Mechatronischer Aktionsplan

Pfuderer Maschinenbau wartet nicht auf bessere Umsätze: Seit Herbst integrieren die Ludwigsburger modular auch das Nieten, Schweißen, Einpressen und Schrauben in ihre Montagestationen. Ob pneumatische, mechanische oder servoelektrische Antriebstechnik eingesetzt wird, klärt schon im Entwurf die präzise LCC-Berechnung.

Bis zu 120 Takte pro Minute schafft die neuste Generation der vollautomatischen Montage-Rundtischanlagen von Pfuderer. Neben kompakter Ausführung, optimaler Zugänglichkeit, der einzigartigen Ringbauweise und hoher Positioniergenauigkeit sieht Geschäftsführer Markus Pfuderer vor allem auch den Preis für das Grundmodul als absolut bahnbrechend an. „Mit dieser Präzision und Dynamik bekommen Sie derzeit nur bei uns ein Grundmodul für rund 30.000 Euro.“ Enthalten sind im RTS-XXS-Modul dann schon für 8 bis 12 Montagestationen standardmäßig der Servoantrieb mit Schrittschaltgetriebe von Bosch Rexroth Indramat, eine Ringtischnullindexierung, elektrische Zentralschmierung, die Schutzverkleidung samt Innenbeleuchtung und zwei Dachschaltschränke. „Optional empfehlen wir die Beckhoff-Steuerung mit Ethernet und 5/7“-Display.“ Das, so Markus Pfuderer, sei die optimale Basis für die damit erreichbare hohe Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz und Wartungsfreundlichkeit auf nur 1,4 x 1,4 x 2,5 m Stellfläche. „Wer die Anlage ausreizen will, der sollte einen Rotativübersetzer einsetzen. Wem 60 Takte pro Minute für die Weitergabe von Teilen reichen, kommt aber wohl mit einem Linearübersetzer aus“, so die Erfahrung von Markus Pfuderer. Grundsätzlich sei die Anlage für die Montage von zwei bis fünf Bauteilen ab 500.000 Stück pro Jahr geeignet. „Präzisionsanwendung heißt bei uns übrigens: Positioniergenauigkeit von ± 0,05 mm und eine Planlaufgenauigkeit von ± 0,03 mm.“ Damit, so Markus Pfuderer, sei die RTS XXS das perfekte Basisinstrument für präzises Ultraschallschweißen, Nieten, Pressen, Schrauben oder für Spritzgussverfahren in der Kunststoff- und Beschlagindustrie. Einsatzbeispiele sind die Montage von Befestigungselementen, Scharnieren, Fittings oder Verschlüssen.

Kurven sparen auch unter 30 Takten bis zu 25 %

Bleibt nur noch die Kardinalsfrage: Welches Antriebssystem eignet sich für die einzelnen Montagestationen am besten? „Über 30 Takte pro Minute sind unsere Kurvensteuerungen oft erste Wahl wegen ihrer Robustheit, Präzision und letztlich auch wegen den Betriebskosten“, berichtet Markus Pfuderer. Gerade bei komplexen Anlagen ist aber die Wahl zwischen pneumatischem, mechanischem und sogar servoelektrischem Konzept nicht so einfach zu entscheiden. Daher setzt Pfuderer seit letztem Jahr schon zur Planung, Projektierung und Kalkulation das Tool LifeCycle-xpert des Mannheimer Beratungsspezialisten xpertgate ein. „Unsere Lebenszykluskostenrechnung lohnt sich vor allem für komplexe Montageanlagen, da 50 % der späteren Anlagenkosten bereits durch das Anlagenkonzept festgelegt werden. Wichtig ist dabei, dass die LCC-Betrachtung bereits während der Planung und vor der Auftragsvergabe läuft.“ Dann verspricht xpertgate-Geschäftsführer Dr. Gerhard Drunk in der Regel 15 bis 25 % Einsparungspotenzial bei den späteren Lebenszykluskosten.

Und das funktioniert so: Die Software LifeCycle-xpert vergleicht während der LCC-Berechnung in Echtzeit variabel vorgebbare Planungsszenarien und mehrere Anlagenkonzepte gleichzeitig. Zur Simulation der Planungsunsicherheiten können Produktionsstückzahlen, Firmenstammdaten der Kostenrechnung sowie Kosten- und Leistungsparameter der zu vergleichenden Anlagen über die Bedienoberfläche variiert werden. Die Firmenstammdaten enthalten Arbeitszeitmodelle, Personalkostensätze, interne Verrechnungspreise für Strom, Druckluft sowie kalkulatorische Zinssätze für die Investitionsrechnung. In Echtzeit werden mit jeder Änderung die Lebenszykluskosten (LCC) aller Anlagen berechnet und in Diagrammen visualisiert. Vier Auswertungsmodi sind derzeit verfügbar. Etwa können durch die Ermittlung der Maschinenlaufzeiten je Produktionsjahr und Anlagenkonzept die Überschreitung von Kapazitätsgrenzen, Engpässe für Spitzenjahre und Reservezeiten erkannt werden. Eine Kurvendarstellung der LCC in Abhängigkeit der jährlichen Stückzahlen zeigt dann die wirtschaftlichste Anlagenlösung und deren Stückzahlgrenzen. „Als Ergebnis unserer Beratungsprojekte sind nachhaltige Verbesserungen von 15 bis 25 % realistisch“, resümiert Gerhard Drunk. Im verfahrenstechnischen Großanlagenbau seien Kostensenkungen von mehr als 15 % realisiert worden, beim methodisch weniger fortgeschrittenen Montageanlagenbau wurden Verbesserungspotenziale von bis zu 35 % nachgewiesen.

