Formenbauer setzt auf HSC - und Vollautomation

Angesichts des Preisdumpings auf dem Markt für Kunststoff-Spritzgießformen verlässt sich ein mittelständischer Formen- bauer vor allem auf die Qualitätsvorteile der Teilebearbeitung mit hochpräzisen leistungsfähigen HSC-Anlagen der Firma Röders sowie auf Kosteneinsparungen durch eine intelligente Automatisierungslösung.

Um gegen die Billigkonkurrenz aus Asien und Osteuropa bestehen zu können, setzen wir in erster Linie auf die Qualitätsvorteile der HSC-Bearbeitung“, erläutert Bruno Jeauneau, Geschäftsführer der Firma SMTO Moules et Usinage de Précision in Javron-les-Chapelles (Frankreich). Schon im Jahr 2002 kaufte der mittelständische Formenbaubetrieb sein erstes fünfachsiges HSC-Bearbeitungszentrum, eine Röders RFM 600 DSP, eine Anlage mit hochgenauem Drehschwenktisch, deren 14-kW-Spindel Drehzahlen bis 42.000 min-1 erreicht. Weitere wichtige Merkmale sind ein hocheffizientes Temperaturmanagement, das einen langfristig stabilen Maschinennullpunkt gewährleistet, sowie eine Läng-ungskompensation der Spindel, mit deren Hilfe die Steuerung thermisch bedingte Verlagerungen der Werkzeugspitze exakt kompensieren kann. Somit gehören insbesondere Absätze zwischen Bereichen, die mit unterschiedlichen Werkzeugen bearbeitet wurden, der Vergangenheit an.

Den entscheidenden Vorteil dieses Systems sieht Bruno Jeauneau nicht nur in der kürzeren Bearbeitungszeit, sondern vor allem in der deutlich überlegenen Qualität der damit hergestellten Formkomponenten. Dies betrifft sowohl die Maßgenauigkeit der Teile als auch die Qualität der erzeugten Oberflächen, insbesondere bei Freiformflächen. Diese Präzision wertet er angesichts der äußerst hohen Ansprüche seiner Kundschaft – rund 50 % der Aufträge kommen aus der Automobilbranche, weitere wichtige Kundenbrachen sind die Medizintechnik, die Kosmetikbranche und die Elektroindustrie – als wesentlichen Wettbewerbsvorteil.

„Die hervorragende Qualität der HSC-gefrästen Teile ermöglicht Einsparungen weiter hinten in der Prozesskette, die deutlich über die reine Kostendifferenz dank kürzerer Bearbeitungszeiten hinausgehen“, ergänzt Bruno Jeauneau. So minimiert sich dadurch der Aufwand für zusätzliche Polierarbeiten, teilweise können diese sogar vollständig entfallen. Ausschlaggebender sind aus seiner Sicht jedoch die erzielten Einsparungen beim Zusammenbau, beim Tuschieren und bei der Bemusterung der Form, denn jedes Teil, das hier „durchfällt“, verursacht mehr oder weniger aufwendige Nachbearbeitungen. Dies bedingt nicht nur Kosten, sondern blockiert auch wertvolle Produktions- und Prüfkapazität, weil Teile erneut aufgespannt, bearbeitet und durch die Qualitätskontrolle geschleust werden müssen.

Weiterer wichtiger Aspekt ist im gleichen Zusammenhang der Zeitfaktor, denn engste Terminvorgaben sind heute bei so gut wie jedem Auftrag die Regel, und mangelnde Terminqualität kann eine Kundenbeziehung ernsthaft beeinträchtigen. Eine Form sollte nach dem Zusammenbau auf Anhieb funktionieren und Nacharbeit den Ausnahmefall darstellen. Seit Beschaffung der HSC-Technologie von Röders sei man diesem Ziel deutlich näher gekommen. Auch nach Auslieferung der Form sei dies ein für den Kunden wichtiger Aspekt, denn mit solchen Formen erziele er stabilere Produktionsergebnisse und habe weniger Ausfälle. Und last but not least könne er nach einem Crash beschädigte Formen dank hochpräzise bearbeiteter Ersatzteile schnellstens wieder in Produktion bringen.

