Nullpunkt-Spannsystem optimiert Werkzeug- und Elektrodenfertigung

Das Leistungspotenzial von Werkzeugmaschinen ist heute in fast allen Betrieben weitgehend optimiert. Weitere Anstrengungen zur Verbesserung der Hauptzeit sind wenig effektiv, wenn gleichzeitig die Werkstücke zeitraubend und mühsam auf den jeweiligen Maschinentischen ausgerichtet und gespannt werden müssen. Einen maximalen Zeitgewinn bieten dagegen Nullpunkt-Spannsysteme, die das hauptzeitparallele Rüsten außerhalb der Maschine und das schnelle Positionieren und Fixieren der Werkstücke im Arbeitsraum ermöglichen. Wie sich mit Hilfe eines solches Systems die Durchlaufzeiten um den Faktor drei bis fünf reduzieren lassen, beweisen die Erfahrungen in einem französischen Automobilwerk.

Etwa 10.000 Beschäftigte arbeiten im Werk Mulhouse/Elsass der PSA Peugeot Citroën-Gruppe schwerpunktmäßig für die PKW-Typen Citroën C4 und Peugeot 308. Ungefähr 20 Prozent der verbleibenden Produktionskapazitäten werden als Zulieferer für andere europäische Fahrzeughersteller genutzt. Da die Anforderungen sowohl aus dem eigenen Hause als auch von der Kundenseite vor allem im Hinblick auf die Terminierung und Preisgestaltung immer höher gesteckt werden, suchte Daniel Gasser, zentraler Werkzeugbau und mechanische Fertigung, nach zukunftssicheren Lösungen, um die Flexibilität und Produktivität dieser Abteilung mit ihren 390 Mitarbeitern zu verbessern. Speziell die Elektroden und Gesenke für die Motoren- und Getriebefertigung sollten durch geringere Nebenzeiten noch produktiver gefertigt werden. Dieses Ziel setzte neben verschiedenen organisatorischen Maßnahmen auch eine teileorientierte Automatisierung durch ein Palettensystem voraus. Mit der System 3R Schweiz AG wurde schließlich ein Partner gefunden, der mit seinem Nullpunkt-Spannsystem Delphin ein durchgängiges und modulares System für die Verfahren Fräsen, Flach-, Profil- und Koordinatenschleifen und Erodieren sowie für die Messräume liefern konnte. Grundelement des Spannsystems Delphin sind die Spanneinheiten aus gehärtetem Stahl. Ihre Zahl und Anordnung ist in den Nuten eines Maschinentisches frei wählbar. Alternativ können sie einschließlich der Versorgungsleitungen als Einheit in einer Grundplatte geliefert werden, oder der Erstausrüster integriert sie nach Kundenwunsch in den Maschinentisch. Mit ihrer Fixierung ist der Referenzpunkt der Maschine festgelegt und durch das einheitliche Stichmaß und die daraus resultierende Befestigungstechnik ist die Schnittstelle zwischen Maschine und Vorrichtung oder Werkstück standardisiert. Die zuverlässige Verbindung zwischen den auf den Werkstückträgerpaletten, Spannelementen oder Werkstücken montierten Spanneinheiten gewährleisten die Spannzapfen. Sie positionieren mit einer Wiederhol-Zentriergenauigkeit von +/- 0,003 mm, gleichen Toleranzen aus und übertragen Haltekräfte, die auch Schrupparbeiten erlauben. Mit der Funktion „Präsenzkontrolle“ und der automatischen Reinigung durch Ausblasen nach jedem Spannvorgang bietet die Z-Auflage auch alle Vorraussetzungen für das automatische Wechseln durch Roboter oder Handlinggeräte. Eine durchgehende Bohrung in der Spanneinheit verhindert das Festsetzen von Spänen und Kühlflüssigkeit. Die Spannkraft von 15.000 N pro Spannzapfen erzeugt ein Federpaket. Durch die Kraftübertragung „Kugel auf schräger Anzugsfläche“ und eine mechanische Verriegelung zwischen Spanneinheit und Spannzapfen werden Haltekräfte von 60.000 N erreicht. Entspannt wird hydraulisch mit 30 bis 70 bar. Gleichzeitig wird die