Swissmade-Wälzkörper für Rollen- und Nadellager Autonomes Schleifen neu gedacht: spitzenlos zum perfekten Wälzkörper

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Diese Anwendung ist ein Paradebeispiel dafür, dass es möglich ist, Massenfertigung am Werkplatz Schweiz zu realisieren, die man längst abgewandert wähnte, gäbe es nicht die neu entwickelte, hochautonome Spitzenlosschleifmaschine «CUBE 350» von Tschudin, mit der die Strähl Décolletage AG vor einem Jahr den Schritt in die Schleiftechnik gewagt hat. Gefertigt werden Wälzkörper für hochwertige Zylinderrollen- und Nadellager. Aufgrund der hervorragenden Qualität – 200 Prozent Swissmade – der vorbildlichen Liefertreue und der dank der sehr hohen Autonomie kompetitiven Kostenstruktur wurde das Auftragsvolumen seitens des Auftraggebers nochmals erhöht. Die Strähl-Verantwortlichen orderten daraufhin bereits die zweite Tschudin «CUBE 350».

In den letzten Jahren war von Tschudin im Schweizer Maschinenmarkt wenig zu lesen. Das wird sich vermutlich ändern, denn mit der «CUBE 350» haben die Tschudin-Entwicklungsingenieure eine Spitzenlosschleifmaschine entwickelt, die in ihrem Schleifsegment schlicht genial und zugeschnitten für die Anforderungen am Werkplatz Schweiz ist.

Die «CUBE 350» verfügt über eine Flexibilität, die ihresgleichen sucht. In weniger als einer Stunde ist sie auf ein neues Teil umgerüstet. Zudem ist sie dank hoher Zuverlässigkeit auch für die Millionen-Serienfertigung ausgelegt, wie dieser Bericht über Strähl Décolletage zeigt. Eine Schweiz-Schweizer Kooperation, die aufzeigt, wie der Werkplatz Schweiz zukunftsfähig bleiben kann.

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Ein Layoutentwurf der Spitzenklasse

Auf den ersten Blick ist die «CUBE 350» eine der kompaktesten Spitzenlosschleifmaschinen auf dem Markt. Sie kann Komponenten mit einem Durchmesser von 0,1 bis 20 mm im Durchlaufverfahren oder im Einstechverfahren schleifen – bei Bedarf auch 24 Stunden pro Tag. In genau diese Maschine hat Strähl Décolletage vor einem Jahr erstmalig investiert. Doch der Reihe nach.

Die 1988 gegründete Strähl Décolletage AG hat sich auf Drehfrästeile mit einem Durchmesser von bis zu 25 mm – in Einzelfällen bis D = 38 mm – spezialisiert und fokussiert sich dabei auf Grossserien. Ein Blick auf den Maschinenpark zeigt, dass bei Strähl bewusst auf High-End-Werkzeugmaschinen – mit Fokus Schweiz und Japan – gesetzt wird. In den letzten drei Jahren zog das Auftragsvolumen nochmals richtig an: Von bisher elf Mitarbeitenden wuchs das Unternehmen innerhalb von nur drei Jahren auf 19 Spezialisten.

«Immer durchzuproduzieren. Das ist eine unserer Strategien …»

Auf die Frage, wie es zu dieser positiven Entwicklung gekommen sei, antwortet Ferdi Saiti, (CEO, Strähl Décolletage AG): «Unser Ziel ist es, immer durchzuproduzieren. Das ist eine unserer Strategien, die wir konsequent verfolgen. Selbst wenn ein Auftrag noch nicht verlängert wurde, produzieren wir die Teile auf Lager. Denn aufgrund unserer Erfahrung wissen wir, dass der Kunde wieder bestellen wird. In dem Fall sind wir dann sofort lieferbereit. Im Idealfall können wir noch am Tag der Bestellung ausliefern. Das bringt uns beim Thema Lieferfähigkeit enorme Pluspunkte. Unser Kundenspektrum umfasst die Bereiche Gebäudetechnik, Elektrotechnik, Steckersysteme und Sensorik. Darüber hinaus fertigen wir Komponenten für Kühlsysteme von KI-Supercomputern. Das sind alles Wachstumsbranchen.»

Stückzahlen ab 10 000 bis in den Millionenbereich

Die Losgrössen reichen von 10 000 bis in den Millionenbereich. Aufgrund dieser Losgrössen ergeben sich relativ lange Laufzeiten auf den Maschinen. Ein grosser Vorteil ist jedoch, dass die Verantwortlichen bei Wegfall von zwei oder drei Aufträgen einen Grossauftrag auf mehrere frei werdenden Maschinen verteilen können.

