GIS AG: 10 000 Schweizer Kettenhebezüge pro Jahr

| Redakteur: Matthias Böhm

Blick in den Maschinenraum der Makino a81. Die 10000er-Spindel ist für die Aluminiumbearbeitung ordentlich ausgelegt ist. Links ist eine Palette zu sehen, auf der Gehäuseteile in Mehrfachspannung gespannt sind. Rechts im Bild eine Nahaufnahme des Werkstücks. (Bild: Böhm)
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Blick in den Maschinenraum der Makino a81. Die 10000er-Spindel ist für die Aluminiumbearbeitung ordentlich ausgelegt ist. Links ist eine Palette zu sehen, auf der Gehäuseteile in Mehrfachspannung gespannt sind. Rechts im Bild eine Nahaufnahme des Werkstücks. (Bild: Böhm)

>> 10 000 Schweizer Elektrokettenzüge fertigt die GIS AG in Schötz. Wie es möglich ist, solche Produkte am Standort Schweiz wirtschaftlich zu fertigen, zeigt dieser Beitrag. Man konzentriert sich u. a. auf die neueste Investition, eine Makino a81. Sie fertigt in hoher Präzision, ist verkettet mit einer Fastems und bearbeitet ausschliesslich Aluminium-Bauteile für Elektrokettenzüge in Serienfertigung. Darüber hinaus wird erklärt, warum ein hoher Ruck wichtiger sein kann als höchste Beschleunigung.

Elektrokettenzüge müssen sicherheitstechnisch zu 100 Prozent «verheben». Neukonstruktionen, Konstruktions- und Verfahrensänderungen werden bei der GIS AG über 400 Stunden (entspricht der Nominallebensdauer) ausführlichen Sicherheitstests unterzogen. Gleichen sich die Elektrokettenzüge der GIS AG auf den ersten Blick von aussen, unterscheiden sie sich nicht selten in den elektrotechnischen Komponenten, wie Michael Fischer (Betriebsleiter, GIS AG) dem SMM gegenüber betont: «Für den Schweizer Markt haben wir die 400 V/50 Hz als Standard-Elektrokettenzüge an Lager. Infolge des weltweiten Vertriebs sind die Elektrokomponenten länder- bzw. spannungsspezifisch ausgelegt und können daher erst auf Bestellung montiert werden. Jeder Elektrokettenzug wird vor der Auslieferung, entsprechend den unterschiedlichen Bedingungen und Anforderungen, auf dem Prüfstand getestet.» Der Prüfstand ist ein Entwicklungsprojekt mit der Firma Hauser Steuerungstechnik AG.

Enge Zusammenarbeit von Fertigung und Entwicklung

Die aktuelle GCH-Elektrokettenzug-Reihe des Unternehmens GIS AG wurde vor zirka fünf Jahren neu auf den Markt gebracht. Auf die Frage des SMM, inwieweit die Konstruktion und Produktion bei der Entwicklung von Bauteilen zusammenarbeitet, antwortete M. Fischer wie folgt: «Entwickeln wir einen neuen Elektrokettenzug, arbeiten unsere Entwickler sehr eng mit der Produktion und den Fertigungstechnikern zusammen. Der aktuelle Elektrokettenzug ist konstruktions- und fertigungstechnisch perfekt auf unsere Maschinenkonzepte abgestimmt. Das Ziel eines Entwicklungsingenieurs ist es, ‹Erfolg zu haben›. Dieser stellt sich nur ein, wenn das Produkt seine Funktion zu 100 Prozent erfüllt und entsprechend kostengünstig produziert werden kann. Nötigenfalls werden die Bauteile umkonstruiert, um die Fertigungsprozesse entsprechend unserer Fertigungskonzepte zu erhalten, was die Kosten senkt. Dieser Prozess hat sich bei uns sehr gut eingespielt und das Ergebnis lässt sich sehen. Wir sind auf dem Weltmarkt einer der Marktführer. Das ist für ein Unternehmen, das in einem Hochlohnland wie der Schweiz produziert, alles andere als selbstverständlich.»

Diamantwerkzeuge für Aluminiumgehäuse

Vom Sägen bis zur Endmontage und Prüfung der Elektrokettenzüge wird praktisch alles inhouse erledigt. Die beiden fertigungstechnischen Hauptbereiche Drehen und Fräsen bewegen sich vom Aufwand her im Gleichgewicht. Darüber hinaus wird etwa 1 Prozent Lohnarbeit getätigt.

