Spannende Automatisierung

von Harald Klieber Nicht jedes Spannwerkzeug kann in automatisierten Prozessen eingesetzt werden. Deshalb ist special tooling der Sache auf den Grund gegangen: Wir zeigen die bewährtesten, die effektivsten und gängigsten Lösungen – und sagen aber auch, welche Tools nicht funktionieren.

Geeignete Spannwerkzeuge für die Automatisierung definiert Rolf Glück, Vertriebsleiter Spann- und Handlingsysteme bei Hirschmann in Fluorn-Winzeln: Nuten, Spannzapfen oder Kupplungen für aktive oder passive Greifersysteme müssen sich an den Paletten befinden; ebenso pneumatische oder hydraulische Automatik-Spannfutter; ferner sollte das Spannfutter über eine Belegkontrolle verfügen, sollte abgedichtet sein wegen Verschmutzungsgefahr durch Späne und Kühlmittel und eine Reinigungsfunktion integriert haben. Als absolute K.o.-Kriterien beschreibt Rolf Glück dagegen, ohne automatisches Spannsystem mit definierter Wiederholgenauigkeit zu arbeiten, die Spannsystem-Größe und Haltekräfte nicht an die Aufgabe anzupassen oder ein instabiles Spannsystem einzusetzen, das zu Schwingungen neigt. „Wir klären grundsätzlich alle relevanten Daten, Schnittstellen und auch das Umfeld für die geplante Automationslösung im Vorfeld mit den Kunden und allen Projektpartnern ab. Hierzu haben wir ein 8-Stufen-Konzept entwickelt. Dazu gehören unter anderem Daten über Werkstücke, Laufzeiten, geplante unbemannte Laufzeiten, Daten über Spannsysteme, Werkzeuge und Vorrichtungen, Werkzeug- oder Werkstückvoreinstellung, Daten zu den zu automatisierenden Maschinen, Organisation des Datentransfers unter Einbindung eines vorhandenen CAD/CAM- und Programmiersystemes“, erklärt Rolf Glück. Zusätzlich wird überprüft, ob der Einsatz einer Hirschmann CMS, der Cell-Management-Software, erforderlich und sinnvoll ist. „Dies gewährleistet eine problemlose Installation. Mit dieser Vorgehensweise haben wir bisher nur positive Erfahrungen gemacht“, berichtet Rolf Glück. Als die drei wichtigsten Kriterien für eine erfolgreiche Automation von Werkzeugmaschinen erachtet Rolf Glück vor allem die Vorbereitung des Kunden auf die Automation unter Einbeziehung des gesamten Umfeldes. „Wichtig ist auch zu wissen, dass man Automation nicht kaufen kann. Automation ist ein Prozess der in der ganzen Firma gelebt werden muss.“ Karsten Bekemeier, COO der Zwicker Systems GmbH in Nürnberg erachtet vor allem die Zugänglichkeit für das Automationssystem als das wichtigste Kriterium für eine erfolgreiche Automation von Werkzeugmaschinen, gefolgt von der Zugänglichkeit für die Maschinenbediener in der Automation und dem optimalen Spannsystem, das Karsten Bekemeier automationsgerecht, mit hoher Präzision und einfacher Handhabung skizziert. Gerade in der Einzelteilfertigung elementar sei eine Zellensteuerung, die zum prozessgesteuerten Jobmanagement erweitert werden kann. Eine weitere Effizienzsteigerung von bis zu 50% der Rüstzeiten ist so laut Karsten Bekemeier möglich. Grundsätzliche Voraussetzung für die Automatisierung seien allerdings vorhandene Möglichkeiten an den Paletten und Vorrichtungen, um mit den Robot-Greifern die Paletten zu handeln. Zudem müssten die Aufnahmen für die Robot-Greifer konstruktiv so designt sein, dass eine hohe Verfügbarkeit in der Automation erreicht werden kann. Und darüber hinaus müssten laut Karsten Bekemeier die Toleranzen im Greifer und den Aufnahmen aufeinander abgestimmt sein. Absolutes K.o.-Kriterium für die Automation sei zu hohes Transfergewicht: Mit 6-Achs-Industrierobotern könnten zur Zeit Transfergewichte von bis zu 600 kg realisiert werden. „Diese Systeme sind unter Bezeichnung Robojet bei Zwicker Systems zu beziehen. Mit Linear-Robotern sind Transfergewichte von bis zu 2.500 kg machbar. Unser Partner für diese Art von Automationslösungen ist die Firma Liebherr“, zeigt Karsten Bekemeier auf. Weitere K.o.