Maschinen & Anlagen

Die Freiform- Rebellen

Fast spielerisch wagen sich Frank Ackermann und Manfred Weid an neue Technologien heran und machen sie für sich nutzbar. Jetzt kämpfen sie gegen die Grenzen der 5-Achs-CNC und drücken dem Roboter die Fräse in die Hand.

Den Spieltrieb und die Begeisterung für Technik bestreiten sie beide nicht: Frank Ackermann, geschäftsführender Gesellschafter einer 100-Mann-Schreinerei in Wiesenbronn bei Würzburg, und sein Produktionsleiter und Prokurist Manfred Weid. Was sie antreibt, ist jedoch mehr. Immer wieder kämpfen sie gegen die Restriktionen, die ihnen die Fertigungstechnik setzt. Sie wollen beispielsweise nicht den viel zu kleinen Bearbeitungsbereich einer CNC-Maschine hinnehmen. Auch wenn im Betrieb etwas funktioniert, stellen sie sich trotzdem die Frage, ob da nicht irgendwo der Schuh drückt, ob das nicht etwa präziser, sparsamer, schneller oder auch völlig anders laufen kann. Zunächst ist das für beide eher ein Spiel. Sie begeistern sich dafür, wie es laufen könnte. Daraus entstehen dann jedoch Projekte, die nach und nach immer konkretere Formen annehmen. Das, was dabei herauskommt, muss in der Holzbranche nicht unbedingt üblich sein, hat sich aber immer wieder bewährt.

