Automatisierte Kleinserien Automatisierung ohne Kompromisse

Redakteur: Anne Richter

Flexible Einzelteil- und Kleinserienfertigung in einer automatisierten Fertigungszelle zu kombinieren, ist eine herausfordernde Aufgabenstellung. Wenn die mögliche Stellfläche der Zelle jedoch eingeschränkt ist, sind Kreativität und Flexibilität gefragt, denn Standardlösungen gibt es dafür nicht. Umgesetzt wurde dies bei der Test-Fuchs GmbH, einem österreichischen Anlagenbauer für die Luft- und Raumfahrt. Das Herz der neuen Automatisierungslösung ist die Versa 825 von Fehlmann, die in puncto Automatisierung keine Kompromisse macht.

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Zur Lagerung der Werkstücke setzt Test-Fuchs sehr platzsparend auf ein Kardex Remstar Shuttle XP 700.
Zur Lagerung der Werkstücke setzt Test-Fuchs sehr platzsparend auf ein Kardex Remstar Shuttle XP 700.
(Bild: Fehlmann)

Wer von uns denkt schon beim Betreten eines Flugzeuges daran, dass ein österreichisches Unternehmen wahrscheinlich grossen Anteil an dessen Sicherheit hat. Denn Flugzeuge – egal ob zivil oder militärisch – werden vor Inbetriebnahme immer auf Herz und Nieren geprüft. Sei es im Herstellungsprozess, mit mobilen Prüfsystemen vor Ort auf den Flughäfen oder mit stationären Anlagen bei geplanten Wartungsarbeiten. Viele dieser Systeme stammen aus dem oberen Waldviertel. Die in Gross-Siegharts beheimatete Test-Fuchs GmbH entwickelt und produziert hoch spezialisierte Test- und Prüfsysteme sowie Einzelkomponenten für die Luft- und Raumfahrt und hat sich damit weltweit an der Spitze etabliert. Das Produktspektrum beruht auf einer langen Tradition, denn bereits seit 1955 entwickelt das Unternehmen, das von Ing. Fritz Fuchs 1946 gegründet wurde, Prüfeinrichtungen verschiedenster Art. Heute, in dritter Generation von Volker Fuchs geleitet, liefert Test-Fuchs aufgrund von exzellentem Know-how, kurzen Durchlaufzeiten und ausgeprägtem Qualitätsbewusstsein an Luftfahrzeughersteller, Airlines, Original Equipment Manufacturer (OEMs) und Maintenance-Repair-and-Overhaul-Unternehmen (MRO) auf der ganzen Welt. «Alle Komponenten und Systeme, die in einem Flugzeug verbaut werden, werden vorab geprüft und getestet. Da die Entwicklungs- und Herstellungskosten dieser Komponenten meist sehr hoch sind, wird auch im laufenden Betrieb wenn möglich repariert und wieder instand gesetzt», begründet der Geschäftsführer den hohen Bedarf an Prüf- und Testeinrichtungen.

Hohe Fertigungstiefe als Qualitätsmerkmal

Dass man es in der Luftfahrtbranche vor allem mit Einzelteilen bzw. Kleinstserien zu tun hat, belegt allein die Tatsache, dass die beiden grossen Hersteller Airbus und Boeing im Jahr 2013 jeweils die 600-Stück-Marke an gebauten Flugzeugen anpeilen. «Kundenspezifische Einzelentwicklungen sind Kern des Angebots bei unseren Testsystemen. Damit wir das auch wirtschaftlich realisieren können, bedarf es flexibler und effizienter Fertigungsprozesse», so Volker Fuchs weiter.

