Zehnfache Steigerung der Mitarbeiterproduktivität

Automatisiertes Bearbeiten von Turbinenschaufeln

| Redakteur: Anne Richter

Die Montagelinie der Turbinen bei der MTU in München.
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Die Montagelinie der Turbinen bei der MTU in München. (Bild: Liebherr)

Da das weltweit steigende Luftverkehrsaufkommen zu rapide wachsender Nachfrage führt, muss die Fertigungstechnologie von Flugzeugantrieben modernisiert werden. Hierbei stützt sich die MTU Aero Engines auf ein Team aus den Lieferantenpartnern Liebherr, Blohm, AMT und Soflex.

«Bei der Hochpräzisionsbearbeitung von Schaufeln für Turbinen kommt es auf höchste Genauigkeit an», erläutert Marc Weiss, Leiter Flexible Fertigungssysteme bei der MTU Aero Engines in München. Das Unternehmen gehört zur Spitzengruppe der Hersteller von zivilen und militärischen Luftfahrtantrieben aller Leistungsklassen sowie von stationären Industriegasturbinen. Bei Turbinenschaufeln handelt es sich um Gussteile aus schwer zerspanbaren Nickelbasislegierungen mit hochkomplexer Geometrie, die mit äusserster Präzision bearbeitet werden müssen. Im Betrieb müssen die Schaufeln extremste Bedingungen – enorme Fliehkräfte, Temperaturen nahe am Schmelzpunkt und starke Vibrationen – aushalten. Ein Bruch könnte zur Zerstörung des Triebwerks führen. Für alle Schritte der Herstellung gelten daher äusserst strenge Qualitätsanforderungen. Für die Entwicklung einer neuen, hoch automatisierten Fertigungsanlage kamen daher nur Zulieferpartner infrage, die höchste Qualität und Zuverlässigkeit gewährleisten konnten.

Ein Mitarbeiter für vier parallel laufende Schleifmaschinen

«Die Anforderungen der MTU waren enorm und liefen auf eine mehr als zehnfache Steigerung der Mitarbeiterproduktivität hinaus», erinnert sich Michael Appel, Gebietsverkaufsleiter Automationssysteme bei Liebherr-Verzahntechnik GmbH in Kempten. Um die enorm steigende Nachfrage bedienen zu können, sollte die Produktivität massiv gesteigert werden. Bisher war jeweils ein Mitarbeiter erforderlich, um eine bis zwei Maschinen in einer Fertigungskette aus einzelnen Stationen manuell zu bedienen. Bei der neuen Lösung reicht dagegen ein einziger Mitarbeiter aus, um eine sehr hohe Bearbeitungstiefe an vier parallel arbeitenden, vollautomatischen Schleifbearbeitungszellen zu erreichen. Jede Zelle besteht aus einem 6-achsigen Schleifbearbeitungszentrum Prokos XT von Blohm, das von einem Roboter der Firma AMT versorgt wird. Der Roboter erhält Werkstücke, Spannvorrichtungen, Abrichtwerkzeuge und Greiferzangen von einem vollautomatischen Liebherr-Palettenhandlingsystem (PHS). Dank seiner 250 Palettenplätze kann es die Bearbeitungszentren für mindestens 66 Stunden mannlos versorgen, sodass die Anlagen auch bei Bedienung in Gleitzeit ein komplettes Wochenende durcharbeiten können. Auf der anderen Seite der Fertigungszellen verläuft ein ebenfalls von Liebherr geliefertes Ladeportal (LP), über das die Maschinen mit Werkzeugen und Schleifscheiben versorgt werden. «Gehirn» des Ganzen ist ein Leitsystem von Soflex, das alle Anlagen miteinander vernetzt und eine weitestgehend selbstorganisierte Produktion ermöglicht. Dieses neue Flexible Fertigungssystem (FFS) kann rund 15 verschiedene Bauteiltypen gemischt in beliebigen Stückzahlen bearbeiten. Der Arbeitsplatz für Maschinenbediener wurde zudem behindertengerecht ausgelegt.

Automatisierungskomponenten

Liebherr ist ein weltweit führender Spezialist für Automatisierungslösungen. Der Produktbereich Liebherr-Automationssysteme gehört zur Liebherr-Verzahntechnik GmbH in Kempten und verfügt über jahrzehntelange Erfahrung. Mit einem breiten Produktspektrum wie z. B. Linearportalen, Palettenhandhabungssystemen und Förderanlagen können Projekte in allen Bereichen der Fertigung und Montage realisiert werden. Der Bereich Automationssysteme realisiert in Zusammenarbeit mit namhaften Maschinenherstellern Linienverkettungen, die Automatisierung von Bearbeitungszentren sowie die Systemintegration von Werkzeugmaschinen.

