Durchgängig automatisiert

Das Werk von Flender stellt jährlich tausende Motorkupplungen her, bestehend aus zwei Hälften. Jede Kupplung erhält je nach Bauteil eine spezifische Verzahnung. Solche Verzahnungen wurden in der Vergangenheit auf Sondermaschinen gefertigt. „Aufgrund der verschiedenen, sehr aufwendigen Prozesse benötigten wir daher eine Vielzahl an Maschinen für die Herstellung der Mitnehmerringe und Kupplungsteile als Hauptkomponenten der Motorkupplungen“, erklärt Günter Thebingbuß, stellvertretender Fertigungsleiter im Kupplungswerk. Mit Blick auf Kostensenkungen und damit der Reduzierung der Vielfalt an Maschinen sowie des hierfür notwendigen Personaleinsatzes wurde bereits vor mehreren Jahren über den Erwerb von Dreh/Fräs-Zentren nachgedacht, die die Fertigung von unterschiedlichen Verzahnungen auf wenige neue Anlagen ermöglichten. Hierzu Thebingbuß: „Im Zusammenhang mit der Fertigung von Motorkupplungen entschieden wir uns u.a. für zwei Dreh/Fräs-Zentren vom Typ DMG CTX Gamma 1250 TC, da sich mit ihnen unter anderem auch das Wälzschälen als ein für uns entscheidender Prozessschritt in der Fertigung realisieren ließ.“

Produktionsstraße mit zentraler Zellensteuerung

Das Setup der Maschinen sollte komplett automatisiert sein. Das betraf nicht nur den Werkzeugwechsel, sondern auch das Rüsten mit den für die Werkstücke jeweils erforderlichen Spannmitteln. Vor jedem Auftrag musste zudem ein automatischer Ressourcencheck durchgeführt werden, und auch die NC-Programme sollten auftragsspezifisch an die Maschinen übertragen werden. Die Gesamtlösung musste letztendlich in der Lage sein, hochflexibel kleine bis mittlere Losgrößen mit hoher Teilvarianz zu produzieren. Die gemeinsam mit Fastems entwickelte Automatisierung besteht im Wesentlichen aus zwei Zellen mit einem zentralen Turmspeicher: Zelle 1 dient der Materiallogistik für das Einschleusen von Rohmaterial und Ausschleusen der Fertigteile mit integrierter Wasch- und Konservierungsstation. Hieran schließen sich die Speicher für Rohmaterial, Halbfertig- und Fertigteile sowie für die Werkzeuge und Spannmittel an. Zelle 2 bildet schließlich den eigentlichen Fertigungsbereich. Als übergeordnete Intelligenz der Fertigungszelle fungiert die Manufacturing Management Software (MMS) von Fastems, die die Produktion gemäß der Daten aus dem ERP-System automatisch plant, ausführt und überwacht. Die Software übernimmt zudem die Werkzeugverwaltung inkl. Standzeitenüberwachung, koordiniert u.a. das automatisierte Setup der Maschinen mit einem Roboter und kontrolliert vor jedem Auftrag, ob alle Ressourcen für die Fertigung bereitstehen (z.B. Werkzeuge, NC-Programme, Rohmaterial).

Hauptzeitparallele Werkzeugwechsel

Ein konkreter Blick auf die Automatisierung verdeutlicht die Funktionsweise des Systems. In Zelle 1 wird einem Roboter lageorientiert Rohmaterial auf einer Palette zugeführt. Um das Rohmaterial dem jeweiligen Fertigungsauftrag zuordnen zu können, wird ein Barcode an jeder Palette eingescannt. Anschließend legt der Roboter die Rohteile im Werkstückspeicher ab. Auf der gegenüberliegenden Seite des Speichers befindet sich die Zelle 2 mit den beiden Dreh/Fräs-Zentren, die jeweils über eine Hauptspindel und ein Magazin für 36 variabel besetzbare Werkzeuge verfügen, um flexibel jedes Bauteil auf jeder Anlage fertigen zu können. Zusätzlich bietet der Turmspeicher Platz für weitere 400 Werkzeuge. In Zelle 2 übernimmt ein Portalroboter zusätzlich zur Werkstückhandhabung das Rüsten der Maschinen mit den jeweils für die Produktion benötigten Werkzeugen und Spannmitteln. Pro Monat sind hierbei ca. 19 Setupwechsel für die Spannmittel an beiden Maschinen erforderlich. Hinzu kommen in jeder Stunde rund 30 Werkzeugwechsel pro Dreh/Fräs-Zentrum.

Im Zusammenhang mit der Werkstückhandhabung weist die Zelle einige Besonderheiten auf. Hierzu gehört ein Greifermagazin für den automatisierten Greiferwechsel zur Handhabung von Werkstücken, Werkzeugen und Spannmitteln mit dem Roboter. An zwei integrierten Verstelleinheiten (eine in Zelle 1) lässt sich außerdem der Hub für den jeweils erforderlichen Greiferdurchmesser für das Werkstückhandling vollautomatisch justieren. Die Plattform, auf dem der Portalroboter verfährt, integriert eine Wendestation, um Werkstücke für die Zweiseitenbearbeitung handhaben zu können. Hinzu kommt eine Kamerastation, die die robotergestützte Ausrichtung spezifischer und ebenfalls in zwei Aufspannungen zu fertigenden Teile ermöglicht.

Für die eigentliche Produktion rüstet der Portalroboter zunächst eine der beiden Maschinen mit den jeweils erforderlichen Spannmitteln. „Ab hier entscheidet im Grunde die MMS, ob zuerst das Werkstück eingespannt oder die für die Bearbeitung notwendigen Werkzeuge zur Maschine transportiert werden“, so Thebingbuß. Während die Maschine läuft, übernimmt der Roboter weitere Tätigkeiten für die noch anstehenden Fertigungsaufträge. Hierbei wechselt er u.a. hauptzeitparallel die Werkzeuge in den Magazinen, wobei die MMS die Bereitstellung von Werkzeugen im Voraus planen kann.

Agile Zerspanung mit hoher Teilevarianz

Mit der Fertigungszelle konnte das Kupplungswerk von Flender den kompletten Materialfluss vom Roh- bis hin zum Fertigteil in einer Automatisierungslösung mit zentraler Zellensteuerung realisieren, die im Sinne hauptzeitparalleler Abläufe wesentlich zur Entkopplung einzelner Prozesse in der Zerspanung beiträgt. Das gesamte Werkstückhandling sowie das komplette Setup der Maschinen inkl. Spannmittel- und Werkzeugwechsel erfolgen vollautomatisch.

„Momentan produzieren wir aufgrund der hohen Auslastung vor allem die Mitnehmerringe für die Kupplungen. Das sind ca. 20 bis 60 Stück pro Auftrag mit Bearbeitungszeiten von 30 bis 70 Minuten pro Teil, wobei es sich hier um rund 25 verschiedene Materialnummern handelt. Darüber hinaus sind wir bei vorhandenen Stammdaten in der Lage, kurzfristig auch kleinere Lose von z.B. drei Bauteilen zu fertigen. Produziert wird in drei Schichten inklusive einer komplett mannlosen Schicht“, resümiert Thebinghaus.