Automatisierte Fertigungszelle: Drehen, Fräsen und Entgraten in einer Aufspannung Produktivität gesteigert – Wettbewerbsfähigkeit erhalten

Autor Anne Richter

Am Standort in Klingnau hat die ABB Turbo Systems AG in eine hochmoderne Turbolader-Produktion investiert. So konnte mit einer automatisierten Fertigungszelle von GF Machining Solutions die Produktivität bei der Impellerfertigung entscheidend gesteigert werden.

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Mit der neuen Fertigungszelle von GF Machining Solutions konnte ABB Turbo Systems die Durchlaufzeiten um 40 Prozent senken.
Mit der neuen Fertigungszelle von GF Machining Solutions konnte ABB Turbo Systems die Durchlaufzeiten um 40 Prozent senken.
(Bild: Michael Reinhard/ABB Turbo Systems)

ABB Turbo Systems ist bei der Entwicklung und Herstellung seiner Turbolader einem Umfeld ausgesetzt, welches durch starke Nachfrageschwankungen, eine hohe Anzahl an Produktvarianten und kurze Lieferzeiten bestimmt ist. Eine moderne Produktionsanlage muss deshalb kleinste Losgrössen bei kürzesten Durchlaufzeiten bewältigen sowie eine höchstmögliche Prozessstabilität garantieren können. Die neue ABB-Turbolader-Produktionsanlage für Hochgeschwindigkeitsfertigung am Standort in Klingnau ist deshalb auf höchste Qualität, Produktivität und Flexibilität ausgelegt – Voraussetzungen für eine wettbewerbsfähige Produktion. «ABB-Fabriken sind modern und der Produktionsprozess wird permanent optimiert», betont Pascal Somm, Produktionsleiter bei ABB Turbo Systems AG in Klingnau, und ergänzt: «Das Know-how liegt im Prozess und dem Wissen, welche Fertigungsschritte wie zusammengefasst werden können. Dass wir solche Lösungen erarbeiten und umsetzen können, ist eine der Stärken des Standortes Schweiz.»

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Bearbeitungsschritte zusammengefasst und Fertigungsprozess komplett verändert

Dies gilt auch für die Fertigung der Impeller, einer wichtigen Komponente der Turbolader. Mit Unterstützung von Experten von GF Machining Solutions hat das Unternehmen den gesamten Fertigungs-Prozess für die Impeller komplett überarbeitet und neu konzipiert. «Auch für uns Maschinenbauer geht es längst nicht mehr nur darum, Maschinen zu verkaufen. Entscheidend ist der optimale Prozess. Dabei wollen wir unsere Kunden unterstützen», bekräftigt Andreas Dalcher, Projektleiter GF Machining Solutions.

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«Immer wenn wir eine alte Maschine ersetzen, schauen wir uns den gesamten Prozess an: von der Materiallieferung bis hin zur Auslieferung. Direkt am Span ist nicht mehr viel rauszuholen. So haben wir die Art der Impellerfertigung komplett geändert», berichtet P. Somm. Ursprünglich wurden die komplexen Bauteile in fünf Bearbeitungsschritten gefertigt: 2 Drehbearbeitungen (Vorder- und Rückseitenbearbeitung), Fräsen, Entgraten und Beschriften. Das Handling zwischen den Bearbeitungsschritten erfolgte per Hand. Jetzt werden alle Bearbeitungsschritte, ausser einer Drehbearbeitung, in einer automatisierten Fertigungszelle durchgeführt. Wobei mehr als die Hälfte der Drehbearbeitungen mit dem Fräsen und dem Entgraten zusammengefasst sind und auf einem der beiden Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren von Mikron in einer Aufspannung erledigt werden. Die Zelle ist in der Lage, bei einem entsprechenden Auftragsvolumen, ohne zusätzliches Personal 24 Stunden und 7 Tage die Woche rund um die Uhr zu produzieren.

Die automatisierte Fertigungszelle

Die Fertigungszelle besteht aus den beiden Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren Mikron Mill S600U mit 24 000 min-1 mit HSK-A63-Spindel und 170-fach-Werkzeugwechsler und der Mikron Mill S400U mit 42 000 min-1 mit HSK-E40-Spindel und 68-fach-Werkzeugwechsler. Die Mikron-Maschinen sind auf eine hohe Beanspruchung einer 5-Achs-Simultan- und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ausgelegt. Die Portalbauweise aus Polymerbeton bietet eine hohe Steifigkeit und alle Achsen sind mit Linearmotoren angetrieben.

Die Fertigungszelle wird über eine Ladestation be- und entladen. Das Automationssystem Transformer 1500/150 von System 3R mit 18 Plätzen GPS240 und 32 Plätzen ITS148 und der System 3R Cellmanager verbinden die Maschinen miteinander. Die Impeller mit einem Durchmesser von 120 bis 380 mm werden abhängig von Impeller-Grösse und Maschinen-Auslastung in einem der beiden Bearbeitungszentren bearbeitet. Um einen noch höheren Durchsatz zu ermöglichen, wird die Zelle auf Ende 2017 um eine zusätzliche Mikron Mill S600U und weitere 24 System-3R-GPS240-Plätze erweitert. Eine Transformer-System-3R-Zelle kann bis zu 12 verschiedene Maschinen auch unterschiedlicher Hersteller verbinden. Für die Impeller-Produktion in Klingnau wurde zusätzlich ein Trumark-Beschriftungslaser von Trumpf eingebunden.