Eine der neuesten grösseren Investitionen ist eine Makino a81. Diese ist, für einen vorteilhaften Spänefall, in 4-Achs-Horizontalbauweise ausgeführt. Die Verfahrwege sind X = 900, Y = 800, Z = 1020, der zulässige Schwenkkreis (Störkreis) im Arbeitsraum beträgt 1 m. Die Palettengrösse beträgt 630 x 630 mm und mit 242 Werkzeugplätzen verfügt die Maschine über ausreichend Flexibilität. Die 70-bar-Innenkühlung ist variabel verstellbar und eine grosse 3,1-m3-Kühlwasseranlage mit Papierbandfilter sorgt für eine ausgezeichnete Temperaturstabilität des Bearbeitungszentrums. M. Fischer: «Wir fertigen auf der Makino a81 ausschliesslich Aluminiumdruckguss mit ≥12 Prozent Siliziumanteil. Das Silizium verleiht dem Aluminium höhere Härte und Zugfestigkeit. Fertigungstechnisch leiden die Werkzeuge jedoch unter dem hohen Anteil an abrasiv wirkendem Silizium extrem. Deshalb setzen wir, wenn immer möglich, auf PKD-Werkzeuge, welche für die Aluminiumbearbeitung zurzeit das Nonplusultra darstellen.»

Die Bearbeitungsprozesse auf der a81, die im Rahmen der Gehäuseteile getätigt werden, sind Fräsen, Ausdrehen, (Fein-)Bohren, Gewindeschneiden und -fräsen. Aufgrund einiger tief liegender Gewinde müssen JEL-Gewindebohrfräser, schlank und lang auskragend in die HSK-A100-Halter eingeschrumpft, eingesetzt werden. Ein spezieller JEL-Schneidenanschliff reduziert die für dieses Werkzeug zerstörerischen Schwingungen weitgehend.

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Von der Maschine in die Teilereinigung
 
Elektrokettenzüge aus Schötz

Mehrfachwerkzeuge: mehrere Operationen in einem

Was «hochproduktiv» bei der GIS AG heisst, zeigt sich spätestens beim Blick auf die Werkzeuge. M. Fischer: «Wenn möglich setzen wir auf Mehrfachwerkzeuge. Das heisst Werkzeuge, welche in einem Durchgang mehrere Bearbeitungsschritte ausführen können. Die Mehrfachwerkzeuge werden jeweils auf den Lagersitzpositionen positioniert und schruppen gleich mehrere Durchmesser auf einmal. Die jeweiligen Facettierungen werden beim Erreichen der Endpositionen mitgefertigt. Abschliessend werden die Bohrungen mit einem Mehrfachschlichtwerkzeug auf Passmass gebracht.»

Auf die Nachfrage des SMM, warum die Schlichtschneiden nicht ins Schruppwerkzeug direkt integriert werden, erörtert M. Fischer: «Unsere Aluminiumdruckgussgehäuse verziehen sich infolge ihrer Eigenspannung während des Schruppprozesses um wenige Hundertstel, was bei IT6-Toleranzen die Implementierung des Schlichtwerkzeugs in den Schruppprozess verunmöglicht.»

PKD-Werkzeuge mit hohen Standzeiten

Die Werkzeuge haben wenn immer möglich PKD-Schneiden, wie M. Fischer betont: «Grundvoraussetzung für die Bearbeitung mit PKD-Werkzeugen ist eine erstklassige Spindel, da PKD-Werkzeuge sehr empfindlich auf Vibrationen im System reagieren. Beim Verschleissverhalten ist der PKD-Schneidstoff bei der Aluminiumbearbeitung das Mass der Dinge. Wir fertigen zwischen 3000 und 10 000 Bohrungen pro Schneide. Die starke Varianz ergibt sich aus der Einflussgrösse Gussqualität (Lunker, Einschlüsse etc.). Unsere PKD-Wendeschneideplatten werden auf dem Komet-Klemmenhaltersystem UKS und dem Feindreheinsatz M31 verschraubt. Das Wendeplattenhaltersystem ist dann wiederum auf den Mehrfachwerkzeugen montiert.»

Mit den PKD-Werkzeugen sind Schnittgeschwindigkeiten von 1600 bis 2000 m/min bei etwa 3–5 m/min Vorschub möglich. M. Fischer: «Wir versuchen, die Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe unserer Fertigungsprozesse so auszulegen, dass Wirtschaftlichkeit und Produktivität im Optimum liegen.» Fazit: Der Mittelweg ist oft die schnellste und wirtschaftlichste Bearbeitungsstrategie.

«Mehrfachwerkzeuge und Aufspannvorrichtungen werden übrigens bei uns im Haus, im Rahmen des Markteinführungsprozesses, durch unseren Lehrenkonstrukteur Beat Käser entwickelt», führt M. Fischer fort. «Anschliessend fertigt unsere Lehrlingsabteilung die benötigten Werkzeuge und Aufspannvorrichtungen als Prüfungsvorbereitung bzw. integrierte Projektarbeit (Abschlussprüfung) zum Polymechaniker.»

