Formgenau und schnell

Karl-Heinz Gies, Stuttgart Formgenau und schnell, das ist die Devise im Werkzeugbau der Fa. Hirschvogel Umformtechnik GmbH in Denklingen bei Landsberg. Mit der neuen 3D form inspect Software von m&h in Waldburg kann nun jede Freiformfläche mit dem Messtaster noch in der Maschine geprüft werden. Rüstzeiten entfallen, Ausschuss wird vermieden und Durchlaufzeiten werden abgekürzt. Zeit ist Geld.

Im Werk Denklingen der Firma Hirschvogel Umformtechnik GmbH, in der Nähe von Landsberg, sind ca. 1400 Mitarbeiter damit beschäftigt, einbaufertige Komponenten und Einbauteile vornehmlich für die Automobilindustrie zu fertigen. In drei Schichten werden Massiv-Umformteile in Kalt-, Halbwarm- und Warm-Umformung hergestellt.
 Umformwerkzeuge zeichnen sich durch relativ hohen Verschleiß aus und müssen häufig ersetzt werden, um toleranzhaltige Teile zu garantieren. Dementsprechend hoch ist auch der Bedarf an Formen und Stempeln für die Massiv-Umformung. Deshalb arbeitet auch die NC-Fertigung im eigenen Werkzeugbau rund um die Uhr.
 Verarbeitet werden Kalt- und Warmarbeits-stähle mit Härtegraden zwischen 48 und 62 HRC. Da man für den Eigenbedarf fertigt und die Stückzahlen der Endprodukte entsprechend hoch sind, gibt es sich wiederholende Serien von 5 bis zu 30 Stück je Werkzeug. „Wir haben eine relativ hohe Fertigungstiefe. Für einen Werkzeugbau haben wir fast schon eine Serien-fertigung“, weist Michael Dahme, Leiter Konstruktion und Werkzeugbau bei Hirschvogel, auf die Besonderheiten hin. Die geforderten Toleranzen können zwischen bis zu 1/10 mm bei manchen Warmformwerkzeugen und nur 3/100 mm Formtoleranz bei Werkzeugen für die Kaltverformung liegen.
 Um diese Toleranzen auch bei komplexen Formen sicher zu erreichen, waren die Bediener bislang gezwungen, die Werkstücke zwischen den Bearbeitungsgängen abzuspannen, zum Messraum bringen, die Fläche zu vermessen, in die Werkstatt zurück bringen, wieder einzuspannen und fertig zu fräsen. Eine zeitraubende Prozedur, die den Betriebsablauf erheblich gestört hat.
 Seit Dezember 2002 wird nun die 3D form inspect Software von m&h eingesetzt, die es ermöglicht, die Form schon in der Werkzeugmaschine mit dem Messtaster zu messen und mit den notwendigen Korrekturwerten noch in der gleichen Aufspannung fertig zu fräsen. Dies bedeutet nicht nur eine wesentlich erhöhte Fertigungssicherheit, sondern vor allem eine wesentliche Zeitersparnis.
 „Das Abspannen macht zwei Probleme: Zum einen verliert man die Lage. Zum anderen kostet es Durchlaufzeit, weil der Messraum nicht unbedingt gerade auf das Teil wartet“, berichtet Michael Dahme. „Das stört den Ablauf erheblich.“ Entsprechend groß ist auch der Zeitaufwand, das Teil später wieder in die gleiche Lage zu spannen. Ein nicht unerheblicher Teil der zulässigen Fertigungstoleranz bleibt in solchen, jetzt unnötigen, Arbeitsgängen. Jetzt kann erheblich genauer und schneller gearbeitet werden.
 Dies macht sich nicht zuletzt in einer gesunkenen Ausschussrate bemerkbar. „Öfters mal prüfen, statt Augen zu und durch“, sagt Michael Dahme. „Das erspart Überraschungseffekte. Die Sicherheit für den Bediener ist deutlich gestiegen. Die Software gibt dem Bediener die objektive Sicherheit, richtig zu arbeiten und verhilft ihm zur Möglichkeit, kritische Stellen frühzeitig oder besser rechtzeitig zu prüfen.“
 „Die Kosten für das Messen auf der Maschine sind in etwa mit denen auf der Messmaschine vergleichbar“, berichtet Herr Dahme aus seiner Erfahrung. „Der Bediener hat genügend Zeit das Messprogramm vorzubereiten, während die Maschine läuft. Daher gewinnt man Durchlaufzeit und spart sich das lästige Ab- und Aufspannen.“ Geht man davon aus, dass der Messtaster ohnehin vorhanden ist, schlägt lediglich die Anschaffung der Software zu buche. „Ein relativ geringer Aufwand, der sich gegen das Rüsten sofort rechnet.“ 
 Die 3D form inspect Software erhält ihre Flächendaten aus der Konstruktion, wo heute nahezu überall CAD-Daten vorliegen. In einen von der Maschine unabhängigen Computer können die Daten in verschiedenen Formaten, wie VDA, IGES, STL oder andere eingelesen werden. Im Fall Hirschvogel handelt es sich um IGES-Daten. Das Programm berechnet da-raus ein Flächenmodell, auf dem dann entweder durch Eingabe von Koordinaten oder ganz einfach per Mausklick die zu messenden Punkte eingegeben werden können, die später mit dem Messtaster auf der Maschine angefahren werden sollen. Es wird ein Programm generiert, das an die Maschinensteuerung übertragen wird und dort vom Bediener, oder auch automatisch aufgerufen werden kann. Dieses Programm ruft den Messtaster auf und misst die entsprechenden Punkte.