Oft fragen Kunden etwas nach, was eigentlich gar nicht oder nur sehr aufwendig geht. Solche Impulse nehmen Frank Ackermann und Manfred Weid mit auf ihre häufigen, mehrstündigen Autofahrten zu ihren Kunden. Sie suchen Lösungen, diskutieren, wägen ab und kalkulieren. Frank Ackermann bringt eher überschwängliche Begeisterung ein. Manfred Weid geht da mit, stutzt dann die Ideen auf das Machbare zusammen und übernimmt das Projektmanagement. Die eigentliche Ideenfindung ist jedoch ein Teamprodukt. Die beiden verbindet auch der Mut, solche Projekte anzugehen, obwohl die aktuelle Auftragssituation entsprechende Investitionsgrößenordnungen eigentlich gar nicht zuließen. Im Lauf der Entwicklung finden sie immer neue Anwendungsmöglichkeiten sowohl für den Eigenbedarf als auch für neue Kunden. Jedes Projekt hat bisher das Programm der Schreinerei um neue Gestaltungsmöglichkeiten erweitert, die Fertigung rationalisiert und neue Kunden und Märkte erschlossen. Wenn auch nicht immer auf Anhieb, blieb dem Entwickler-Duo auch der wirtschaftliche Erfolg ihrer Projekte bisher nicht verwehrt.
»Warum nicht besser …?«
Die Innovationsprojekte laufen immer nach dem gleichen Schema ab, etwa wie bei der Anschaffung des Schneidplotters: Vor ein paar Jahren schnitt die Schreinerei immer mehr Lederfaserstoff zu, und zwar mit zwei Mitarbeitern. Sie zogen das Material von der Rolle auf den Tisch, gaben mal 1, mal 3 cm Längenzugabe. Manchmal schnitten sie schräg, dann entstand 5 cm Verschnitt. Auf Dauer drohte das in die Material- und Personalkosten zu gehen. Da sagten sich Manfred Weid und Frank Ackermann, es wäre schön, wenn wir etwas zum sauberen Ablängen hätten. Sie dachten weiter: Warum nicht auch auf Breite schneiden oder noch besser direkt die Kontur schneiden? Diese Überlegung führte zur Investition in einen Schneidplotter mit dem sich sogar 5 cm dicke Filze schneiden lassen.
Zu den bisherigen Projekten gehören außerdem die Einführung einer Laserschneidanlage und einer PUR-Hotmelt-Kaschierstraße (siehe »Presse für karierte Maiglöckchen« in dds 08/2009, Seite: 55) sowie in 2007 der Einstieg in die virtuelle 3D-Welt mit einem Modell des Innern der noch zu bauenden Elbphilharmonie in Hamburg (siehe »Modell für Harmonie« in dds 08/2007, Seite 50). Japanische Physiker sollten mit Versuchen am Modell die Akustik des Konzertsaals optimieren. Sie fanden beispielsweise heraus, dass für den besseren Klang die Länge des Saals um einen halben Meter zu kürzen sei.
Die Beschreibung des Gebäudes erhielt die Schreinerei in Form eines 3D-Datenmodells. Mit der Umsetzung holten sich die beiden zunächst eine blutige Nase, weil sie die Elemente nicht auf einer 5-Achs-Maschine, sondern im 4-Achs-Betrieb abgezeilt hatten. Das brachte zu viel manuelle Nacharbeit mit sich. Ein Jahr später kauften sie eine 5-Achs-Maschine, verbesserten ihren Konstruktionsworkflow und bauten für die Pariser Philharmonie ein gleichartiges Modell. Die gefrästen und gelaserten Teile mussten die Kollegen in der Werkstatt nur noch zusammenstecken. Alles hat gepasst, die Kalkulation ist aufgegangen.
3-D-Freaks
Inzwischen gehört die 3-D-Welt neben dem Objekt- und Innenausbau, der Trockenbausparte und dem normalen Schreinereibetrieb zu einem wichtigen Geschäftsfeld. Allein 15 Mitarbeiter sitzen am Bildschirm und konstruieren 3-D-Gebilde für Architekturmodelle, Kunstwerke, Messestände, Möbel oder Innenausbauten. Sie konstruieren mit Rhino und erstellen die Programme für den Schneidplotter, die Laserschneidemaschine und die CNC-Maschinen mit AlphaCam. Die 3-D-Gebilde entstehen je nach Form, Größe und Materialanforderung auf unterschiedlichste Art und Weise. Einfach gekrümmte Teile lassen sich aus der von hinten geschlitzten »Flexformplatte« von Ackermann herstellen. Sie lässt sich um Spanten biegen oder mit einem HPL-Gegenzug verleimen verleimen. Andere Objekte fräst Ackermann aus dem Vollen. Egal wie die Form entstanden ist, kann sie als Matrize für thermoplastisch verformbare Mineralwerkstoffe dienen.
Seine besondere Stärke hat die Schreinerei in besonders großen und komplexen 3-D-Gebilden, wie man sie beispielsweise im Messebau kennt (siehe Bild oben). Hier zerlegen die Konstrukteure den virtuellen 3-D-Körper in in sich kreuzende Scheiben. Diese ergeben eine Art Gerippe für das Bauteilinnere. Die einzelnen Segmente schneiden die Kollegen in der Werkstatt auf der Laserschneidmaschine aus Sperrholz zu.
