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Manufacturing-Execution-SystemeDie selbstregelnde Fabrik

Mobile MES-Anwendungen mit Hydra von MPDV

Begriffe wie Selbstregelung, Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen tauchten bereits in den Anfängen der Industrie 4.0 auf. Sie halten sich hartnäckig, werden in jüngster Zeit sogar häufiger genannt.

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Konzepte für das FräsenKonsequent standardisiert

Komplexe Geometrien, problematische Werkstoffe, geringe Toleranzen und der Zwang zu kurzen Bearbeitungszeiten führen zu Investitionen in die Fertigungstechnik. Bei spanenden Fertigungsgängen fließt das Geld zumeist in leistungsfähigere Maschinen und die Bearbeitungswerkzeuge. Vor allem Spezialwerkzeuge sollen die Hauptzeiten in der Serienfertigung senken.

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Techno-SCOPE: Konsequent standardisiert

Dass hier einige Potenziale zu erschließen sind, ist unstrittig. Aber es wird zu häufig an einzelnen limitierenden Faktoren gearbeitet, was naturgemäß jeweils nur lokale Optimierungen erbringen kann. Reicht die Antriebsleistung einer Maschine nicht für den Einsatz eines größeren Spezialwerkzeugs, wird in ein größeres „Kaliber“ investiert. Ein höherer Komplexitätsgrad in einem Fräswerkzeug kann den Bearbeitungsvorgang beschleunigen, verlangt aber große Serien zur Amortisation und wirft bei Bruch erhebliche Probleme auf. Häufig lohnt eine intensive Betrachtung der Gesamtstrategie bei Zerspanungsaufgaben, um über eine ganze Maschinengruppe und über unterschiedliche Aufträge hinweg zu insgesamt günstigeren Ergebnissen zu kommen. Günstig heißt in diesem Fall nicht nur kostengünstig, sondern auch das prozesssichere Erfüllen der technologischen Anforderungen der einzelnen Aufgaben.

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Mit dem Ziel, das Fräsen nachhaltig effizienter zu gestalten, hatte sich eine Arbeitsgruppe der KBA-Mödling AG nahe Wien, ein Mitglied der Unternehmensgruppe Koenig & Bauer (KBA), Gedanken über neue Ansätze gemacht. Das Unternehmen ist spezialisiert auf die Produktion von Wertpapierdruckmaschinen, Aggregaten für Bogenoffsetmaschinen und Bogenanlegern. So werden beispielsweise rund 90 Prozent aller Banknoten weltweit auf KBA-Maschinen gedruckt.

Neue Prozesse

Rund eine halbe Million Euro hatte das Unternehmen pro Jahr für Fräswerkzeuge ausgegeben. Bedingt durch die Grundausstattung der verschiedenen Maschinen und Bearbeitungszentren ist im Unternehmen die gesamte Breite an Herstellern vertreten. Um diese Vielfalt zu reduzieren, wurde ein Leistungsvergleich ausgeschrieben. Die marktführenden Lieferanten erhielten aktuelle Werkstückzeichnungen mit Ist-Werten zu Toleranzen und Bearbeitungszeiten. Erwartet wurden für diese Teile Bearbeitungsvorschläge mit Zeit- und Kostenangaben. Dabei sollten sich die Anbieter nicht nur auf eine identische Bearbeitung stützen. Das bringt erfahrungsgemäß nur mäßige Fortschritte durch eher geringe Erhöhungen von Schnittgeschwindigkeiten oder leichtes Drehen an anderen Parametern. Es sollten vor allem Vorschläge für neue Strategien und Technologien erarbeitet werden.

Weg von Sonderwegen – hin zum Standard

Als erstes Projekt ging die Projektgruppe aus Mitarbeitern von Werkzeughersteller und KBA-Mödling das Bearbeiten von Druckwalzen aus GGG 25-30 an. Die sind an Mantelfläche, Stirnseiten und an beiden Aufnahmen, den Stummeln, zu bearbeiten. Die Konturen der zylindrischen oder kegelförmigen Stummel wurden bisher mit glockenförmigen Sonderwerkzeugen erzeugt. Da jeder Durchmesser ein separates Werkzeug erfordert, fallen für Werkzeuge und ihr Handling hohe Kosten an. KBA erweiterte deshalb die Optimierungsvorgaben durch die Forderung: Ersetzen der Sonderwerkzeuge durch möglichst einen Standardfräser – bei gleichbleibender Bearbeitungszeit. Gelöst wurde diese Aufgabe durch Zirkularfräsen mit einem Planfräser aus der Ingersoll-Baureihe Rotomill. Mit 80 Millimeter Durchmesser und fünf Wendeschneidplatten mit je acht Schneiden neutraler Geometrie dauert die Bearbeitung der zylindrischen Stummel rund 13 Minuten, die der kürzeren kegelförmigen etwa acht Minuten. Gewählt ist eine Drehzahl von 1100 pro Minute bei 2600 Millimeter Vorschub pro Minute. Trotz des um 300 Millimeter auskargenden Werkzeugs werden die Zeit- und Toleranzvorgaben erfüllt, so dass auch das abschließende Feinschlichten mit einem Wirbelgerät in den vorgegebenen Zeitrahmen passt. Auch der Maschinenbediener registriert erfreut die Vorteile der neuen Strategie.

Neben den sinkenden Werkzeugkosten und Handlingaufwand ergeben sich bei näherer Betrachtung weitere interessante Vorteile: Zum einen erleichtert die Beschränkung auf nur ein Werkzeug die Mehrmaschinenbedienung. Und auch die Späneabfuhr erledigt sich fast von selbst. Diese fallen jetzt auf das Maschinenbett und müssen nicht mehr aus dem Glockenwerkzeug „herausgepuhlt“ werden.

Endstand 8 : 4 –

Maschinenleistungen

Neben dem Entwickeln und Umsetzen neuer Strategien der Bearbeitung ist nach wie vor in vielen Unternehmen schlicht durch Einsatz leistungsfähigerer Werkzeuge die Verkürzung der Bearbeitungszeit möglich. Dabei muss das Standardprogramm zumeist nicht verlassen werden. Je nach Werkzeugwahl kann die Maschinenleistung voll ausgeschöpft werden und so die Bearbeitung insgesamt effizienter werden. So sind bei KBA Mödling jährlich rund 5000 Maschinenfüße aus GG25 zu fräsen. Die etwa 120 Millimeter im Quadrat messenden Teile werden zu jeweils acht Stück auf den vier Seiten eines Aufspannwürfels gespannt und mit Standardfräser geschruppt. Der Planfräser mit 125 Millimeter Durchmesser mit acht Wendeschneidplatten mit je acht Schneiden erreichte bei gleicher Bearbeitungszeit den fünffachen Standweg gegenüber dem vorher eingesetzten Fräser.

Ähnliche Einsparungen ergab das Frä­sen einer Steuerkurve aus C45. Deren Außenkontur wird, wie schon bisher, mit einem Walzenstirnfräser erzeugt gefräst. Allerdings erlaubt das jetzt eingesetzte Werkzeug bei gleicher Schnitttiefe erheblich höhere Schnittgeschwindigkeit, Drehzahl und Vorschub. Unter Berücksichtigung aller Einflussgrößen bestätigte die Wirtschaftlichkeitsrechnung, dass die Bearbeitungskosten pro Werkstück nur rund ein Drittel der bisherigen Bearbeitung betragen.

Über die Grenzen hinaus denken – und handelnMeinolf Droege

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