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Drunter und drüber

Maschinen & Anlagen
Drunter und drüber

Keine Quantensprünge aber stetige Verbesserungen gibt es bei der Tischfräse. Willi Brokbals hat pfiffige Neuheiten auf der Ligna zusammengetragen und stellt sie in einem Zweiteiler vor. Zunächst begibt er sich unter den Frästisch. Folge 1: »drunter« sowie die Marktübersicht »Große Tischfräsen«.

Aktuell gibt es keine Quantensprünge bei den Tischfräsen, doch vollziehen sich Veränderungen im Kleinen. Die Hersteller drehen an Stellschrauben und prüfen die Reaktion der Schreiner: bei Lob setzen sie den Weg fort. Kritik stimmt nur wenige nachdenklich. Manche setzen die Forderungen der Schreiner mit Fantasie zügig um. Andere glauben ihre Maschine nicht weiter verbessern zu können.

In Folge 1 widme ich mich dem Antrieb, der Spindel und dem Fräsdorn. Im zweiten Teil werde ich alles oberhalb des Frästisches erkunden. Die Zusammenstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Mein Interesse galt den mittleren bis größeren Tischfräsen.
Antrieb, Spindel und Fräsdorn. Der Antrieb erfolgt mit einem Elektromotor. Meistens überträgt der Motor seine Kraft über Riemen und Scheiben auf die Spindel, die den meist auswechselbaren Fräsdorn sicher hält. Bei der kompakten Edelbauweise bildet die verlängerte Motorwelle gleichzeitig die Spindel.
Dorn in der Spindel
Antrieb. Es gibt ihn noch, den Klassiker: unterschiedliche Drehzahlen lassen sich durch das Umlegen des Keilriemens erreichen. Mittlerweile bieten jedoch fast alle Hersteller Fräsen mit stufenloser Drehzahl an. Die Änderung erfolgt dann über die Steuerung (SPS) durch Eingabe des gewünschten Drehzahlwertes (etwa 500 bis 10 000 min-1) an einem Display. Der Antrieb bleibt bei der Mehrzahl aller Tischfräsen, wie beim Klassiker auch, indirekt. Für den direkten Antrieb, wie er auch bei einem Bearbeitungszentrum genutzt wird, haben sich zwei Hersteller entschieden: Hofmann und SCM.
Nur wenige Hersteller ermöglichen eine Drehzahl von 12 000 min-1 und nur die Firma Felder, erreicht durch die, in wenigen Handgriffen einzubauende Hochfrequenz-Spindel, bis zu 16 000 min-1 (24 000 min-1 bei den kleineren Modellen) und ermöglicht so den sinnvollen Einsatz von Schaftfräsern.
Fräsdorn. Der Mindestdurchmesser beträgt 30 mm. An der weiteren Ausführung scheiden sich dann die Schreiner-geister. Wer immer mit demselben Fräsdorn arbeitet, kann sich für eine Maschine mit fest eingebautem entscheiden. In der Regel ist er jedoch für besonders schwere Werkzeuge auswechselbar.
Die Verbindung zwischen Fräsdorn und -spindel, auch als Schnittstelle bezeichnet, muss das Drehmoment sicher übertragen. Reichte in den letzten zig Jahren eine MK-5-Schnittstelle, so raten mittlerweile viele Hersteller zum HSK 63 F und einige auch zur HSK-85-Schnittstelle. Firma Martin produziert eine eigene Ausführung des SK 40.
Verschiedene Neigungen
MK 5. Die Abkürzung MK steht für Morsekegel oder Morsekonus, die Ziffer bezeichnet die Größe (MK 0 bis MK 6). Ein MK 5 hat die Steigung 1:19,002 – das entspricht etwa 1° 26‘. Diese sehr geringe Steigung bewirkt hervorragende Selbsthemmung in der Konusaufnahme, besonders in Verbindung mit der Reduziermutter, die die nötigen Kräfte beim Ein- und Ausbau erzeugt. Die große Baulänge in Verbindung mit der geringen Steigung des Konus geht zu Lasten der Selbstzentrierung. Die Bezeichnung Morsekegel geht auf den Amerikaner Stephen Morse zurück, der Ende des 19. Jahrhunderts eine Werkzeugfabrik gegründet hatte.
SK 40. Die Abkürzung steht für Steilkegel. Die ersten Bearbeitungszentren waren mit der SK-30- oder SK-40-Aufnahmen ausgestattet. Der HSK-63 löste sie nach ein paar Jahren allmählich ab. Im Gegensatz zum Morsekegel hemmt sich der Steilkegel nicht selbst, da die Steigung des etwa 68 mm langen Kegels mit 18° 17‘ 50‘‘ zu groß ist. Er eignet sich sehr gut für schnelle Wechsel. Pneumatisch oder manuell bedienbare Greifmechaniken auf der Spindelseite halten den Konus über einen Bolzen am schmalen Ende sicher fest (Bild 1).
HSK 63F. Das Kürzel HSK steht für Hohl-Schaft-Kegel. Die Anzugmechanik greift nicht wie beim Steilkegel einen herausstehenden Anzugbolzen sondern in eine Greifrille an der Innenseite des ausgehöhlten Kegels.
Der nach DIN 69893 nur 32 mm lange Kegel hat eine Steigung von 2,87°. Der mit 48 mm größere Durchmesser des Kegels geht in eine Planfläche mit 63 mm Außendurchmesser über, die gegenüber dem SK 40 eine drei- bis siebenmal (je nach Quelle) höhere Steifigkeit und Kraftübertragung verleiht. Die angehängten Buchstaben A bis F bezeichnen jeweils eine bestimmte Form der Werkzeugaufnahme: Üblich für Fräsdorne ist die Form F (Bild 2).