Ausgeklügelter Workflow
Die Arbeitsweise hat Manfred Weid standardisiert und so ausgeklügelt, dass diese Elemente sich wie gezinkte Schubladenteile einfach zusammenstecken lassen. Eingebrannte Nummern helfen dem Kollegen beim Aufbau, die jeweiligen Verbindungspartner zuzuordnen. Ist das Gerippe montiert, wird es mit Hartschaumplatten beklebt.
Die komplexe Schifterschnittgeometrie der Elemente ermitteln die Konstrukteure ebenfalls mit ihrem 3-D-CAD-Programm. Ist das Gerippe nun mit dem Hartschaum oder jedem beliebigen anderen Material umhüllt, kommt es auf die 5-Achs-CNC, die ihr mit dem Fräser die Form verleiht. Als Nachteil dieser Vorgehensweise erweisen sich die Größenbeschränkungen der 5-Achs-CNC, vor allem des Z-Hubs, der bei Ackermann nur 550 mm beträgt. Das Schwenken des Aggregats schränkt die effektive Bearbeitungshöhe noch einmal ein, sodass die maximale Bauteilhöhe bei vielleicht lediglich 400 mm liegt.
Bisher löste die Schreinerei Ackermann das Problem, indem sie die Objekte in kleine, separat zu fertigende Segmente unterteilte und diese nach dem Fräsen zu einem Gesamtkörper zusammensetzte.
Roboter statt CNC
Manfred Weid und Fank Ackermann wollen sich mit den Grenzen, die die 5-Achs-Maschine setzt, nicht abfinden. Sie schauten sich andere Branchen an, wo Roboter nicht nur Handling-, sondern auch Bearbeitungsaufgaben, beispielsweise zum Schleifen, Schweißen oder Lackieren, übernehmen. Statt eines Bearbeitungszentrums soll nun ein Roboter die Fräsarbeiten ausführen. Der Roboter nimmt quasi die Frässpindel in die Hand.
Manfred Weid sagt: »Der Preisunterschied zwischen einem großen und einem kleinen Bearbeitungsraum ist bei Robotern viel geringer als bei Bearbeitungszentren. Der Roboter verfügt über mehr Freiheitsgrade als das Bearbeitungszentrum und beherrscht damit komplexere Geometrien. Außerdem gibt es inzwischen Steuerungssoftware für Roboter, die sich wie eine CNC-Maschine programmieren lassen. Der Roboter lässt sich mit Postprozessoren in unsere 3D-CAD-CAM-Welt integrieren.« Erste Fräsversuche haben die beiden bereits im Hause Kuka erfolgreich ausgeführt. Sie nehmen leichte Präzisionseinbußen zugunsten eines größeren Arbeitsbereichs in Kauf. Eine große 5-Achs-Maschine arbeitet auf 2/10 mm genau, der Roboter auf 4/10 mm.
Manfred Weid sagt: »Wir verwenden zwar Roboter und Robotersteuerungen als Zukaufteile, sind aber dennoch unser eigener Maschinenbauer, weil wir alle Komponenten selbst aufeinander abstimmen und für die Sicherheit sorgen müssen. Wir haben eine große Gestaltungsfreiheit. Wo immer wir wollen, können wir beispielsweise einen Werkzeugwechsler hinstellen.«
Drei Investitionsstufen
Die erste der drei Investitionsstufen ist bereits abgeschlossen, der Anbau einer 1000-m2-Halle, die ausschließlich für den Fräsroboter und die Nachbearbeitung der Fräsobjekte dienen soll, und mit einem Schwerlastportalkran ausgestattet ist. Zum Herbst 2014 will die Schreinerei zunächst einen 6-Achsen-Knickarmroboter in Verbindung mit einem Drehteller für das Werkstück als siebte Achse in Betrieb nehmen. Der Arbeitsradius des Roboters reicht seitlich und in die Höhe etwa 3 m weit. Mit dieser ersten Ausbaustufe will Ackermann zunächst gemessen am Ziel »kleinere« Objekte mit maximal 3 x 3 x 3 m Größe fertigen. In einer zweiten Stufe wollen Frank Ackermann und Manfred Weid im Herbst 2015 den Roboter auf einen Gleiswagen setzen, um bis zu 16 m lange Werkstücke bearbeiten zu können.
Neue Märkte, neue Kunden
Mit der Investition peilen Frank Ackermann und Manfred Weid natürlich auch neue Märkte und Kunden an. Im Fokus stehen unter anderem auch Bau- und Brückenbauunternehmen, die besonders lange Schalungselemente benötigen. MDF-Platten sind mit bis zu 12 m Länge per Lkw lieferbar. Das Fahrzeug fährt in die Halle hinein, wo der Deckenkran die Platte oder das Plattenpaket an mehreren Stellen gleichzeitig anheben und auf den Maschinentisch legen kann. Ein Gabelstapler würde die Platte allenfalls in der Mitte durchbrechen.
Frank Ackermann sagt: »Mit unserer jetzigen Kundschaft werden wir eine Grundauslastung des Roboters erzielen, beispielsweise für skulpturale Messestände, Statuen oder Möbel. Ich freue mich aber auch schon auf die Schalungsbaukunden und Interessenten, die ich jetzt noch gar nicht kenne.« GM

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