Montagetechnik, Zerspanungstechnik

Flexibilität im Griff

Kleine Losgrößen flexibel mannlos abarbeiten – der Zerspanungsexperte Gunter Geithner weiß noch gut, was es bedeutet ohne Automatisierung alle Kundenwünsche zu erfüllen. Trotz schwieriger Auftragslage musste er häufig Nachtschichten, Überstunden und Wochenendarbeit einberaumen, um Aufträge abzuarbeiten. Daher suchte er für sein gleichnamiges Unternehmen im thüringischen Laasdorf Unterstützung bei System 3R, einem Spezialisten für Automatisierung in der Montage. Chefredakteur Hajo Stotz hat sich die neue vollautomatisierte Anlage für kleine Präzisionsteile angeschaut.

Damit fing die Automatisierung bei Gunter Geithner an: An der 3-achsigen Chiron Mill 800 entnimmt die Roboterzelle Workmaster Paletten mit Werkstücken und führt diese auch zu.

Automatisierung ist nur geeignet für Großserien. Oder: Automatisierung vernichtet Arbeitsplätze. Aussagen wie diese kann Petra Geithner nicht mehr hören. „Nur dank unseres hohen Automatisierungsgrades können wir die kleinen Stückzahlen in der geforderten Qualität zu einem wettbewerbsfähigen Preis produzieren und so unsere Arbeitsplätze ausbauen und sichern“, betont die Geschäftsführerin der Gunter Geithner GmbH.

Rund 30 Mitarbeiter sind im Zwei-Schicht-System bei dem Unternehmen mit Sitz im thüringischen Laasdorf beschäftigt. 1991 wurde es von Gunther Geithner als Ein-Mann-Betrieb gegründet, 1992 stieg Ehefrau Petra mit ein. Der Kundenkreis kommt vor allem aus der medizintechnischen, optischen und feinmechanischen Industrie. Doch auch in Forschungssatelliten oder -autos sind die Thüringer Präzisionsteile zu finden.

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„Hohe Genauigkeit, Flexibilität, kurze Lieferzeiten und die Konzentration auf die Kleinteilfertigung mit hohen Qualitätsanforderungen und engsten Toleranzen zeichnen uns gegenüber dem Wettbewerb aus“, erläutert Gunter Geithner, der seine Ausbildung zum Werkzeugmacher beim Optikkonzern VEB Carl Zeiss im nahen Jena absolvierte. Für alle Werkstücke, auch wenn es kundenseitig nicht gefordert ist, werden beispielsweise Erstmuster-Prüfprotokolle erstellt. Zudem findet eine ständige Kontrolle durch die Fachkräfte und im Messraum statt. Die Mitarbeiter – an den Maschinen arbeiten ausnahmslos Facharbeiter – wurden fast alle im Hause Geithner ausgebildet.

Modernisierung spart

Bis 2005 produzierte Geithner an verschiedenen, angemieteten Standorten in Jena, 2006 erfolgte dann der Umzug in die neu erbauten, eigenen Hallen in Laasdorf. „Und mit dem Umzug“, erklärt Petra Geithner, „sind wir dann auch richtig in die Automatisierung eingestiegen.“

Den Anfang machte eine 3-achsige Chiron Mill 800, der von einer Roboterzelle Workmaster von System 3R die Paletten mit den Werkstücken zugeführt und entnommen werden. Die Chiron wurde vor allem gewählt, weil eine seitliche Beladung erforderlich war.

Die Suche nach einem geeigneten Handlingsystem gestaltete sich schwieriger, denn im konkreten Fall mussten die Greiferarme verlängert werden. Eine Anforderung, die mit dem Workmaster von System 3R am besten gelöst werden konnte. Je nach Werkstückgröße tragen die Paletten zwei bis vier Multischraubstöcke mit Delphin-Futter, die mit 450 x 450 mm großen Paletten inklusive Chip-Identsystem bestückt werden.

