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Die neue Dimension der Zerspanung

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Durch den Komplettumbau der Fräserei mit sechs neuen Bearbeitungszentren und zwei Beladerobotern verfügt das oberösterreichische Unternehmen milltech über ein Fertigungssystem, dass in seiner Komplexität und Dimension wahrscheinlich weltweit einzigartig ist — in der Endausbaustufe kann das System bis zu acht Bearbeitungszentren mit unterschiedlichen Palettendimensionen bestücken. Dies führt zu einer Erhöhung der Spindellaufzeiten um rund 50 Prozent, womit eine enorme Produktivitätssteigerung und Qualitätsverbesserung erzielt wird. Die Basis für die Automatisierungslösung stellt das Grazer Unternehmen resolfe mit einem linearen Palettenspeichersystem für rund 260 Paletten zur Verfügung.

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Die Dimension der Anlage ist enorm: Auf einer Länge von 42 m, einer Breite von 4,5 m und einer Höhe von 5 m finden in dem linearen Palettensystem von resolfe 160 Maschinenpaletten und 100 Europaletten/-gitterboxen Platz. Insgesamt sechs Bearbeitungszentren — 3 x DMC 65H, 1 x DMC 125 U von DMG, 1 x C 20 U, 1 x C 30 U von Hermle — werden von dem linearen Palettensystem und einem KUKA Roboter bedient. (Foto Praschl)

Die Dimension der Anlage ist enorm: Auf einer Länge von 42 m, einer Breite...

Bereits vor mehr als 10 Jahren hat Michael Stockinger, Geschäftsführer der milltech GmbH, mit der Bearbeitung komplexer 5-Achs-Teile begonnen. Heute beschäftigt der gelernte Werkzeugmacher am Standort St. Marienkirchen bei Schärding rund 50 Mitarbeiter.

Der Fertigungsfokus liegt nach wie vor in der Bearbeitung komplexer 5-Achs-Teile. Der Kundenkreis kommt aus der Luftfahrt, der Windenergie, der Elektroindustrie, dem Fahrzeugbau und dem allgemeinen Maschinenbau, für die man zu 60 % Aluminium, zu 30 % verschiedene Stahlwerkstoffe und zu rund 10 % glasfaserverstärkte Kunststoffteile zerspant. Die Prozesskette erstreckt sich vom Prototypen bis zur Serienreife. Musterbau, Formenbau, Werkzeug- und Vorrichtungsbau mit eigener Konstruktion sind daher selbstverständlich.

Neubau als Chance

Das rasante Wachstum der letzten Jahre forderte immer wieder unkonventionelle Lösungen, um die vorhandenen Kapazitäten zu erweitern. „Mit der Zeit wurden uns unserer gemieteten Räumlichkeiten zu klein. Das veranlasste mich im Jahr 2007 über einen Neubau nachzudenken“, erzählt Michael Stockinger. Aus der Idee reifte schnell ein konkretes Projekt, in dem von Anfang an eine hochgradige Automatisierung der Fertigung vorgesehen war. „Ich beschäftigte mich bereits seit geraumer Zeit mit dem Thema Automatisierung. Am Standort Österreich ist eine möglichst hohe Produktivität Pflicht“, erklärt er weiter.

Der Großteil
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Sechs Rüsstationen für die verschiedenen Maschinenpalettengrößen und fünf Schleusen zur Verwaltung des Rohmaterials stehen milltech zur Verfügung. (Foto Praschl)

Sechs Rüsstationen für die verschiedenen Maschinenpalettengrößen und fünf...

des Fertigungsspektrums sind wiederkehrende kleine bis mittlere Serien, aber auch Einzelteile werden gefertigt. Aufgrund der breiten Streuung der Bauteilgrößen von wenigen Kilogramm bis zu zwei Tonnen und den unterschiedlichen, zu bearbeitenden Werkstoffen benötigt milltech verschiedene Maschinentypen — vertikale und horizontale Bearbeitungszentren mit unterschiedlichen Tischgrößen. Dieser Umstand erschwert eine Gesamtautomatisierungslösung erheblich.

Von der Idee zur Wirklichkeit

„Natürlich führt man bei so einem Projekt viele Gespräche mit Experten der Branche. Eines dieser Gespräche führte mich schlussendlich auf den richtigen Weg, meine hohen Erwartungen in Sachen Automatisierung zu erfüllen“, erinnert sich Michael Stockinger an ein Schlüsselerlebnis. Dieses Gespräch führte er mit Manfred Lehenbauer, Geschäftsführer der Firma M&L – Maschinen und Lösungen.