Mikron Mill S400U

Mikron Mill S600U

Bauteil innerhalb von 24 Stunden verschickt

Die automatisierte Fertigungszelle gewährleistet vor allem eine hohe Flexibilität in der Fertigung. Über die Zellensteuerung können Bearbeitungsaufträge nach Bedarf verschoben werden. «Rund 40 Prozent unserer Produkte werden für den Service hergestellt. ABB hat den Anspruch, innerhalb von 48 Stunden die Ersatzteilverfügbarkeit auf der ganzen Welt zu gewährleisten. Deshalb ist für uns eine hohe Flexibilität so wichtig. Wir sind in der Lage, das Ersatzteil innerhalb von 24 Stunden zu verschicken», berichtet P. Somm. Der alte Prozess hatte zwar auch eine gewisse Flexibilität ermöglicht, doch musste immer per Hand eingegriffen werden. «Da jetzt alles automatisiert ist und da das manuelle Handling wegfällt, ist dieser Aufwand wesentlich verringert worden.», ergänzt P. Somm.

Volumenflexibilität gewährleistet

Zusätzlich konnte mit der Fertigungszelle die Volumenflexibilität um 50 Prozent erhöht werden. Diese Flexibilität ist eine wichtige Komponente, da das Turbolader-Geschäft grossen Nachfrageschwankungen unterworfen ist. «Früher konnten wir die Volumenflexibilität nur über Personal steuern, was immer ein Problem ist. Heute wird die Anlage mit einer Kerngruppe von Mitarbeitern bedient und die Volumenflexibilität über die Auslastung gesteuert», erklärt P. Somm.

Auch eine Minimierung der Werkzeugzahl gehört bei ABB Turbo Systems AG zum Optimierungsprozess. Inklusive Schwesternwerkzeugen arbeitet die grosse Maschine mit maximal 170 Werkzeugen, die kleine mit maximal 68. Da Prozesssicherheit ein wichtiges Element in der Turbolader-Produktion ist, wurden in die Anlage viele Sicherheiten eingebaut, um Crashs zu verhindern bzw. abzufangen. Auch durch das automatisierte Handling ist das Fehlerrisiko minimiert worden.

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Verringerte Durchlaufzeiten

Ausserdem konnten mit der Fertigungszelle die Durchlaufzeiten um 40 Prozent verringert werden. Das ist einerseits auf die weggefallenen Liegezeiten zwischen den Bearbeitungsschritten zurückzuführen, andererseits auf die erhöhte Flexibilität. Die Impeller gibt es in sieben verschiedenen Durchmesser-Grössen von 120 bis 380 mm. Hinzu kommen die unterschiedlichen Ausführungen, so dass insgesamt rund 50 verschiedene Impellertypen in Klingnau gefertigt werden. Früher wurde nur auf Prognose gefertigt, die Losgrössen lagen bei bis zu 16. Das hat zu erheblichen Lagerbeständen geführt. «Heute richten sich die Losgrössen nach dem Bedarf. Das sind meistens 4 Stück. Technisch ist aber auch Losgrösse 1 ohne Mehraufwand möglich», berichtet P. Somm.

Wartung nach Bedarf

Die beiden Bearbeitungszentren werden stark belastet. Die Impellerfertigung ist eine ständige 5-Achs-Simultananwendung. Permanente Richtungswechsel und starke Beschleunigungen bei einer 24-Stunden-Auslastung fordern die Maschinen. Daher ist die Instandhaltung ein wichtiges Thema. Anstatt der konventionellen Methode, die Anlage für fünf Tage abzuschalten und alles zu warten, was gewartet werden muss, erfolgt die Wartung nach einer Art Predictive Maintenance. Teile werden nur nach Bedarf, anhand bestimmter Indikatoren, ausgetauscht. Diese Wartungsarbeiten sind in der Regel innerhalb eines Tages erledigt. «Es ist besser, die Anlage fünf Mal im Jahr für einen Tag abzuschalten als fünf Tage hintereinander», erklärt A. Dalcher und ergänzt: «So können die Nächte für die Fertigung gewonnen werden und die Wartungsarbeiten sind besser in den gesamten Prozess zu integrieren.»

Die Zukunft der ABB-Turboladerproduktion ist auf Wachstum ausgerichtet. Entsprechend ist auch die Fertigungszelle konzipiert. Für das Jahr 2017 wird eine Stückzahl von 7000 bis 8000 Impellern erwartet. Und in Zukunft sollen es noch mehr sein, denn für 2020 hat ABB Turbo Systems AG ein neues Produkt geplant, für das die Impeller auch in der Schweiz gefertigt werden. SMM

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