Bunorm Maschinenbau AG investiert in Flexibles Fertigungssystem von Reiden Technik AG Flexible Fertigung von Grossbauteilen: Schweizerisch-schweizerische Kooperation

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Mit 80 Mitarbeitenden produziert Bunorm in Aarwangen bis zu 18 Meter lange Grosskomponenten. Für die flexible, automatisierte Bearbeitung von mittelgrossen Bauteilen (bis 1800 mm Kantenlänge) investierte Bunorm in zwei verkettete Reiden-RX18-Bearbeitungszentren. Das Flexible Fertigungssystem (FFS) ist ein fertigungstechnisches Meisterwerk, das bei Bunorm für einen enormen Produktivitätsschub sorgt. Apropos Grösse: Dank eines direkt getriebenen Drehtisches und einer Kranbeladung durch das Maschinendach kann bis D = 3000 mm Durchmesser gedreht werden.

«Geht nicht gibt’s nicht. Von der Streichholzschachtel bis zum 40-Fuss-Container oder, anders ausdrückt, bis zu 60-Tonnen-Komponenten mit bis zu 18 Meter Länge ist jede Dimension möglich», sagt Urs Morgenthaler (Stv. Geschäftsführer, Leiter Engineering/Sondermaschinenbau) der Bunorm AG und führt fort: «Wir decken das gesamte Kompetenzspektrum im Bereich der Grossteilebearbeitung ab. Darüber hinaus entwickeln, produzieren und montieren wir komplexeste Baugruppen. Der Bedarf nach solchen Bauteilen und Systemen ist ungebrochen. Unser Vorteil ist, dass es in diesem Segment nur wenige Schweizer Anbieter gibt, die sowohl spanende Bearbeitung und Montage als auch Schweissen aus einer Hand anbieten. Damit erfüllen wir ein Alleinstellungsmerkmal. Nicht zuletzt wegen dieser Flexibilität erhalten wir oft Aufträge, die zeitnah realisiert werden müssen.»

Bunorm: 1965 gegründet, 2020 in Swiss Factory Group integriert

Gegründet wurde die Bunorm AG 1965 von Willi Morgenthaler und Hans Burri (sen.). SMM-Gesprächspartner Urs Morgenthaler führte die Bu­norm AG bis 2023, als er die Geschäftsleitung an Stefan Gygax übergab.

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Der Fertigungsbereich der Bunorm AG wurde im Rahmen der Integration in die Swiss Factory Group (siehe Kasten) im Jahr 2020 um einen zweiten Standort (Neuenegg) mit 20 Mitarbeitenden erweitert. Bunorm Neuenegg ist auf die Serienproduktion mit Seriengrössen bis zu 1000 Teilen pro Jahr im Bereich der kubischen Bearbeitung bis ca. 1,5 Meter Kantenlänge ausgelegt und deckt hiermit die verhältnismässig eher «kleineren» Komponenten ab.

Branchen: Tunnelbau bis Luftfahrt

Zum Thema Werkstoffspektrum sagt U. Morgen­thaler: «Wir bearbeiten bei Bunorm alle Werkstoffe ausser Titan. Aber man soll nie ‹nie› sagen. Deshalb will ich es nicht ausschliessen, dass wir im Rahmen unserer verstärkten Luftfahrtkompetenz und Zertifizierung zukünftig auch Titan-Komponenten zerspanen und auch diese Werkstoffkompetenz integrieren. Aktuell ist Titan allerdings kein Thema.»