Vorrichtungsplatte ungefähr zwei Millimeter von der Zentrierung abgehoben, die Z-Auflage wird dadurch frei und beim Abheben vor Beschädigungen geschützt. Für den Werkstück- und Elektrodendurchlauf bei PSA zeichneten die Herren Gasser und Artuso verantwortlich. Die von Daniel Gasser entwickelten Vorstellungen für den verfahrensunabhängigen Teiletransport zwischen den verschiedenen Maschinen setzte Gino Artuso, Leiter Technik bei System 3R Schweiz AG, in die Realität um. In enger Zusammenarbeit wurden die jeweiligen Vorstellungen diskutiert und dann schrittweise in zwei Projektstufen realisiert. Das erste Projekt startete im Februar 2006 mit der Bestückung von vier Maschinen. Etwa drei Monate später und nach Auswertung der gewonnenen Erfahrungen folgte das zweite Projekt mit dem Ziel, sukzessive weitere Maschinen unterschiedlicher Verfahren mit Delphin auszurüsten. In dem noch laufenden Projekt sind auch bei den größeren und voluminöseren Werkstücken deutlich kürzere Durchlaufzeiten feststellbar. Bemerkenswert ist auch die höhere Flexibilität. Der Bediener kann sein Bearbeitungsprogramm jederzeit unterbrechen, das Werkstück abspannen und auf einer anderen Maschine weiterbearbeiten. So lassen sich beispielsweise Expressteile ohne Probleme einschieben und termingerecht fertig stellen. Bei Projekt 1 verkürzten sich mit der Einführung von Delphin die Teile-Durchlaufzeiten um die Faktoren 4 bis 5, bei den etwas größeren Teilen des Projektes 2 um den Faktor 3. Ein Grund für diese beeindruckenden Zahlen ist auch in dem Engagement von Daniel Gasser und seinem Team zu sehen. So werden beispielsweise die Vorrichtungsplatten aus Zeitgründen selbst hergestellt und mit den von System 3R Schweiz AG bezogenen Spannzapfen bestückt. Ein Vorgang, der laut Daniel Gasser seinen Mitarbeitern keine Probleme bereitet, in seiner Effektivität aber für die Durchlaufzeiten der Elektroden und Werkstücke zu diesen höchst beeindruckenden Ergebnissen führt. Die Vielseitigkeit und die einfache Handhabung von Delphin zeigen sich unter anderem beim Herstellen von Gesenkformen. Im ersten Arbeitsgang wird die Elektrode aus einem Grafitblock he-rausgefräst, der auf einer von PSA hergestellten Vorrichtungsplatte gespannt ist. Die Spannzapfen an ihrer Unterseite verbinden die Vorrichtungsplatte mit der auf dem Maschinentisch fest fixierten Grundplatte. Nach dem Fräsen wird die Elektrode gedreht und über Kopf ohne Änderung der Aufspannung in der mit der Z-Achse der Erodiermaschine verbundenen Grundplatte gespannt. Die teilweise sehr harten Schmiedeteile werden wegen des Werkzeugverschleißes zuerst erodiert, dann gefräst. Um den Z-Weg der Senkerodiermaschine zu verkürzen, wird die Vorrichtungsplatte durch vier zylindrische Zwischenstücke höher gesetzt. Die von PSA gefertigten Teile lassen sich dank der Modularität der Delphin-Elemente sehr einfach einbauen und durch die höhere Arbeitsebene bietet sich auch beim Fräsen ausreichend Platz zum Schwenken des Fräskopfes – eine Fünf-Seiten-Bearbeitung ist problemlos möglich. Eine weitere, mittig angeordnete Stützplatte verbessert beim Fräsen die Stabilität und verhindert das Vibrieren des Werkstücks. Die Elektroden und Werkstücke durchlaufen je nach Ausführung und Anwendung Bearbeitungsstufen wie Fräsen, Senkerodieren, Koordinatenschleifen und -bohren. Sie „wandern“ dabei in einer Aufspannung von Maschine zu Maschine. Die auf den Arbeitstischen befestigten Delphin-Grundplatten gewährleisten, dass die eingewechselten Vorrichtungsplatten mit Hilfe der Spannzapfen μm-genau