Ziel: Maschinen nach 10 Jahren ersetzen

Doch zurück zu den Bearbeitungszentren der GIS AG: Die alte Makino A77 ist jetzt etwa 10 Jahre alt. Nach 10 Jahren werden die Maschinen bei der GIS AG ersetzt oder zumindest von ihrer «Herzfunktion» entbunden, wie M. Fischer sagt: «Eine 10-jährige Maschine setzen wir nicht mehr als Herzmaschine ein, da sie durch altersbedingte Defekte nicht mehr über die benötigte Prozesssicherheit verfügt. Von der Herzfunktion entbundene Maschinen werden nur noch unterstützend eingesetzt.»

Fastems sorgt für Teilever- und -entsorgung

Das bei der GIS AG installierte Fastems-System wurde im Rahmen des Investitionsprojekts der Makino A77 installiert.

Es versorgte die A77 bereits mit 36 Paletten und wurde nun im Zusammenhang mit der a81 um sechs Palettenplätze erweitert. M. Fischer: «Pro Palette sind zwischen 4 und 24 Werkstücke gespannt. Das Fastems-System erledigt seinen Dienst absolut problemlos. Bei der Evaluation der neuen Maschine hatten wir keine grosse Auswahl an Maschinen. Das Fastems-System ist zwar offen für unterschiedlichste Werkzeugmaschinen. Die verschiedenartigen Palettenaufnahmesysteme der Werkzeugmaschinen zwingen den Kunden jedoch, beim Fabrikatwechsel auch die Palettenaufnahmen zu wechseln. Eine Redundanz, wie wir sie mit der A77 besitzen, wäre unmöglich. Unsere Makino a81 ist jedoch eine qualitativ hervorragende Maschine, mit extrem guten dynamischen Eigenschaften, insofern eine sehr gute Wahl.»

«Ruck» wichtiger als Beschleunigung

«In diesem Zusammenhang», fährt M. Fischer fort, «könnte man erwähnen, dass es Maschinen gibt, welche durchaus höhere maximale Beschleunigungen und Eilgänge ausweisen als die a81. Für unsere Anwendungen ist jedoch der Ruck das entscheidende Kriterium. Der Ruck (Beschleunigungszunahme) ist die physikalische Grösse: Beschleunigung durch Zeit mit der Einheit (m/s3), also die Beschleunigungszunahme pro Zeiteinheit. Die kinematischen Eigenschaften machen auch vor Werkzeugmaschinenherstellern nicht Halt. Darum gilt, je höher der Ruck, desto tiefer die maximale Beschleunigung und umgekehrt. Die Makino a81 verfügt über einen hohen Ruck und ist für unsere Anwendung, von Bohrung zu Bohrung/von Werkstück zu Werkstück (Mehrfachspannung) schnell zu verfahren, sehr wirtschaftlich.»

Sehr schneller Werkzeugwechsel

Die Makino verfügt heute über einige Vorteile gegenüber dem älteren A77er-Modell und der Konkurrenz, wie M. Fischer betont: «Makino entwickelte zur Beschleunigung des WZ-Wechsels ein besonderes System. Vor dem WZ-Wechsel wird das Kühlmittel der Innenkühlung nicht mehr ausgeblasen, sondern eingesogen. Auch sind die Spindeldynamik und die fahrdynamischen Eigenschaften beeindruckend und für unsere Anwendungen überzeugend.»

Wärmegang praktisch null

In Sachen Präzision werden hohe Anforderungen an die Achsdistanzen (IT7) und Bohrungen (IT6/N6 [Ra 0,8]) gestellt. In diesem Zusammenhang auf den Wärmegang der a81 angesprochen, macht M. Fischer den Eindruck, als hätte er sich noch nie Gedanken darüber machen müssen: «Wir stellen bei unseren Anwendungen keinen messbaren Wärmegang fest.» Das wurde beim Firmenrundgang auch vom Messtechnikspezialisten (Heinrich Frank, Qualitätsprüfer) im klimatisierten Messraum bestätigt: «Wir können bei der Teilevermessung der Makinowerkstücke keinen messbaren Wärmegang feststellen», und scherzt: «Aber wenn ich die Werkstücke direkt aus unserer 60 °C heissen Teilereinigungsanlage auf unsere Wenzel-Messmaschine spanne und dann direkt vermesse, dann sind alle Masse Ausschuss.»

Service: es läuft ohne Probleme

Der Schweizer Makino-Service läuft über die Vertretung der Neutec Werkzeugmaschinen AG und funktioniert nach Aussage von M. Fischer ausgezeichnet: «Neutec ist ein zuverlässiger Partner. An der neuen Maschine hatten wir in den 2,5 Jahren nichts auszusetzen. Kinderkrankheiten gab es keine.» <<

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