Spühl GmbH investiert in Flexible Fertigung Flexible Heller-Fertigungszellen für kleine bis grosse Bauteile (Teil 2)

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Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH

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Das Unternehmen Spühl GmbH (Wittenbach, SG) hat in zwei unabhängige flexible Fertigungszellen (FFZ) mit zwei Heller-Bearbeitungszentren «Heller HF 3500» und «Heller FP 14000» investiert. Wurde im ersten Teil der Schwerpunkt auf die «FFZ Heller HF 3500» gelegt, behandelt dieser Teil die FFZ mit dem Grossbearbeitungszentrum «Heller FP 14000». Hier zeigt sich, dass Grossteilebearbeitung ab Losgrösse 1 einen nicht unerheblichen Rüstaufwand bedingt. Die Fertigung als solche ist dagegen hochgradig bedienerarm.

Nachdem im ersten Teil das «FFZ Heller HF 3500» im Fokus stand, jetzt ein Blick auf das Grossbearbeitungszentrum «Heller FP 14000»: Die flexible Fertigungszelle «FFZ Heller FP 14000» ist wie die «FFZ Heller HF 3500» eine autonom produzierende Fertigungseinheit mit einem Erowa-Palettensystem mit zehn Palettenplätzen, zwölf Paletten und einem Rüstplatz. Steuerungstechnisch (Siemens-Steuerung sowie Erowa-Steuerung) ist das «FFZ Heller FP 14000» wie das «FFZ Heller HF 3500» ausgelegt. Gleiches gilt für die Werkzeug- und Werkstückidentifikation mittels ID-Sensor.

Der – im wahrsten Sinne des Wortes – grosse Unterschied liegt hier in der Grösse der zu bearbeitenden Bauteile (Verfahrwege 2400 x 1600 x 1600 mm), es können Werkstücke je nach Form bis zu einem Störkreis von 2900 mm bearbeitet werden. Ausserdem ist die Losgrösse noch kleiner, sie liegt im einstelligen Bereich, fast immer bei «1».

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Um die Flexibilität hochzuhalten, wurde auch für die Grossteilebearbeitung in eine 5-Achs-Simultan-WZM investiert, wie Patrick Jung betont: «Wie bereits erwähnt, setzen wir ab 2019 konsequent auf die 5-Achs-Bearbeitung. Während bei der «Heller HF 3500» die 4. und 5. Achse über den Schwenkrundtisch realisiert werden, ist die 5. Achse bei der «Heller FP 14000» im Kopf integriert. Dies ist aufgrund der hohen Werkstückgewichte fertigungstechnisch sinnvoll.

Leistungs- und drehmomentstarke Hauptspindel

Christoph Andris (Vertriebsgebietsleiter, Heller Schweiz): «Entsprechend den fertigungstechnischen Anforderungen verfügt die ‹Heller FP 14000› über eine leistungs- und drehmomentstarke Hauptspindel (60 kW bei 1146 Nm) und eine HSK-100-Schnittstelle. Hier: Über das Regalmagazin können Werkzeuge mit einem Durchmesser von 280 mm und einer Länge von 600 mm sowie Brückenwerkzeuge bis zu einem Durchmesser von 550 mm eingesetzt werden. Auf der Maschine können Werkzeuge bis zu einem Durchmesser von 280 mm und einer Länge von 600 mm eingesetzt werden. Um die Flexibilität hochzuhalten, hat die Spühl AG in die grösste Ausbaustufe des Regal-Werkzeugspeichers mit 425 Werkzeugen investiert.» Hinsichtlich der thermischen Stabilität verhält sich die «Heller FP 14000» vorbildlich, wie Patrick Jung gegenüber dem SMM erklärt: «IT-6-Toleranzen können prozesssicher voll automatisiert gefertigt werden. Wir kalibrieren die Maschine in der Regel alle zwei Monate oder bei starken Temperaturschwankungen. Damit erhöhen wir die Prozesssicherheit während der mannlosen Fertigung erheblich.»