M&L vertritt den österreichischen Automatisierungsspezialisten resolfe gmbh & co kg. „Aufgrund der vielen verschiedenen Maschinen, die bei milltech im Einsatz sind, kam für mich als mögliche Gesamtautomatisierungslösung nur ein lineares Palettensystemen mit einem Regalbediengerät (RBG) in Frage. Die Spezialisten von resolfe haben bereits ähnliche, wenn auch nicht so komplexe Projekte, realisiert. Die Tatsache, dass so eine umfassende Lösung, die für milltech nötig war, nicht von der Stange zu haben ist, machte die Aufgabe äußerst interessant“, erinnert sich Manfred Lehenbauer.

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Das Regalbediengerät (RBG) verfügt über zwei getrennte Lastaufnahmemitteln für Maschinenpaletten und Europaletten/-gitterboxen. (Foto Praschl)

Das Regalbediengerät (RBG) verfügt über zwei getrennte Lastaufnahmemitteln...

ist ein unabhängiger Hersteller von Palettensystemen für Bearbeitungszentren. Sowohl Palettensysteme für Einzelmaschinen, Knickarmroboter, Rund-Pools oder Linear-Pools zur Verkettung von mehreren Bearbeitungszentren stehen zur Verfügung. „Grundsätzlich sind Palettensysteme mit einem RBG auf horizontale Bearbeitungszentren ausgelegt – zumeist vom selben Typ. Da wir aber auch vertikale Bearbeitungszentren im Einsatz haben, konnte ich mir am Anfang diese Lösung nur schwer vorstellen“, erwähnte Michael Stockinger seine anfänglichen Bedenken. Gemeinsam entwickelte man aber auch für dieses, nicht unwesentliche Detail, eine sehr wirtschaftliche Lösung. „Wir wissen, dass man in Kombination mit Robotern höchst effiziente Automatisierungslösungen für vertikale Maschinen erzielen kann. Daher erweiterten wir unsere Anlage um einen Beladeroboter, der auf einer linearen Achse die Paletten vom RBG übernimmt und die vertikalen BAZ belädt“, erklärt DI Werner Mühlegger, Geschäftsführer resolfe.

Unglaubliche Dimensionen

„Die Lösung von resolfe hat mich aufgrund der Flexibilität und des Gesamtkonzeptes überzeugt“, erklärt Michael Stockinger. Und die Anlage kann sich sehen lassen. Nicht nur die Automatisierungslösung wurde neu konzipiert, sondern milltech investierte auch in neue Bearbeitungsmaschinen und ersetzte damit den bestehenden Maschinenpark. „Um ein möglichst reibungsloses Funktionieren der gesamten Anlage zu erzielen — eventuellen Schnittstellenproblemen mit bestehenden Maschinen aus dem Weg zu gehen, war dies nötig“, untermauert er seinen Entschluss. Dass die Gesamtinvestitionssumme
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Ein 7-achsiger KUKA-Roboter mit einem Transfergewicht bis zu 300 kg übernimmt die Paletten bzw. Werkstücke vom RBG und belädt die drei Hermle-Bearbeitungszentren. (Bild x-technik)

Ein 7-achsiger KUKA-Roboter mit einem Transfergewicht bis zu 300 kg übernimmt...

im mittleren, einstelligen Millionen-Bereich liegt, sei nur am Rande erwähnt.

Die Dimension der Anlage ist enorm: Insgesamt sechs Bearbeitungszentren — 3 x DMC 65H, 1 x DMC 125 U, 1 x C 20 U, 1 x C 30 U — werden von dem linearen Palettensystem und einem KUKA Roboter bedient. Die Anbindung zweier weiterer Bearbeitungszentren ist bereits vorgesehen. Auf einer Länge von 42 m, einer Breite von 4,5 m und einer Höhe von 5 m finden 160 Maschinenpaletten und 100 Europaletten/-gitterboxen Platz — auch der gesamte Rohmaterialbedarf ist im Prozess integriert. Die Anlage wird über insgesamt sechs Rüststationen, vier davon als Schwenkrüststation ausgeführt, beladen. Eine Rohmaterialausgabe ist ebenfalls berücksichtigt.

Die vier DMG-Bearbeitungszentren werden über das RBG beladen, die zwei Hermle 5-Achs-Bearbeitungszentren (die Anlage wird gerade um eine C 40 U erweitert) belädt ein 7-achsiger KUKA-Roboter. Der Roboter verfährt auf einer 20 m langen Linearachse und ist für Werkstückgewichte bis 300 kg ausgelegt. Zur Fertigung von Serienteilen ist der Roboter bereits zusätzlich mit einem Schunk-Werkstückgreifer vorbereitet.