HSK 85. Der Kehlmaschinenhersteller Weinig hat die die HSK-85- bzw. Powerlock-Schnittstelle für den Schnellwechsel von schweren Werkzeugen entwickelt. Mit einer Planfläche von 85 mm Durchmesser bietet sie nochmals mehr Laufruhe, Steifigkeit und Kraftübertragung als der HSK 63F (Bild 3).
Die Qual der Wahl
Während die meisten Hersteller auf den MK 5 oder den HSK 63 F setzen, gibt es bei Martin den SK 40, den HSK 63 F oder den HSK 85. Panhans (Hokubema) liefert entweder noch den Morsekonus oder den HSK 85, da es die hochwertigere Alternative sei und der Schreiner die Tischfräswerkzeuge nicht auf dem BAZ einsetze. Gerade das aber sei das Argument vieler Hersteller und Anwender den HSK 63 F zu verwenden. Auch der französische Maschinenhersteller Utis hat sich neben dem MK 5 nur für den HSK 85 entschieden.
Einen Vorteil bietet der HSK 63F in jedem Fall: Es ist möglich anstelle des Fräsdorns schnell kurze Werkzeugaufnahmen mit Spannzangen, Schrumpf- oder Hydrodehn-Spannfuttern einzusetzen. Dadurch lassen sich alle Fräser der Handoberfräse auch in der Tischfräse verwenden. Hofmann hat eine einfache und praktische Rüstvorrichtung an der Maschinenrückseite, um die kurzen Werkzeugaufnahmen und die Fräsdorne außerhalb der Spindel zu rüsten.
Während der Morsekonus grundsätzlich mit einer Reduziermutter gespannt und gelöst wird, nutzen die Hersteller für die übrigen Schnittstellen unterschiedliche Spannmöglichkeiten:
Martin und SCM spannen ihre Fräsdorne pneumatisch oder mit einem langen Inbusschlüssel, der durch einen Gummiverschluss von oben in den Fräsdorn eingeführt wird. Dass Martin diesen Schlüssel als Drehmomentschlüssel liefert, spricht für die langjährige Erfahrung im Umgang mit Schreinern. Zur Maschinengrundausstattung gehören gleich mehrere Gummiverschlüsse, damit die Späne auf gar keinen Fall zur Inbusschraube gelangen können. Auch Panhans nutzt einen langen Inbusschlüssel, verschließt die Oberseite des Fräsdornes jedoch mit einer kleinen Metallscheibe. Kleine gefederte Kugeln halten sie im Dorn fest. Am Griff des Schlüssels befindet sich ein Magnet zum Abheben der Scheibe (Bild 4).
Utis spannt den Fräsdorn ebenfalls mit einem 6-mm-Inbusschlüssel, kann aber auf einen Verschluss verzichten, weil die Werkzeuge statt mit einer Fräsdornmutter mit einer 8-mm-Inbusschraube in der Stirnfläche des Dornes gehalten werden.
Auslaufmodell Fräsdornmutter
SCM liefert seine Fräsdorne mit großer Dornmutter oder mit einer speziellen Schnellspann-Rändelmutter mit Druckluftpistoleneingang. Nach einem Schuss Druckluft lässt sich das Werkzeug mit einer Viertelumdrehung von Hand leicht sicher spannen oder lösen (Bild 5).
Besonders erfolgreich ist der »ProLock«-Verschluss: Er besteht aus einer vom Kopf her geschlitzten M16-Rändelschraube, die von Hand stirnseitig in den Dorn zu drehen und nur leicht anzuziehen ist. Der Dorn muss dabei nicht festgestellt sein. Mit einer seitlich in den Schraubenkopf eingebrachten Madenschraube lässt sich das Werkzeug mühelos mit bis zu etwa 2,5 t spannen (Bild 6).
Spindel verstellen. Schwenken können sie alle und das normalerweise bis 45,5 ° nach vorne und nach hinten. Hoffmann lässt seine Spindeln von -55 bis +55 ° schwenken und als einziger Hersteller, bei seiner UFM-210-Vision, -45,5 ° nach hinten und +95,5 ° nach vorne. Der Schreiner mit den passenden Anwendungen hat davon erheblichen Nutzen. Bei dieser Maschine mit Direktantrieb wird die Tiefeneinstellung nicht durch Verschieben des Anschlages vorgenommen, sondern durch das Verfahren der Frässpindel (Bild 7). Unterschiede gibt es auch beim Verfahren der Spindel in geschwenktem Zustand: Sie fährt beim Verstellen der Höhe nur in Z-Richtung (Hoffmann, SCM, Utis) oder gleichzeitig in Z- und X-/Y-Richtung. Kein Hersteller bietet beide Möglichkeiten an einer Fräse mit der Option, sich bei der jeweiligen Anwendung für die beste Möglichkeit per Wahlschalter zu entscheiden (Bild 8 und 9).
Rüstzeit- und Fehlerkiller
Bei der Vielzahl unterschiedlicher Fräsdornschnittstellen fällt die sichere Wahl für ein bestimmtes System nicht leicht: Der klassische MK 5 hat weiterhin seine Berechtigung, vor allem dort wo ständig wechselnde Profile und Werkzeugkombinationen bei nicht programmierbaren Maschinen eingesetzt werden. Hier sparen vor allem die handlicheren Alternativen zur Fräsdornmutter Zeit. Mit fertig vorgerüsteten Fräsdornen für häufig wechselnde Standardprofile spielen Schnellwechselsysteme ihre Vorteile aus. Besonders effizient arbeiten sie in Maschinen mit programmierbaren Steuerungen. Dort sind sie die wahren Rüstzeit- und Fehlerkiller.
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