 Die gemessenen Werte werden zurück transferiert und gespeichert. Die Software zeigt sowohl grafisch als auch in Form einer Tabelle Lage und Werte der Punkte und vergleicht Ist-Wert und Soll-Wert. Für die Punkte kann ein Toleranzfeld definiert werden. Werte, die nah an diese Toleranzen heranreichen oder gar die Toleranz überschreiten, können entsprechend farblich kenntlich gemacht werden. So hat der Bediener schnell und sicher den Überblick über sein Arbeitsergebnis.
 Die Messpunkte für die kritischen Flächenbereiche sind von vornherein bekannt und werden dementsprechend übernommen, bzw. programmiert. Der Bediener kann jederzeit selbst das ganze Werkstück oder auch nur Flächenteile selektiv auf Formhaltigkeit prüfen, indem er die gewünschten Punkte einfach per Mausklick auf der Flächendarstellung eingibt. So kann auch bei einer gemessenen Abweichung sehr einfach geprüft werden, ob es sich um einen „Ausreißer“ handelt oder ob ein ganzer Flächenbereich, z.B. wegen falscher Frässtrategie o.ä. betroffen ist.
 Allerdings weiß man bei Hirschvogel zwischenzeitlich aber auch, daß die Bediener besonders qualifizierte Facharbeiter, Werkzeugmacher eben, sein sollten, um die neuen Möglichkeiten auch optimal zu nutzen. „Sie müssen nicht nur etwas von der Metallbearbeitung verstehen, sondern müssen auch fit sein im Umgang mit dem Computer.“ Eine Forderung, die heutzutage auch für organisatorische Dinge wie PPS-Systeme oder ähnliches mehr und mehr erhoben wird und die vor allem junge Leute häufig erfüllen. „Die Windows-Oberfläche und die einfache Bedienbarkeit der Software macht es den Bedienern aber auch leicht“, betont Ralph Schramme, verantwortlich für die Frästechnologie im Werkzeugbau bei Hirschvogel.
 So können nun sogar Neuteile und anspruchsvolle Werkstücke mit komplexen Flächen auf Anhieb korrekt und in engen Toleranzen gefertigt werden. Der Bediener kann seine Arbeitsschritte unmittelbar und noch in der Spannung prüfen und entsprechend korrigieren. Neben der Prozesssicherheit bringt dieser neue, einfache Ablauf erhebliche Zeitersparnis, weil nicht nur der innerbetriebliche Transport zu den Messmitteln, sondern auch das lästige abrüsten und aufspannen entfällt. „Wir haben geringere Prozesskosten, sind schneller und können uns den Ausschuss sparen“, bestätigt Michael Dahme.
 Wiederholaufträge gleicher Werkstücke werden ab 5 Stück je Fertigungslos bei Hirschvogel auf Paletten vollautomatisch abgearbeitet. In diesen Maschinen trägt eine Palette dann eine Kalibrierkugel. So kann auch das Messprogramm in den automatischen Ablauf integriert werden. Das heißt, dass nach dem Vorschlichten gemessen wird. Der Bediener ruft dann den letzten Schlichtgang mit den notwendigen Korrekturwerten auf und kann sicher sein, dass die Flächen so sind wie sie sein sollten.
 Eingesetzt wird die 3D form inspect Software derzeit auf 3 Maschinen. Bei zweien handelt es sich dem Werkstückspektrum und den Materialhärten entsprechend um 5-achsige HSC-Maschinen Typ Mikron HSM 400 U. Bei der dritten Maschine handelt es sich um eine 3-achsige Ausführung. Je 2 Maschinen werden von einem Mann bedient. „Wiederholteile fahren wir in der dritten Schicht auch mannlos“, berichtet Herr Dahme. Der Schulungsaufwand zur Einführung der 3D form inspect Software war nach den Aussagen der Herren bei Hirschvogel eher gering.
 Vielmehr musste zunächst Überzeugungsarbeit bei den Maschinenbedienern geleistet werden, um Vorteile und Nutzen begreifbar zu machen und Akzeptanz für das neue Tool zu schaffen. „Es ist schon etwas anderes, wenn wir bisher verlangt haben, dass die Maschinen möglichst permanent Späne machen, jetzt aber plötzlich auffordern das Teil auf der Maschine zu messen“, erläutert Ralph Schramme die Änderung der Philosophie. Zudem konnte bislang die Verantwortung für die Messwerte am Werkstück bequem auf den Messraum abgeschoben werden. Nun ist der Mann an der Maschine voll verantwortlich. Eine generelle Einschätzung des benötigten Einführungszeitraumes ist schwierig, weil es sowohl vom Teilespektrum als auch von der individuellen Akzeptanz gegenüber der Neuerung und dem Umgang mit dem Computer abhängt. So ist sowohl die Zeit als auch der Erfolg individuell unterschiedlich.
 Die Ergebnisse sprechen für sich. Die Akzeptanz ist da und die Bediener nutzen die Software mehr und mehr. Es wird deutlich weniger Ausschuss produziert und die Durchlaufzeiten sind erheblich kürzer geworden. Das lästige Rüsten wurde erheblich weniger. Kein Wunder also dass die Verantwortlichen bei Hirschvogel bestätigen, dass sich die vergleichsweise geringe Investition in kurzer Zeit gelohnt und bezahlt gemacht hat.
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