Werkzeug- und Formenbau So gelingt der Weg zur vollautomatisierten Bearbeitungszelle

Von Klaus Vollrath

Im Werkzeug- und Formenbau waren bisher Einzelmaschinen mit hohem Personalaufwand üblich. Jetzt setzen immer mehr Unternehmen auf komplexe Zellen mit integriertem Handling. Welche Voraussetzung nötig sind und was es zu beachten gilt, zeigt ein Beispiel von Festool.

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Zwei Röders-HSC-Fräsbearbeitungszentren der RXP-Baureihe sowie ein Handlingroboter auf einer Linearschiene sind die Kernkomponenten der Zelle.
Zwei Röders-HSC-Fräsbearbeitungszentren der RXP-Baureihe sowie ein Handlingroboter auf einer Linearschiene sind die Kernkomponenten der Zelle.
(Bild: Klaus Vollrath)

„Wir sind mit insgesamt rund 25 Mitarbeitern für die Herstellung von Druckgieß-, Spritzgieß- sowie Duroplastwerkzeugen für die Festool-Gruppe zuständig“, sagt Jürgen Kopsieker, Leiter Werkzeug- und Formenbau im Werk Neidlingen von Festool. Die Abteilung ist als Profitcenter konzipiert, welches personell ebenso wie technisch und preislich mit allen Anforderungen des Marktes mithalten können muss. Ihre Aufträge erhält sie nicht direkt von den Werken der Gruppe, sondern von Systemlieferanten, die von der Muttergesellschaft mit der Entwicklung und Herstellung neuer Produkte beauftragt wurden.

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Bei diesen Unternehmen muss der Neidlinger Werkzeugbau den Zuschlag jeweils im direkten Preis- und Leistungsvergleich mit dem freien Markt erringen. Andererseits kann die Abteilung ihrerseits selbst Aufträge am freien Markt hereinholen, um ihre Kapazitäten auszulasten. Zur Leistungspalette gehören neben der reinen Herstellung der Werkzeuge auch Dienstleistungen und Beratung bei Konstruktion und Engineering. Hierbei kommen moderne CAD-CAM-Werkzeuge wie Creo-Parametrics oder Hypermill zum Einsatz.

Maschinen waren nicht zufriedenstellend ausgelastet

„Vor rund dreieinhalb Jahren waren wir noch eine Werkzeugbau-Abteilung alten Stils mit fünf einzelnen Maschinen im klassischen Werkzeugmaschinen-Grün“, ergänzt Tomislav Jurisa, Teamkoordinator Fertigung. Vorhanden waren je eine Draht- und eine Senkerodiermaschine sowie drei Fräsbearbeitungszentren, davon nur eines mit fünf Achsen. Diese Maschinen wurden in althergebrachter Weise ständig von Mitarbeitern betreut, die neben der Beobachtung der Bearbeitungsabläufe Aufgaben wie das Auf- und Abspannen von Werkstücken, das Be- und Entladen der Maschinen, das Einrichten sowie den Wechsel von Werkzeugen erledigten. Darüber hinaus kümmerten sich die Betreuer auch noch um die Qualitätssicherung.

Das Ziel: Eine automatisierte Fertigungszelle

Die Auslastung der Maschinen war damit nicht zufriedenstellend. Zu diesem Zeitpunkt fiel im Unternehmen die Entscheidung, diesen Bereich aus strategischen Gründen mit erheblichem Investitionsaufwand umfassend auf den neuesten Stand der Technik zu bringen. „Wir wollten eine automatisierte Fertigungszelle, in der unterschiedlichste Technologien wie 5-Achs-Fräsen, Senkerodieren, Koordinatenmessen und zusätzlich eine professionelle Nassreinigung vollständig integriert waren“, verrät Kopsieker, „um so alle unsere Schlüsseltechnologien automatisiert und verknüpft betreiben zu können.“

Handlingroboter übernimmt Transportaufgaben

Hinzu kamen Speicher für Fräswerkzeuge und Elektroden sowie für auf Erowa-Paletten aufgespannte Werkstücke. Sämtliche Transportaufgaben erledigt ein auf einer Linearschiene laufender Handlingroboter. Innerhalb dieser Zelle erfolgen alle Abläufe komplett mannlos. Aufgabe der Mitarbeiter ist die Versorgung der Zelle mit den zu bearbeitenden Werkstücken und den nötigen Werkzeugen. Darüber hinaus obliegt ihnen die Erstellung der NC-Programme für alle eingebundenen Fertigungsverfahren. Zentral gesteuert wird die Zelle über den Jobmanager RMS Main von Röders. Dieser ist in der IT-Hierarchie des Unternehmens nach oben an das ERP-System IK Office angebunden.