Das chaotisch beladene Magazin hat Platz für 15 Paletten. Petra Geithner zeigt sich mit dem erzielten Ergebnis sehr zufrieden: „Die Paletten sind 20 Stunden am Tag im Einsatz, plus Wochenende. Die Spindelstunden der Werkzeugmaschinen haben sich so ebenfalls auf die Nacht und das gesamte Wochenende erhöht, das sind 65 Stunden pro Woche mehr. Ohne die Zelle müssten wir die Maschine dreischichtig bedienen. Das wäre schon allein von der Belastung der Mitarbeiter her nicht machbar.“

Da dies auch für System 3R die erste Kombination mit einer Chiron war, wurde die Roboterzelle zunächst beim Werkzeugmaschinenhersteller aufgebaut, programmiert und getestet. „Bei Erstprojekten machen wir das immer so“, erläutert System 3R-Gebietsleiter Jonny Heiland, „um ganz sicher zu gehen, dass die Kombination beim Kunden dann einwandfrei funktioniert.“

Nachdem die Laasdorfer Zerspanungsspezialisten festgestellt hatten, welche Einsparpotenziale hier zu erzielen waren, wurde in den letzten Jahren weiter erheblich in die Automatisierung der Produktion investiert. „Seit 2006 haben wir bis heute fast den gesamten Maschinenpark mit Blick auf höhere Automatisierung modernisiert“, erläutert Petra Geithner. „Die Produktpalette hat sich dadurch auch verändert, wir stellen heute wesentlich komplexere Teile her als noch vor fünf Jahren.“
Trotz der Krise, die auch Geithner schmerzlich zu spüren bekam, wurden allein in den letzten beiden Jahren 1,5 Millionen Euro in die Modernisierung des Maschinenparks investiert. „Durch die Krise hatten wir nicht so viel Arbeit“, erläutert die Geschäftsführerin, „sonst hätten wir das gar nicht umsetzen können.“ Ein großer Anteil der Investitionen floss im letzten Jahr in zwei 5-Achs-Werkzeugmaschinen mit Montagezellen: zum einen eine Grob G350 mit einer Schuler-Zelle. „Für die mussten wir uns entscheiden, weil damals System 3R die geforderten Gewichte noch nicht handhaben konnte“, erklärt Gunter Geithner. „Inzwischen können sie das.“

Zum anderen wurde in eine Chiron FZ12 5A mit 180 Werkzeugen kombiniert mit einem Workpartner 2 Plus von System 3R investiert. Die Maschine wurde genau nach den Anforderungen ausgewählt. Zum einen hinsichtlich der Produkte: kleine, komplexe Teile mit Abmessungen bis zu 80 mm x 80 mm x 100 mm, die in einer Aufspannung zu bearbeiten sind. Zum Zweiten musste die Lösung so flexibel wie möglich sein und so viele Teile wie möglich bearbeiten können. Die Entscheidung für den Workpartner fiel auf Grund seines geringen Platzbedarfs und der hohen Anzahl der Palettenplätze. „Zudem ist die Palettengröße mit der GPS 120 von System 3R, die wir auch an anderen Maschinen im Einsatz haben, optimal für uns“, erläutert Gunter Geithner.

Der Workpartner 2 Plus ist eigentlich für das Zwei-Maschinen-Handling konzipiert. In Laasdorf bedient er jedoch statt einer zweiten Maschine einen Arbeitsplatz, an dem entweder Voreinstellungen gemacht werden, Teile vorgerüstet und direkt zur Bearbeitung oder zunächst ins Magazin eingewechselt werden können. „Den Platz wollten wir dort unbedingt haben“, erklärt Petra Geithner das Konzept, „um beim Beladen der Maschine nicht jedes Mal den Roboter abschalten zu müssen. Jetzt läuft er ständig durch und belädt entweder die Maschine oder das Magazin.“ Jonny Heiland erinnert sich: „Die Anforderung war nicht so ganz einfach, denn die geforderten Wechslerkapazitäten von 80 Magazinen sind nicht alltäglich. Mit unserem Workpartner 2 Plus, der letztes Jahr auf den Markt kam, geht das.“

Sicherer Auftragswechsel

Die Vorgabe war, immer nur ein Teil zu spannen, um das dann von allen Seiten bearbeiten zu können. Dazu benötigt man einen relativ kleinen Schraubstock. Passend zu den Teilen und den Schraubstöcken wurden die GPS 120 als Palette ausgewählt. „Das System passt sowohl von den Spannmitteln der verschiedenen Hersteller sehr gut, wie auch von den Folgekosten“, erläutert Heiland. „Die spielen natürlich bei der hohen Anzahl, die hier eingesetzt wird, eine gewichtige Rolle. Da ist die GPS 120, auf der die Vorrichtungen, Schraubstöcke und Teile direkt aufgespannt werden, eben auch sehr preiswert. So eine Palette kostet etwa 56 Euro.“

Und trotz der recht hohen Anforderungen – bei Geithner werden alle Materialien, von Edelstahl über Kunststoff bis zu Titan verarbeitet – erfüllt die Automatisierungszelle sämtliche Anforderungen hinsichtlich Stabilität, Präzision und Systemgenauigkeit. „Unsere Forderung sind Genauigkeiten von plus minus 5µ“, beschreibt Petra Geithner, „aber das ist überhaupt kein Problem. Gleichgültig ob eines oder tausend Teile, die sind alle gleich.“

