Präzise Bewegungen für Fahrzeug-Langteile

Die Herstellung tragender Teile mit bis zu 30 Metern Länge in einem Stück trägt zur Gewichtsreduktion moderner Schienenfahrzeuge wie diesem russischen Schnellbahnzug bei und senkt die Herstellkosten ebenso wie den Traktions-Energieverbrauch. Foto: Siemens AG

Ing. Stefan Steinberger
Technische Entwicklung bei HAGE Sondermaschinenbau GmbH & Co KG:

„Mit einem Komplettangebot aus einer Hand unterstützt uns TAT dabei, Maschinen mit hoher Präzision zur Automatisierung schwieriger Fertigungsprozesse bei unseren Kunden zu realisieren.“

Die Eisenbahn gilt als eines der sichersten und zuverlässigsten Verkehrsmittel. Geschwindigkeiten bis weit über 300 km/h im Personenverkehr und Zuggewichte jenseits von 3.000 Tonnen im Güterverkehr bringen enorme Belastungen für die Schienenfahrzeuge. Deren Hersteller sind daher bestrebt, durch Produktion immer größerer Einzelteile die Nahtstellen zwischen diesen als potenzielle Schwachstellen zu eliminieren, das Eigengewicht der Fahrzeuge zu reduzieren und zugleich mit einem hohen Automatisierungsgrad die Wirtschaftlichkeit des Schienenfahrzeugbaus zu erhöhen.

Maschinen zur Langgut- und Profilbearbeitung wie dieses Portalbearbeitungszentrum sind ein Schwerpunkt der HAGE Sondermaschinenbau GmbH & Co KG.

Raimund Temmel
Vertriebsingenieur bei TAT Technom Antriebstechnik GmbH

„Die antriebstechnische Überarbeitung der HAGEmatic erfolgte mit dem Komplettangebot Powertrain Complete von TAT im partnerschaftlichen, respektvollen Miteinander in kürzester Zeit.“

Größe für die Waggonindustrie

Weltweit immer mehr Schienenfahrzeughersteller setzen zu diesem Zweck Portalbearbeitungszentren von der HAGE Sondermaschinenbau GmbH & Co KG in Obdach nahe Zeltweg ein. 1982 als Lohnfertigungsunternehmen gegründet, ist der steirische Hersteller in erster Linie auf Maschinen zur Langgut- und Profilbearbeitung spezialisiert. Dazu gehören neben den namensgebenden Sondermaschinen und 3D-Druckern für den hochdynamischen Prototypenbau für Teile mit bis zu 640 x 420 mm Grundfläche auch Sägeanlagen und Holzbearbeitungsmaschinen sowie die speziell für die Bearbeitung von Großprofilen aus Aluminium und Stahl entwickelten HAGEmatic 5-Achs-Portalbearbeitungszentren.

Deren modular aufgebautes Anlagenkonzept ermöglicht mit einer Doppelfahrbahn in X-Richtung bei höchster Präzision Verfahrwege bis über 100 Meter. Ein an die Werkstückbreite angepasstes Gantry-Portal macht Spurbreiten bis 10 Meter realisierbar. Zusätzlich lassen sich die Daten von Bearbeitungskopf und Spindel optimal an die Bearbeitungsanforderungen anpassen. Trotz einer gewissen Standardisierung sind die Maschinen sehr individuell aus unterschiedlichen, modularen Technologiebaugruppen für verschiedenste Handhabungs- und Fertigungsschritte aufgebaut. Diese Flexibilität gilt neben der hohen Präzision und Stabilität als Hauptvorteil der HAGEmatic-Bearbeitungszentren.

In der Variante als HAGEmatic FSW eignen sich die Bearbeitungszentren nicht nur zum Zerspanen in Fünfachs-Bearbeitung, sondern zusätzlich auch zum Verbinden verschiedener Teile mittels Rührreibschweißen.

Infos zum Anwender

Im 1982 gegründeten Familienunternehmen HAGE entwickeln etwa 100 hoch qualifizierte MitarbeiterInnen technisch innovative und anspruchsvolle Lösungen nach Kundenbedarf und erwirtschaften damit ca. 13 Mio. Euro Jahresumsatz (2011). Neben Sondermaschinen stehen bei fast allen namhaften Schienenfahrzeugherstellern weltweit die Portalbearbeitungszentren der modularen Reihe HAGEmatic im Einsatz, teilweise mit dem als hybrides System, das Fräs- und Rührreibschweißprozesse (Friction Stir Welding) in einer Anlage vereint.

Überlegene Verbindung integriert

In der Variante als HAGEmatic FSW eignen sich die innovativen Bearbeitungszentren aus der Obersteiermark nicht nur zum Zerspanen, sondern zusätzlich auch zum Verbinden verschiedener Teile nach dem FSW-Verfahren. Bei der als Rührreibschweißen oder Friction Stir Welding – daher die Abkürzung – bekannten Methode erwärmen rotierende Werkzeuge das Material der miteinander zu verbindenden Teile aus Aluminium oder Stahl und verrühren es zu einer sehr homogenen Verbindung.

Das gemeinsam mit der 2010 als Spin-off der TU Graz gegründeten Stirzone GmbH weiterentwickelte Festphasenfügeverfahren macht Zusatzwerkstoffe und eine Schutzgasatmosphäre ebenso überflüssig wie eine aufwändige Oberflächen- und Kantenvorbereitung. Es liefert ohne Rauchentwicklung, Spritzer oder Strahlung eine reproduzierbare, hohe Qualität, ist einfach zu automatisieren und vermeidet durch den geringen Wärmeeintrag Spannungen und Verzug. Um eine hohe Qualität der Verbindung zu gewährleisten, benötigt der Bearbeitungskopf eine sehr exakte Regelung der integrierten linearen W-Achse.

