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Der renommierte Fräsmaschinenhersteller Kunzmann hat Anfang 2019 seine manuellen Universalfräsmaschinen neu aufgelegt, die insbesondere in der Berufsausbildung und der Einzelteilfertigung eingesetzt werden. Durch den Einsatz von B&R-Technik mit integrierten Sicherheitsfunktionen wie Safe Brake Test (SBT) konnte das Unternehmen dabei die Umschaltzeiten zwischen den Achsen reduzieren, Platz im Schaltschrank einsparen sowie die Montage- und Servicefreundlichkeit weiter erhöhen. B&R baut damit seine Position im Bereich der Werkzeugmaschinen weiter aus.

Spitzenplatz: Kunzmann ist als Serienmaschinenbauer sehr erfolgreich: Mehr als 10.000 Exemplare seiner manuell steuerbaren Fräsmaschinen sind weltweit im Einsatz. (Foto: F. Rossmann)

Ende August 2019 war es wieder soweit: In der russischen Stadt Kazan zeigten über 1.600 junge Talente ihr ganzes Können im Rahmen der Berufsweltmeisterschaften WorldSkills. In den Kategorien Polymechanics and Automation, Manufacturing Team Challenge, Prototype Modelling und Industrial Mechanics Millwright wurden die weltbesten Fräser gekürt. Diese Wettbewerbe wurden auf 15 Fräsmaschinen vom Typ WF 410 M ausgeführt, die der renommierte deutsche Werkzeughersteller Kunzmann zur Verfügung gestellt hatte.

Bei dem Maschinentyp handelt es sich wie bei der großen Schwester WF 610 M um eine rein manuell steuerbare Fräsmaschine. Diese Typen zeichnen sich durch ihre Langlebigkeit, hohe Bearbeitungspräzision und fortschrittliche Sicherheitsstandards sowie eine einfache, ergonomische Bedienung aus. Sie eignen sicher daher besonders für die Ausbildung sowie die Prototypen- und Einzelteilfertigung. Deshalb gehören sie in vielen Berufsschulen und Lehrlingswerkstätten, aber auch bei vielen Werkzeug-, Formen- und Maschinenbauern zur Standardausrüstung.

Highrunner: Die Fräsmaschine vom Typ WF 410 M/MA gehört zusammen mit dem Typ WF 610 M/MA zu den Maschinen, die Kunzmann in großen Stückzahlen produziert - seit Anfang 2019 mit B&R-Technik an Bord. (Foto: Kunzmann)

Neuauflage mit B&R-Antrieben

Erst Anfang 2019 hat Kunzmann seine Fräsmaschinen überarbeitet und zahlreiche Verbesserungen umgesetzt. Dazu wurde auch der Antriebslieferant gewechselt. „B&R hat sich mit innovativen Lösungen und einem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis gegen andere Anbieter durchgesetzt. Zudem konnte das Unternehmen schon im Vorfeld mit der Beratungskompetenz seiner Mitarbeiter punkten“, sagt Ralf Guthmann, Leiter der Elektrokonstruktion bei der Kunzmann Maschinenbau GmbH. Die zuständigen B&R-Mitarbeiter konnten den Großteil der Kundenfragen bereits in kurzen Sondierungsgesprächen aus dem Stegreif beantworten. „Das kennen wir aus der Vergangenheit anders. Manche Anbieter sind mit bis zu vier Mitarbeitern bei uns aufgeschlagen, um das zu bewerkstelligen“, berichtet der Elektrokonstruktionsleiter. „Und was uns von B&R vorgestellt wurde, war für uns im Vergleich zur vorherigen Lösung ein Quantensprung.“

Raumwunder: Der ACOPOS P3 spart Platz im Schaltschrank. (Foto: F. Rossmann)

Effizienter fräsen ohne Umschaltzeiten

Zu den zentralen Verbesserungen, die Kunzmann durch den Einsatz der B&R-Technik erreicht hat, gehört die Effizienzsteigerung beim Fräsen: Die einschlägige Norm sieht für manuell gesteuerte Fräsmaschinen vor, dass ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Achsen sicher ausgeschlossen sein muss. Bislang wurde diese Forderung von Kunzmann erfüllt, indem für die drei Koordinatensachsen (X, Y, Z) nur ein Regler verbaut wurde. Auf diesen Einachsregler wurde die für den nächsten Bearbeitungsschritt erforderliche Achse aufgeschaltet. Damit war ein gleichzeitiges Aktivieren von zwei Koordinatenachsen ausgeschlossen. Allerdings war ein Achswechsel für den Anwender mit merklichen Umschaltzeiten und damit Pausen im Bearbeitungsprozess verbunden.

Bei der neuen Generation kommt nun ein Dreiachsmodul aus der Servoreglerfamilie ACOPOS P3 zum Einsatz, sodass ein Umschalten zwischen den Achsen entfällt und damit auch die Wartezeiten für den Anwender. Der Regler verfügt über integrierte Sicherheitsfunktionen wie den Safe Brake Test. Eine Steuerung aus dem X20-Programm von B&R sorgt in Zusammenarbeit mit sicheren X20-Safety-I/O-Modulen dafür, dass der gleichzeitige Betrieb mehrere Koordinatenachsen, wie von der Norm gefordert, ausgeschlossen ist. Die X20-SPS ist auch für die Ansteuerung und Überwachung eines ACOPOS-P3-Einachsmoduls verantwortlich, mit dem die Spindel der Werkzeugmaschine angetrieben wird. Die erforderlichen Sollwerte für die Achsen erhält die X20-Steuerung über die analoge Schnittstelle einer CNC-Steuerung von Heidenhain. Die TNC 128 fungiert als Streckensteuerung und Bedienoberfläche der Maschine.