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Dies ist ein wesentlicher Grund, warum man nahezu alle benötigten Bauteile für die Prüfanlagen selbst entwickelt und herstellt. Dies reicht von der mechanischen Fertigung bzw. Blechbearbeitung über die Elektrik, Elektronik, Hydraulik bis hin zur Softwareentwicklung. Damit wird eine Wertschöpfung von circa 65 Prozent erzielt. «Mit einer hohen Fertigungstiefe bieten wir unseren Kunden überdurchschnittliche Flexibilität in Entwicklung und Produktion sowie zusätzliche Sicherheit durch reduzierte Schnittstellen und optimierte Ersatzteilversorgung», begründet der CEO den Erfolg des Unternehmens.

Einzelteile und Kleinserien

In der mechanischen Fertigung unter der Leitung von Robert Schlosser hat man es zumeist mit Einzelteilen aus den verschiedensten Materialien – von Alu über verschiedene Stahl- und Edelstahlsorten bis zu Titan und Superlegierungen – zu tun. Aufgrund des Geschäftsbereichs Aerospace-Komponenten, in dem unter anderem Komponenten für Hubschrauber und Satelliten gefertigt werden, aber auch mit Kleinserien. «Daher versuchen wir, die eher Einzelteil getriebene Fertigung der Prüfsysteme sowie die Kleinserienfertigung im Komponentenbereich optimal aufeinander abzustimmen», so der Fertigungsleiter.

Die Abteilung beschäftigt rund 32 Mitarbeiter und ist mit den Prozessen Drehen, Fräsen, Schleifen, Erodieren, Läppen, Hohnen bis hin zur Oberflächenveredelung breit aufgestellt. Natürlich spielt auch die Messtechnik bzw. Qualitätssicherung eine grosse Rolle, da die Fertigungsgenauigkeiten speziell in der Luftfahrtindustrie gern im µ-Bereich liegen. «Wir bearbeiten auf unseren 25 CNC-Maschinen circa 6500 Aufträge im Jahr mit rund 140 000 Teilen in unterschiedlichen Losgrössen», erläutert Robert Schlosser. Aufgrund des unterschiedlichen und nicht planbaren Teilespektrums sind vor allem flexible Werkzeugmaschinen gefragt. Zur Reduktion von Nebenzeiten setzt man auch durchgängig auf ein Nullpunktspannsystem von System 3R.

Facharbeitermangel mit Automatisierung entgegenwirken

Eine Tatsache, mit der sich Test-Fuchs auch beschäftigen muss, ist das Thema Facharbeitermangel. «Daher beschäftigen wir uns auch schon seit dem Jahr 2004 mit der Automatisierung unserer Prozesse», so der Fertigungsleiter. Doch aufgrund von Platzmangel konnte man dies bisher nur in geringem Masse verwirklichen.

Aufgrund dieser eingeschränkten Platzverhältnisse entschloss sich der Geschäftsführer Volker Fuchs letztes Jahr, auch ein neues Gebäude für die mechanische Fertigung zu errichten. Parallel zum Neubau startete man das bereits lange Zeit geplante Automatisierungsprojekt. Ziel war es, die Maschineneinsatzzeit deutlich zu steigern und durch verschiedenste Massnahmen eine prozesssichere Automatisierung für wiederkehrende Teile ab Losgrösse 1 sowie für Kleinserien zu ermöglichen und dabei das Rohmaterial, die Programme, die vermessenen Werkzeuge bis hin zu den Spannmitteln in der Anlage zur Verfügung zu stellen. Klare Vorgabe an die neun Firmen, die sich anfangs am Projekt beteiligten, war eine lineare Automatisierung mit einem Schienensystem, das zukünftig jederzeit erweiterbar bleibt.

Für das Projekt entscheidend war die Auswahl des richtigen Bearbeitungszentrums, das trotz Automatisierung jederzeit zugänglich bleiben und somit für eine Einzelteilfertigung unter Tags sehr flexibel sein sollte. Die Wahl fiel dabei auf die Versa 825 der Fehlmann AG.