Die Bewegung auf der X-Achse erfolgt durch je zwei elektrisch gegenseitig verspannte Ritzel auf zwei parallele Zahnstangen. Diese werden in Stücken à 2 Meter von TAT Technom Antriebstechnik GmbH gefertigt. Dieses Unternehmen liefert auch die mehr als 30 Meter langen Gliederschürzen zur Abdeckung der Laufbahnen.

In der Welt und zu Hause

Nachdem schon bisher Schienenfahrzeughersteller aus so unterschiedlichen Märkten wie Mitteleuropa und China auf HAGEmatic gesetzt hatten, gingen 2013 im Rahmen des größten Einzelauftrages der Unternehmensgeschichte vier solche Maschinen an eine Schienenfahrzeugfabrik in der Nähe von Jekaterinburg in Russland. Auf Hundertstelmillimeter genau werden an diesen Anlagen Teile für Hochgeschwindigkeitszüge mit bis zu 30 m Länge bearbeitet.

Die nächste Installation war ein Heimspiel. Sie erfolgte Anfang 2014 für Demonstrations-, Versuchs- und Lohnfertigungszwecke im eigenen Haus. HAGE-Kunden und Interessierte erhalten so die Möglichkeit, sich an einer imposanten Portalfräs- und Schweißmaschine für Langteilbearbeitungen mit 6 NC-Achsen (4 Linearachsen, 2 Drehachsen) und Rührreibschweißversuche an bis zu 20 m langen Werkstücken live von den Vorteilen des hybriden Portalbearbeitungszentrums zu überzeugen.

Ebenso wie bei der X-Achse sorgen bei der Y-Achse von TAT ausgelegte Planetengetriebe für die richtige Bewegung. Hier erfolgt die Abdeckung durch die rechts sichtbaren Rollos.

Weiterentwicklung der Antriebstechnik

Die hohe Präzision weiter zu steigern war das Ziel einer 2013 erfolgten Weiterentwicklung im Antriebsbereich. „Dabei stellten wir den Hauptantrieb der Portalanlage in X- und Y-Richtung auf eine Anordnung von je zwei auf dieselbe Zahnstange wirkenden Ritzeln mit gegenseitiger elektrischer Verspannung um“, erklärt Ing. Stefan Steinberger. Seit 2002 im Unternehmen, ist der Maschinenbauingenieur Teil der 12-köpfigen Maschinenbau-Entwicklungsmannschaft von HAGE. „Bei dieser Gelegenheit fanden wir mit der TAT Technom Antriebstechnik GmbH einen kompetenten Partner für alle mechanischen Antriebstechnik-Komponenten.“

Diese bietet das 1988 gegründete Unternehmen mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Antriebs- und Bewegungstechnik unter der Bezeichnung Powertrain Complete an. „Passend zum Anspruch des Kunden, seine Maschinen an den Erfordernissen des Anwenders auszurichten, entspricht jeder von uns gelieferte Antriebsstrang durch individuelle Beratung, Auslegung und Einrichtung sowie durch ausschließlichen Einsatz qualitativ hochwertiger Komponenten perfekt den Anforderungen“, sagt TAT-Vertriebsingenieur Raimund Temmel.

Powertrain Complete für Großmaschine

Den elektrischen Teil der Antriebstechnik über die Antriebssteuergeräte bis zu den Motoren liefert der Steuerungshersteller. Von TAT kommen die nach Kundenzeichnung gefertigten Zahnstangen in Qualität 6h25 mit gehärteter Verzahnung sowie geschliffenen Seitenflächen und Zahnflanken ebenso wie die sechs Planetengetriebe PLN 190-40 mit einer Übersetzung von 1:40 und 1.800 Nm Nenndrehmoment für die Hauptachsen. Dazu kommt ein weiteres, ebenfalls von den Experten von TAT-Technom ausgelegtes Planetengetriebe mit 1:5 Übersetzungsverhältnis und 260 Nm für die Z-Achse. Dieses bewegt über eine spielfreie Klauenkupplung mit Spannsatz-Verbindung einen geschliffenen Kugelgewindetrieb mit 2.099 mm Gesamtlänge, fünf Umläufen und einer Vorspannung von 5 %. Nach Zeichnung angefertigt, rundet dieser das Komplettangebot von TAT für die antriebstechnische Ausrüstung der HAGEmatic ab.

„Über die Antriebstechnik hinaus konnte TAT noch weitere wichtige Komponenten zur äußeren Komplettierung unserer Großbearbeitungszentren beisteuern“, berichtet Stefan Steinberger. Dazu gehören je zwei 500 mm breite Gliederschürzen mit 30.500 mm Länge zur Abdeckung der Laufbahnen für die X-Achse und zwei 1.245 mm breite Rollos mit 4.400 mm maximaler Auszugslänge für die X-Achse sowie ein Faltenbalg zur Abdeckung der Z-Achse.

Die Weiterentwicklung der Antriebstechnik mit Powertrain Complete von TAT Technom führte nicht nur zu einer weiteren Steigerung der Präzision der Großmaschinen, sondern auch zum Aufbau eines partnerschaftlichen Miteinander, das von der ersten bis zur letzten Minute des etwa fünf Monate dauernden Projektes nur ein Ziel kannte: HAGE-Kunden die besten Möglichkeiten zu geben, die schwierigen Fertigungsprozesse rund um die Produktion extrem langer Fahrzeugteile wirtschaftlicher zu gestalten. Dass das voll und ganz gelungen ist, davon kann man sich an der Vorführanlage in Obdach überzeugen.