Rüstzeiten minimieren, mannarme Schichten

Die Rüstzeiten sind ein bestimmendes Thema, wenn es um die Produktivität in der Zerspanung geht. Das war einer der Hauptbeweggründe für milltech, in eine derart komplexe Automatisierungslösung zu investieren. „Durch unser
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In der Werkzeugvoreinstellung ist ein Zoller venturion 600 Werkzeugvoreinstellgerät in die Automatisierungslösung integriert. Die vermessenen Daten der Werkzeuge inklusive Standzeiten werden vom Leitrechner verwaltet und zur Bearbeitung der Auftäge herangezogen. (Bild x-technik)

In der Werkzeugvoreinstellung ist ein Zoller venturion 600 Werkzeugvoreinstellgerät...

Palettensystem haben wir die Rüstzeiten erheblich minimiert. Unsere Werkzeugmaschinen können sich auf das Wesentliche, nämlich das Abarbeiten von Aufträgen, konzentrieren“, freut sich Michael Stockinger.

Neue Aufträge müssen noch genauso wie vorher gerüstet, eingefahren, bemustert und dann produziert werden. „Hier ist noch kein wesentlicher Vorteil gegenüber einer reinen Palettenmaschine zu erkennen, außer dass die Aufträge auf mehreren Maschinen parallel bearbeitet werden können“, erklärt der Geschäftsfüher und führt weiter aus: „Bei wiederkehrenden Aufträgen hingegen, werden eigene Vorrichtungen gebaut und nur einmal eingefahren. Nach der Produktion bleibt dann der Auftrag im System abrufbar. Bei erneuter Bestellung des Kunden können wir dann praktisch auf Knopfdruck produzieren.“

Ein weiterer Aspekt war es, aufgrund des Kostendrucks die 3. Schicht mannarm bzw. sogar mannlos zu gestalten. Dies ist aufgrund der Dimension der Anlage auch sehr gut möglich. „Die schwächste Schicht, aufgrund des reduzierten Personals, ist ja bekanntlich die 3. Schicht. Falls in der Nacht ein Problem auftritt, müssen die Maschinenbediener dieses Problem lösen oder aber die Produktion stoppen. Durch unsere Lösung können wir in solchen Fällen relativ einfach einen anderen Auftrag vorziehen“, nennt der Geschäftsführer einen weiteren Vorteil.

Spindelstunden erhöhen

Alles in allem geht es immer wieder um dieselbe Thematik, nämlich die Spindelstunden der Werkzeugmaschinen
zu erhöhen bzw. auszureizen. „Die Produktionszeit, so ehrlich muss man sein, wird aufgrund sicherheitsrelevanter Vorkehrungen wie z.B. Drehmomentüberwachung, Werkzeugbruchkontrolle oder der Inprozess-Werkstückvermessung um zirka 10 Prozent länger. Die höchste Prozesssicherheit ist bei solch großen und komplexen Anlagen unbedingt nötig. Der große Vorteil ist jedoch, dass die Bearbeitungen kontinuierlich und dauerhaft erfolgen. Dadurch haben wir unsere Spindelstunden um rund 50 % gesteigert“, erklärt Michael Stockinger. Um dies zu verdeutlichen, nennt er einige Richt- bzw. Erfahrungswerte: „Wenn man die gesamte Betriebszeit miteinbezieht, kommt man mit einer Einzelplatzmaschine auf ca. 1.000, mit einem Palettenwechsler auf ca. 2.000 und mit einem Palettenpool auf ca. 3.500 Jahresspindelstunden. Aufgrund der hohen Flexibilität unserer Lösung peilen wir ein realistisches Ziel von rund 5.000 produktiven Maschinestunden pro Jahr an“ Was im ersten Augenblick vielleicht nicht einmal so herausragend klingt, ist bei näherer Überlegung dann doch bemerkenswert. Immerhin wird diese Performance an allen an das System angeschlossenen Bearbeitungszentren erzielt. Wobei ein weiterer Produktivitätsvorteil zum Vorschein kommt. Alleine durch die Reduktion der Rüstzeiten konnte milltech seine Bearbeitungszentren von vorher acht auf sechs reduzieren.

Werkzeugmagazin im Prozess integriert

Alle Bearbeitungszentren bei milltech sind mit ausreichend großen Werkzeugmagazinen (180 Plätze) ausgerüstet, damit auch die Schwachstelle „Werkzeugrüsten“ für unterschiedliche Aufträge beseitigt ist. Hier spielt der Leitrechner eine wesentliche Rolle. Dieser steuert die Abarbeitung der Aufträge, kennt daher im Vorfeld die benötigten Werkzeuge pro Auftrag und gleicht diese automatisch mit den Werkzeugmagazinen der Maschinen ab. Eventuell fehlende Werkzeuge werden dadurch bereits vor dem eigentlichen Zerspanungsvorgang erkannt. „Wenn man das Werkzeugmagazin bzw. die Verwaltung der Werkzeuge nicht in das Konzept mit einbezieht, ist das System nur die Hälfte wert. Unsere Recherchen haben ergeben, dass rund
60 Prozent der Rüstzeiten auf die Werkzeuge entfallen“, so Michael Stockinger.

