Eine Branche im Umbruch

Wie bei fast jeder neuen Technik wurde auch die CNC-Technik zuerst (Anfang der 80er Jahre) im Bereich des Treppenbaus fast ausschließlich von großen Firmen eingesetzt. Erst nach und nach fand bzw. findet sie Einzug in die mittleren und kleinen Handwerksbetriebe, obwohl sie insbesondere auch hier unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll sein kann.

Die “Geschichte” des CNC-Einsatzes im Treppenbau ist rund 15 Jahre alt. Vor ebenso langer Zeit hat auch IBM den PC auf den Markt gebracht, der ja eine rasante, fast beängstigende Entwicklung genommen hat. Die Entwicklung des Einsatzes von Computern und CNC-Maschinen im Treppenbau ist übrigens sehr stark mit der Entwicklung des PCs verknüpft.

Die CNC-Maschinen für den Treppenbau haben in den letzten 15 Jahren bereits mehrere Generationen durchlaufen. Als 1983 die ersten ausschließlich im Treppenbau eingesetzten CNC-Maschinen von den Firmen Maka und Reichenbacher ausgeliefert wurden, ahnte wohl noch niemand, daß dies eine ganze Branche grundlegend verändern würde.

Zu diesem Zeitpunkt gab es noch keine frei verfügbare Software zur Ansteuerung dieser Maschinen. Und die Firmen, die solche Maschinen einsetzten, hatten mit großem Aufwand selber für die Umsetzung der Treppengeometrien in CNC-Code (DIN 66025) zu sorgen.

Ab den Jahren 1984/85 stand dann eine “Standardsoftware” der damaligen Compass GmbH aus Dortmund zur Verfügung. Das damals entwickelte Prinzip für eine derartige Software hat sich erfolgreich am Markt behauptet: die Treppen werden in einem parametrisierten CAD-Programm entworfen und die Umsetzung in CNC-Daten erfolgt mehr oder weniger automatisch. Ohne solche Software ist ein wirtschaftlicher Einsatz von CNC-Technik im Treppenbau gar nicht möglich, da zumindest in Deutschland die Treppe in der Regel ein Einzelstück ist und dadurch auch die zu fertigenden Einzelteile. Das bedeutet, daß für jedes Teil ein neues CNC-Programm erstellt werden muß, das im Extremfall (Wangen oder Krümmlinge) einige hundert Zeilen Code haben kann.

Die ersten Treppenmaschinen waren einfache Dreiachsmaschinen ohne Werkzeugwechsler. Die Werkzeuge können dabei lediglich in den drei Hauptrichtungen X, Y und Z simultan bewegt werden und stehen grundsätzlich senkrecht. Mit diesen Maschinen können Konturbearbeitungen wie Schruppfräsen, Schlichten, Profilieren und Schleifen sowie Stufen- und Setzstufeneinstemmungen in Wangen ausgeführt werden. Der fehlende Werkzeugwechsler wurde durch mehrere nebeneinander angebrachte Motoren ausgeglichen. Die Auswahl des richtigen Motors zur richtigen Zeit wurde schon über die Software geregelt. Auch bei diesen einfachen Maschinen war es so, daß alle CNC-Programme automatisch erstellt wurden.

Doch bereits damals gab es schon Serienfertiger im Treppenbau (allerdings im europäischen Ausland), die mit speziellen Maschinen arbeiteten, auf denen beispielsweise mehrere Teile gleichzeitig parallel bearbeitet werden konnten.

Der nächste Schritt in der Entwicklung der CNC-Maschinentechnik im Treppenbau waren horizontal arbeitende Bohraggregate zum Einbringen von Staketenbohrungen in Wangen und Handläufe. Auf den damaligen Maschinen waren dies zusätzliche Motoren (neben die 3-Achs-Aggregate montiert), die von der Software automatisch gesteuert wurden. Solche Horizontalaggregate hatten in der Regel zwei gegenüberliegende Werkzeugaufnahmen für Ge-länderstab- und Verbindungsbohrungen. Hier war letztlich wieder die Leistungsfähigkeit der Software gefragt, wenn es um die entsprechend funktionierende Ansteuerung ging.