F. Saiti: «Dann kann es auch mal passieren, dass wir nicht nur einen Jahresbedarf, sondern den doppelten Jahresbedarf produzieren und die Teile für den Kunden auf Lager legen. Entscheidend ist: Die Maschinen dürfen nie stillstehen. Da handeln wir konsequent.»

40 Langdrehmaschinen – die erste Tschudin-Schleifmaschine

Die Komponenten werden auf aktuell 41 Werkzeugmaschinen gefertigt. Davon sind 40 Langdrehmaschinen und eine Schleifmaschine, die Tschudin «CUBE 350». Das Materialspektrum geben die Kunden vor. Bearbeitet werden rostfreie Stähle, Messing, Aluminium, Stahl sowie bleifreie Legierungen.

F. Saiti: «Im Bereich Bleifrei-Automatenstahl und -Messing sind wir sehr früh eingestiegen und haben entsprechend gute Fertigungslösungen entwickelt. Um hier prozesssicheren Spanbruch zu erzielen, müssen die richtigen Werkzeuge eingesetzt werden. Darüber hinaus nutzen wir den CNC-gestützten unterbrochenen Schnitt unserer Drehzentren.»

Erstmalig in Schleiftechnik investiert

Doch wie kam es zu der Investition in eine Tschudin «CUBE 350»? F. Saiti antwortet auf diese Frage wie folgt: «Wir haben eine sehr umfangreiche Anfrage eines bereits bestehenden Kunden für Wälzkörper von Wälzlagern erhalten. Dabei handelte es sich um zehn ähnliche Wälzkörper mit einem Durchmesser zwischen 2 und 6 mm und einer Länge von bis zu 23 mm. Die Stückzahlen bewegen sich im oberen einstelligen Millionenbereich pro Jahr. Solche Wälzkörper fertigten wir bereits in der Vergangenheit für den gleichen Kunden, aber mit erheblich weniger Volumen.»

Der bisherige Produktionsprozess

F. Saiti: «Bisher bezogen wir Rohmaterial (Wälzlagerstahl), bei dem wir den Durchmesser mit entsprechendem Übermass auf unseren Langdrehautomaten vordrehen mussten, inklusive Kantenbrechen und Abstechen. Da wir stets einen hohen Lagerbestand an Kundenteilen haben, konnten wir für den neuen Auftrag direkt sechs Langdrehmaschinen freimachen. Die Drehteile haben wir zum Härten und anschliessenden Schleifen an externe Partner gegeben. Mit diesem Fertigungskonzept starteten wir den Auftrag, aber wir wären langfristig nicht konkurrenzfähig gewesen. Also mussten wir unseren Produktionsprozess umstellen.»

Der neue Fertigungsprozess: Anpassung des Rohmaterials

Ein erster Schritt bestand laut F. Saiti in der Optimierung des Stangenmaterials: «Wir setzten neu auf Stangenmaterial, das bereits über das genaue Schleifaufmass (0,03 bis 0,07 mm) verfügte, sodass wir nicht mehr auf Durchmesser drehen mussten.»

Die Vorbearbeitung des Stangenmaterials findet zwar immer noch auf Langdrehautomaten statt, beschränkt sich aber auf das Kantenbrechen und Abstechen. Durch diese Umstellung konnte zunächst der Zeitaufwand für den Drehprozess halbiert werden. Das ist eine enorme Effizienzsteigerung, wenn man bedenkt, dass anfangs sechs Drehautomaten belegt wurden. Härten und Schleifen blieb jedoch nach wie vor extern.

Integration der Schleifkompetenz

F. Saiti: «Als der Prozess in Gang gekommen war, haben wir uns überlegt, wie wir noch effizienter fertigen können. Wir haben die Thematik mit einem unserer Spezialisten, Shqiprim Rexhepi, diskutiert. Er hatte seine Abschlussprüfung im Rundschleifen bei seinem vorherigen Arbeitgeber gemacht und kannte bereits die Tschudin «ecoLine 400», auf der er ein halbes Jahr gearbeitet hatte. Es war in gewisser Weise ein Glücksfall, dass wir mit ihm über eine Schleifkompetenz im Haus verfügten. Jetzt fehlte nur noch die richtige Schleifmaschine. Es gab für uns verschiedene Optionen, die wir evaluierten.»