Platzwunder: Komplette Montageplatte eingespart

Ein weiterer Pluspunkt der B&R-Lösung ist der geringere Platzbedarf, wie der Leiter der Elektronkonstruktion erklärt: „Die durchgängig integrierten Sicherheitsfunktionen von B&R haben es uns ermöglicht, erstmals komplett auf externe Sicherheitskomponenten zu verzichten. Dadurch und durch die kompakte Bauweise der B&R-Komponenten hat sich deren Zahl und damit der Platzbedarf im Schaltschrank deutlich reduziert.“ So ist das Dreiachsmodul von B&R kleiner als der zuvor verwendete Einachsregler. Da durch die gleichzeitige Umstellung der Maschine auf 24-V-Technik auch noch ein Transformator eingespart wurde, konnten die Elektrokonstrukteure eine bisher erforderliche Montageplatte in der Tür des Schaltschranks ersatzlos streichen.

Auch die Mechanikkonstruktion hat von der platzsparenden Bauweise der B&R-Lösungen profitiert. Guthmann nennt ein Beispiel: „Die von uns an den Achsen und an der Spindel eingesetzten Servomotoren von B&R bieten eine hohe Leistungsdichte. Besonders deutlich zeigt sich das am Spindelmotor. Hier setzen wir erstmals einen Servomotor ein, der schon prinzipbedingt kleiner ist als eine Asynchronmaschine. Bei dem B&R-Motor ist zudem laut Spezifikation kein Lüfter erforderlich, sodass sich der erforderliche Bauraum in unseren Fräsmaschinen insgesamt fast halbiert hat.“ Aus seiner Sicht nicht der einzige Pluspunkt für Konstrukteure: „Was mir im Vorfeld die Arbeit sehr erleichtert und mich begeistert hat: Das Angebotsschreiben hat zu jedem Produkt einen Link zu den jeweiligen Produkteigenschaften inklusive Dokumentation und CAD-Daten enthalten. Das hilft dem Konstrukteur ungemein.“

Kraftpaket: Durch den Austausch einer Asynchronmaschine gegen einen lüfterlosen B&R-Servomotor hat Kunzmann den vom Spindelmotor eingenommen Raum fast halbiert. (Foto: F. Roßmann)

B&R liefert montagefertige Baugruppe

Die Auswahl der Komponenten sowie die Auslegung der Antriebe und die Programmierung der Steuerung haben Applikationsingenieure von B&R übernommen und zur vollsten Zufriedenheit der Fachleute bei Kunzmann erledigt. Doch damit nicht genug: B&R assembliert die Station aus zwölf X20-Modulen für die Kunzmann-Fräsmaschinen komplett in der unternehmenseigenen automatisierten Assembly-Line, installiert die Software, beschriftet die Station und testet sie abschließend. „Wir beziehen dann ein Paket, das alle benötigten B&R-Komponenten für jeweils sechs Maschinen umfasst. Das entlastet unsere internen Bestell-, Montage- und Testabläufe spürbar“, sagt Guthmann.

Nicht zuletzt hat sich durch den Anbieterwechsel und die Antriebs- und Automatisierungstechnik von B&R auch noch die Wartungs- und Servicefreundlichkeit der manuellen Fräsmaschine verbessert, wie Guthmann hervorhebt: „Die X20-Module lassen sich durch ihren dreiteiligen Aufbau – Feldklemme, Elektronikmodul und Busmodul – teilweise oder komplett austauschen, ohne dass dafür die restliche Station demontiert werden muss. Das ist gut durchdacht.“ Zudem kann Kunzmann direkt über den integrierten Webbrowser der Heidenhain-Steuerung auf den Webserver der X20-Steuerung zugreifen und so die Diagnosedaten des SDM (System Diagnostics Manager) abrufen. Deshalb ist es über den Teleservice der TNC128 möglich, zugleich eine Fernwartung der Steuerung wie auch des B&R-Systems durchzuführen. „Wir brauchen dafür vor Ort keinen weiteren PC und müssen keine spezielle Software installieren oder etwas programmieren“, freut sich Guthmann. Der SDM liefert Daten zum aktuellen Zustand der Antriebe wie zur aktuellen Geschwindigkeit, Position und Reglerfreigabe. Darüber hinaus ist es möglich, über den SDM das in jedem Regler integrierte Oszilloskop aufzurufen und zu bedienen. Zusätzlich erlaubt der I/O-Viewer des SDM die Anzeige der aktuellen Zustände der I/O-Kanäle über die gesamte B&R-Hardware hinweg. Damit können aufwändige Tests der I/O-Verdrahtung entfallen, was die Inbetriebnahmezeiten verkürzt.

Alles richtig gemacht

Unter dem Strich hat Kunzmann durch die Einführung der B&R-Technik das von den Anwendern der Fräsmaschinen gewohnt hohe Sicherheitsniveau einfacher erreicht, mehr Freiheitsgrade bei der Konstruktion gewonnen und die Servicefreundlichkeit erhöht sowie den Aufwand für die Montage reduziert. Die Umstellung ist dabei für die Anwender lautlos über die Bühne gegangen, wie Guthmann zusammenfasst: „Wir haben seit der Auslieferung der ersten Vorserienmaschine im Herbst 2018 keinerlei negative Rückmeldung erhalten. Das spricht dafür, dass wir alles richtig gemacht haben.“

Ralf Guthmann

Leiter der Elektrokonstruktion, Kunzmann Maschinenbau GmbH

„Die Lösungen und Dienstleistungen von B&R sind durchdacht und vereinfachen uns die Montage, Inbetriebnahme und Wartung unserer Fräsmaschinen.“

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