Die Anforderungen der Treppenbauer an die CNC-Maschinen wuchsen rasch. Besonders die geforderte Zahl der verschiedenen Arbeitsgänge vergrößerte sich zusehends. Und damit auch die Zahl der einzusetzenden Werkzeuge. Da die Technik nur eine sehr begrenzte Anzahl von parallel angebrachten Motoren erlaubte, wurden die Maschinen mit automatischen Werkzeugwechslern versehen. Diese waren zunächst nur an 3-Achs-Aggregaten möglich und hatten eine Kapazität von 8 – 12 Werkzeugen. In der Regel handelte es sich um Tellerwechsler. Problematisch waren dabei zu große und/ oder zu schwere Werkzeuge. Immerhin wurde durch diese Technik die Bauweise der Maschinen kompakter und der Einsatz wesentlich flexibler. Nachdem sich unter den Treppenbauern herumgesprochen hatte, daß die Softwaresysteme in Zusammenhang mit CNC-Maschinen sozusagen zur “Einsatzreife” gelangt waren, wollten Ende der 80er Jahre zunehmend auch handwerklich orientierte Treppenhersteller CNC- Technik einsetzen. So wurde in Zusammenarbeit zwischen Maschinenhersteller, Kunden und nicht zuletzt der Softwarehäuser die 5-Achs-Technik für die Treppenfertigung entwickelt und eingesetzt. Dies war der endgültige Sprung des Treppenbaus vom sehr traditionellen Handwerk in eine der technisch innovativsten Branchen der Holzbearbeitung.

Mit der 5-Achs-Technik sind fast alle Bearbeitungen an den verschiedenen Treppenteilen – bis hin zur Komplettbearbeitung von Wangen- und Handlaufkrümmlingen – möglich.

So ziemlich alle CNC-Maschinen, die im Treppenbau eingesetzt wurden, dürften auch heute noch im Einsatz sein. Weltweit sind das rund 500 Stück. Rund 300 davon werden von der Treppensoftware der Compass Software GmbH gesteuert.

Zum einen haben sich bis heute verschiedene Standardmaschinentypen herausgebildet. Zum anderen gibt es aber auch eine Reihe unterschiedlicher Spezialmaschinen, die sehr flexibel für verschiedene Fertigungsarten ausgelegt sind. Der größte Teil zur Zeit ausgelieferter Maschinen arbeitet mit 5-Achs-Technik.

Einen weitestgehenden Standard für Treppenbaumaschinen hat die Firma Maka mit ihren Baureihen HC 57 R und FPM geschaffen. Bei beiden Typen handelt es sich um 5-Achs-Maschinen mit Robotkopf. Die Maschinen lassen sich mit großen Werkzeugwechslern ausstatten (Standard sind 24 Plätze, ausbaufähig auf 32) und haben einen Arbeitsbereich von ca. 1,40 m x 6 m. Die Maschinen sind von ihrer Bearbeitungshöhe für die Bearbeitung von Treppenteilen optimiert. Bei der FPM handelt es sich um eine Fahrportal-, bei der HC 57 R um eine Auslegermaschine. Die HC 57 R dürfte momentan die in puncto Preis-/Leistungsverhältnis günstigste 5-Achs-Maschine auf dem Markt sein. Sie ist für den Treppenbauer als Standardmaschine gut geeignet. Man kann sagen, daß in diese Maschine die Erfahrung der beschriebenen letzten 15 Jahre im Bereich Treppenbau eingeflossen sind.

Als Pendant zur FPM bietet die Firma Reichenbacher die Ranc Baureihe an, die ähnlich aufgebaut ist (5-Achs-Robotkopf, Werkzeugwechsler und genügend Arbeitsbereich). Preislich liegen beide Maschinentypen über der HC 57 R, verfügen allerdings über aufwendigere Portalkonstruktionen.