Fehlmann glänzt mit Versa

Bereits seit 1997 arbeitet Test-Fuchs mit dem Schweizer Fräsmaschinen-Spezialist zusammen und lernte dadurch den guten Maschinenbau und die hohe Servicequalität zu schätzen. Auf der AMB 2008 hat Robert Schlosser die neue Versa 825 zum ersten Mal gesehen und sofort deren Vorzüge erkannt: «Sie hat wesentliche Vorteile, die perfekt zu unserem Anforderungsprofil passen. Zum einen ist die Möglichkeit einer flexiblen Einzelteilfertigung unbestritten und zum anderen ist sie ohne Einschränkung der Zugängigkeit automatisierbar», begründet Robert Schlosser die Entscheidung. Und ein weiterer Aspekt kam für ihn zum Tragen: «Aufgrund der vielen unterschiedlichen Materialien und Bauteile, mit denen wir es täglich zu tun haben, ist ein entsprechend grosses Werkzeugmagazin mit vernünftigem Platzbedarf sehr wichtig – speziell in der mannlosen Fertigung. Genau diese Anforderung hat uns Fehlmann mit einem eigens entwickelten Werkzeugmagazin für 346 Werkzeuge (378 möglich) erfüllt.»

Für Volker Fuchs spielen bei so wesentlichen Kaufentscheidungen neben den technischen Argumenten auch noch sogenannte Soft Skills mit: «Die Firmenphilosophie von Fehlmann passt sehr gut zu uns. Dort ist die Bereitschaft, auf spezielle Kundenwünsche einzugehen, auf alle Fälle vorhanden.» Weiter nennt er auch die kurzen Wege bei Fehlmann als grossen Vorteil, wenn es um eine rasche Unterstützung bzw. einen Serviceeinsatz geht.

Zur möglichst optimalen Vorbereitung hat Test-Fuchs bereits 2011 eine Leihmaschine bei Fehlmann geordert, um die Mitarbeiter entsprechend zu schulen bzw. an die neue Maschine zu gewöhnen und natürlich auch bereits Programme zu erstellen.

Automatisierung ohne Einschränkung

Im Detail wurde die Versa 825 zur Fünf-Achsen-Bearbeitung von Werkstücken bis zu einer Palettengrösse von bis 400 x 400 mm oder einem Durchmesser bis 560 mm entwickelt. «Sie bietet mit dem grossen Schwenkbereich von 240 Grad und der hohen Dynamik wesentliche Vorteile für die Fünf-Achs-Simultanbearbeitung», verdeutlicht Roland Sandmeier, Vertriebsleiter Fehlmann Nordwest-Europa.

Zu den wesentlichen Merkmalen zählen der längs zur x-Achse integrierte Rund-Schwenktisch mit Torque-Antrieben in beiden Achsen (die zulässige Beladung beträgt 400 kg), die optimale Bedienergonomie der Maschine, die stabile Portalbauweise mit Dreipunktauflage aus Grauguss (11 t), geschabte Maschinenführungen, standardmässige Thermokompensation sowie eine Lagekorrektur der Hauptspindel über ein Direktmesssystem. Die Materialwahl weist Vorteile wie homogene Wärmeleitfähigkeit, optimale Dämpfung und gute Formsteifigkeit aus. Und Roland Sandmeier hebt nochmals die ausgezeichnete Zugängigkeit zum Maschinenraum hervor: «Um sowohl bei manueller wie auch automatischer Beladung gleich gute Zugänglichkeit zu gewährleisten, befinden sich die Schiebetüren zum Arbeitsraum, das CNC-Steuerpult mit der neuen High-End-Frässteuerung Heidenhain iTNC 530 HSCI und die Werkzeugwechslerbeladung in unmittelbarer Nähe des Maschinenbedieners.» Als Hauptspindel kommt die Fehlmann-HSK-A63-Motorspindel mit 20 000 U/min zum Einsatz.