Retrofit oder Neuinvestition?

Von Retrofit-Anlagen bis zu Neuinvestitionen wurden verschiedene Schleifmaschinenhersteller geprüft und gerechnet. Retrofit-Anlagen sind zwar in der Anschaffung kostengünstiger, verfügen aber nicht über die Produktivität moderner Schleifmaschinen. Hinzu kommt der grössere Footprint, wie F. Saiti sagt: «Wir hätten drei Retrofit-Anlagen benötigt, um den Output zu erreichen, den wir aktuell mit der ‹CUBE 350› erzielen. Wenn man dann noch Service und Bedienpersonal dazurechnet, sind solche Investitionen für dieses spezifische Aufgabenspektrum langfristig nicht rentabel.»

Und genau hier rückte die Tschudin «CUBE 350» in den näheren Fokus. Nicht zuletzt auch aus dem Grund, weil Shqiprim Rexhepi mit der Tschudin «ecoLine 400» sehr gute Erfahrungen gesammelt hat. Im Gespräch mit der SMM-Redaktion sagt er: «Die ‹CUBE 350› ist in mehrfacher Hinsicht eine echte Revolution. Sowohl die Produktivität als auch die Prozesssicherheit sind schlicht herausragend. Sie ist nicht nur für die Serienproduktion, sondern auch für Kleinserien konzipiert, denn sie ist sehr einfach von einem Los auf das andere umzurüsten..»

Shqiprim Rexhepi hat den Schleifprozess bei der Strähl Décolletage AG mittlerweile perfektioniert. Als die SMM-Redaktion vor Ort war, wurden innerhalb einer Minute 90 Wälzkörper fertig geschliffen – völlig autonom rund um die Uhr. Mit seinem Know-how schult Shqiprim Rexhepi seine Mitarbeitenden, die ihn bei Abwesenheit vertreten und in der Lage sind, die Maschine umzurüsten und auf das neue Los zu programmieren.

Teileautomation kundenorientiert entwickelt und integriert

Für die hohe Produktivität ist die Teilezuführung und -abführung entscheidend. Generell muss die Automation an das Teilespektrum angepasst werden. Die Wälzkörperkomponenten sind typisches Schüttgut, das idealerweise per Vibrationstopf und einer Schlauchzuführung dem Bearbeitungsraum zugeführt wird. Anschliessend wird das Rohteil durch die Regelscheibe in den Schleifprozess gezogen. Nach dem Austritt fällt das fertig geschliffene Bauteil auf ein Förderband und gelangt nach aussen in einen Korb. Fertig.

Aufgrund der hohen Produktivität der «CUBE 350» musste Tschudin einen zusätzlichen Rohteilespeicher integrieren, da der Vibrationstopf bereits nach wenigen Stunden leer war. Mit dem zusätzlichen Rohteilespeicher kann die «CUBE 350» über das Wochenende bedienlos laufen. Diese und weitere Automationslösungen entwickelt Tschudin komplett in-house.

Hervorragende Wärmestabilität

Alle 30 Minuten werden fünf Teile vermessen. Die Toleranzfelder der Wälzkörper bewegen sich konsequent zwischen 1 und maximal 1,5 µm zwischen dem Abrichten der Schleifscheibe.

Shqiprim Rexhepi sagt dazu: «Wir nutzen damit das Soll-Toleranzfeld nicht einmal zur Hälfte aus. Sie ist generell äusserst temperaturstabil. Im Sommer gehen die Temperaturen in unserer Produktion gegen die 30 Grad. Die Wälzkörper werden immer perfekt innerhalb des Toleranzfeldes geschliffen.»

Marc Tschudin, CEO der Tschudin AG, ergänzt: «Die ‹CUBE 350› verfügt über eine ausgeklügelte Sensorik und Messtechnik. Im Bedarfsfall regelt sie eine erforderliche Wärmekompensation über die Steuerung nach, sodass immer ein Gutteil geschliffen wird – unabhängig von der Aussentemperatur. Hier kommt das Maschinenbett aus Granit zum Tragen, das die Temperatur sehr langsam überträgt (Temperaturstabilität ist um den Faktor 30 höher im Vergleich zum Mineralgussbett), sodass wir entsprechend gut regeln können, sofern notwendig. Das macht die Steuerung komplett autonom im Hintergrund. Ausserdem verfügt die Maschine über ein Kühlaggregat mit entsprechendem Wärmetauscher, was den Wärmegang zusätzlich auf einem Minimum hält.»

