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Laser-World-Trendindex 2017Deutsche Industrie greift zum Laserschwert

Laser World of Photonics

Im weltweiten Wettlauf um die Industrieproduktion der Zukunft setzen deutsche Unternehmen auf Photonik: Knapp 80 Prozent wollen künftig mit Licht-Werkzeugen Fertigungskosten reduzieren – beispielsweise durch geringeren Verschleiß in der Materialverarbeitung. 

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BearbeitungszentrenRichtig geschaltet

Zulieferer müssen auch beim Ausfall einer Fertigungseinrichtung kurzfristig lieferfähig bleiben. Mit Transferstraßen ist dies nicht zu erreichen. Der Automobilzulieferer ISE hat richtig geschaltet und produziert Schaltgabeln für Getriebe auf den vierspindligen Bearbeitungszentren BA 400-4. Diese gewährleisten bei hoher Produktivität eine durchgängige Lieferfähigkeit.

Bearbeitungszentren: Richtig  geschaltet

Automatik- oder manuelles Getriebe: Das ist für viele Autofahrer noch immer eine Glaubensfrage. Während in Nordamerika und in Japan die Automatik mit einem Anteil von mehr als 80 Prozent den Markt beherrscht, dominiert in Europa eindeutig das manuell geschaltete Getriebe. Damit dieses leicht und schnell zu schalten ist, kommt es bei der Herstellung auf höchste Präzision aller Komponenten an. Ein wichtiger Bestandteil manuell zu schaltender Getriebe sind die Schaltgabeln. Sie bestehen aus gestanztem, gebogenem, zerspanend bearbeitetem und mit Zusatzteilen montiertem Bandstahl. Da Fahrzeughersteller sie für mehrere Gangstufen nutzen, benötigen sie die Bauteile in großen Serien. Zulieferer wie die ISE fertigen solche Schaltgabeln. Ehemals produzierte das Unternehmen die Werkstücke auf einer Transferstraße. Aufgrund der zunehmend kurzfristig zu erledigenden Fertigungsaufträge mit häufig wechselnden Losgrößen bereitete das aber Schwierigkeiten. Der Stillstand nur einer Bearbeitungsstation der Transferstraße verursachte einen kompletten Ausfall der Fertigung. Der Zulieferer war für kurze Zeit nicht mehr lieferfähig. Dies ist aber bei der heute üblichen just-in-time Fertigung nicht mehr duldbar. Kostenintensive Zwischenlager mit fertig bearbeiteten Bauteilen, um einem solchen Lieferausfall zu begegnen, sind unwirtschaftlich. Der Zulieferer benötigte also eine ausfallsichere Fertigung mit sich ggf. wechselseitig ersetzenden Maschinen. Darüber hinaus bereiteten die geforderten Genauigkeiten an den Werkstücken Schwierigkeiten. Im Produktionsablauf wird ein Bolzen in die gebogenen Schaltgabeln eingepresst. Er muss zu den Bohrungen in der Schaltgabel Abstände und Winkligkeit bzw. Parallelität bei einer maximalen Abweichung von nur wenigen hundertstel Millimeter einhalten. Wegen der bei Transferstraßen üblichen Spannvorrichtungen war das bei den gebogenen, rückfedernden Werkstücken nicht einzuhalten.

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Vierspindler schafft Produktivität

Deshalb entschied sich das Unternehmen Bearbeitungszentren zu beschaffen. Mit üblichen Einspindlern ist allerdings die benötigte hohe Produktivität nicht oder nur mit einer Vielzahl parallel arbeitender Maschinen zu erreichen. Letzteres ist wegen des erforderlichen Bedienpersonals unwirtschaftlich. Zudem steht für die benötigten Maschinen nicht ausreichend Stellfläche zur Verfügung. Wesentlich besser arbeiten die Zulieferer dagegen seit einiger Zeit auf horizontalen, vierspindligen Bearbeitungszentren der SW - Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH. Diese Maschinen haben speziell für die Fertigung in großen Serien bei Automobilzulieferern umfassende Vorteile. So können die Wittener jährlich mit nur drei Maschinen bis zu 4,2 Millionen Schaltgabeln fertigen. An den gebogenen Werkstücken müssen mehrere Bohrungen vor- und auf Passmaß fertig gebohrt sowie angefast werden. Dazu verfügen die Bearbeitungszentren über vier Spindeln mit jeweils bis zu 16 kW Antriebsleistung bei stufenlos von 50 bis 17.500 min-1 programmierbaren Drehzahlen. Diese bearbeiten vier Werkstücke und nach einem Versatz in der X-Achse weitere vier parallel. Das minimiert die Nebenzeiten. Dazu tragen zusätzlich speziell entwickelte Kombinationswerkzeuge bei. Beispielsweise ein mit Wendeschneidplatten ausgerüsteter Stufenbohrer fertigt eine Bohrung vor, auf Passmaß N7 und bearbeitet eine vorderseitige Fase. Anschließend fast das Werkzeug, zirkular arbeitend, mit einer speziellen Schneide die Bohrung rückwärts an. Dieses Werkzeugkonzept minimiert zum einen unproduktive Nebenzeiten für Werkzeugwechsel, zum anderen reduziert es die Anzahl der im Magazin zu bevorratenden Werkzeuge. So können Schwesterwerkzeuge bevorratet werden, die die Maschine automatisch einwechselt. Das ermöglicht einen vorübergehend unbeaufsichtigten Betrieb und damit eine Mehrmaschinen-Bedienung. Zu kurzen Nebenzeiten trägt auch das hauptzeitparallele Be- und Entladen der Spannbrücken mit jeweils acht Werkstücken bei. Zwei Spannbrücken befinden sich auf dem um 180° schwenkenden Hauptträger. Während die Werkstücke auf der einen Spannbrücke im Arbeitsraum bearbeitet werden, be- und entlädt der Bediener Werkstücke auf der zweiten Spannbrücke außerhalb des Arbeitsraums. Dabei ist er durch eine automatisch öffnende und schließende Tür vor Kühlschmierstoff und Spänen geschützt. Das Einschwenken der Spannbrücke in den Arbeitsraum mit dem Hauptträger dauert nur vier Sekunden.