Die Branchen, die Bunorm bedient, sind breit und international aufgestellt, wie U. Morgenthaler betont: «Viele unserer Komponenten gehen in den Energie- wie auch Halbleiterbereich. Eine unserer Spezialitäten sind Tunnelarbeitsbühnen. Solche Anlagen werden nach individuellen Bedürfnissen konzipiert – von einfachen Arbeitsbühnen bis zu voll­automatischen Verlegeautomaten. Bei solchen Projekten arbeiten wir sehr eng mit unseren Auftraggebern zusammen, um bereits in der Entwicklungsphase alle Kundenwünsche integrieren zu können. Auch die Fertigung hydraulischer Pressen und Richtpressen gehört zu unseren Kernkompetenzen. Die Fertigungstiefe bei solchen Anlagen liegt typischerweise bei über 80 Prozent. Dank unserer Zertifizierung im Luftfahrtbereich konnten auch Aufträge aus dem Luftfahrtsektor gewonnen werden. Zusätzlich ist die Bunorm AG im Bereich Schweissen und innerhalb der Gruppe im Bereich Medizintechnik zertifiziert.»

Toleranzfelder: Zwei Hundertstel auf einen Meter

Dank einer vollumfänglichen Klimatisierung können Toleranzfelder von zwei hundertstel Millimeter pro Meter kubisch im Raum prozesssicher erreicht werden.

U. Morgenthaler: «Das sind die Toleranzfelder, die wir erfahrungsgemäss realisieren können. Das hängt immer auch von den Bauteilen ab, z. B. von der inneren Spannung der Ausgangsmaterialien oder von der Struktur der Bauteile.»

Nico Ryf (Projektleiter mechanische Fertigung, Bunorm AG): «Der wichtigste Faktor für die Toleranz ist bei diesen Dimensionen die Temperaturänderung. Wenn man ein Grad Temperaturschwankung in Aluminium hat, läuft einem die Toleranz mit zwei Hundertstel auf einem Meter Länge davon. Bei Stahl ist es mit einem Hundertstel noch die Hälfte. Ein Grad Temperaturdifferenz, da müsste ein Ausrufezeichen dahinterstehen. Und genau hier erkennt man, in welchen Sphären wir uns bewegen, wenn wir von zwei Hundertsteln Toleranzfeld auf einem Meter im Raum sprechen. Damit wir uns in solchen Toleranzfeldern bewegen können, muss im Fertigungsumfeld alles perfekt aufeinander abgestimmt sein, es darf nichts dem Zufall überlassen werden.»

Jüngste Grossinvestition: Flexibles Fertigungssystem (FFS)

Auch bei der jüngsten Grossinvestition bei der Bu­norm AG wurde nichts dem Zufall überlassen. Für kubische Bauteile bis 1800 mm Kantenlänge wie auch für Drehteile von D = 1800 mm (max. D = 3000 mm, nicht automatisierbar) wurde eine flexible, auto­matisierte Fertigungslösung gesucht, mit der Einzelteile, Kleinstserien und mittelgrosse Serien automatisiert gefertigt werden können. Evaluiert wurden verschiedene Hersteller von Bearbeitungszentren, wobei der Schweizer Werkzeugmaschinenhersteller Reiden Technik AG und ein weiterer ausländischer Hersteller in die engere Wahl kamen.

Positiv: KMU-Struktur von Reiden Technik AG

U. Morgenthaler: «Bei der Evaluation haben wir uns anfangs breit orientiert, es zeigte sich aber relativ schnell, dass nur zwei WZM-Hersteller unseren Ansprüchen genügen konnten. Die FFS-Lösung der Reiden Technik AG hat letztlich aus technologischen und strategischen Gründen den Zuschlag erhalten.»

Um einen hohen Ausstoss rund um die Uhr zu gewährleisten, wurde in zwei Reiden-RX18-Bearbeitungszentren investiert, die leicht unterschiedlich ausgelegt wurden. Beide RX18 werden über eine Reiden-eigene Paletten-Automationslösung verkettet und sind darüber hinaus mit zwei Beladestationen versehen, um hauptzeitparallel zu rüsten. Die technischen Details, die ausschlaggebend waren für den Investitionsentscheid, werden im Folgenden näher beschrieben.

