PTZ Weidner Pfiffige Trennentechnik vereinfacht Ringherstellung

Autor / Redakteur: Andreas Weidner / Peter Königsreuther

Ringe gehören eher zu den versteckten Komponenten, zählen aber zu den elementaren Bauteilen. Man denke etwa an Lager ür Windkraftanlagen. Ein spezielles Trennverfahren zu deren Herstellung spart nun Material und steigert die Produktivität.

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Mit dem besonderen Kombinationsverfahren von PTZ Weidner für die Herstellung von Ringen werden auch bei großen Werkstücken hohe Oberflächenqualitäten erreicht. Hier liegt diese bei Ra = 3,2 an der Trennfläche. NACHTRAG: PTZ Weidner hat am 03. August 2017 berichtet, dass man das hier noch mit rund 3 mm gemessene Trennspaltniveau um 1 mm, auf lediglich 2 mm reduzieren konnte.
Mit dem besonderen Kombinationsverfahren von PTZ Weidner für die Herstellung von Ringen werden auch bei großen Werkstücken hohe Oberflächenqualitäten erreicht. Hier liegt diese bei Ra = 3,2 an der Trennfläche. NACHTRAG: PTZ Weidner hat am 03. August 2017 berichtet, dass man das hier noch mit rund 3 mm gemessene Trennspaltniveau um 1 mm, auf lediglich 2 mm reduzieren konnte.
(Bild: Weidner)

Nahtlos gewalzte oder geschmiedete Ringe werden in nahezu allen erdenklichen Industriezweigen wie Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt, Windenergieanlagen, Chemie- und Anlagenbau, Offshore-Technik, Nutzfahrzeugen und Schiffsbau eingesetzt. Als Flansche, Dicht-, Turbinen-, Einstellringe, Lager-, Lenk- oder Drehkränze werden sie in unterschiedlichen Größen eingesetzt. Damit besteht eine große Nachfrage nach Ringen in den verschiedensten Industriezweigen.

Die Stahlindustrie geriet in den letzten Jahren zunehmend unter Druck durch steigende Rohstoffpreise, Energiekosten, Lohnkosten und vermehrt Konkurrenz aus Billiglohnländern. Einsparpotenziale sind hauptsächlich im Rahmen der langen Bearbeitungszeiten sowie bei den Material-, Werkzeug- und Energiekosten zu finden.

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Nachteile der Fertigung auf einem Ringwalzwerk

Das neu entwickelte Trennverfahren von PTZ Weidner besteht aus einer horizontal angeordneten Kombination eines neuartigen Greifers mit einer präzisen Trenneinheit. Neben den hervorragenden Ergebnissen in der Oberflächenqualität und der Möglichkeit, auch sehr schmale Ringe kalt und deformationsfrei trennen zu können, ergeben sich Kosteneinsparungen durch reduzierten Ausschuss und verkürzte Bearbeitungszeiten. Gleichzeitig erhöhen sich Arbeitssicherheit und Produktqualität. Von einem Strang wird das Einsatzmaterial für die Ringe abgesägt, anschließend wird das Einsatzmaterial auf Umformtemperatur erhitzt. Die erste Umformung erfolgt durch das Stauchen und Lochen des Rohlings. Danach muss der Ringrohling nochmals auf Umformungstemperatur erhitzt werden, um auf einem Ringwalzwerk auf die gewünschten Abmessungen ausgewalzt werden zu können. Auf die Planflächen des gewalzten Rings werden, je nach Durchmesser, Materialzugaben von 4 bis 25 mm zugegeben. Diese benötigt der Bearbeiter um eine saubere Oberfläche nach der Zerspanung zu erreichen.

Ringherstellung war mit erheblichen Materialverlusten verbunden

Ringwalzwerke sind auf hohe und dickwandige Ringe ausgelegt. Flache Ringe können auf einem Ringwalzwerk nicht optimal gefertigt werden, weil die Ringwalzwerke eine Mindestwalzhöhe berücksichtigen müssen. Bei einem Ringwalzwerk zum Beispiel für Ringe bis 3000 mm Durchmesser beträgt diese circa 40 mm. Sollte der Einzelring eine geringere Endhöhe, etwa 20 mm bekommen, so muss dieser mechanisch durch Bearbeitung auf einer Karusselldrehmaschine mit einem sehr hohen Zeitaufwand auf das Endmaß abgedreht werden.

Wenn der Querschnitt des Ringes im Verhältnis Ringhöhe und Ringwandstärke zu klein ist, wird der gewalzte Ring instabil und er deformiert sich. Je größer der Durchmesser, desto instabiler wird der Ring. Dadurch, dass der Ring mehrfach hoch gewalzt wird, bekommt man mehr Material in den Ring und er bleibt formstabil. Bei profilgewalzten Ringen mit unterschiedlichen Querschnitten kann es sein, dass sich der Ring beim Abkühlen verzieht. Dem kann entgegen gewirkt werden, indem der Ring spiegelsymmetrisch doppelt hoch gewalzt wird.

