Grossteilezerspanung

Produktivitätssprung durch flexibles Fertigungssystem

| Autor / Redakteur: Wolfgang Klingauf / Anne Richter

Die Super Versatile Jet PC-24 von Pilatus soll als Geschäftsflugzeug, für Rettungsflüge oder Transporte eingesetzt werden. Der Auftragseingang steigt kontinuierlich und es wurden neue Kapazitäten in der Grossteilezerspanung geschaffen.
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Die Super Versatile Jet PC-24 von Pilatus soll als Geschäftsflugzeug, für Rettungsflüge oder Transporte eingesetzt werden. Der Auftragseingang steigt kontinuierlich und es wurden neue Kapazitäten in der Grossteilezerspanung geschaffen. (Bild Pilatus Aircraft Ltd)

Grossteilezerspanung bei Pilatus Flugzeugwerke: Mittelgrosse Aluminium-Strukturbauteile werden auf einem flexiblen Fertigungssystem (FFS) der Starrag Group mit zwei Ecospeed-F-Bearbeitungszentren bearbeitet. Die Produktionskapazität hat sich um ungefähr ein Drittel erhöht.

Endmontagehalle der Pilatus Flugzeugwerke AG in Stans, Zentralschweiz: Hier spürt man die Faszination des Fliegens viel mehr, als wenn man selbst in einem «gewöhnlichen» Personenflugzeug sitzt. Zwischen den neusten Modellen des fast 1600 Mal verkauften ein­motorigen Turboprop-Mehrzweckflugzeugs PC-12, einigen Vertretern des hochmodernen Trainingsflugzeugs PC-21 und den drei Prototypen des zwei­strahligen Business-Jets PC-24, der 2017 zertifiziert und bereits über 80 Mal geordert wurde, wächst der Wunsch, selbst den Steuerknüppel in die Hand zu nehmen und abzuheben. Kein Wunder, dass sich Pilatus mit diesen verhältnismässig kleinen Flugzeugen verschiedene Nischenmärkte erobert hat. Denn sie wissen durch hohe Qualität, individuelle Ausstattungs- und Leistungsmerkmale sowie den mehrfach ausgezeichneten Kundendienst weltweit zu überzeugen. Mit 33 Prozent Umsatzanteil im Jahr 2016 war Europa der grösste Absatz­markt für das Schweizer Unternehmen, gefolgt von Amerika mit 29 Prozent und Asien mit 20 Prozent.

Zusätzliche Kapazitäten für die Grossteilezerspanung

Seit Jahren steigen Umsatz und Auftragseingang kontinuierlich, und mit der Marktreife des als Super Versatile Jet bezeichneten PC-24 wird die benötigte Produktionskapazität einen neuen Höhepunkt erreichen. Da sich weder die Räumlichkeiten noch die Anzahl der Mitarbeiter beliebig vergrössern lassen, fassten die Verantwortlichen den Entschluss, die Grossteilezerspanung auf neue Füsse zu stellen und damit zusätzliche Kapazitäten zu schaffen. Schliesslich besteht der neue Business-Jet, wie auch alle anderen Pilatus-Flugzeuge, von der Nase bis zur Heckflosse und den Flügelenden aus zahlreichen Aluminium-Strukturbauteilen. «Deren Bearbeitung gehört zu unseren Kernkompetenzen», erklärt Walter Duss, Abteilungsleiter Mechanische Bearbeitung. «Mit Wandstärken von teilweise nur 1,2 Millimetern sind diese bei uns – im Vergleich zu anderen Flugzeugherstellern – extrem filigran. Der Zerspanungsgrad liegt dementsprechend meist deutlich über 90 Prozent.» Um die Produktivität in diesem Know-how-intensiven Kernsegment zu erhöhen, sollte für Bauteile von 750 mm bis zu 4000 mm Grösse ein flexibles Fertigungssystem installiert werden, das einen weitgehend automatisierten Produktionsprozess ermöglicht. Weitere wichtige Punkte im Pflichtenheft waren die Möglichkeit zum hauptzeitparallelen Umrüsten mit einem Arbeitspuffer im Palettenmagazin sowie ein insgesamt reduzierter Umrüstaufwand, um das Teilespektrum von über 200 Pilatus-Artikeln in dieser Grössenordnung wirtschaftlich handhaben zu können.

Umfassendes Know-how und überzeugende, leistungsfähige Lösung

Beat Müller, Projektleiter Betriebsmittelbeschaffung und für die Investition in das flexible Fertigungssystem verantwortlich, bezog alle in der Aero­space-Industrie bekannten Anbieter in seine Ausschreibung ein. Sie mussten sich einem intensiven Benchmark-Prozess unterziehen, in dessen Mittelpunkt zahlreiche Probebearbeitungen standen. Am Ende erhielt die Starrag Group den Zuschlag, ein flexibles Fertigungssystem mit zwei identisch ausgerüsteten Bearbeitungszentren Ecospeed F 2040 zu liefern.