Das System bei milltech geht noch einen Schritt weiter. In der Werkzeugvoreinstellung ist ein Zoller venturion 600 Werkzeugvoreinstellgerät in die Automatisierungslösung integriert. Die vermessenen Daten der Werkzeuge inklusive Standzeiten werden vom Leitrechner verwaltet. Dies ist laut Michael Stockinger ein wesentliches Kriterium für eine erfolgreiche Automatisierungslösung: „Das System ist so intelligent, dass die Software die Standzeiten der Werkzeuge in den Bearbeitungsprozess mit einfließen lässt. D.h. der Leitrechner wechselt selbständig nach Erreichen der Standzeit Schwesterwerkzeuge in die Maschinen ein, egal ob am Tag oder um 3:00 Uhr in der Nacht.“ Auch das Rohmaterial wird überwacht, um hier ebenfalls eine mögliche Schwachstelle auszuschließen. „Das kann soweit gehen, dass im Falle eines Werkzeugbruchs das System selbständig einen neuen Auftrag bearbeitet, wo das beschädigte Werkzeug keine Verwendung findet. Eigentlich sind dem System keine Grenzen gesetzt“, erklärt Michael Stockinger fast schon ehrfürchtig.

Aller Anfang ist schwer

„Doch so einfach wie es klingt, ist es dann doch nicht“, warnt der milltech Geschäftsführer. „Damit so ein komplexes System reibungslos funktioniert, müssen alle Projektpartner bestmöglich zusammenarbeiten. Sicherlich ist ein Konzept dieses Ausmaßes ein gewisses Risiko, denn trotz der besten Vorbereitung treten in der Startphase immer unvorhersehbare Probleme auf.“ Was er jedoch bereits nach der relativ kurzen Betriebszeit feststellen kann, ist eine deutliche Erhöhung der Lieferperformance, die eben durch eine Verkürzung der Rüstzeiten bei den Systemteilen erzielt wird. „Wir können heute schneller auf die Wünsche unserer Kunden reagieren — wenn es sein muss auch Aufträge „auf Knopfdruck“ vom Büro aus starten“, zeigt sich Michael Stockinger zu Recht stolz.
Die Dimension der Anlage ist enorm: Auf einer Länge von 42 m, einer Breite von 4,5 m und einer Höhe von 5 m finden in dem linearen Palettensystem von resolfe 160 Maschinenpaletten und 100 Europaletten/-gitterboxen Platz. Insgesamt sechs Bearbeitungszentren — 3 x DMC 65H, 1 x DMC 125 U von DMG, 1 x C 20 U, 1 x C 30 U von Hermle — werden von dem linearen Palettensystem und einem KUKA Roboter bedient. (Foto Praschl)
Sechs Rüsstationen für die verschiedenen Maschinenpalettengrößen und fünf Schleusen zur Verwaltung des Rohmaterials stehen milltech zur Verfügung. (Foto Praschl)
Das Regalbediengerät (RBG) verfügt über zwei getrennte Lastaufnahmemitteln für Maschinenpaletten und Europaletten/-gitterboxen. (Foto Praschl)
Ein 7-achsiger KUKA-Roboter mit einem Transfergewicht bis zu 300 kg übernimmt die Paletten bzw. Werkstücke vom RBG und belädt die drei Hermle-Bearbeitungszentren. (Bild x-technik)
In der Werkzeugvoreinstellung ist ein Zoller venturion 600 Werkzeugvoreinstellgerät in die Automatisierungslösung integriert. Die vermessenen Daten der Werkzeuge inklusive Standzeiten werden vom Leitrechner verwaltet und zur Bearbeitung der Auftäge herangezogen. (Bild x-technik)

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Dennis Minder, der bereits seit sechs Jahren die Verantwortung im Bereich der Mapal Spanntechnik trägt, hat zum Start des Jahres 2021 das gesamte Produktmanagement dieses Bereichs von Jochen Schmidt übernommen. Letzterer betreut zukünftig das Marktsegment „General Machining“. Über diesen von langer Hand geplanten Schritt, die Zukunft der Spanntechnik und die neue Rolle der Marktsegmente sprechen die beiden im Interview mit der Impulse.
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