Multifunktionale Schneidanlagen erfolgreich einsetzen: 10 Kriterien

Tipps für den wirtschaftlichen Einsatz von Multi-Schneidmaschinen für die multifunktionale Blechbearbeitung

Immer mehr kombinierte Schneidanlagen, insbesondere Plasma- und Brennschneidanlagen werden mit einer zusätzlichen mechanischen Werkzeugbearbeitung mit einer CNC-Spindel und einem Werkzeugwechsler zu einer multifunktionalen Schneidanlage ausgestattet. Eine multifunktionale Blechbearbeitung bietet sich geradezu an, denn die CNC-Verfahrmechanik ist bereits vorhanden und oftmals sind die Plasma-, Brennschneidanlagen auch stabil ausgeführt. Allerdings ist eine multifunktionale Schneidanlage nicht so unkompliziert, wie es auf den ersten Blick erscheint. Will man Multi-Schneidanlagen erfolgreich und wirtschaftlich einsetzen, müssen einige Randbedingungen sorgfältig berücksichtigt werden, damit man später seine Freude an solch einem komplexen und leistungsfähigem Bearbeitungssystem hat.

  1. Der einfache, normale Brenntisch besitzt kein ausreichendes Spannsystem für die zu bohrenden Teile: Kleine, leichte Bleche könnten durch die Bohrkräfte herum geschleudert werden - was zu einer Gefährdung von Personal und Maschine führen kann! Daher ist hier ein stabiler Niederhalter, der das zu bearbeitende Material unverrückbar auf dem Schneidtisch der multifunktionale Blechbearbeitungsmaschine festklemmt, oberste Pflicht.
  2. Ein Brenntisch ist kein Bohrtisch oder Messtisch! Die Schlacke und die abgebrannten Streben des Brenntisches erzeugen Unebenheiten, die zu einem Weglaufen der Bohrerspitze führen können und damit für Ungenauigkeiten bei der Bohrlochherstellung sorgen. Ein stabiler Materialniederhalter ist hier die Mindestanforderung, dieser kann den Fehler reduzieren aber gänzlich nicht ausschließen. Regelmäßige Reinigung und Wartung der Anlage sowie Sauberkeit beim Arbeiten sind ganz grundsätzlich für den Maschinenbediener von hoher Bedeutung. Außerdem unterscheiden sich hier die Angebote der Lieferanten voneinander. Also lohnt genaues Hinschauen.
  3. Bohrerbruch: Wenn der Bohrer auf Schlacke oder unglücklich gegen eine Strebe des Brenntisches trifft und abbricht, endet der Prozess. Eine Bohrerbruchkontrolle oder eine andere adäquate Lösung, z.B. eine gesteuerte und überwachte CNC-Achse kann den Bediener hier unterstützen. Eine höhere Sorgfalt durch den Maschinenbediener bei der Bearbeitung ist hilfreich. Je dünner der Bohrerdurchmesser, desto kritischer der Prozess. Bei größeren Bohrerdurchmessern treten Bohrerbrüche eher seltener auf.
  4. Eine Bohrerkühlung ist bei bestimmten größeren Bohrerdurchmessern sinnvoll bzw. erforderlich: Wird anschließend plasmageschnitten oder autogengebrannt oder lasergeschnitten, so muss eventuell die Emulsion vorher von der Blechtafel entfernt werden, da je nach Kühlmittel giftige Dämpfe entstehen können und die Emulsion auch auf den Schnitt negative Auswirkungen besitzen kann. Als Abhilfe eignet sich eine Sprühtechnik, bei der nur kleine Mengen Bohremulsion auf die Bohrerspitze gezielt aufgespritzt werden, so dass die Emulsion schnell verdampfen kann und das Blech nicht mit Flüssigkeit überflutet wird.
  5. Eine Durchbiegung des Blechs durch die Bohrkräfte kann sich je nach Brenntisch einstellen. Daher muss der Brenntisch entsprechend massiv ausgeführt werden. Die zusätzliche Belastung der Portalachse durch die hohe Anpresskraft beim Bohren und durch die dynamischen Kräfte durch das Eigengewicht der Bohreinheit erfordert eine steifere Schneidportalbrücke, größere Lager und stärkere Antriebe.
  6. Der gewünschte maximale Durchmesser der Bohrung bestimmt die Leistung der Drehspindel. Je geringer der maximale Bohrdurchmesser gewählt wird, desto unproblematischer im Hinblick auf die elektrische und mechanische Auslegung der Schneidanlage lässt sich die Bohrung durchführen. Durchmesser im Bereich von 4 bis 8 mm sind unkritischer (wenn gleich die Bohrer schneller abbrechen können) als Bohrungen größer als 12 mm oder gar bis 40 mm, die dabei auftretenden Antriebsleistungen sind enorm hoch, die dabei auftretenden Kräfte sind es ebenso. Die dann erforderliche Bohrleistung erfordert aufgrund der höheren Gewichte stabilere Portalbrücken, die auch für diese Kräfte ausgelegt sein müssen. Der Maschinenhersteller kennt diese Herausforderungen und sollte darauf mit einer entsprechend stabilen Portalschneidanlage antworten.