Betrachtet man die Entwicklung im CNC-Bereich in den letzten 15 Jahren, ist der Preis mit steigender Leistung kontinuierlich gesunken. Mußte man für eine 3-Achs-Maschine der ersten Generation alles in allem rund eine halbe Million Mark bezahlen und für eine 5-Achs-Maschine mit allem Zubehör mehr als 650 000 Mark aufbringen, liegen die Preise für vernünftige Lösungen bei 5-Achs-Maschinen heute deutlich unter 500 000 Mark.

Mit dem momentanen Preisgefüge im High-End-Bereich dürfte aber auch erst einmal das Ende der Fahnenstange erreicht sein. Denn weiterer Preisdruck würde sich negativ auf die Qualität der Maschinen auswirken.

Anders sieht es im Low-End-Bereich aus. Hier bietet die Firma MMB, Gönnern, bereits für ca. 170 000 Mark eine 2-Achs-Maschine mit pneumatisch zugestellter Z-Achse ohne Werkzeugwechsler mit zwei Motoren an – Einsteigersoftware und CNC-Anbindung inklusive. Aufgrund der eingeschränkten technischen Möglichkeiten kann man zwar nur die Grundarbeitsgänge ausführen (Schruppen, Schlichten, Einstemmungen für Stufen und Setzstufen) – jedoch sind dies sicherlich die kritischen Arbeitsgänge, die sich auf die Genauigkeit der Bearbeitung insgesamt sowie auf die Durchlaufzeit am meisten auswirken. Außerdem ist an der Maschine eine Vorrichtung vorhanden, mit der man zusätzlich Position und Richtung der Geländerstäbe auf den Wangen und Handläufen anreißen kann. Damit lassen sich alle kritischen Arbeitsgänge auf der Maschine durchführen.

Zwischen diesen beiden Polen gibt es eine große Bandbreite an Maschinenausstattungen. Heute werden allerdings auch die Horizontalarbeitsgänge meistens nicht mehr mit Eseparaten Spezialmotoren ausgeführt, sondern es gibt spezielle Werkzeugköpfe, die in den normalen Werkzeugwechsler eingesetzt und in der Hauptspindel über eine sogenannte Vektorachse gedreht werden können.

Weitere relevante Maschinenanbieter im Bereich Treppenbau sind auch einige italienische Firmen, beispielsweise CMS oder SCM. Deren Maschinen sind zwar durchaus für den Treppenbau geeignet, prinzipiell jedoch meist als Universalmaschinen konzipiert.

Neben den beschriebenen “Stan-dardlösungen” gab und gibt es Speziallösungen, die wahrscheinlich in Zukunft einen breiteren Raum einnehmen werden, bis sie sich ebenfalls wieder zum Standard entwickelt haben werden. Dabei handelt es sich nicht um Speziallösungen in der Bearbeitungstechnik an sich (es sind immer noch 3- bis 5-Achs-Maschinen), sondern die Spezialitäten liegen mehr in der Art und Weise der Aufspanntechnik bzw. der Abarbeitungsreihenfolge. Solche Speziallösungen werden momentan hauptsächlich von größeren Treppenherstellern eingesetzt, vorwiegend im europäischen Ausland.

Man kann übrigens grundsätzlich sagen, daß sich die ausländischen Treppenhersteller in der Regel wesentlich innovationsfreudiger zeigen als die deutschen. So waren zum Beispiel die Holländer und Skandinavier unter den ersten Anwendern der CNC-Technik sehr stark vertreten und auch heute spielen diese beiden Gruppen eine große Rolle bei deren Weiterentwicklung.

Ein paar Beispiele für Speziallösungen sollen nachfolgend aufzeigen, in welche Richtung die Entwicklung an dieser Stelle gehen wird: Die Fa. MMB hat in den letzten zwei Jahren mehrere Spezialmaschinen entwikkelt, die auf Basis einer einfachen Standardmaschine (dadurch wiederum sehr preiswert) optimal für bestimmte Teilegruppen der Treppe ausgelegt sind. So wurden ein spezieller Pfostenautomat und ein spezieller Stufenautomat auf den Markt gebracht. Beim Pfostenautomat werden die Pfosten wie bei einer Drechselmaschine an den Enden eingespannt und können um die Längsachse automatisch gedreht werden, so daß die zu bearbeitende Seite immer oben liegt. Dadurch ist eine einfache Dreiachsentechnik für die Komplettbearbeitung ausreichend. Die Aggregatebestückung kann nach den Bedürfnissen der Anwender zusammengestellt werden.