U. Morgenthaler: «Die Gesamtlösung der Reiden Technik AG war auf unsere Bedürfnisse perfekt zugeschnitten. Die Techniker von Reiden sind sehr kooperativ auf unsere Wünsche eingegangen und haben diese zu unserer vollsten Zufriedenheit umgesetzt. Hinzu kommt, dass Reiden ein Schweizer Unternehmen ist und wir mit unseren Investitionen die Industrialisierung in der Schweiz unterstützen konnten. Da die Reiden Technik AG ein KMU ist, sind die Kommunikations- und Entscheidungswege extrem kurz. Auch dies hat sich im Rahmen der gesamten Kooperation als vorteilhaft erwiesen.»

Einzigartig am WZM-Markt: DDT-Spindellösung

Aus technologischer Sicht waren mehrere Aspekte matchentscheidend. Zunächst musste die Grösse des Bearbeitungsraums auf das potenzielle Bauteilspektrum zugeschnitten sein – eine der Grundvoraussetzungen, die die RX18 vollumfänglich erfüllte, sogar mehr als das.

N. Ryf: «Sicher sticht der konzeptionelle Aufbau der DDT-Spindel heraus, ein geniales Spindelkonzept aus unserer Sicht. Das passt auf unser Bauteilspektrum wie die Faust aufs Auge. Dieses Spindelkonzept ist im WZM-Markt absolut einzigartig.»

Michael Roth (Technischer Verkaufsberater, Reiden Technik AG): «Es ist einzigartig, weil es sich um ein patentiertes Doppelantriebskonzept DDT (Double Drive Technology) handelt. Bei dieser Variante mit HSK-100-Schnittstelle wird von 0 bis 3000 1/min über einen High-Torque-Motor ein maximales Drehmoment von bis zu 1366 Nm erreicht. Ab 3000 1/min wird der High-Torque-Motor entkoppelt und über die im Kopf eingebaute Motorspindel eine maximale Drehzahl von 14 000 1/min bei max. 315 Nm erreicht.»

U. Morgenthaler: «Die DDT-Spindeltechnologie ist, wegen des stark variierenden Bauteilspektrums, für uns als Zulieferer ideal. Die RX18 ist nicht zuletzt aufgrund der DDT-Spindel aussergewöhnlich flexibel einsetzbar. Dank der DDT-Spindeltechnologie können wir von kleinsten 0,5-mm-Fräsern und -Bohrern (hohe Drehzahlen) bis hin zu grossen Messerköpfen (niedrige Drehzahlen, grosse Drehmomente) das gesamte Werkzeugspektrum mit den idealen Schnittwerten voll ausreizen. Mal müssen wir die Oberflächen mit 14 000 1/min schlichten (HSC), mal müssen wir Schwerzerspanung mit hohen Drehmomenten und niedrigeren Drehzahlen fahren. Auf die Werkstoffe bezogen heisst das: Wir können Stahl mit den erforderlichen hohen Drehmomenten oder Aluminium mit hohen Drehzahlen bearbeiten. Da hat Reiden eine herausragende Spindeltechnologie entwickelt und verfügt über ein absolutes Alleinstellungsmerkmal.»

Anwenderwünsche lösungsorientiert umgesetzt

Ein weiterer technologischer Faktor bei der Entscheidung war, dass Reiden das Palettenlager so konzipierte, dass auf dem vorhandenen Platz zwei Paletten mehr Platz fanden. U. Morgenthaler: «Da haben die Reiden-Konstrukteure sehr flexibel agiert und unsere Anforderungen hervorragend umgesetzt.»

