Neue Ist-Situation

Die Technologieführerschaft bei Extrusionswerkzeugen stellt an alle Betriebsbereiche höchste Anforderungen. Dies gilt besonders dann, wenn die Werkzeuge nach den Testläufen optimiert und die erforderlichen Änderungen kurzfristig in die Organisation eingegliedert werden müssen. Unter diesen Voraussetzungen erarbeitete ein österreichisches Unternehmen die Grundlagen für eine zukunftssichere Fertigung einschließlich Änderungsdienst und entschied sich für die Vorschläge von System 3R.

Seit mehr als zehn Jahren liefert die Firma Gruber & Co. Extrusionstechnik GmbH aus Pettenbach, Österreich, jährlich etwa 300 Extrusionswerkzeuge in alle Welt; etwa 500 werden im Gesamtverbund der Gruber & Co. Group produziert. Da mit diesen Werkzeugen vorwiegend kundenbezogene Profile gepresst werden, sind jährlich etwa 270 Extrusionswerkzeuge für verschiedene Geometrien herzustellen. Dabei stellen die Genauigkeitsvorgaben und die Lebensdauer höchste Anforderungen an die mechanische Bearbeitung der einzelnen Bauteile wie Düsen, Düsengehäuse, Trockenkalibriereinheiten, Vakuum-wassertanks und Wasserbäder. Gemessen an der führenden Stellung des oberösterreichischen Unternehmens entsprachen die mechanische Bearbeitung und der Änderungsdienst für die Extrusionswerkzeuge nicht mehr dem neuesten technischen Stand. Die kontinuierlich gewachsene Abteilung stieß auch an ihre Kapazitätsgrenzen, so dass eine wirtschaftliche Fertigungsplanung nicht mehr realisierbar war. Die Firmenleitung suchte deshalb nach neuen Wegen, um sowohl die eigenen als auch die von den Tochterfirmen gefertigten Extrusionswerkzeuge zu testen und sie bei Bedarf schnell und wirtschaftlich der Schmelzviskosität und dem Fließverhalten der Kunststoffe noch besser anzupassen. Täglich müssen nach den Tests acht bis zehn Extrusionswerkzeuge geändert werden. Im dafür benötigten Zeitrahmen von etwa zwei Tagen pro Werkzeug kamen bislang konventionelle Maschinen, speziell Fräsmaschinen, zum Einsatz. CNC-Maschinen arbeiteten ausschließlich im Erodierbereich. Wegen der vielen manuellen Tätigkeiten wurde der Änderungsprozess sehr stark von der Fachkompetenz der Mitarbeiter beeinflusst. Die daraus resultierenden individuellen Arbeitsergebnisse erforderten einen zu hohen Aufwand für die Nacharbeit. Bei der wachsenden Stück- und Variantenzahl fiel es den Verantwortlichen zunehmend schwer, alle Werkzeuge und Zubehörteile auftragsbezogen so zuzuteilen, dass sie der Mitarbeiter schnell finden, bearbeiten und wieder einlagern konnte. Stark verbesserungswürdig waren auch die Darstellung und Beschreibung der Arbeitsfolgen im Änderungsprozess. Diese wurden von einem Extrusionstechniker erfasst, in einer Änderungsmappe beschrieben und an den Schichtführer weitergegeben, der daraus die Arbeitsanweisungen für die Fräs-, Erodier-, Polier- und Montageabteilung erstellte. Als vorrangiges Ziel wurde die Umstellung von konventionellen auf CNC-Maschinen mit Robotisierung des Werkstück- und Werkzeugwechsels für einen 24-Stunden-Tag definiert. Gleichzeitig sollte ein neues Anlagen- und Ablauf-Layout jederzeit sichtbar machen, wo beispielsweise die Transportwagen mit den zu bearbeitenden Werkzeugen und Bauteilen ab- oder für die Weiterbearbeitung bereitzustellen sind. Diese komplexen Ziele waren ohne ein PPS-System, das den gesamten Fertigungsablauf vom Auftragseingang bis zur Endmontage steuern und überwachen konnte, nicht zu realisieren. Schließlich sollten alle Maßnahmen dazu beitragen, die Durchlaufzeiten um rund 20 Prozent zu senken und neben den monetären und zeitlichen Vorteilen die Mitarbeiter von fachfremden Aufgaben entlasten und ihre Motivation steigern. Für die angestrebte Automatisierung zeichneten sich zwei Lösungen ab. Variante 1 umfasste eine geschlossene, rechteckig angelegte Anlage mit zwei CNC-Fräs- und drei Schneiderodiermaschinen, beschickt von einem mittig auf Schienen geführten Knickarmroboter. Für diese Variante sprachen die relativ einfache Anlagensteuerung und die Gesamtkosten. Nachteilig war, dass bei einem Fehler die gesamte