Fertigungslinie ein Drittel schneller
Die Herstellung von Extrusionswerkzeugen stellt an alle Betriebsbereiche höchste Anforderungen, vor allem wenn testlaufbedingte Änderungen kurzfristig durchgeführt werden müssen. Unter diesen Kriterien erarbeitete die österreichische Gruber Extrusionstechnik die Grundlagen für eine zukunftssichere Fertigung einschließlich Änderungsdienst.
Jährlich etwa 300 Werkzeuge liefert die Gruber & Co. Extrusionstechnik GmbH aus dem österreichischen Pettenbach seit mehr als 10 Jahren in alle Welt – etwa 500 werden im Gesamtverbund der Gruber & Co. Group produziert. Wegen der vorwiegend kundenbezogenen Profilformen sind jährlich etwa 270 Extrusionswerkzeuge mit verschiedenen Geometrien herzustellen. Dabei stellen die Genauigkeitsvorgaben und die Lebensdauer höchste Anforderungen an die mechanische Bearbeitung der 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 unter Berücksichtigung der Lieferzeiten und des weltweiten Preisdrucks nicht mehr realisierbar war. Die Firmenleitung suchte deshalb nach neuen Wegen, um die eigenen und die von den Tochterfirmen gefertigten Extrusionswerkzeuge zu testen und gegebenenfalls schnell und wirtschaftlich der Schmelzviskosität und dem Fließverhalten der Kunststoffe noch besser anzupassen.
Täglich sind acht bis zehn getestete Extrusionswerkzeuge zu ändern. In dem dafür benötigten Zeitrahmen von etwa zwei Tagen pro Werkzeug kamen bislang konventionelle Maschinen, speziell Fräsmaschinen, zum Einsatz. CNC-Maschinen arbeiten ausschließlich im Erodierbereich. Wegen der vielen manuellen Tätigkeiten wurde der Änderungsprozess sehr stark von den einzelnen Mitarbeitern beeinflusst. Deren individuelle Arbeitsergebnisse erforderten einen zu hohen Aufwand für die Nacharbeit, beispielsweise durch Polieren. Durch die Zahl der Werkzeugteile und deren Lagerplätze entstanden außerdem immer wieder größere organisatorische und logistische Probleme. Stark verbesserungswürdig war auch die 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 den Standort der zu bearbeitenden Werkzeuge und Bauteile jederzeit sichtbar machen. Dazu sollte der gesamte Fertigungsablauf vom Auftragseingang bis zur Endmontage von einem PPS-System gesteuert und überwacht werden. Insgesamt wurde angestrebt, die Durchlaufzeiten um rund 20 Prozent zu senken und neben den monetären und zeitlichen Vorteilen die Mitarbeiter von fachfremden Aufgaben zu entlasten und ihre Motivation zu steigern.
Für die Automatisierung zeichneten sich zwei Lösungen ab. Variante 1 umfasste eine rechteckig angelegte Anlage mit zwei CNC- Fräsmaschinen 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 stillstünde. 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 bei gleicher 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 Festlegung für Variante 2 entschied sich Firma Gruber für die Vorschläge von System 3R Schweiz AG zur Automatisierung der Zellen. 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, den Magazinkapazitäten und der breiten Erfahrung einschließlich Peripherie mit Messmaschine, Software und Manipulator.
Die HSC-Fräszelle sollte der für die Einzel- und Serienfertigung einsetzbare Roboter Workpartner automatisieren. 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 palettierte Fräsen vorerst noch nicht realisiert.
Die Vergleichsdaten im Abstimmungsprozess eines Werkzeuges beliefen sich bei der alten Organisationsform bezüglich der gesamten Änderungszeit auf 58,7 h (bei der neuen auf 52,5 h). Die Durchlaufzeit konnte von 22,5 h auf 15 gesenkt werden, die Zahl der Werkzeuge stieg allerdings pro Jahr von 229 auf 326, aber auch die Qualität von ungenau auf sehr genau.
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 Einsparung spiegelt sich wider in einer Mehrkapazität von 96 Werkzeugen pro Jahr oder in eingesparten Änderungskosten von durchschnittlich 72 Euro pro Werkzeug. Die Investitionen 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 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 Fa. Gruber & Co.
www.system3r.com