«Für die Starrag Group sprach grundsätzlich das umfassende Know-how im Systemgeschäft und die seit vielen Jahren praktizierte, erfolgreiche Abwicklung kompletter Turn-Key-Projekte», argumentiert Beat Müller. Maschinenseitig überzeugte die Starrag-Lösung vor allem durch die Leistungsfähigkeit der Ecospeed-F-Bearbeitungszentren, die speziell auf die Bearbeitung von Aluminiumstrukturbauteilen ausgelegt sind und ein Spänevolumen bis zu 160 l/min erreichen. Als besonders innovativ bezeichnet Beat Müller den parallelkinematischen Bearbeitungskopf Sprint Z3: «Er hat uns vor allem beim Taschenfräsen in den Ecken mit unterschiedlichen Anstellwinkeln beeindruckt.» Ein weiterer, entscheidender Faktor war die Spindel mit ihrer maximalen Drehzahl von 30 000 U/min und einer Leistung von 120 kW. Sie bietet eine Diagnosefunktion – «für uns ein Muss-Kriterium», ergänzt der Projektleiter. «Denn dadurch können wir den Prozess optimal gestalten, auch in Bezug auf Wartungs- und sonstige Unterhaltskosten.»

Optimaler Spänefall durch vertikale Anordnung der Maschinenpalette

Als wichtiges Entscheidungskriterium nennt der Projektleiter darüber hinaus auch den optimalen Spänefall der Ecospeed F: «Wir gehen davon aus, dass in der Anlage jährlich knapp 700 t Rohmaterial bearbeitet werden, von denen über 90 Prozent zerspant werden. Das ist ein enormes Spänevolumen, das aus der Maschine und dem Produktionsbereich entfernt werden muss.» Durch die vertikale Anordnung der Maschinenpalette ist ein freier Spänefall direkt in den zentral angeordneten Späne­förderer gewährleistet. Er gibt die Späne auf einen im Untergeschoss befindlichen Querförderer ab, der diese schliesslich in ein Silo mit vier Brikettierpressen transportiert. Nach dem Pressen werden die Briketts aus der Halle zu einem bereitstehenden Container gefördert.

Zum Lieferumfang der Starrag Group gehörten die Projektierung und das Engineering des gesamten FFS, das neben den Bearbeitungszentren auch ein Palettenhandling enthält. Insgesamt befinden sich 16 Paletten in den Massen 2000 mm x 4000 mm im System, von denen sich jeweils eine in den Maschinen befindet und 14 in Speicherstationen gelagert werden. Ausserdem enthält die Anlage zwei Rüststationen mit Kipptischeinrichtung zur horizontalen Beladung. Ein ebenfalls von der Starrag Group entwickelter und gelieferter Fertigungsleitrechner unterstützt die hochautomatisierte Produktion, indem er das Zusammenspiel des Maschinen-Duos mit den Paletten- und Rüststationen steuert.

Hohe Prozesssicherheit ermöglicht mannlose Nachtschicht

Seit Herbst 2016 ist das Starrag-FFS in Betrieb. Fertigungsleiter Walter Duss ist zufrieden: «Auf ähnlicher Produktionsfläche und bei gleichem Personalstand generieren wir heute rund ein Drittel mehr Kapazität. Damit sind wir auch deutlich wirtschaftlicher geworden, was uns hilft, am teuren Fertigungsstandort Schweiz im strengen interna­tio­nalen Wettbewerb zu bestehen.» Auch Projektleiter Beat Müller sieht ein wesentliches Ziel erreicht: «Bisher hatten wir ein Schichtmodell, in dem unsere Maschinenbediener an 300 Tagen im Jahr von morgens 5 Uhr bis nachts 1 Uhr kontinuierlich arbeiteten. Es folgten noch vier Stunden mannloser Betrieb. Durch den prozesssicheren Betrieb der Anlage können wir jetzt von abends 22 Uhr bis morgens 5 Uhr mannlos fahren und damit unsere
Mitarbeiter entlasten und für andere Aufgaben einsetzen.»

Als weiteren Nutzen erwähnt er das hauptzeitparallele Rüsten, das aufgrund der grossen Teilevielfalt manuell stattfindet. Während der Tagschichten werden die Paletten beladen. Um dabei keine Zeit zu verlieren, integrierte Pilatus gegenüber dem Rüstplatz ein Rohmateriallager, das auftragsbezogen die benötigten Rohteile bereitstellt. Die gerüsteten Paletten werden im Magazin gelagert. Der Starrag-Fertigungsleitrechner schickt sie von dort aus automatisch zur Bearbeitung auf die Maschinen und sorgt dafür, dass sie anschliessend wieder ins Magazin retourniert werden. Beat Müller weist darauf hin, dass etwa zwölf Fabrikationsaufträge gleichzeitig über das System laufen. Dadurch werden die Paletten auch nach Zwischenarbeitsschritten wieder eingelagert. Beat Müller resümiert: «Durch die Pufferwirkung des Palettenmagazins erzielen wir auf jeden Fall eine höhere Auslastung.» Sobald die Bearbeitung abgeschlossen und Kapazität fürs Entladen vorhanden ist, fährt die fertige Palette zum Rüstplatz, wo sie manuell ent- und neu beladen wird. SMM

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