Multifunktionsmaschinen Komplettbearbeitung von Gehäuseteilen in zwei Aufspannungen

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Die Schroeder Valves GmbH fertigt Freilaufrückschlagventile, die Pumpen in Industrieanlagen vor Beschädigungen schützen. Die Energiewende stellt besondere Herausforderungen an den Hersteller: Wenn Kraftwerke in Teillast fahren, sind neue Schutzmechanismen gefragt.

Das Unternehmen wurde 1889 von Heinrich Schröder gegründet, dem Ururgroßvater des heutigen Geschäftsführers Axel Mücher. Die Firma startete mit der Herstellung von Sensenbäumen aus Metall und wurde später zur Lohndreherei. In das heutige Geschäftsfeld, die Produktion von Freilaufrückschlagventilen, stieg das Unternehmen 1950 ein. Mit 80 Mitarbeitern macht Schroeder Valves inzwischen einen jährlichen Umsatz von rund 11 Millionen Euro.

Freilaufrückschlagventile fungieren quasi als Lebensversicherung für eine Pumpe. Die Armaturen schützen Zentrifugalpumpen vor Überhitzung, Kavitation, beschädigten Laufrädern und anderen Ausfällen. Die Pumpen arbeiten meist mit einer konstanten Drehzahl, werden aber in Anlagen mit schwankender Fördermenge eingebunden, was dazu führt, dass sie in Bereichen arbeiten, in denen die prozessbedingten Förderströme unter pumpenspezifischen Mindestförderströmen liegen.

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Der Seitenstutzen des Freilaufrückschlagventils wird mit der Bypassleitung verbunden. Ist der Prozessförderstrom, den der Verbraucher in der Anlage benötigt, größer als der Mindestförderstrom der Pumpe, leitet das Freilaufrückschlagventil den gesamten Pumpenförderstrom zum Verbraucher. Fällt der benötigte Prozessförderstrom des Verbrauchers unter den erforderlichen Mindestmengenförderstrom, öffnet das Freilaufrückschlagventil automatisch den Zugang zur Bypassleitung. Damit stellt das Freilaufrückschlagventil sicher, dass der Pumpenförderstrom immer größer ist als der erforderliche Mindestmengenstrom.

Die Gehäuse der Freilaufrückschlagventile bestehen aus drei Teilen: Obergehäuse, Untergehäuse und seitlicher Bypass-Stutzen. Die drei Bauteile sind mit jeweils einem integrierten Flanschanschluss als Schnittstellen zur Pumpenanlage versehen. Im Gehäuseinneren befindet sich ein geführter und federbelasteter Ventilkegel, der die Rückschlagfunktion übernimmt und das Rückströmen des Mediums aus der Pumpendruckleitung sowie die Rücklaufdrehzahl bei Stillständen der Pumpen verhindert.

Von C-Stählen bis Super Duplex

Eingesetzt werden die zuverlässigen Armaturen in vielen sicherheitsrelevanten Industriebereichen mit höchsten Ansprüchen. Konventionelle Kraftwerke gehören ebenso dazu wie zum Beispiel Petrochemie, Offshore-Anlagen, Stahlerzeugung, Zellstoffindustrie und auch Kernkraftwerke. Entsprechend den technischen Anforderungen dieser ganz unterschiedlichen Bereiche werden die Freilaufrückschlagventile aus einem breiten Werkstoffspektrum gefertigt, das von C-Stählen bis Super-Duplex-Stählen reicht. Die Innenteile sind immer aus Edelstahl. Jährlich produziert Schroeder Valves etwa 1300 Armaturen in unterschiedlichen Größen. Anhand der Pumpendaten und Anwendungsbereiche werden die Freilaufrückschlagventile in der Regel individuell ausgelegt.

Bis in die 2000er Jahre hinein funktionierte die ursprüngliche Funktionsweise der Armaturen bestens. Mit der Energiewende kamen dann nach und nach neue Herausforderungen auf den Hersteller zu. Zwar eröffneten die erneuerbaren Energien neue Anwendungsfelder wie beispielsweise in Pumpspeicherkraftwerken, doch traten in bestehenden Anlagen Probleme auf, wenn Kraftwerke nur noch in Teillast fahren. Der Ventilkegel schwimmt dann in einer Mittelposition, wo er den Bypass fortwährend öffnet und schließt. Durch den immer wieder verengten Durchlass kommt es zu sehr hohen Durchflussgeschwindigkeiten, die Kavitation und damit einen vorzeitigen Verschleiß der Ventile bewirken.