Drehteile auf Rüstplatz mit integriertem Rundtisch einrichten

N. Ryf: «Generell hat die Reiden Technik AG unsere Wünsche offen diskutiert und wo immer möglich lösungsorientiert umgesetzt. Reiden hat einen der beiden Rüstplätze als Hochgenauigkeitsrüstplatz mit integriertem Rundtisch (n = 3 U/min) ausgelegt. Auf ihm können wir ausserhalb der Maschine und somit hauptzeitparallel gross bauende Drehteile auf zwei hundertstel millimeter rüsten und richten, um sie dann per Paletiersystem in die Maschine zu bringen.» Zum Hintergrund: Ein Drehteil muss perfekt ausgerichtet sein. Rund- und Planlauf der Dreh­teile werden über mehrere Spannbacken auf zwei Hundertstel genau eingerichtet, was oft viel Zeit be­ansprucht.

N. Ryf: «Bei den grossen Drehteilen benötigten wir mit der alten Maschine bis zu vier Stunden, bis wir solche Teile fertig gerichtet hatten, in dieser Zeit stand die Maschine still.»

M. Roth: «Wir haben solche Rundtisch-Rüstplatz-Lösungen bereits mehrfach realisiert, für uns ist es eine Standardlösung. Ein grosser Vorteil ist, dass sich der Bediener mehr Zeit für das Einrichten nehmen kann, als wenn er das Bauteil in der Maschine ausrichten müsste, wo er automatisch mehr Zeitdruck hat. Zudem ist das Ausrichten von Drehteilen ausserhalb der Maschine auch sicherheitstechnisch die bessere Lösung.»

Beladung über Maschinendach bis 3100 mm Durchmesser ab sofort Standardlösung

U. Morgenthaler: «Last, but not least haben uns die Ingenieure von Reiden eine Sonderkonstruktion für die Bestückung mit übergrossen Werkstücken in eine der beiden RX18 integriert. Bei einer der RX18 können wir dank eines vergrösserten Schwenkdurchmessers Werkstücke bis zu einem Drehdurchmesser von D = 3100 mm von oben über das Maschinendach beladen.»

In diesem Zusammenhang ist eine weitere Stärke der Reiden RX18 hervorzuheben: Der grosse Z-Verfahrweg, der beim Innendrehen solch grosser Bauteile entscheidend ist. Hier liegt die RX18 im Vergleich zu anderen Maschinenlösungen im Maximalbereich.

M. Roth: «Die Beladung durch die Maschinendecke war bis dato eine Sonderlösung. Seit der kooperativen Zusammenarbeit mit Bunorm haben wir diese Beladeoption als Serienlösung neu in unser Portfolio aufgenommen.»

Negativer Schwenkwinkel der Hauptspindel

Ein weiterer Pluspunkt der RX18 ist der mögliche negative Schwenkwinkel des Spindelkopfes. Dieser ist entscheidend, um Guss- oder Schweissteile, die schwebend in der Maschine liegen, vollumfänglich bearbeiten zu können. Bei Reiden gehört der negative Schwenkwinkel zum Standard.

Anspruchsvoller Weg: Von klassischer zu automatisierter Fertigung

U. Morgenthaler: «Als wir die strategische Entscheidung getroffen haben, von der klassischen Fertigung auf die automatisierte Fertigung umzusteigen, waren wir uns der Herausforderungen zumindest teilweise bewusst. Dass der Schritt von der klassischen Fertigung einer bedienten Maschine hin zu einer automatisierten, flexiblen Automation in dieser Grössenordnung aber dermassen komplex ist, haben wir im Vorfeld nicht ansatzweise erwartet. Der Umstieg dauerte sicher dreimal so lange wie geplant. Das gesamte Umfeld muss neu organisiert werden. Das FFS in dieser Grössenordnung muss von mindestens vier Mitarbeitenden bedient werden. Auch den Mitarbeitenden kommt eine neue Rolle zu. Sie müssen enger zusammenarbeiten und sich kontinuierlich abstimmen. Das war und ist ein spannender Lernprozess. Und wir lernen tagtäglich dazu.»