  7. Für präzise Bohrungen und diese werden meist gefordert, müssen auch präzise Werkzeuge eingesetzt werden. Stumpfe Bohrer müssen entsprechend regelmäßig ausgetauscht oder nachgeschliffen werden. Das Personal muss darauf geschult werden und den Prozess achtsam begleiten. Eine optionale Hilfe kann die  Überwachung der elektrischen Spindelleistungsaufnahme sein, die eine Differenz der Leistungsaufnahme misst und so auf ein stumpfes Werkzeug schließen kann und dem Bediener ein Signal zum Werkzeugwechsel anzeigt.
  8. Zusätzlicher Programmieraufwand ist erforderlich. Man sollte darauf achten, dass das Erstellen der Bohr-, Senk- und Gewindeprogramme im CAD/CAM-Programm einfach zu handhaben und von den Programmieren schnell erlernbar ist. Ein weiteres Problem ist nicht selten die CNC-Steuerung. Die meisten CNCs für Brennschneidanlagen arbeiten mit dem relativen Koordinatensystem. Will man jedoch ein exaktes Bohrloch in einer absoluten Position zum mechanischen Nullpunkt der Maschine bohren, ist das für manche CNC-Steuerungen gar nicht oder nur sehr schwer möglich. Die klassischen CNC-Steuerungen aus der spanenden Welt unterscheiden sich von denen aus der Schneidwelt. Der Anforderungskatalog an beide Typen unterscheidet sich, so dass man in einer Brennschneidanlage nur selten die klassischen CNC-Steuerungen aus der Dreh- und Fräsmaschinen-Branche vorfindet. Die in unserem Bereich üblichen CNC-Steuerungen verfügen über Funktionen, die im spanenden Bereich in der Regel nicht oder nur selten gebraucht werden, z.B. Rückwärtsfahren auf der Kontur, neuen Anstechpunkt finden, Makro-Programmierung, Schachteln etc. Dafür beherrschen die CNC-Steuerungen für die spanende Bearbeitung von Hause aus sehr gut das Bohren und das Fräsen. Dies wiederum ist nicht die Normalaufgabe einer CNC für Schneidaufgaben. Daher sollten Sie im Vorfeld überprüfen, ob die CNC-Steuerung Ihres Anbieters alle von Ihnen gewünschten Bearbeitungsschritte ausführen kann, damit Sie keine negative Überraschung im Betriebsalltag erleben.
  9. Der wirtschaftliche Gesichtspunkt ist zu berücksichtigen: Während beispielsweise eine 350.000 Euro Portalschneidanlage bohrt, kann sie nicht gleichzeitig schneiden, der Bohrprozess blockiert das lukrative Schneiden. Hier ist jeder Betrieb selber gefragt, eine eigene Wirtschaftlichkeitsberechnung für eine multifunktionale Blechbearbeitung durchzuführen. Bei vielen Unternehmen sind die Bohrarbeiten so dominant vertreten, dass sich so eine kombinierte Multi-Schneidanlage schnell amortisiert; die Anreisarbeiten, das Umschichten von Teilen, körnen etc. entfallen. Alle erforderlichen Arbeiten können auf einer Anlage in einem Schritt erfolgen, dies sind durchaus lohnenswerte Überlegungen, wenn man auch alle Randbedingungen mit berücksichtigt und man genügend Aufträge mit Bohrarbeiten zur Verfügung hat.
  10. Und nicht zuletzt: Der Bediener muss auf die herumfliegenden, heissen Späne achten, die bei einem spanenden Prozess auftreten. Eine ausreichende Kapselung des Bohraggregats sollte daher mit vorgesehen werden. Die Späne müssen sorgfältig von der Anlage entfernt werden damit sie nicht die Führungen und Antriebe blockieren oder zu Unfällen führen. "Wer kehrt die Maschine nach Schichtwechsel" - diese Frage sollte auch mit bedacht werden.

Wie viele Unternehmen setzen multifunktionale Schneidmaschinen ein?

Hierzu haben wir im Juni 2021 eine Umfrage in LinkedIn gestartet, die aufgrund der Teilnehmermenge leider nicht als repräsentativ gelten kann. Die Teilnehmerquote betrug 4%. Dennoch geben diese Zahlen einen ersten Aufschluss.

17% setzen bereits eine Multi-Schneidanalage ein,
83% arbeiten noch mit konventionellen Schneidanlagen.

Gemäß unserer Meinung, Stand 2021, ist die Zahl aber zu hoch gegriffen. Angesichts der enormen Verbreitung von Schneidmaschinen im DACH-Raum, schätzen wir eher, dass der Verbreitungsgrad von Multifunktionsschneidanlagen um 2% bis 3% beträgt. Was natürlich auch ein Hinweis darauf ist, dass es für multifunktionale Schneidanlagen noch viele Potential geben könnte.  

Welche Arten und Variationen von Multi-Schneidanlagen gibt es?