Schroeder Valves hat auf diese Probleme mit einer neuen Ventilgeneration reagiert und hat zusätzlich zu seiner Standardserie SSV die Produktreihe SIP auf den Markt gebracht. In den neuen Armaturen wird der Druck so abgebaut, dass sie auch Teillast vertragen. Die bisherigen Ventile werden weiter hergestellt und auch Ersatzteile werden selbst für die ältesten Armaturen bereitgestellt. Daneben stellt das Unternehmen fest, dass in der Industrie immer größere Pumpen eingesetzt werden, zu deren Absicherung entsprechend große Freilaufrückschlagventile erforderlich sind. Insgesamt hat es die Fertigung in Gummersbach seit einigen Jahren mit einer deutlich angestiegenen Vielfalt an Bauteilen zu tun.

Investieren oder Produktion verlagern?

Eine Zäsur in der Unternehmensgeschichte waren die Jahre 2016/2017. Rückläufige Geschäftszahlen warfen die Frage auf, mit welcher Strategie am besten weitergemacht wird. „Im Grunde ging es um die Frage, ob investiert wird oder ob wir Teile der Produktion verlagern“, bringt Peter Strauch, Leiter des Fertigungsbüros bei Schroeder Valves, die damaligen Überlegungen auf den Punkt. Zwar wurde zeitweise versucht, einzelne Fertigungsschritte nach Außen zu verlagern, doch fiel schließlich der Entschluss, besser alles wieder selber zu fertigen und dafür die eigene Produktion in Gummersbach auszubauen. Rückblickend war das für Geschäftsführer Axel Mücher die richtige Entscheidung: „Wir hatten zwar eine Delle in 2016, können aber seit 2017 wieder ständiges Wachstum verzeichnen.“

Dass Schroeder Valves bei der Modernisierung seiner Produktion auf Okuma setzt, resultiert aus guten Erfahrungen, die man bereits mit älteren Okuma-Maschinen gemacht hat, folgt aber auch strategischen Überlegungen.

„Bei uns müssen die Bediener sehr flexibel sein und werden an verschiedenen Maschinen eingesetzt. Wenn sie es dabei mit unterschiedlichen Steuerungen zu tun haben, könnte manchmal auch etwas schief gehen“, so Mücher weiter. Ein Großteil der Aufgaben wird in der Fertigung bei Schroeder Valves direkt an den Maschinen programmiert.

Laut Peter Strauch kamen schon die ersten Maschinen für Schroeder von Okuma. Die älteste von ihnen, eine LB 15, verrichtet bis heute ihre Dienste.

Ihn beeindruckt, dass die Maschine auch nach dieser langen Zeit ihre Präzision behalten hat. Bei der regelmäßigen Wartung zeigt sich, dass das Umkehrspiel der Kugelrollspindel nach wie vor in der vom Hersteller zugelassenen Toleranz liegt. Und Ersatzteile liefert Okuma bei Bedarf auch noch für dieses Schätzchen. Die LB15 trägt einen sehr wichtigen Teil zur Fertigung bei. Auf ihr werden unter anderem die Kegel gefertigt, die das Öffnen und Schließen des Bypasses der Ventile steuert.

„Das Fertigstellen der Drehachsen an den Drehschiebern wurde dann komplett auf diese Maschinen verlagert. Über die Jahre haben wir festgestellt, dass die Maschinen durch diesen robusten Einsatz keinen Schaden nehmen. Mit so einer Grundstabilität versetzen uns die modernen Maschinen nun in die Lage, ganz anders mit dem Werkzeug umzugehen und wesentlich höhere Schnittwerte zu fahren“, sagt Strauch.

Die Maschinen werden fast voll ausgelastet

Schroeder Valves hat zwischenzeitlich zwar auch andere Maschinen ausprobiert, kam aber schließlich zurück zu Okuma – zur großen Freude von Raffaele Esposito, der als Vertriebsingenieur von Okuma den Kunden bei der Auswahl und Ausstattung der neuen Maschinen beriet. Esposito orientierte sich dabei an den zu bearbeitenden Bauteilen. „Dabei haben wir gemeinsam Wert darauf gelegt, dass die ausgewählten Maschinen sich für 80 bis 90 Prozent der vorkommenden Anwendungen eignen“, erläutert er. „Es gibt auch Unternehmen, die eine Maschine nur zu 40 Prozent nutzen. Das ist hier bei Schroeder anders. Da wird die Maschine fast voll ausgelastet und soll laufen, laufen, laufen.“

Nachdem 2005 bereits eine Okuma Multus B400 angeschafft worden war, auf der drucktragende Bauteile bis zu einem Durchmesser von 250 mm gefertigt werden, fiel die Wahl für die Produktionserweiterung auf die Modelle Multus U4000, Multus B550 und LU45 II. Die drei neuen Maschinen wurden in den Jahren 2020 und 2021 in Betrieb genommen.