Das Rückgrat der Fertigung bei Festool

„Für die Wahl von Röders als Partner mit Gesamtverantwortung für die komplette Zelle gab es im Prinzip zwei Gründe“, sagt Jurisa. Zum einen gab es aus anderen Röders-Installationen innerhalb der Festool-Gruppe bereits langjährige Erfahrungen mit der Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Präzision der von Röders hergestellten Fräsbearbeitungszentren. Zum anderen verfügt Röders bereits seit Jahren über umfassende Erfahrungen aus der Installation von Komplettlösungen voll automatisierter Fertigungszellen einschließlich der Einbindung von Fremdfabrikaten unterschiedlichster Hersteller. Nach Abschluss der Installation bilden nun insgesamt vier Röders-Anlagen – zwei fünfachsige Fräsbearbeitungszentren der RXP-Baureihe, der Handling-Roboter und der Jobmanager RMS Main – das Rückgrat der Fertigung bei Festool. Hinzu kommen Speicher für 110 palettierte Werkstücke und 258 Werkzeuge. Ergänzt wird dies noch um die Kapazität der Werkzeugwechsler in den Fräsmaschinen selbst.

Das Zusammenspiel der Systeme

Die RXP 601 DSH wird schwerpunktmäßig zur Bearbeitung von Graphitelektroden eingesetzt, während mit der größeren RXP 950 DSH vor allem die Hartbearbeitung erfolgt. Als Werkstoffe kommen dort überwiegend der Warmarbeitsstahl 1.2343 und teils auch der Kaltarbeitsstahl 1.2379 zum Einsatz. Die Rohlinge werden im bereits gehärteten Zustand (54 bis 60 HRC) aus dem Vollen geschruppt und anschließend gefinisht. Im Vergleich zum früheren Vorgehen – Schruppen im weichen Zustand, dann Härten und schließlich finishen – können so zum einen die Durchlaufzeiten und zum anderen auch die Kosten erheblich reduziert werden. Letztere vor allem, da die Anzahl der manuellen Arbeitsgänge deutlich gesenkt werden konnte.

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Neben den beiden Fräsmaschinen gehören zur Zelle noch eine Koordinatenmessmaschine von Hexagon, eine Senkerodiermaschine von Exeron sowie eine automatische Waschanlage von Mafac. Die Ver- und Entsorgung der Zelle mit Material und Werkstücken erfolgt über eine Schleuse. Hier werden die auf Paletten aufgespannten Rohlinge ein- und fertig bearbeitete Formkomponenten ausgeschleust. Alle anderen Abläufe innerhalb der Zelle erfolgen automatisch, koordiniert durch den Jobmanager RMS Main, ohne dass Mitarbeiter eingreifen müssten.

„Ich bin regelrecht begeistert darüber, wie gut die einzelnen Systeme in der Zelle zusammenspielen“, freut sich Kopsieker. Der Jobmanager RMS Main ist als offenes System konzipiert und verfügt über alle zur Kommunikation mit eigenen sowie mit fremden Systemen erforderlichen Schnittstellen. Die hierbei erforderliche Zusammenarbeit der Röders-Fachleute mit den Spezialisten der Firmen Hexagon, Exeron und Mafac habe hervorragend geklappt, sodass von Beginn an alle Anlagen in der Zelle problemlos zusammenarbeiteten und die erwartete Produktivität und Bauteilqualität sicher erreicht werden konnte. Die Zelle laufe jetzt bereits seit Mitte 2019 ohne nennenswerte Probleme. Die Auslastung im 24/7-Betrieb liege heute sehr deutlich über den früher erreichten Werten. „Mit der jetzigen Auslastung sind wir sehr zufrieden“, so Kopsieker.

Programmierung an betriebstypische Abläufe angepasst

„Bei einer solch tiefgreifenden Umgestaltung einer Abteilung in vergleichsweise kurzer Zeit kommt es entscheidend darauf an, dass die Mitarbeiter dahinterstehen“, erläutert Jurisa.

Als Vorteil erwies sich hierbei die Tatsache, dass die von Röders entwickelte Software auf dem Betriebssystem Windows basiert und deshalb vergleichsweise leicht zu erlernen war. Auch waren Struktur und Handhabung der Programmierung sowohl bei den Maschinensteuerungen als auch beim Jobmanager gut an die betriebstypischen Abläufe angepasst. Insgesamt wurden nur zwei Schulungen benötigt, zunächst eine Woche für die Maschinen und später noch mal drei Tage für den Jobmanager. Schnelle Hilfe stand durch Fernwartung aus der Zentrale in Soltau und teils direkt durch das ortsnahe Servicepersonal von Röders zur Verfügung.

* Klaus Vollrath ist freier Fachjournalist

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