„Selbst bei noch so guter Qualität bleiben Kosten jedoch ein entscheidender Faktor“, weiß Bruno Jeauneau. Trotz unbestreitbarer Vorteile qualitativ überlegener Formen akzeptiere der Markt dafür letztlich nur geringe Aufpreise, bestenfalls im niedrigen zweistelligen Prozentbereich. Deshalb müsse er seine Prozesse so wirtschaftlich wie nur irgend möglich auslegen. Bestes Mittel zur Kostensenkung sei die möglichst weitgehend mannlose Nutzung der Anlagen auch in der Nacht sowie am Wochenende durch Automation. Schon mit der ersten Röders-Anlage wurde deshalb ein Werkstückwechsler mit 16 Palettenplätzen sowie einem Revolvermagazin für 50 Werkzeuge bestellt. Bezüglich der Werkstückaufspannung entschied man sich dabei für Paletten der Firma Erowa. Mit voll bestücktem Palettenwechsler konnte die RFM 600 DSP oft bis zu 48 Stunden durchlaufen. Während die Belegschaft nur einschichtig arbeitet, konnte die Anlage somit nahezu ununterbrochen im 24/7-Betrieb ausgelastet werden. Voraussetzung hierfür war allerdings, dass die Bearbeitungsprozesse so sicher beherrscht werden, dass man am nächsten Arbeitstag keine unangenehmen Überraschungen vorfindet. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei neben der hohen Anlagenverfügbarkeit auch die hohe Fünfachsgenauigkeit der Maschine. Durch von Röders entwickelte Steuerungsfunktionen werden die trotz hochgenauer Maschinenmontage unvermeidlichen Abweichungen der Geometrie erfasst und automatisch steuerungsintern kompensiert, so dass die Werkstücke in der von SMTO geforderten hohen Genauigkeit gefertigt werden können.

Zur Maschine gehört – inzwischen Standard – auch ein Werkzeugmesslaser. Um damit allerdings hochgenaue Messergebnisse auch bei gebrauchten Werkzeugen erzielen zu können, muss das Werkzeug vor der Vermessung gereinigt werden. Nachdem umfangreiche Versuche im Hause Röders zeigten, dass ein Abblasen mit Luft nicht ausreicht, um eine zuverlässige Werkzeugreinigung zu erreichen, wurde ein spezielles Spray-Reinigungssystem entwickelt, das anhaftendes Öl oder Späne sicher entfernt. So kann die – gerade von einer automatisierten Anlage – geforderte hohe Prozesssicherheit erreicht werden.

„Die mit dieser Anlagenkonfiguration erzielten Ergebnisse waren so gut, dass wir uns im Jahr 2008 entschlossen, die vorhandene Anlage zu einer vollständig automatisierten Mehrmaschinenlinie zu erweitern“, sagt Bruno Jeauneau. „Rückgrat“ der Lösung ist ein 13 m langer Linearroboter Röders RC 4, der die bisherige RFM 600 DSP sowie die neu beschaffte dreiachsige RXP 800 und die fünfachsige RXP 800 DS miteinander verknüpft. Entlang seiner Linearschiene bedient der Roboter 40 Plätze für große Paletten, 60 Plätze für kleine Paletten, die überwiegend für Elektroden genutzt werden, sowie 300 externe Werkzeugplätze. Zudem hat der Roboter Zugriff auf interne Werkzeugmagazine und Spannsysteme der einzelnen Bearbeitungszentren. Für die Handhabung der unterschiedlichen Werkstücke und Werkzeuge verfügt er über einen separaten Greiferbahnhof für jeweils angepasste Greifer.

Bei den HSC-Maschinen setzt SMTO damit auf die neueste Technologie von Röders: Die Maschinen sind mit Lineardirektantrieben in allen Achsen für höchste Dynamik und Genauigkeit bei völliger Verschleißfreiheit ausgestattet. Ihre hohe Steifigkeit gewährleistet optimale Bearbeitungsqualität, während durch die Reibungsfreiheit der Energieverbrauch, wie in Vergleichsversuchen mit entsprechenden Maschinen mit Kugelgewindetrieben ermittelt wurde, deutlich geringer ausfällt. Nützlich ist zudem eine spezielle Steuerungsfunktion, mit der in einem vorgegebenen Bereich die Drehzahl der Spindel bezüglich optimal ruhigem Lauf automatisch ermittelt wird: Während es oft für die Schnittbedingungen nicht entscheidend ist, ob mit 2.000 min-1 mehr oder weniger gefräst wird, kann ein über eine Drehzahlmodifikation erreichter ruhigerer Lauf des Werkzeugs das Bearbeitungsergebnis deutlich verbessern.