Die Gesamtlösung im Detail

«Bei der Auswahl der richtigen Partner spielten die Flexibilität und die Bereitschaft, auf unsere individuellen Wünsche einzugehen, eine massgebliche Rolle. Letztendlich waren drei verschiedene Konzepte in der End-Auswahl», erinnert sich Robert Schlosser. Den Zuschlag erhielt neben Fehlmann als Maschinenlieferant die Firma Promot Automation, die die geforderte lineare Automatisierungslösung mit einem Kuka-Handlingsroboter inklusive Be- und Entladestation sowie dem Leitrechner mit Software lieferte. Als Lagersystem entschied man sich nicht wie oftmals üblich für Regale mit einem Regalbediengerät (RBG), sondern für das Kardex Remstar Shuttle XP 700. Es ermöglicht die Lagerung von Gütern bis zu 625 kg auf engster Stellfläche. «Auf einer Höhe von 8,45 Metern können wir auf 27 Tablare jeweils fünf Paletten mit 400 x 400 x 300 mm oder neun Paletten mit 200 x 200 x 200 mm lagern. In der Praxis mischen sich diese je nach Bedarf durch. Zusätzlich gibt es noch ein Regal in der Zelle, wo wir überschwere Werkstücke bis 200 kg unterbringen können», erläutert der Fertigungsleiter. Alle drei Palettengrössen können ohne Greiferwechsel am Kuka-Roboter gehandelt werden. Diese Konfiguration ist bereits für eine zweite, baugleiche Versa 825 ausgelegt. Wobei eine Maschine in Richtung Aluminium, die andere in Richtung Stahl bzw. Edelstahl geplant ist.

Für die geplante Endausbaustufe mit vier Maschinen müssen dann «lediglich» das Schienensystem verlängert und ein zweiter Kardex Remstar ins System integriert werden. Das Teilehandling soll dann aktiv mittels Greifer durchgeführt werden. Die bestehende Maschine ist daher vorsorglich bereits mit Drehdurchführungen ausgerüstet. «Über Transferpaletten können auch Werkzeuge automatisch ins System eingewechselt werden», ergänzt Robert Schlosser wohl wissend, dass dabei eine automatische Übergabe der Werkzeug-Ist-Daten über eine Zoller-Messmaschine erforderlich ist.

Von 1-Schicht- auf 3-Schicht-Betrieb

«Mit unserer neuen Automatisierungslösung sind wir sehr zuversichtlich, dass wir die Weichen für eine erfolgreiche Zukunft gestellt haben», betont Volker Fuchs. «Für mich als Geschäftsführer muss die höchstmögliche Verfügbarkeit der Anlage gewährleistet sein, damit wir am Ende des Tages die Produktivität auch steigern können.» Und eine Produktivitätssteigerung kann man im laufenden Betrieb bereits vorweisen, denn zuvor hat man nicht zuletzt aufgrund des Facharbeitermangels lediglich im 1-Schicht-Betrieb gefertigt. «Insbesondere wiederkehrende Teile können wir jetzt ohne zusätzliche Mitarbeiter in mannlosen Schichten fertigen», konkretisiert Robert Schlosser.

Dass es bei der umgesetzten Lösung aufgrund der sehr vielen Schnittstellen auch zu Problemen gekommen ist, will Test-Fuchs nicht verheimlichen. «Wir sind Sonderanlagenbauer und wissen, wie aufwendig die Umsetzung einer solchen Anlage ist. Ohne eine aktive Mitarbeit aller Projektpartner wäre es sicher nicht zu diesem Ergebnis gekommen.»

Richtige Entscheidung

Speziell das Herz der Anlage, die Fehlmann Versa 825, will man zum Abschluss nochmals hervorheben. «Mit Fehlmann pflegen wir eine sehr gute Zusammenarbeit. Mit der Versa 825 haben wir ein Bearbeitungszentrum erhalten, mit dem wir hochzufrieden sind», so Volker Fuchs, und Robert Schlosser fasst zusammen: «Wiederholgenauigkeit, Stabilität und Wärmegang sind für unsere Anforderungen absolut top. Der technische Support ist hervorragend und die Lösungskompetenz vorbildlich.» <<

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