Darüber hinaus sei auch erwähnt, dass der Markt Systeme anbietet, die aus der klassischen Werkzeugindustrie stammen und primär auf dem Konzept eines  Bohrbearbeitungsportals entwickelt wurden, das mit der Schneidfunktion Plasma, Autogen erweitert wurde. Es wurde in der Entwicklung quasi der umgekehrte Weg gegenüber den Schneidportalen beschritten. Man kann diese beiden Systeme aber nicht 100% miteinander vergleichen, da auch die Schwerpunkte und Einsatzgebiete beider Systeme eine etwas andere Betonung besitzen.

Während bei dem ersten System mit einer verfahrbaren Portalachse zuerst die Schneidanwendung im Vordergrund steht und damit das Konturschneiden auch großer, komplexer Bauteile problemlos ermöglicht, steht bei dieser zweiten Maschinenart mit einer schweren Ständerbauart, bei der die Portalachse nicht verfährt, sondern das Blech in Längsrichtung über Spannsysteme bewegt wird, zuerst die mechanische Bearbeitung im Fokus. Da bei diesen Systemen die Blechtafel geklemmt und bewegt werden muss, ist das Schneiden großer komplexer Teile etwas komplizierter. Beim Verfahren eines Blechs in Längsrichtung  kann es bei dicken Blechstärken und großen Konturausschnitten über mehrere Meter zu Problemen kommen. Auch das Arbeiten mit beispielsweise 8 Autogenbrennern die gleichzeitig viele Teile produzieren ist bei dieser Bauart unüblich. Bei Portalanlagen werden oftmals Blech mit 12 m Länge oder mehr geschnitten, auch das ist bei der festen Ständerbauweise eher unüblich. Die feste Ständerbauweise kann ihre Vorzüge bei der mechanischen Bearbeitung ausspielen, dort spielt sie bauartbedingt ihre Vorteile aus.  

So hat jedes System seine Stärken für bestimmte Einsatzgebiete. Die Anwendung entscheidet, was für wen besser geeignet ist.

Darüber hinaus gibt es noch eine Reihe von Hybridherstellern, die ausgesprochen schwere Multi-Schneidmaschinen produzieren, die die Vorteile beider Systeme miteinander verschmelzen.

Welche Maschinenart für Sie besser geeignet ist, entscheidet Ihre Anwendung bzw. Ihr Endprodukt, auf jeden Fall steht Ihnen eine große Auswahl von Multi-Schneidsystemen zur Verfügung.

Außerdem unterscheiden sich die Mult-Schneidanlagen in ihrer Ausgestaltung, je nachdem wieviel Wert der Hersteller der spanenden Bearbeitung beimisst bzw. auf wieviel Bohrzyklen pro Jahr ihre Lebensdauer berechnet wurde. Spezielle Multi-Schneidmaschinen, die im schweren Stahl- und Anlagenbau eingesetzt werden und mit etlichen Millionen Bohrungen pro Jahr auch im großen Durchmesserbereich von z.B. 40 mm arbeiten, unterscheiden sich signifikant von Multi-Schneidmaschinen leichterer Bauart, die eher für eine gelegentliche Bohranwendung konzipiert wurden. Natürlich zeugt auch der Preis von diesem Unterschied.

Beide Systemarten haben ihre individuellen Eigenschaften und Berechtigungen. Hier ist der Anwender gefragt, sich vorher gut und umfassend beraten zu lassen. Meistens ergibt sich die ideale Wunschmaschine aus dem eigenen Anforderungskatalog, das am besten auf Basis eines Lastenheftes nach DIN 69901 Teil1-5 aufgebaut sein sollte.

Fazit:

Bohren mit CNC-Spindel und Werkzeugwechsler auf einer Multi-Schneidmaschine mit Plasmabrenner, Autogen eventuell sogar mit Laser ist mittlerweile gut möglich und für viele Anwendungen und Betriebe sinnvoll geworden. Viele Maschinenhersteller haben Lösungen zu den Detailfragen erarbeitet und am Markt umgesetzt. Egal ob Portal- oder Ständerausführung, beide Systeme haben ihre Vorzüge und speziellen Einsatzgebiete.
Allerdings achten Sie darauf, dass Ihr Bedienpersonal sich auf die zusätzlichen mechanischen Bearbeitungsschritte einstellen kann und genügend Schulung erhält.

Achten Sie auch darauf, die Systeme gleich in digitalisierter Ausführung anzuschaffen, denn die Digitalisierung ist für jedes Unternehmen ein interessantes und oft auch relevantes Thema.

Aus Sicht der Wirtschaftlichkeit muss natürlich jeder Betrieb für sich entscheiden, ob sich der Maschinenmehraufwand für das eigene Portfolio lohnt, um in eine multifunktionale Blechbearbeitungsanlage zu investieren. Mit der Bohr-, Gewinde-, Fräs-, Senk-Kombination betreten moderne Multi-Schneidmaschinen auch das Gebiet komplexer Automatisierungssysteme, wie man sie aus der Werkzeugindustrie kennt und erreichen einen höheren ReturnOnInvestment ROI, wodurch sich der finanzielle Mehraufwand gegen rechnen lässt.

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