„Im Vergleich mit drei individuell automatisierten Einzelzellen weist diese integrierte Gesamtlösung merkliche Vorteile auf“, sagt Bruno Jeauneau. Hervorzuheben sei insbesondere die wesentlich erhöhte Flexibilität durch die Möglichkeit, Paletten und Werkzeuge beliebig den einzelnen Anlage zuzuordnen oder auch im laufenden Betrieb die Prioritäten zu ändern.

Besonderer Pluspunkt der neuen Gesamtlösung ist die Tatsache, dass alle Bestandteile aus einer Hand stammen und somit die Vorteile der Röders-eigenen Maschinensteuerungen ohne Schnittstellenverluste voll nutzbar sind. Die Gesamtkoordination erfolgt durch das speziell für die Automation des HSC-Fräsens entwickelte Jobmanagementsystem RMSMain. Dieses berücksichtigt unterschiedlichste Strategien und erlaubt Ansätze wie Rohteilmanagement, werkzeugorientierte Aufsplittung von Jobs, um Werkzeugwechselzeiten einzusparen, oder die maschinentypenbezogene Vergabe von Aufträgen. Hierunter ist zu verstehen, dass auch ein 5-Achs-BAZ einen 3-Achs-Job zugewiesen bekommen kann, wenn dies für die optimale Gesamtabwicklung Sinn macht.

Im Bereich des Werkzeugmanagements unterstützt RMSMain einen mehrstufigen Ansatz, bei dem ein zentrales Werkzeugmagazin mit maschineninternen Werkzeugcaches zusammenarbeitet. Standardwerkzeuge werden typisiert und ebenso wie Sonderwerkzeuge in bedarfsgerechter Stückzahl vorgehalten. Eine Vorausanalyse (Look-ahead) sorgt dafür, dass Werkzeuge rechtzeitig und hauptzeitparallel in den Werkzeugpuffer direkt am jeweiligen BAZ eingewechselt werden. Die Typisierung von Standardwerkzeugen hilft bei der Eingrenzung des „Werkzeugzoos“ und verringert den entsprechenden Programmieraufwand. Zudem werden so auch die Bedienung der Anlage und die Werkzeugvorbereitung vereinfacht. Beispielsweise werden verschlissene Werkzeuge automatisch in einem getrennten Bereich ausgeschleust, so dass der Anlagenbediener fehlersicher und effizient verschlissene Werkzeuge entnehmen und ggf. Neuwerkzeuge nachlegen kann.

Dank des zentralen Jobmanagements und der Werkzeugverwaltung kann die komplette Anlage sehr effizient bedient werden, da der Bediener sie wie eine einzige Anlage mit drei Spindeln behandeln kann, für die nur ein Werkzeugwechsler und eine Steuerung zu bedienen sind.

Erwähnenswert ist aus Sicht von Bruno Jeauneau auch die Kommunikationsfähigkeit der Anlage. Diese gehe deutlich über die sonst übliche Telediagnose für den Kundendienst des Anlagenherstellers hinaus. So könne er sich von zu Hause aus mit seinem Laptop in das System einklinken und sowohl direkte Aktionen wie beispielsweise das Ausschleusen von Werkstücken als auch Strategieanpassungen durch den Aufruf alternativer Bearbeitungsprioritäten veranlassen.

Aufgrund der guten Erfahrungen denkt man bei SMTO bereits daran, diese Fertigungslinie später noch um zusätzliche Anlagen – unter anderem eine Koordinatenmessmaschine – zu erweitern. Als Vorteile einer solchen integrierten Lösung sieht man beispielsweise den Entfall des manuellen Wechsels zwischen verschiedenen Arbeitsgängen sowie eine Reduzierung der innerbetrieblichen Logistik.

www.roeders.de

www.smto-moules.fr