20 Pneumatikachsen weniger

Beispiel: Die Betrachtung der Investitionskosten für eine Montageanlage, die pro Jahr rund 40 Mio. Fensterbeschläge liefern soll. Dafür hatte Pfuderer ein pneumatisches und ein mechanisches Konzept verglichen. „Eigentlich war die Sache klar“, erinnert sich Markus Pfuderer, weil das mechanische Konzept laut gängiger Marktmeinung rund 30 % teurer sein müsste und die Mechanik unter 30 Takte sowieso nicht lukrativ sein würde. Denn schon die Mehrkosten für die Standardkomponenten seien rund 36 % höher, was den gefühlten Anlagekosten dann auch entsprechen würde. „Wir sind der Sache auf der Motek auf den Grund gegangen und haben die Komponenten auf der Fachmesse eingekauft. Dabei ist herausgekommen, dass entgegen aller Erwartungen die kurvengetriebene Maschine bei der Betrachtung aller Kosten einschließlich Pneumatik und Elek- trik gegenüber einer pneumatischen Lösung fast 5 % günstiger ist“, erklärt Markus Pfuderer den Kostenvorteil von rund 24.000 Euro für die kurvengesteuerte Ringtaktanlage RTS. Dafür zählt der Geschäftsführer vier Hauptgründe auf: Der hohe Standardisierungsgrad von 63 gegenüber 44 % führt zu geringerem Aufwand für Konstruktionsteile, Konstruktion, Montage und Inbetriebnahme; der reduzierte Pneumatikaufwand von 26 statt 82 Ventilen; ebenso bei der elektrischen Signalübertragung im Verhältnis von 51 zu 106 Binär-Ausgängen sowie 43 zu 91 Binär-Eingängen; „und unterm Strich legt die Auswahl des Anlagekonzepts bereits 50 % der späteren Anlagekosten fest – offensichtlich hat die Konzeptauswahl einen günstigeren Kosteneinfluss. Das Bessere ist damit nicht immer das Teurere“, fasst Markus Pfuderer zusammen.

Nur 7,5 % Druckluftverbrauch

Und: Mit rund 25 % geringeren Lebenszyklus-Montagekosten gewinnt die kurvengesteuerte Maschine auch den Vergleich in der LCC-Berechnung deutlich. Dabei entfallen das Gros der Einsparungen auf Maschinenbediener-, Instandhaltungs- und Druckluftkosten. Im Detail sind das: 5% weniger Invest; 25 % geringere Personalkosten für Maschinenbedienung aufgrund höherer Taktrate, da die Sollstückzahl in 75 % der Zeit produziert wird; weniger Instandhaltungskosten für Ersatzteile und Arbeitszeit aufgrund des Wegfalls von 20 Pneumatikachsen und 10 bewegten Kabeln; weiterer wichtiger Punkt war der minimale Druckluftverbrauch von nur 7,5 % gegenüber der pneumatischen Anlage aufgrund elektromechanischer Vereinzelung und Handhabung sowie Zustellung der Prozesseinheiten. Weitere Posten waren die geringere Hallenmiete wegen des Pfuderer-typischen Dachschaltschranks sowie die ähnlichen, aber nicht höheren Stromkosten, da nach Angaben von Markus Pfuderer die höhere Leistung durch die kürzere Betriebszeit kompensiert wird. Momentan sind noch rund 90 % der Anlagen nicht kurvengetrieben.

Nicht Pneumatik, nur Mechanik mit Servo kombiniert

„Wir belegen nun aber auch mit unseren Berechnungen, dass kurvengetriebene Anlagen auch unterhalb von 30 Takten machbar und wirtschaftlich sind – rund 25 % Kosteneinsparung sind damit drin.“ Und wo Flexibilität gebraucht wird, setzt Markus Pfuderer auch auf servoelektrische Achsen. „Allerdings kombinieren wir nicht Pneumatik und Servomotor, sondern nur die Mechanik und Servomotoren“, erklärt Markus Pfuderer.W

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