fixiert und sicher gehalten werden. Da die Referenz mitwandert, lassen sich die Referenzpunkte ohne großen Aufwand zur Deckung bringen. Alle Elektroden und Werkstücke gelangen lageorientiert in die Maschinen, deshalb sind die gleich bleibende Position und das einheitliche Rüstmaß auf der Vorrichtungsplatte die Ausgangsbasis für das genaue Definieren des eingewechselten Werkstücks. Dies ist besonders wichtig für die Vor-, Zwischen- und Endkontrolle in den Messräumen. Die dortigen Koordinatenmessmaschinen sind ebenfalls mit einer Delphin-Grundplatte bestückt und ermöglichen so ein rasches Einwechseln der Teile und dank der genau definierten Referenzmaße den sofortigen Beginn des manuellen Messens oder den Start der automatisch ablaufenden Messprogramme. Der große Anteil schwerer Werkstücke wird im Arbeitsraum einer Senkerodiermaschine auf einer Delphin-Grundplatte mit sechs Spannelementen – für die Mehrzahl der Teile werden maximal drei benötigt – gespannt. Die Elektrode ist mit der Vorrichtungsplatte verschraubt, die wiederum über Delphin-Spannelemente mit der in der vertikalen Achse befestigten Grundplatte verbunden wird. Den Wechsel der gewichtsintensiven Elektroden hat Daniel Gasser mit Unterstützung seiner Mitarbeiter elegant gelöst. Durch Verfahren der Vertikalachse wird die Vorrichtungsplatte mit der Elektrode auf zwei Rahmen abgelegt, die Delphin-Spannung gelöst und die Senkrechtachse wieder verfahren. Die auf den Halterahmen aufliegende Elektrode wird anschließend mit einem Hebezeug abtransportiert. Das Einwechseln einer neuen Elektrode erfolgt dann in umgekehrter Reihenfolge. Eine Befürchtung von Daniel Gasser hat sich speziell beim Erodieren nicht bestätigt: Der Grafitschlamm bereitet keine Probleme, da die auf den Maschinentischen befestigten Grundplatten mit den Spanneinheiten bestens abgedichtet sind. Nach einer Betriebszeit von etwa einem halben Jahr zieht Daniel Gasser eine positive Bilanz über den Einsatz des Nullpunkt-Spannsystems Delphin. Seit dem Start von Projekt 1 haben sich durch die reduzierten Rüstzeiten, das einfachere Handling und die einheitliche Schnittstelle die Laufzeiten aller Maschinen deutlich erhöht. Da sich das μm-genaue Spannen auch auf die Bearbeitungsqualität auswirkt, konnte die Wettbewerbsstärke verbessert werden. Trotz der hohen Spanngenauigkeit gibt es keine Probleme mit Verunreinigungen. Erodierschlamm und Späne können die Funktion der Spanneinheiten nicht beeinflussen. Die Einführung des Nullpunkt-Spannsystems erwies sich als sehr einfach, da sich laut Daniel Gasser nur das Tooling und die Organisation geändert haben. Die Maschinen und der Arbeitsablauf blieben unverändert. Auch die Mitarbeiter sind dieselben und ihre anfängliche Skepsis im Hinblick auf mögliche Auswirkungen auf ihren Arbeitsplatz ist einer Begeisterung für das System gewichen. Mittlerweile drängen die Mitarbeiter, die an noch nicht palettisierten Maschinen arbeiten, darauf, dass ihre Maschinen endlich mit Delphin ausgerüstet werden. Insgesamt sind Daniel Gasser und seine Mannschaft mit Nullpunkt-Spannsystem Delphin sehr zufrieden. Das Ziel, Zeitgewinne bei den Neben- und Rüstzeiten, wurde erreicht. Heute ist man vor allem im Hinblick auf Expressteile erheblich schneller und hat dadurch sowohl im internen Wettbewerb der PSA-Gruppe als auch als Zulieferer deutlich an Wettbewerbskraft gewonnen. Deshalb sollen, so das mittelfristige Ziel von Herrn Gasser, sukzessive alle Maschinen mit Delphin ausgerüstet werden.

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