-Kriterien seien natürlich eine fehlende Palettisierung und keine Vorrichtungen für das Rohteilehandling. Zusammen mit den Partnern Erowa, OPS-Ingersoll und Exeron hat Zwicker Systems mittlerweile rund 1.600 automatisierte Anlagen weltweit installiert. Von den hauseigenen MoneyMaker-Konzepten wurden seit Anfang 2008 circa zehn realisiert. Mit dem Hightech-Automationskonzept verspricht Zwicker Systems in Zusammenarbeit mit OPS Ingersoll, die Produktion seiner Anwender in eine bisher ungeahnte Effizienz-Dimension zu katapultieren. Unterbrechungsfreies Erodieren, Fräsen und Messen rund um die Uhr würden für vielfachen Produktions-Output sorgen, so Karsten Bekemeier. Für Alfons Stübing, Leiter Entwicklung und Marketing bei der PSE GmbH in Langenselbold, sind die wichtigsten Merkmale für eine erfolgreiche Automatisierung, dass die Spannmittel vor allem feste Referenzen in der X-, Y- und der Z-Achse aufweisen müssen. „Vor allem muss eine Z-Auflagenreinigung vorhanden sein, da diese für den Roboter die Anwesenheitskontrolle und Bedingung für einen automatischen Wechsel darstellt“, erklärt Alfons Stübing. Zudem muss vor jeder Automatisierung eine Palettierung der Werkstücke und Elektroden vorausgehen. „Und natürlich sollte, soweit möglich, eine Standardisierung stattfinden. Alle Spannmittel müssen außerdem so konzipiert sein, dass sie mit den gängigen Handlingssystemen gewechselt werden können“, unterstreicht Alfons Stübing. Absolut nicht geeignet für die Automatisierung seien dagegen Werkstücke, die wegen ihrer Geometrie mehrfach umgespannt werden oder wegen ihrer Größe nicht auf eine Palette passen. „Zu einer technisch einwandfreien Automation gehört eine flexible Fertigungszelle. Sie ist prozessorientiert und kann die Elektrodenfertigung, das Messen von Elektroden und Werkstücken oder das Senkerodieren enthalten.“ Eine entscheidende Rolle übernimmt nach Erfahrung von Alfons Stübing die Software der Fertigungszelle, also vor allem der CAD- und CAM-Arbeitsplatz. Diese Kriterien seien in vielen Fällen entscheidend, ob eine Vollauslastung gewährleistet werden kann. Als Beispiel für eine erfolgreiche Automatisierung führt Alfons Stübing eine Handyform an. „Dafür werden im Durchschnitt circa 200 bis 300 Elektroden gebraucht. Da immer sichergestellt werden muss, dass die Schruppelektrode vor der Schlichtelektrode verfügbar ist, ist dies nur beim Einsatz eines Job- oder Zellenmanagementsystems gewährleistet.“ Im normalen Formenbau ohne Automation oder ohne Chip-Erkennungssystem ist nach Erfahrung von Alfons Stübing eine häufig höhere Fehlerquote die Folge. Als ein Beispiel für eine zukünftige, flexible automatisierte Fertigungszelle für den Anwender nennt Alfons Stübing sein Palettiersystem PSE P130. „Seit langem bekannt und unumstritten ist, damit Serienteile mit deutlich höherer Produktivität fertigen zu können. Die Erkenntnis, dass Palettiersysteme heute vielerorts ebenso effizient in der Kleinserie und Einzelteilfertigung eingesetzt werden können, hat sich jedoch noch nicht überall durchgesetzt. Es ist eine Tatsache, dass die Möglichkeiten der modernen CNC gesteuerten Werkzeugmaschinen noch viel zu wenig genutzt werden und der Unternehmer nur mit 1.000 bis 3.000 anstelle von möglichen 6.000 verkaufbaren Stunden pro Jahr rechnen kann – muss oder will.“ Wie viele dieser Fertigungsstunden in Ihrem Betrieb realisiert werden können, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie etwa Fertigungszeit, Maschinensteuerung, Aufträge, Flexibilität. „Der entscheidende Schlüssel für noch mehr Erfolg liegt in der Reduzierung der Rüstzeit“, fasst Alfons Stübing zusammen. Nach seiner Erfahrung besteht ein Tag ohne Palettiersystem durchschnittlich aus 35% einrichten, 15% rüsten, 45% effektive Produktion auf der Maschine und 5% Kontrolle. Mit Palettiersystem wird nur 10% gerüstet und zu 90% produziert. Das liegt aber vor allem daran, dass Voreinstellen und Kontrolle auf dem Voreinstellplatz außerhalb der Maschine erfolgen. „Das P130 löst das Problem der Rüstzeiten aus der Perspektive des Kunden mit einem modularen Palettiersystem, welches den kundenspezifischen Bedürfnissen einer höchstmöglichen Ausnutzung der theoretisch zur Verfügung stehenden Maschinenlaufzeiten gerecht wird“, verspricht Alfons Stübing. Das System besteht aus dem auf dem Maschinentisch der Werkzeugmaschine montierten Palettenträger und Paletten mit Zentrier- und Spannzapfen ausgerüsteten Werkstückträgern.

www.hirschmanngmbh.com

www.zwicker-systems.com

www.pse-wtec.de