Anspruchsvoll: Rüstaufwand durch Bauteilgrösse und -komplexität

Das bisher grösste Bauteil, das auf dem «FFZ Heller FP 14000» gefertigt wurde, hatte eine Grösse von 2,7 m x 1,8 m. Auf dem «FFZ Heller FP 14000» werden unter anderem die Maschinengestelle der Federkernmaschinen gefertigt. Dabei handelt es sich häufig um Schweisskonstruktionen, die inhouse gefertigt werden. Die Grösse und Komplexität der Bauteile und der damit verbundene Rüstaufwand sind die eigentliche Herausforderung bei dieser «FFZ Heller FP 14000», wie Patrick Jung sagt: «Bei dieser Maschine ist das Aufspannen der Bauteile sehr anspruchsvoll, da wir oft Losgrösse 1 haben. Die Problematik besteht darin, dass bei jedem neuen Bauteil komplett neu gerüstet und gespannt werden muss. Unsere Mitarbeiter müssen sich immer wieder neu überlegen, wo und wie die Bauteile gespannt werden können und dürfen. Im Gegensatz dazu ist die Einzelteilfertigung auf der FFZ Heller HF 3500 extrem einfach durch das perfekte Handling der Rohteile: Einlegen in Zentrischspanner und fertig.»

Hier kommt die Palettenautomation ins Spiel

Zum Thema Automationslösung sagt Patrick Jung: «Bei derart kleinen Losgrössen und aufgrund der grossen Bauteile setzen wir bei der «FFZ Heller FP 14000» auf die oben erwähnte erste Automationslösung: Spannen über Würfel oder direkt auf Paletten. Wir haben Paletten mit bis zu 25 Nullpunktspannsystemen. Dazu passend setzen wir Spannvorrichtungen mit Nullpunktspannstiften ein. Wenn möglich, versehen wir auch die Werkstücke direkt mit Nullpunktzapfen, um den Rüstaufwand zu minimieren.

Die Werkzeug- und Werkstückidentifikation wird identisch wie bei der «FFZ Heller HF 3500» gehandhabt.

Evaluation und Bewertung der Investitionen

Warum die Spühl AG letztendlich in Heller investiert hat, begründet Patrick Jung wie folgt: «Generell müssen wir eine wirtschaftliche und prozesssichere Lösung haben, deshalb holen wir Angebote von mindestens drei BAZ-Herstellern ein. Voraussetzung ist: Siemens-Steuerung, durchgängiges Teilehandling und Automatisierung von klein bis gross, Genauigkeiten bis IT5 bei den kleinen und IT6 bei den grossen Bauteilen, Horizontal-Bauweise und letztlich muss auch der Service stimmen. Gerade in den Bereichen Präzision und Service sowie Prozesssicherheit überzeugen die Heller-WZM aus unserer eigener Erfahrung. Von den Kosten her gab es keine nennenswerten Unterschiede, sodass die Investition in Heller-WZM folgerichtig war.»

Fazit und Optimierungspotenzial

Im Rahmen der knapp vierjährigen Erfahrung mit der automatisierten Klein- und Grossteilebearbeitung zieht Patrick Jung ein positives Resümee: «Als wir 2019 in die beiden Heller-WZM investiert haben, hatten wir zwar die Idee, dass unsere Maschinenbediener flexibel an beiden WZM eingesetzt werden können, aber dass das in der Realität derart gut funktioniert, hätten wir nicht erwartet. Die Vereinheitlichung der gesamten Systemlandschaft – Heller, Siemens – Erowa – bringt uns maximale Flexibilität in der Produktion.»

Was die Automatisierung auf der «HF 3500» betrifft, hatten die Spühl-Spezialisten überlegt, auf ein reines Werkstückhandling mit einem Roboter umzustellen, der die Werkstücke in einen hydraulischen Spanner einlegt, wie Patrick Jung sagt. «Für unser Fertigungsspektrum ist die Werkstückbeladung per Nullpunktpalette und Roboter ideal. Aber, wenn wir grössere Serien hätten, würde ich auf Roboterhandling des Roh- und Fertigteils umstellen. Weil bei grösseren Serien die Fehlerquote der Roboterprogrammierung geringer wäre und der Mitarbeiter nicht so oft von Hand spannen müsste.»

Zur «FFZ Heller FP 14000» sagt Patrick Jung: «Die ‹Heller FP 14000› ist perfekt auf unser Teilespektrum ausgelegt. Im Bereich der Palettenautomation würde ich die Spannmittel aufgrund unserer Erfahrungswerte optimieren. Der Rüstaufwand ist immens. Wir haben sehr viel Know-how aufgebaut, wie wir grosse Bauteile mit standardisierten Spannsystemen effizienter rüsten können. Das werden wir auf jeden Fall angehen. Bei künftigen Investitionen werden wir solche Aspekte berücksichtigen und ich freue mich schon jetzt auf weitere Projekte mit den Heller-Spezialisten.»

Spühl GmbH setzt auf hoch automatisierte Fertigungsprozesse

Flexible Heller-Fertigungszellen für kleine bis grosse Bauteile (Teil 1)

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