Written by Humphrey Carter on Dezember 18, 2020 in Aktuelles Feature-Artikel

CompoTech PLUS, spol. s r.o hat, in einer Zusammenarbeit mit HOFMEISTER – Innovation, eine neue Hybridfrässcheibe aus Metall und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff entwickelt. Ursprünglich wurde das ehrgeizige Ziel verfolgt, die Gesamtbearbeitungszeit mit diesem neuen Werkzeug um 50 % zu senken. Das endgültige Design übertrifft diese Zielvorgabe sogar! Das Vierscheiben-Hybridwerkzeug hat sowohl die Schneidgeschwindigkeit als auch die Vorschubgeschwindigkeit gesteigert. Das Ergebnis: ein Hochleistungs-Hybridfräswerkzeug, das am gleichen Bearbeitungszentrum um 78 % produktiver betreiben kann als ein konventioneller Zweischeibenfräser.

Der neue Vierscheibenfräser bietet diese folgenden Vorteile:

  • Niedriger Trägheitsmoment, was zu einem niedrigeren Energieverbrauch führt und die Kosteneinsparungen ermöglicht, ­
  • Niedrigere thermo-mechanische Belastung am Bearbeitungszentrum, ­­
  • Bessere schwingungsdämpfende Eigenschaften, was die Fertigung von den Langbohrungen erhöht,
  • Reibungsloserer Maschinenbetrieb, was eine hochwertigere Oberflächenqualität ermöglicht zu schaffen, ­
  • Beträchtlich höhere Zeitspanvolumen und hiermit auch die Produktivität.
  • Die Schneide des neuen Hybridwerkzeug mit den 40 zusätzlichen Wendeschneidplatten (WSP) ist fast fünf Mal beständiger.
Vierscheibenfräser

Erwartungen übertroffen

Der Anstoß für das Kooperationsprojekt für ein neues Fräswerkzeug kam von HOFMEISTER s.r.o. Anlass zur Entwicklung war eine Anfrage eines führenden europäischen Kettenherstellers nach einem Vierscheiben-Fräswerkzeug, mit dem die Leistungsfähigkeit verbessert und die Produktionskosten gesenkt werden sollten. Im Entwurf und in der Produktion kam die Kohlenstofffaser-Technologie von CompoTech zum Einsatz. So entstand ein neues Hybrid-Fräswerkzeug aus einem leichten Karbonfaserverbundwerkstoff und Stahl mit zwei zusätzlichen Schneidscheiben. Das neue Vierscheiben-Hybridwerkzeug liegt unter dem zugelassenen Höchstgewicht von 25 kg für die vorgegebene Doosan Mecatec HM63H Doppelpaletten-Bearbeitungsmaschine. Mit vier üblichen Metallschneidscheiben mit einem Einzelgewicht von 7,93 kg wäre dies nicht möglich gewesen.

Um die Zeitspanvolumen noch weiter zu steigern, wurden beim Entwurf des neuen Hybrid-Werkzeugdesigns noch zusätzliche Wendeschneidplatten pro Scheibe eingebaut. Das Hybrid-Fräswerkzeug verfügt über insgesamt 64 Wendeschneidplatten auf vier Scheiben, wobei ein übliches Zweischeiben-Fräswerkzeug im Vergleich dazu nur 24 Wendeschneidplatten aufweisen. Das Ergebnis ist eine erheblich verbesserte Leistungsfähigkeit, die die Bearbeitungszeit eines Kettenelements aus Schmiedestahl von 45 auf 10 Sekunden reduziert und somit die Erwartungen weit übertrifft.

Überragende Werkzeugleistung

Der Vergleichstest im Projekt hat eindeutig gezeigt, dass der neue Hybrid-Vierscheibenfräser auf genau die gleiche Weise zum Bearbeiten genutzt werden kann wie ein konventioneller Zweischeibenfräser aus reinem Metall, jedoch eine höhere Leistung bietet und beständiger ist. Diese erheblichen Vorteile machen die Einkaufskosten für den neuen Hybrid-Fräser schnell wieder wett. HOFMEISTER schätzt, dass sich die Einkaufkosten für einen Massenproduzenten innerhalb von nur drei Monaten auszahlen. Tabelle 1 zeigt die beiden Fräswerkzeuge im technischen, betrieblichen und wirtschaftlichen Vergleich.