Marc Tschudin über die Stärken der «CUBE 350»

Die Tschudin-Entwicklungsingenieure haben die Spitzenlos-Schleifmaschine «CUBE 350» entwickelt, die über eine aussergewöhnlich hohe Flexibilität verfügt und auch für Unternehmen mit kleinsten Serien hoch wirtschaftlich produziert. Bei dem neuen Maschinenkonzept handelt es sich um eine konstruktive Meisterleistung von Tschudin. Die SMM-Redaktion hat mit Marc Tschudin über die Besonderheiten der «CUBE 350» gesprochen.

Matthias Böhm: Können Sie das Unternehmen Tschudin und seine Märkte kurz beschreiben?

Marc Tschudin: Tschudin beschäftigt rund 50 Mitarbeitende, davon zehn im Ausland. Unsere wichtigsten Märkte sind Deutschland, China und Japan. Während der Entwicklung der Tschudin «CUBE 350» haben wir den Operateur in den Mittelpunkt gestellt. Damit ist es uns gelungen, eine Spitzenlosschleifmaschine mit Fokus auf maximaler Flexibilität und Autonomie zu entwickeln, die es in dieser radikalen Art aktuell kein zweites Mal auf dem Markt gibt.

Wir hatten im Vorfeld auf den Wenk-Innovationstagen (die Wenk AG gehört zur Tschudin-Unternehmensgruppe) über die Variabilität der «CUBE 350» gesprochen. Das Thema stand bei der Strähl Décolletage AG aufgrund der Grossserienfertigung nicht im Fokus. Können Sie das näher ausführen?

M. Tschudin: Ich möchte dazu ein wenig ausholen. In den letzten zehn Jahren haben wir bemerkt, dass Grossserien aus Westeuropa konsequent Richtung Osteuropa und Asien abwandern. Gleichzeitig steigt in Westeuropa die Nachfrage nach flexiblen Schleiflösungen, da die Serien kleiner werden. Die Losgrössen bewegen sich manchmal nur noch im zwei- bis dreistelligen Bereich. Darauf müssen wir mit unseren Schleifmaschinen reagieren. Aus diesem Grund haben wir mit der Tschudin «CUBE 350» eine sowohl hochproduktive wie auch hochflexible Schleifmaschine entwickelt – das ist neu.

Was bedeutet das konkret für die Anwender?

M. Tschudin: Mit der «CUBE 350» sprechen wir speziell Zulieferunternehmen mit ständig wechselnden Serien an, darunter auch Kleinserien von ein bis 20 Stück. Auf der «CUBE 350» können wir Durchmesser von 0,1 bis 20 mm und Längen von 1 mm bis maximal 205 mm in einem breiten Teilespektrum schleifen. Aufgrund des bedienfreundlichen Aufbaus kann das Bauteilspektrum sogar mehrmals am Tag gewechselt werden. Wir haben Kunden, die über 200 verschiedene Werkstücke auf unserer Maschine schleifen. Man kann mit ihr aber auch, wie bei Strähl Décolletage, Millionenlose über das gesamte Jahr hoch wirtschaftlich mit einer Bauteilserie fahren.

Thema Bauteilwechsel: Wie schnell lässt sich umrüsten?

M. Tschudin: Wenn man nur die Schleif- und Regelscheibe umrüstet, ist das in weniger als 10 Minuten erledigt. Unter Umständen muss noch die Auflage, das Abrichtwerkzeug sowie das Handling angepasst werden. Auch hierfür können wir flexible Greifsysteme applikationsgerecht integrieren. Und natürlich muss das entsprechende Schleifprogramm gestartet werden. Wenn all das bereits einmal eingerichtet war, dauert ein Wechsel inklusive Automationsanpassung weniger als einer Stunde.

Was haben Sie konstruktiv unternommen, um dies zu ermöglichen?

M. Tschudin: Dies ist dank der einfachen Zugänglichkeit möglich. Die «CUBE 350» wurde mit einer «Nase» konstruiert, welche die verfahrbare W-Achse aufnimmt. An beiden Seiten befinden sich Aussparungen für das Bedienpersonal, sodass der Bediener direkt an der Schleifspindel steht. Dadurch können die Werkstücke schnell, bequem und sicher be- und entladen werden. Diese «Nase» bietet auch grosse Vorteile beim Umrüsten, da alle anzupassenden Komponenten einfach erreichbar sind. Der Maschinenbediener muss nicht auf die Maschine steigen. Zudem gewährleistet die klappbare Abdeckhaube einen schnellen Zugang zum Schleifbereich. Das Wechseln und die Höheneinstellung der Auflageschiene sowie das Einrichten der Abrichtwerkzeuge erfolgen ausserhalb des Schleifbereichs. Dasselbe gilt für das Be- und Entladen der Auflage mit Werkstücken: Dank der verfahrbaren (W-)Achse geschieht auch dies ausserhalb des Schleifbereichs.