Schleifbearbeitungszentren

Schleifmaschinen der Blohm Jung GmbH gelten weltweit als Massstab bezüglich Produktivität, Leistung und Präzision. Neben Standardmaschinen zum Flach- und Profilschleifen in Einzelstücken und Kleinserien werden auch kundenspezifisch angepasste Produktionsanlagen hergestellt. Ein modulares Baukastensystem ermöglicht dabei Lösungen für fast jede Werkstückgrösse. Die Blohm Jung GmbH ist als Teil der United Grinding Group mit eigenen Niederlassungen in Indien, China, Russland und den USA international vertreten und im Bereich der Flugzeugturbinenindustrie Technologieführer. Die bei der MTU eingesetzten Anlagen verfügen über sechs Achsen und einen Dreh-Schwenktisch mit Nullpunktspannsystem, eine Profilierstation mit diamantbestückten Abrichtrollen für die Schleifkörper sowie einen Werkzeugwechsler für Schleifscheiben, Bohrer, Fräser und Messtaster. Die eingesetzte Bearbeitungssoftware wurde speziell von der MTU entwickelt.

Montageroboter

Eine sehr diffizile Aufgabe übernehmen die in den einzelnen Zellen eingesetzten Montageroboter von AMT, einem Montage- und Verschraubungsspezialisten mit umfassender Erfahrung unter anderem in der Automobilindustrie. Die Roboter müssen die einzelnen Schaufeln aus Gestellen entnehmen, mit äusserster Präzision in eine spezielle Vorrichtung einlegen und dann durch Verschraubung spannen. Anschliessend wird die Vorrichtung samt dem eingespannten Teil an das Schleifbearbeitungszentrum übergeben und dort mithilfe eines Nullpunktspannsystems fixiert. Diese Operation ist äusserst diffizil und erfordert sehr viel Know-how sowohl bezüglich der Übergabe als auch der Sensitivität der Verschraubungsoperationen. Die Turbinenteile müssen dabei wie rohe Eier behandelt werden, weil selbst kleinste Schäden oder Kratzer an der Oberfläche unzulässig wären.

Fertigungssteuerung

Für die Fertigungssteuerung kommt ein Leitsystem von Soflex zum Einsatz. Dieses digitalisiert, vernetzt und organisiert Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte direkt miteinander und optimiert hierbei die gesamte Wertschöpfungskette bis hin zur vollautomatisierten Werkstück- und Betriebsmittelbereitstellung. Die Software plant und organisiert die Auftragsabwicklung, steuert den Werkstück-Durchlauf sowie die Bereitstellung von Werkzeugen, NC-Daten, Vorrichtungen etc. und übermittelt die benötigten Fertigungsinformationen an die Bearbeitungsmaschinen oder an den manuellen Arbeitsplatz. Zugleich fungiert das System als Bindeglied zwischen der Fertigung und den übergeordneten Managementebenen, indem es den automatisierten Informationsaustausch mit den anderen IT-Strukturen der Unternehmensplanung (ERP-, CAD/CAM- und PDM-Systeme) übernimmt.

Enge Partnerschaft beim Engineering

«Die eigentliche Herausforderung bestand für Liebherr darin, unsere modularen Automatisierungskomponenten so auszuwählen und mit den übrigen Systemen zu verknüpfen, dass ein reibungsloses Zusammenspiel zustande kam», ergänzt Michael Appel. Zudem übernahm Liebherr auch die Verantwortung für die CE-Zertifizierung der kompletten Anlage. Die Zusammenarbeit im sehr kleinen, dafür aber auch sehr effizienten Engineeringteam wurde von der MTU koordiniert. Im Team arbeiteten die Partnerunternehmen, die in ihren Märkten jeweils zu den Top-Anbietern zählen, auf Augenhöhe zusammen, tauschten Ideen aus und entwickelten im Dialog die entscheidenden Merkmale des Systems. Das umfasste selbst Details wie eine Hilfsfunktion für den Bediener, bei der ein Laserpointer auf die Stelle zeigt, wo das nächste einzusortierende Teil hingehört.

Kriterien für die Partnerwahl

«Das System, das wir zusammen geschaffen haben, ist sehr komplex und dem bisherigen Stand der Technik weit voraus», freut sich M. Weiss. Hierbei habe Liebherr nicht nur durch passende Produkte im Automatisierungsbereich überzeugt: Ebenso wichtig war die Tatsache, dass die eingesetzte Technologie sehr ausgereift ist und sich im Praxiseinsatz bei zahlreichen Anwendern bestens bewährt hat. Besonders hervorzuheben sei auch die Kompetenz des Vertriebs. Herr Appel habe sich als technisch äusserst versierter Partner erwiesen, der sich intensiv beteiligte und zahlreiche gute Ideen einbringen konnte. Das Ramp-up der Gesamtanlage sei erfolgreich angelaufen und die bisher erzielten Ergebnisse entsprächen den Planvorgaben. Mit der neuen Anlage sehe sich die MTU für die Anforderungen der Zukunft bestens gerüstet. -ari- SMM

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