Teure Zusatzprozesse gab es auch noch

Seit Jahrzehnten kam im Bereich des Sägens oder Abstechens von Rohteilen keine Innovation auf den Markt. Die Ausschussquoten der Bauteile (Schnittverlauf der Bandsäge) mussten in Kauf genommen werden, oder durch langsamere und aufwendigere Fertigungsmöglichkeiten kompensiert werden, die ungenau und materialintensiv sind. Durch die Gefahr des Verlaufens von Sägeblättern / Sägebändern / Abstechstählen, müssen große Aufmaße in der Breite des Sägestücks hinzu gegeben werden. Bei den Ringen werden aus diesem Grund hohe Materialzugaben auf den Planseiten von mindestens 4 bis 25 mm hinzu gegeben, plus mindestens 2 bis 4 mm auf den abgestochenen Flächen. Viel extremer verhält es sich bei flachen, dickwandigen Ringen. Hier steigt die Materialzugabe auf bis zu 100 % der eigentlichen Bauteilhöhe, da diese Ringe bei der anschließenden Wärmebehandlung unter Umständen einem Planschlag erliegen. Dieses Material muss später bei einem nachfolgenden Prozess durch Abdrehen oder Fräsen wieder entfernt werden. Das bedeutet für die Betriebe unnötig hohe Bearbeitungs-, Material- und Energiekosten.

Der „Giant Ring Cutter“ kombiniert zwei Innovationen

Der beim „Giant Ring Cutter“ GRC5300-1000CNC von PTZ Weidner genutzte Greifer hält zum einen gleichzeitig den abzutrennenden Ring sowie den restlichen Ringrohling fest. Dadurch kann der Ring nach dem Trennprozess das Trennwerkzeug nicht einklemmen. Durch den Greifer wird der Einzelring mit einem Gewicht von bis zu 8 t prozesssicher während der Bearbeitung gehalten. Nach dem Sägeprozess wird der abgetrennte Ring zur Ablageposition bewegt, und sicher abgelegt. Zusätzlich erhält der Ringrohling durch das Greiferkonzept während des Trennens Stabilität, so dass dieser nicht vibriert. Das erhöht die Standzeit des Trennwerkzeugs.

Zum anderen können mit dem Trennwerkzeug von maximal 1350 mm Durchmesser, Wandstärken bis zu 560 mm mit nur 7 mm Schnittspalt auf dem GRC5300-1000CNC präzise getrennt werden. Die Kraft wird dabei auf mehrere Schneiden verteilt. Die währenddessen entstehende Wärme wird mit dem Span abgeführt. Durch die Drehbewegung wird keine Reibungswärme erzeugt. Die Ringe können quasi kalt und deformationsfrei getrennt werden. Die verschiedensten Werkstoffe, wie Baustähle, warmfeste Stähle, Edelstähle, Duplex, NE-Metalle, Titan oder Nickelbasislegierungen wurden mit dem System schon erfolgreich zu Ringen verarbeitet.

Die Vorteile des Verfahrens im Überblick

Das bestätigte Einsparpotenzial durch den Einsatz des innovativen Trennverfahrens mit dem GRC5300-1000CNC zieht sich wie ein roter Faden durch den gesamten Fertigungsprozess. Jedes Kilo Material, das bei der Herstellung von einem Ring nicht benötigt wird, muss auch anschließend nicht kostenintensiv für den Schrottbehälter in Späne verwandelt werden. Je wertvoller das zu bearbeitende Material ist, desto höher sind dabei die Einsparungen. Der gesamte Prozess kann optimiert werden, um Ringe viel wirtschaftlicher sowie mit hoher Material- und Energieeffizienz herstellen zu können. Hier einige Stichpunkte zu den Vorzügen des Giant-Ring-Cutter-Einsatzes im Vergleich zur herkömmlichen Ringherstellung:

  • kürzere Trennzeiten;
  • geringere Schnittbreite (3 bis 7 mm);
  • geringere Werkzeugkosten;
  • höhere Werkzeugstandzeit;
  • geringere Trenngeräusche von rund 70 bis 75 db;
  • automatisches Abnahmehandling;
  • geringe Hitzeentwicklung;
  • trockenes Material, trockene kurze Späne (UVV);
  • höhere Materialausbeute;
  • sicheres Abnehmen der getrennten Ringe (UVV);
  • hohe Planparallelität;
  • hohe Oberflächengüten von 3,2 Ra;
  • geringere Weiterbearbeitungszeiten;
  • deformationsfreie, spannungsarme Ringe.

Ein Praxisbeispiel soll die Möglichkeiten verdeutlichen: Das Bild unten zeigt Ringe mit über 3400 mm Durchmesser und einer Wandstärke von 420 mm, die präzise auf eine Höhe von 61 mm getrennt wurden. Mit nur 2 mm Aufmaß/Planfläche auf das Fertigmaß. So wurden die Bearbeitungskosten erheblich reduziert, weil nur noch ein Schlichtspan pro Seite in Bezug auf das Fertigmaß notwendig war. Die Ringrohlinge waren zweimal vierfach hoch gewalzt. Die Planparallelität kam auf einen Wert von 0,7 mm. MM

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