Ähnlich einfach ist das Prinzip des Stufenautomaten (gute Dinge sind fast immer einfach). Der Clou liegt hier in der automatischen Vakuumsaugerpositionierung für Stufenkombinationen. Dadurch lassen sich die Rüstzeiten, die bei Standardmaschinen trotz Konturprojektionslaser und optimierter Vakuumsaugertechnik immer noch bei 30 % liegen dürften, auf vernachlässigbare Wer-te herabsetzen.

Das Saugerfeld wird bei dieser Maschine für die jeweiligen Stufenkombinationen eines Treppenherstellers (diese variieren weniger, als man meint) optimiert. Das Feld besteht aus zwei symmetrischen Teilen, eins für die vordere Stufe, eins für die hintere. Das Feld für die hintere Stufe kann über eine gesteuerte CNC-Achse nach vorn und hinten bewegt werden. Jedes Feld hat einen Hauptsauger, der immer aktiv ist, alle anderen Sauger können nach unten gesetzt werden, damit sie für Konturbearbeitungen nicht im Weg sind. Bestimmte Bereiche des jeweiligen Feldes können noch zusätzlich um feste Werte über pneumatische Hubzylinder nach hinten bzw. vorn gesetzt werden.

Da die Stufenkombinationen in der Konstruktionssoftware berechnet werden, können auch die Positionen und die Ansteuerungen der Vakuumsauger automatisch berechnet werden. Die Berechnung erfolgt so, daß immer möglichst viel Saugerfläche unter den Stufen aktiv ist und die volle Breite der Kombination ausgenutzt wird.

Auch bei der Bearbeitung von Wangen gibt es Bestrebungen, die Abläufe zu optimieren und schneller zu machen. Dies ist eigentlich nur optimal möglich, wenn mehrere Wangen gleichzeitig auf dem Maschinentisch liegen. Denn nur dann kann man notwendige Werkzeugwechsel optimieren und auch Verfahrbewegungen vereinfachen. E

Dies ist bei einer weiteren Installation mit einer Maschine der Fa. MMB gelungen, die es ermöglicht, die Wangen einer ganzen Kommission zusammen auf den Tisch zu legen und optimiert abzuarbeiten.

Hier spielt die Software einmal mehr eine wesentliche Rolle. Dies fängt bei der interaktiven Bestückung des Maschinentisches in der AV am Bildschirm an, geht weiter über die Steuerung des Konturlasers (alle Teile müssen nacheinander dargestellt werden), die Kontrolle der Datenübertragung von der AV mittels Barcodesteuerung, bis hin zur optimierten Abarbeitung aller Teile in einem CNC-Programm. Während auf der einen Seite der Maschine eine Kommission abgearbeitet wird, kann die andere Maschinenseite mit der nächsten Kommission bestückt werden.

Selbstverständlich gibt es auch für die sogenannten Standardmaschinen im Treppenbau eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Bearbeitungen zu optimieren und die Rüstzeiten zu minimieren. Auch hier muß die Software die entsprechenden Voraussetzungen schaffen. So gibt es spezielle Spannvorrichtungen für Stufenkombinationen oder auch Pfosten, die auf den Standardtisch montiert werden oder sogar teilweise integriert sind, um die Rüstzeiten zu minimieren (Stufen nach Trennschnitt auseinanderziehen bei Stufenkombinationen, Drehvorrichtungen für Pfosten, spezielle Handlaufspanner für die Bearbeitung von Einzelhandläufen, etc.).

Wie bereits erwähnt, werden mittlerweile auf den meisten Maschinen Konturlaser eingesetzt. Diese projizieren das Werkstück auf den Maschinentisch, damit der Bediener die Vakuumsauger optimal auf dem Tisch plazieren kann. Auch diese Option beruht auf Informationen, die von der Software zur Verfügung gestellt werden müssen. Es zeigt sich, das der Software entscheidende Bedeutung beizumessen ist. Sie ist das Herzstück des Systems: sämtliche Verfahrbewegungen der Maschine werden von ihr gesteuert, die automatischen Werkzeugwechsel u.v.m.