Die Fertiger schätzen die Stabilität der Maschinen.

„Vor allem für die metallischen Dichtungen brauchen wir eine sehr gute Oberflächenqualität. Ra-Werte von 0,8 Mikrometern schaffen wir mit den Okuma-Maschinen ohne Probleme“, so Hees weiter. Zur Fertigung der metallischen Dichtungen setzt Schroeder Valves heute das Interpolationsdrehen (Drehbearbeitung mittels Interpolation der X-, Z- und Y-Achse) ein. Vor der Anschaffung der Okuma-Maschinen wurde die metallische Dichtung an der Bypass-Öffnung gefräst, was oft dazu führte, dass die Oberflächengüte der geforderten Anforderung nicht entsprach. Das wirkte sich auch auf dem Prüfstand aus, wo an jedem Freilaufrückschlagventil eine Druckprobe durchgeführt wird. Die durch das Interpolationsdrehen erreichte Oberflächengüte trägt dazu bei, die Durchlaufzeit des Auftrags zu reduzieren und die Nacharbeitskosten zu senken.

„Mit unserem Thermo-Friendly Concept (TFC) können unsere Kunden im µ-Bereich arbeiten“, erläutert Esposito. Wärmeveränderungen kompensiert die Maschine automatisch, die Maße bleiben auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen konstant – und dies über Tage hinweg. Die Maßgenauigkeit durch das Kompensationskonzept von Okuma ist für alle Kunden wichtig, die genau fertigen müssen. Esposito ist sich sicher, dass auch die neuen Maschinen über Jahrzehnte halten werden.

Komplettbearbeitung der Gehäuseteile

Auf den Multifunktionsmaschinen werden Bauteile in der Regel in zwei Aufspannungen komplett bearbeitet. Unter- und Oberteile für Gehäuse aller Größen entstehen auf der Multus B550, wo die Gehäuseteile gedreht, gebohrt, gefräst, gefast und mit Gewinde in unterschiedlichsten Größen gefertigt werden. Mit Gewinden ab einer Größe von M36 hatte Schroeder Valves zuletzt Probleme. Bevor die neue Multus in Betrieb genommen wurde, kam es beim Gewindebohren auf der zu jener Zeit genutzten Maschine während der Bearbeitung zu Stillständen, weil das Drehmoment der Spindel nicht ausreichte. Mit neuen Werkzeugen von Ingersoll ging man bei den großen Gewinden zum Gewindefräsen über, was sich hier als schneller, wirtschaftlicher und maschinenschonender erwies. Im Tech-Center bei Ingersoll in Haiger steht eine Okuma Multus U3000, auf der Anwendungstechniker die neuen Gewindefräser testen konnten, ehe sie unter den gleichen Bedingungen beim Kunden eingesetzt wurden. Je nach Größe werden die Gewinde nun auf der Multus B550 gebohrt oder gefräst.

Der Einsatz von Multi-Tools auf der indexierten Frässpindel reduziert den Platzbedarf im Werkzeugmagazin auf ein Minimum und verkürzt die Taktzeiten der Werkstücke erheblich, da Werkzeugwechsel gespart werden können. Das Magazin der Multus B550, die speziell für die Bearbeitung von Innenteilen der Ventile konfiguriert wurde, fasst 180 Werkzeuge.

Geschruppt und geschlichtet wird hauptsächlich mit der um 45 Grad angestellten B-Achse. Das bringt eine höhere Stabilität in die Bearbeitung und minimiert die Gefahr einer möglichen Kollision am Spannfutter, da der Kopf unter 45 Grad frei an Futter und Werkstück indexiert ist. Darüber hinaus sind die Maschinen mit Okumas Collision Avoidance System (CAS) ausgestattet. „Wenn die richtigen Werkzeuge im Programm hinterlegt sind und wenn die Tools auch vermessen sind, kann es in keinem Betriebsmodus zu einer Kollision kommen“, verspricht Esposito. Das ist natürlich auch eine Lebensversicherung für die Maschine.

* Manfred Flohr ist freier Autor

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