Auch von Werkzeugmaschinenseite klappte durch die inzwischen gewonnen Erfahrungen die Integration problemlos: die Roboterzelle musste nur einmal geteacht werden. „Aufstellen, anschließen und losarbeiten“, fasst die Geschäftsführerin die Abwicklung zusammen. Heute werden von dem Mitarbeiter die Magazine gefüllt, die entsprechenden Programme aus der Arbeitsvorbereitung eingespeist und „dann drückt er auf den Knopf und die Maschine läuft durch“, freut sich Gunter Geithner.

Zur Absicherung der Betriebssicherheit sind die Paletten zudem, wie auch bereits an der 3-Achs-Chiron, mit einem Chip-Identsystem ausgestattet. Auf dem Chip ist abgelegt, welches Teil und welcher Auftrag auf der Palette ist. Derzeit ist die Maschine mit 80 Paletten ausgerüstet, „aber eventuell bauen wir das ja auch weiter aus“, blickt Gunter Geithner in die Zukunft.

Auf den Paletten sind bis zu sieben verschiedene Aufträge vorgerüstet, und sie befinden sich entweder in der Maschine, stehen im Regal oder sind im Lager. Wenn der Auftrag abgerufen wird, kommt die Palette in den Workpartner. Der scannt den Chip und hat sofort den Job. Petra Geithner: „Damit erreichen wir eine extrem hohe Betriebssicherheit, da ist noch nie ein Fehler passiert.“ Auf der 3-Achs-Maschine mit den großen Paletten sind teilweise sogar bis zu 16 Arbeiten montiert. „Das muss technisch absolut sicher gestaltet sein“, erläutert Petra Geithner, „sonst funktioniert unser Konzept nicht.“

Durch das Chip-Identsystem können auch die Prioritäten der Aufträge sehr einfach gewechselt werden und beispielsweise Jobs vorgezogen oder zurückgestellt werden. Petra Geithner sagt: „Da stimmen die Werkzeuge immer, es kam auch noch nie zu einer Kollision. Auch wenn man mal einen Bedienfehler macht ist noch nie etwas passiert, da das System ´weiss´, welche Werkzeuge der Auftrag benötigt.“ Durch die Automatisierung ist der Zerspanungsspezialist in der Lage, die Maschine über Nacht und am Wochenende – mit einer Bestückung nach 20 Stunden durch einen Mitarbeiter – durcharbeiten zu lassen. Doch Petra Geithner sieht auch noch Optimierungsmöglichkeiten in dem Konzept: „Mit einem Doppelgreifer könnte der Workpartner das Teil aus der Maschine abholen und fast zum selben Zeitpunkt wieder einwechseln. Pro Arbeitsgang würden wir da 45 Sekunden sparen, bei 80 Paletten sind das fast 60 Minuten.“ Jonny Heiland verspricht: „Da werden wir natürlich versuchen, eine entsprechende Lösung zu finden.“ Dennoch ist man im Hause Geithner mit den System 3R-Lösungen hochzufrieden. Geschäftsführer Geithner: „Früher fuhren wir Überstunden ohne Ende. Nachtschichten, Wochenende, rund um die Uhr, nur um die Maschinen am laufen zu halten. Selbst nach dem Auftragseinbruch hätten wir Überstunden machen müssen, obwohl die Aufträge dafür gar nicht da gewesen wären. Mit den automatisierten Anlagen konnten wir die Überstunden fast komplett abbauen.“ Zudem konnte die Flexibilität erheblich gesteigert werden. Denn sind die Arbeiten erst einmal eingerichtet, sind sehr kurzfristige Lieferzeiten möglich. „Die Kunden brauchen die Teile immer ja dringender – und das haben wir damit abgesichert“, erläutert Gunter Geithner. „Wir können die Teile extrem schnell liefern mit einer durchschnittlichen Lieferzeit bei einem Wiederholauftrag von wenigen Tagen. Zudem haben wir damit unsere Kapazitäten erhöht und können von einer Maschine auf die andere wechseln.“

Und Petra Geithner ergänzt abschließend: „Durch die Automatisierungslösungen mit System 3R und der 5-Achs-Maschine konnten wir auch unsere Kosten senken und damit wettbewerbsfähiger werden. Das hat dazu geführt, dass wir auch neue Kunden und Aufträge gewinnen konnten. Und damit sichern wir natürlich auch die Arbeitsplätze.“

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