Bei automatisch gesteuerten und fertigungstechnisch optimierten Arbeitsgängen ist heute fast alles machbar: Konturbearbeitungen in allen Variationen, Horizontal- und Vertikalbohrungen, Stufen- und Setzstufeneinstemmungen mit Schruppen und Schlichten, Sägen von geraden Konturen, horizontale Profilbearbeitungen am Handlauf, Sattelschmiegen an aufgesattelten Treppen, Verbindungsschmiegen bei nicht rechtwinkligen Wangenverbindungen sowie die fast komplette Wangen- und Krümmlingsbearbeitung.

Bei dieser Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten muß stets gewährleistet sein, daß der Anwender jederzeit Herr des Systems bleibt. Er muß zu jedem Zeitpunkt in der Lage sein, Einfluß auf das System auszuüben und zu bestimmen, was gemacht wird (Flexibilität mit größter Benutzerunterstützung).

In einem Beitrag wie diesem ist nur ein grober Überblick über den Stand der Technik der CNC-Nutzung im Treppenbau möglich. Wie beschrieben, ist die Variationsbreite der Maschinen sehr vielfältig, beim Preis wie bei der Leistung. Es kann heute schon für den kleineren Treppenbauer sinnvoll sein, über eine Investition in die CNC-Technik nachzudenken. Für die großen Hersteller ist die Optimierung ihrer Produktion eine Überlebensfrage, da der Preisdruck auch beim Produkt Treppe in Zukunft sicherlich wesentlich verschärft wird. Den kleinen Treppenhersteller kann eine CNC-Maschine von aufwendigen Routinearbeiten befreien, er kann sich verstärkt auch auf die Bereiche Verkauf und Gestaltung einstellen. Auch für kleine Treppenbauer wird der (Preis-) Druck von außen sicher nicht geringer.

Ein sehr wichtiger Aspekt beim Einsatz der CNC-Technik ist die Leistungsfähigkeit der zum Einsatz kommenden Software. Denn die Maschine kann z. B. nur das ausführen, was die Software ihr vorgibt. Die Eingriffsmöglichkeiten des Benutzers, wenn einmal etwas schiefgeht oder nicht so ausgeführt wird wie gewünscht, sind sehr beschränkt.

Zusätzlich ist es ein Muß, daß die CNC-Programme weitgehend automatisch aus den Konstruktionsdaten erstellt werden, da für jedes zu bearbeitende Teil ein neues CNC-Programm notwendig ist. Deshalb muß man bei der Auswahl der Software speziell auch auf Ausführungsdetails achten, die an die CNC-Maschine übergeben werden. Vielleicht kann man dann sogar auf die eine oder andere Sonderkonstruktion verzichten, die in den letzten zehn Jahren einmal vorgekommen ist, wenn man 98 % seiner Treppen weitgehend automatisch und ohne große manuelle Nachbearbeitung fertigen kann.

Während in der Vergangenheit möglichst viel Wert auf einzelne Konstruktionsfeatures gelegt wurde und auch alle “eckigen Eier” der letzten zehn Jahre konstruiert werden mußten, so steht die Zukunft unter dem Aspekt Rationalisierung in der Fertigung (Stichwort z. B. automatische Beschickung), Optimierung von Geschäftsabläufen vom Auftragseingang bis zur Qualitätskontrolle vor der Montage, optimale Unterstützung des Treppenkäufers und ähnlichen Dingen.

CNC-Technik und die Konstruktion von Treppen werden in der Konsequenz künftig wohl nur noch Teile in umfassenden Softwaresystemen sein, die die oben genannten Dinge optimal unterstützen und automatisieren. Diese Entwicklung wird unabhängig von der Größe eines Unternehmens sein, da die Software “skalierbar” auf die individuellen Anforderungen sein wird. n