Nebenzeiten erheblich minimiert

Um die geforderten Genauigkeiten zu erreichen, haben die Fertigungsspezialisten von SW die Bearbeitungszentren mit speziellen Spannvorrichtungen ausgerüstet. Nach dem Einlegen der Schaltgabeln in die Spannvorrichtungen fixieren hydraulische Spanner die rückfedernden Werkstücke gegen Festanschläge. Das gewährleistet die geforderte Genauigkeit bei den Abständen und der Winkligkeit der Bohrungen zu dem eingepressten Bolzen. Zusätzlich lassen sich die Spannvorrichtungen exakt auf den genauen Spindelabstand von 200 mm justieren. Auch das trägt zur hohen Genauigkeit beim Bearbeiten der Bohrungen in den Schaltgabeln bei. Für ein gutes Abfließen der Späne sorgt die horizontale Anordnung der Hauptspindeln. Darüber hinaus spült das unter einem Druck von bis zu 80 bar zugeführte Kühlmittel die Späne aus dem Schneideneingriff. Insbesondere wegen des weichen Umformstahls Ust 2 nach EN 10149-2 der Schaltgabeln ist dies entscheidend für die Prozesssicherheit. Der Werkstoff bildet beim Bohren und Fräsen lange Wirrspäne. Diese neigen zum Klemmen und können Werkzeuge beschädigen. Durch das unter hohem Druck zugeführte Kühlschmiermittel und die horizontale Lage beim Bohren werden die Späne aber weitgehend gebrochen und gut nach unten aus dem Werkzeugeingriff abgeführt. Für eine vollständige Prozesssicherheit verfügen die Bearbeitungszentren über eine Werkzeugüberwachung (Artis). Sie unterbricht bei außergewöhnlichen Änderungen des Drehmoments, z.B. bei stumpfen Schneiden oder abgebrochenen Werkzeugen, automatisch die Bearbeitung. Das vermeidet Schäden an Maschine und Werkzeugen und reduziert die Ausschussmenge der Werkstücke. Mit drei Bearbeitungszentren der Baureihe BA 400-4 verfügt der Zulieferer jetzt über die erforderliche Produktivität zum Fertigen der Schaltgabeln in großen Serien. Zudem stellt er mit den Maschinen eine durchgängige Lieferfähigkeit sicher. Bei Stillstand einer der drei Maschinen produzieren die anderen beiden weiter. Darüber hinaus ist er flexibel für Varianten der Schaltgabeln. Ohne aufwändiges mechanisches Umrüsten kann er innerhalb kürzester Zeit durch Änderungen an den NC-Programmen die Varianten fertigen. Besonders vorteilhaft für ISE war, dass SW das komplette Konzept für diese Fertigung entwickelt und realisiert hat. Durch diese Systempartnerschaft gab es bei der Inbetriebnahme keine Verzögerungen. Vermieden wurden insbesondere Schwierigkeiten mit Schnittstellen zwischen Mechanik, Hydraulik und Elektrik sowie Abstimmungen der Werkzeuge. SW hat sämtliche Komponenten bereits im Haus vor der Inbetriebnahme sorgfältig aufeinander abgestimmt und getestet. Dadurch konnte der Zulieferer in Witten bereits sechs Monate nach dem ersten Konzeptvorschlag auf den vierspindeligen Bearbeitungszentren prozesssicher in Serie fertigen.

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