Technischer / betrieblicher / wirtschaftlicher Parameter
Aktueller 2-Scheiben-Fräser aus Metall Neuer hybrider 4-Scheiben-Fräser Vorteile des neuen Hybrid-Werkzeugs
Gewicht des montierten Werkzeugs   [ Gewicht /Scheibe ] 15.85 kg [ 7.93 kg ] 16.25 kg [ 4.06 kg ] 4 Hybrid-Scheiben innerhalb des maximalen zugelassenen Gewichts von 25 kg
Wendeschneidplatten / Scheibe [Total Einsätze / Werkzeug ] 12 [12 x 2 discs = insgesamt 24] 16 [ 16 x 4 discs = insgesamt 64 ] 40 zusätzliche Wendeschneidplatten
Schnittgeschwindigkeit (vc) vc = 120 m/min (n = 190 min-1) vc= 180 m/min (n= 286 min-1) 50 % schnellere Schnittgeschwindigkeit
Vorschubgeschwindigkeit  (vf) vf = 260 mm/min (fz= 0.11 mm) vf = 400 mm/min (fz= 0.08 mm)
54 % höherer Vorschub
tc  (Taktzeit in Sekunden pro Werkstück)
45 Sekunden 10 Sekunden
Taktzeit pro Werkstück um 78 % gesenkt. 4,5 mal höhere Produktivität
(Standzeit der Schneide in Anzahl von Teilen)
~ 250 Stk ~1200 Stk > 4,8 Mal höhere Standzeit
Schallemissionspegel während der Bearbeitung Hoch (subjektiv) Niedrig (subjektiv) Geringerer Geräuschpegel der Maschine im Betrieb
Bearbeitungsqualität Zufriedenstellend Sehr gut (ohne Vibrationsrattermarken) Bessere Dämpfung / weniger Vibration erhöht die Präzision
Vergleich Investitionskosten / Amortisationszeit ~ €2 000 ~ €10 000  Amortisierung der Investition innerhalb von ungefähr 3 Monaten
Vergleichsdaten – aktueller Zweischeibenfräser aus Metall im Vergleich zum hybriden Vierscheibenfräser

Ing. Dr. Pavel Kožmín, Leiter der Forschung und Entwicklung bei HOFMEISTER, kommentiert: “Dies war eine weitere hervorragende Zusammenarbeit zwischen den Forschungs- und Entwicklungsteams beider Unternehmen. Wir haben ein Fräswerkzeug entwickelt, dass unsere ursprünglichen Erwartungen übertrifft. Es ist dank dem einzigartigen Kohlenstofffaser-Epoxid-Verbundwerkstoff-Design und den Produktionsfähigkeiten von CompoTech. Das neue Hybrid-Fräsprojekt hat auch mit seinen betrieblichen und wirtschaftlichen Vorteilen die Erwartungen unserer Kunden überschritten.“   Dieser innovative neue Hybrid-Vierscheibenfräser bietet den Endbenutzern die Möglichkeit, Zeit und Geld zu sparen.  Erheblich höhere Einheitsproduktionsraten werden bei gesenkten Gesamtproduktionskosten an vorhandenen CNC-Bearbeitungsmaschinen erzielt. Das neue Hybrid-Werkzeug vermeidet Engpässe, erhöht die Rentabilität und verzögert oder vermeidet den Bedarf an weiterer Kapitalinvestition, um Wachstumsziele zu erreichen – Vorteile, die alle Unternehmen zu schätzen wissen.

Um die Zeitspanvolumen noch weiter zu steigern, wurden beim Entwurf des neuen Hybrid-Werkzeugdesigns noch zusätzliche Wendeschneidplatten pro Scheibe eingebaut. Das Hybrid-Fräswerkzeug verfügt über insgesamt 64 Wendeschneidplatten auf vier Scheiben, wobei ein übliches Zweischeiben-Fräswerkzeug im Vergleich dazu nur 24 Wendeschneidplatten aufweisen. Das Ergebnis ist eine erheblich verbesserte Leistungsfähigkeit, die die Bearbeitungszeit eines Kettenelements aus Schmiedestahl von 45 auf 10 Sekunden reduziert und somit die Erwartungen weit übertrifft.