: Durch den thermosymmetrischen Aufbau können aufwendige Kühlkreisläufe entfallen, auch das wirkt sich dann positiv auf die Kosten aus.

Fräsen mit Köpfchen

In der Halle in Neuhausen ist die FZP für die Abnahme aufgebaut. Frieder Gänzle zeigt auf den Fräskopf: „Im Einsatz ist der VH10. Der Gabelkopf ist in Monoblock-Ausführungen aus Guss ausgelegt. Er ist kompakt gebaut, erreicht hohe Klemmkräfte und ermöglicht damit stabile Bauteilbearbeitungen.“ Zimmermann stattet den VH10 optional mit einer Prozesskühlung mit Kühlschmierstoffen oder auch Minimalmengenschmierung aus. Um Durchlaufzeiten zu verringern, ist standardmäßig eine leistungsstarke Spindel mit 34 Kilowatt bei einer maximalen Drehzahl von 24.000 U/min verbaut. Dazu kommt eine optionale Staubabsaugglocke um das Fräswerkzeug. Wichtig für die Kunden ist auch die Störkontur der gesamten Z-Achse. Der Fokus lag bei der Entwicklung neben einer hohen Leistungsdichte vor allem auf seiner schlanken Linie. Denn desto näher der Bediener den Fräskopf an das Bauteil fahren kann, desto kürzere Werkzeuge lassen sich einsetzen und damit mehr Material abtragen.

Sicher in der Geisterschicht

Das neue Konzept der FZP hat Maximilian Lörzel überzeugt. „Gerade wenn wir die Maschine nachts sieben Stunden am Stück laufen lassen, müssen wir sicher gehen, dass sie über diese lange Zeit temperaturstabil bleibt“, sagt er. Noch extremer sei es an den Wochenenden. Denn da können Laufzeiten von bis zu 40 Stunden am Stück zusammenkommen. Zuerst fräst die Anlage eine Seite eines Fahrzeugs, anschließend die andere. Entsteht durch die langen Laufzeiten ein kleines Temperaturungleichgewicht, kommt es auf der hinteren Seite des Modells zu einem kleinen Absatz. Mit der neuen thermostabilen Maschine entfällt die Nacharbeit nahezu vollständig. Zudem reduziert sich der Aufwand beim Programmieren im Vorfeld, da weniger Rücksicht auf das thermische Verhalten der Maschine genommen werden muss.

In Oberpframmern wird die FZP auf das Fundament der alten Anlage gesetzt. Deshalb war die Größe der Maschine schon festgelegt. Übernommen wird zudem der Maschinentisch. Schalt- und Medienschrank kommen aufgrund der engen Platzverhältnisse auf ein Podest.

Die neue Anlage ist unter anderem mit der Simulationssoftware von Tebis ausgestattet.

Die Investition in die neue FZP wurde zu Krisenzeiten vom Bund unterstützt. Ziel war es, die deutsche Wirtschaft und insbesondere den Mittelstand mit moderner Technologie wieder wettbewerbsfähig zu machen. „Das hat uns die Entscheidung natürlich erleichtert“, erinnert sich Lörzel. „Und wir wussten ja, das Thema steht in den kommenden drei bis fünf Jahren auf unserer To-Do-Liste.“ Er rechnet damit, dass sich die FZP nach etwa acht Jahren amortisiert haben wird. „Natürlich weiß keiner, wie der Markt in drei Jahren aussieht. Doch seit Sommer 2022 steigt das Auftragsvolumen wieder stetig“, sagt Lörzel. Schröter konnte kürzlich sogar zwei neue Kunden aus der Luftfahrtindustrie und der Medizintechnik mit Sitz in den USA gewinnen. Deutsche Gründlichkeit sei noch immer gefragt, freut er sich.

Das passt auch gut zur neuen FZP32, auf der die Modell- und Formenbauer teilweise auch Komponenten für Hubschrauber und Flugzeuge fräsen werden – unter anderem für Unternehmen wie Airbus. Zu den Kunden gehört neuerdings auch Rolls Royce Triebwerkstechnik in Berlin. Typische Bauteile sind etwa Abdeckungen für die Triebwerke, die sehr genau und möglichst ohne Absätze gefräst werden müssen. Lörzel: „Bei der aktuellen Auftragslage rechnen wir in der Automobilindustrie mit 60 bis 70 Modellen für Komplettautos im Jahr. Auch dafür setzen wir die neue FZP32 ein.“ Schröter plant eine Zwei-Schicht-Auslastung der neuen Anlage, eventuell sogar noch eine Geisterschicht – abhängig ist das vom Teilespektrum. Im Jahr kommen so etwa 3.500 bis 4.000 Betriebsstunden zusammen.

Der Service macht den Unterschied

Lörzel ist seit den knapp 30 Jahren nicht nur von den Maschinen begeistert, sondern vor allem auch vom Service: „Wir bekommen sofort eine Antwort – und das nicht auf Italienisch oder Chinesisch – im Zweifelsfall auf Schwäbisch.“ Alle seine Anlagen sind online mit F. Zimmermann in Neuhausen vernetzt. Sollte ein Problem auftreten, das er mit seinen Leuten nicht selbst lösen kann, schalten sich die Spezialisten auf die Anlage.

„Jetzt haben wir nur noch eine Herausforderung vor uns“, sagt Geschäftsführer Lörzel. „Als wir unsere Halle 2005 gebaut haben, war die alte FZ37 die erste Maschine im Raum – damit steht sie ganz hinten. Die anderen vier Fräszentren befinden sich davor.“ Beim Abbau der alten und Installation der neuen Anlage gilt es für den Geschäftsführer und seine Mitarbeiter deshalb geschickt vorzugehen – aber das gehört ja eigentlich zum Tagesgeschäft.