Anlage stillstehen würde. Da auch der Werkstückwechsel zu lange dauern würde, wurde diese Variante auch wegen der beengten Fläche in der Fertigungshalle verworfen. Mehr Vorteile versprach Variante 2 mit der gleichen Maschinenzahl und – wie bei Variante 1 – einer manuellen Fräsabteilung zum Bearbeiten der Sonderteile. Die Fräszelle sollte aus zwei von einem Roboter beschickten HSC-Fräsmaschinen, der Erodierbereich aus drei roboterbeschickten Erodiermaschinen bestehen. Für diese Variante sprachen der geringere Platzbedarf, die schnellen Wechselzeiten und die Mehrmaschinenbeschickung durch den Roboter sowie die nur sequentielle Auswirkung von möglichen Störungen. Nachteilig war, dass der Änderungsprozess in getrennt installierte Fräs- und Erodierbereiche aufgeteilt werden musste. Nach der Entscheidung für Variante 2 standen für die Automatisierung der Bearbeitungszellen zwei Systeme zur Diskussion. Schließlich entschied sich Firma Gruber für die Vorschläge und Produkte von System 3R Schweiz AG. Das Konzept des Automatisierungsspezialisten aus dem Kanton St. Gallen erfüllte nicht nur die Planvorstellungen, sondern überzeugte durch weitere Vorteile wie gleichzeitiges Beschicken von zwei oder mehr Maschinen sowie die größeren Magazinkapazitäten. Außerdem konnten sie ihre breite Erfahrung bei der Planung der gesamten Anlage einbringen und für die Messmaschine, die Software und den Manipulator gleich die geeigneten Lieferanten vorschlagen. Bei der Automatisierung der HSC-Fräszelle fiel die Entscheidung auf den für die Einzel- und Serienfertigung einsetzbaren Roboter Workpartner. Bei einer Aufstellfläche von 1.895 x 1.835 mm enthält sein Magazin sechs bis acht, bei kleineren Werkstücken auch bis zu zehn Regalebenen für Werkstücke und Werkzeuge. Die Magazinkapazität beträgt beim Fräsen und Erodieren maximal 80 kg pro Position oder 400 kg pro Regalebene. Als Spannsysteme werden die Palettensysteme GPS 240 von System 3R eingesetzt, von denen maximal fünf Paletten pro Ebene gelagert werden können. In der neuen Organisationsform beschreibt die Leitung Werkzeugbau den Arbeitsablauf, beispielsweise für einen Werkzeugtest, im PPS-System. Die Teile durchlaufen die manuelle Fräsbearbeitung oder die Abteilung Automation, werden danach wieder zusammengeführt in die Polier- oder Montageabteilung weitergeleitet und schließlich zum Testlauf bereitgestellt. Die neue Abteilung Automation umfasst jetzt zwei Röders-HSC-Maschinen, beschickt von einem Roboter Workpartner. In der Erodierzelle soll ein Roboter Workmaster drei Schneiderodiermaschinen verschiedener Fabrikate beschicken. Dieses Automatisierungskonzept wird dank des in der ersten Ausbaustufe erreichten Auslastungsgrades durch das palletierte Fräsen vorerst noch nicht realisiert. Dank der neuen Abläufe und vor allem der Automatisierung der Fräs- und teilweise auch der Erodiermaschinen verkürzten sich die Durchlaufzeiten um etwa 7,5 Stunden. Als Soll wurden 20 Prozent angestrebt, erreicht werden derzeit 34 Prozent. Diese Zeiteinsparung spiegelt sich wider in einer Mehrkapazität von 96 Werkzeugen pro Jahr oder in eingesparten Änderungskosten von durchschnittlich 72 Euro/Werkzeug. Die Investitionen für die Automation werden mittelfristig durch deutlich niedrigere Selbstkosten amortisiert. Von der Automatisierung profitiert in besonderem Maße der Fräsbereich. Dort konnten die Spindelstunden von ehemals 3.500 im 2-Schicht-Betrieb auf jetzt 6.000 erhöht werden. Die kürzeren und vor allem exakt planbaren Durchlaufzeiten wirken sich auch positiv auf die Lieferzeiten aus. Bemerkenswert ist auch die kurze Realisierungszeit für das Projekt Automation Werkzeugbau. Nach der Auftragserteilung wurde es dank der engen Zusammenarbeit der Spezialisten von Gruber & Co. und System 3R Schweiz AG nach knapp einem halben Jahr in Betrieb genommen, wobei die Installation und Schulung nur 3,5 Tage dauerte. Seitdem arbeitet die Fräszelle zwischen 16 und 20 Stunden am Tag zur vollen Zufriedenheit der Firma Gruber & Co. 

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