Flexible Fertigung bringt noch weitere Vorteile

N. Ryf: «Ein solches FFS bietet verschiedene Formen der Flexibilität. Nehmen wir als Beispiel ein sehr komplexes und grosses Bauteil. Hier ist es sinnvoll, dass der gesamte Prozess von einer für das Bauteil verantwortlichen Person übernommen wird. Der Grund dafür ist, dass die Informationsweitergabe in diesem besonderen Fall im Schichtbetrieb viel zu aufwändig wäre. Genau hier kommen die Vorteile eines FFS voll zum Tragen. Während des Einfahrprozesses, welcher sich über mehrere Schichten erstrecken kann, kann der Mitarbeiter am Ende seiner Arbeitszeit das Bauteil im Palettenspeicher zwischenlagern und am nächsten Tag das Einfahren fortsetzen. Mit dieser Arbeitsmethodik haben wir am FFS von Reiden – bei hochkomplexen Teilen – die besten Erfahrungen gemacht.»

U. Morgenthaler: «Sind die Bauteile eingefahren, dann kann in der Regel automatisiert gefertigt werden. Beim Einfahren und bei der Einzelteilfertigung ist jedoch obige Vorgehensweise sinnvoll.»

Reiden-FFS kann Arbeitszeit-Flexibilität erhöhen

U. Morgenthaler: «Schliesslich möchte ich noch einen weiteren Aspekt erwähnen. Wir müssen unsere Industriearbeitsplätze verstärkt an die Herausforderungen des modernen Arbeitsmarktes anpassen. Wenn man das weiterdenkt, wäre es auch möglich, Mitarbeitende in Teilzeit an solchen FFS-Systemen zu beschäftigen, weil das Fertigungssystem diese Flexibilität bietet. Aktuell haben wir das noch nicht umgesetzt. Aber wenn wir dank solchen Technologiesprüngen auch moderne und flexible Arbeitsplätze für hoch motivierte Mitarbeitende realisieren können, wäre das ein weiterer Schritt, der den Werkplatz Schweiz nachhaltig stärkt und zu mehr Wettbewerbsfähigkeit führt.»

Zusammenarbeit mit Reiden war sehr konstruktiv

Nachdem das Reiden-FFS installiert war, kamen die ersten Komponenten auf die Anlage, wie N. Ryf sagt: «Das Einfahren des FFS hat sechs Monate in Anspruch genommen, bis wir auf einem guten technologischen Level waren. Wir mussten alle Bauteile neu im CAM programmieren und neu einfahren. Es ist klar, dass man bei einer so komplexen Fertigungslösung in dieser Grössenordnung nicht innerhalb von vier Wochen von null auf hundert ist. Wir sind jetzt bei 85 Prozent der möglichen Leistung. Das ist insofern positiv zu vermerken, als wir noch 25 Prozent herausholen können. Und daran arbeiten wir.»

M. Roth: «Auch für uns ist die Konzeption, Montage und Inbetriebnahme einer solchen Anlage ein Lernprozess. Dank dieser Kooperation haben wir beispielsweise die Vorteile der Deckenbeladung übergrosser Komponenten erkannt und werden diese Lösung neu als Serie anbieten. Der Know-how-Transfer geht immer in beide Richtungen. Wir wachsen an den Herausforderungen unserer Kunden. Und wenn unsere DDT-Spindeltechnologie einen Impact für unsere Anwender hat, dann können wir sagen, unsere Entwickler haben alles richtig gemacht.»

U. Morgenthaler: «Ich möchte die Zusammenarbeit mit Reiden positiv hervorheben. Es war unser erstes gemeinsames schweizerisch-schweizerisches Grossprojekt. Die geografische Nähe, die Sprache, die Mentalität haben gepasst. Durch die KMU-Firmengrösse von Reiden sind wir sehr schnell mit den zuständigen Personen in Kontakt und erhalten umgehend eine Lösung für unser Anliegen. Es war nicht nur eine ausgezeichnete, sondern darüber hinaus eine sehr kooperative Zusammenarbeit, von der wir profitiert haben.»

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