Und wie sieht es aus, wenn ich vom Durchgangsschleifen zum Einstechschleifen wechseln muss?

M. Tschudin: Das Umrüsten vom Durchgangs- zum Einstechschleifen erfolgt ohne mechanische Anpassungen, ausgenommen sind lediglich die (Abricht-)Werkzeuge und die Führungsbacken. Das heisst, es geht praktisch in derselben Geschwindigkeit.

Unterstützen Sie Unternehmen wie Strähl Décolletage, die über weniger Erfahrung verfügen, bei der Neuentwicklung von Schleifprozessen?

M. Tschudin: Absolut! Bei der Auslieferung der Maschine entwickeln wir den Prozess gemeinsam mit dem Kunden. Wir erhalten das Rohteil und die Fertigungszeichnung. Auf dieser Grundlage entwickeln wir den gesamten Prozess – vom Handling über das Schleifen bis zur Qualitätskontrolle. Wenn Strähl Décolletage eine Anfrage zum Thema Einstechschleifen erhalten würde, könnten wir sie natürlich technologisch unterstützen. Wir würden den Prozess gemeinsam mit ihnen bei Tschudin entwickeln und einfahren, sodass sie ihre Produktion nicht unterbrechen müssten.

Bedienungskonzept sehr benutzerfreundlich

Zur Programmierung und Bedienung sagt Ferdi Saiti: «Die Zugänglichkeit zu den Schleifscheiben und dem eigentlichen Fertigungsbereich ist vorbildlich. Programmiertechnisch profitieren wir von der benutzerfreundlichen Bedienoberfläche der Fanuc-Steuerung und der von Tschudin entwickelten Schleifsoftware. Zudem ist aus meiner Sicht das sehr einfache Maschinenkonzept und der Aufbau hervorzuheben. Die Maschine ist benutzerfreundlich und hat eine hohe autonome Laufzeit. Mit Shqiprim Rexhepi haben wir einen Einrichter, der seine Abschlussprüfung im Schleifen absolviert hat. Er verfügt über eine hohe Expertise, die wir richtig gut einsetzen können. Die Maschine kann aber auch von einem ‹normalen Langdreher› bedient werden, wenn er angelernt wurde.»

«Wir haben uns zukunftsfähig positioniert.»

Ferdi Saiti resümiert: «Wenn mich vor zwei Jahren jemand gefragt hätte, ob wir jemals eine Schleifkompetenz hier bei uns aufbauen würden, hätte ich das für völlig abwegig gehalten. Nach einem Jahr hervorragender Erfahrungswerte mit der ‹Tschudin CUBE 350› freuen wir uns schon auf die zweite ‹CUBE 350›. Aufgrund der enormen Produktivität und Autonomie der ‹CUBE 350› sind wir im gleichen Preissegment wie unsere Mitbewerber aus Osteuropa und China – und das bei einem Frankenkurs, der noch nie so hoch war wie heute. Mit dieser Investition haben wir uns in der Massenfertigung von Wälzlagerkörpern im hart umkämpften Weltmarkt zukunftsfähig aufgestellt.»

Exkurs: Schleifen statt drehen

Oftmals wird das Schleifen aus dem Vollen nicht in Betracht gezogen, da es nicht der traditionellen Bearbeitung entspricht. In vielen Fällen, in denen nur eine Aussendrehbearbeitung nötig ist, erreicht man mit dem Schleifen jedoch eine kürzere Taktzeit. Die Tschudin-Spitzenlosschleifmaschinen ermöglichen eine hochpräzise, mehrbahnige Bearbeitung, welche die Taktzeit pro Werkstück stark reduziert.

Auf der Abbildung unten wird eine Nadel mit Ø 1,6 mm und 50 mm Länge aus einem Ø 4 mm zylindrischen Rohling geschliffen. Dabei werden 5 Werkstücke mit einer Taktzeit von 26 Sekunden bearbeitet (inkl. Handling), was 5,2 Sekunden pro Werkstück entspricht.

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