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Walter: Dank Gesamtkonzept wirtschaftlich fertigen Überzeugendes Know-how für Prozesse und Werkzeuge

| Autor / Redakteur: Konrad Mücke / Konrad Mücke

Erstmals konzipierten die Konstrukteure des Elektrohandwerkzeugherstellers Emerson eine zentrale Komponente aus einer hochfesten Stahllegierung. Das erforderliche Know-how zum wirtschaftlichen Fertigen der Bauteile erhielten die Produktionstechniker beim Werkzeughersteller Walter.

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Zum Bohren tiefer, schlanker Bohrungen stehen im umfassenden Spektrum an Standardwerkzeugen von Walter spiralisierte VHM-Tieflochbohrer zur Verfügung.
Zum Bohren tiefer, schlanker Bohrungen stehen im umfassenden Spektrum an Standardwerkzeugen von Walter spiralisierte VHM-Tieflochbohrer zur Verfügung.
(Bild: Konrad Mücke/SMM)

Elektrohydraulische Handwerkzeuge zum Pressen von Rohrverbindungen an Kupfer-, Stahl- und Kunststoffrohren beabsichtigten die Spezialisten beim Hersteller Emerson Professional Tools AG in Sissach, verglichen mit bisherigen Geräten, deutlich leichter, kompakter und handlicher zu gestalten. Damit wollen sie Handwerkern – Gas-, Heizungs- und Wasserinstallateuren – die tägliche Arbeit vereinfachen. Diesen wollen sie ein möglichst komfortables Elektrohandwerkzeug zur Verfügung zu stellen, mit dem man auch über lange Arbeitszeiten arbeiten kann ohne zu ermüden. Wie Erik Liebscher, Ingenieur für Forschung und Entwicklung bei Emerson, berichtet, gestalteten die Konstrukteure deswegen die zentrale Komponente, den Antriebszylinder, erstmals aus einer hochfesten Stahllegierung.

Hochfester Werkstoff für innovativen Leichtbau

Antriebszylinder als zentrale Komponente der Elektrohandwerkzeuge nehmen den Arbeitskolben auf. Dieser treibt mit dem von der elektrisch angetriebenen Pumpe erzeugten Druck und Volumenstrom die mechanischen Presswerkzeuge an. Vorteile hat dieser elektrohydraulische Antrieb aufgrund seiner hohen Leistungsdichte. Bisherige Zylinder bestanden aus Aluminiumlegierungen. Allerdings erforderte der spezifisch leichte Werkstoff sehr grosse Wanddicken. Nur so können die Antriebszylinder den teilweise bis zu 800 bar erreichenden Drücken des Hydrauliköls in ihrem Inneren zuverlässig standhalten. Somit bedingt der Werkstoff Aluminium grossvolumige Bauteile, die der Forderung nach möglichst kompakten Maschinen entgegenstehen. «Für innovativen Leichtbau, mit dem sich kleine und dabei leichte Bauteile verwirklichen lassen, erwies sich eine Konstruktion aus hochfestem Stahl als überlegen. Wir können damit deutlich dünnere Wandungen realisieren, die dennoch den hohen Betriebsdrücken der Hydraulik standhalten», berichtet Erik Liebscher. Der nunmehr konstruierte Antriebs­zylinder beansprucht gegenüber dem Aluminiumbauteil nur etwa 60 Prozent des Bauraums, ist aber vergleichbar leicht. Das Bauteil integriert sämtliche Funktionen, die zum hydromechanischen Antreiben der Presswerkzeuge erforderlich sind. Insbesondere befinden sich darin die Leitungen für das Hydrauliköl zum Vorschieben und Rückholen des Kolbens und zum Steuern der Bewegungen. Die Antriebszylinder werden aus Stangenabschnitten gefertigt. Neben dem Bearbeiten der Aussenkontur durch Drehen und Fräsen sind eine Vielzahl kleiner, auch sich kreuzender, Bohrungen ab 3 mm Durchmesser zu fertigen. Zudem sind Gewinde, Stufenbohrungen mit Fasen und Nuten sowie die zentrale Bohrung für den Arbeitskolben mit 40 mm Durchmesser einzubringen.

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Hohe Produktivität gefordert

Um die Antriebszylinder kostengünstig und wirtschaftlich herzustellen, gibt es eindeutige Vorgaben an die Bearbeitungszeit. «Die Zylinder sollen in einem zügigen Gesamtablauf innerhalb etwa 20 Minuten fertiggestellt sein. Zudem soll das weitgehend automatisiert gelingen. Nur so schaffen wir die Voraussetzung, diese zentrale Komponente für unsere Elektrohandwerkzeuge an unserem Stammstandort in der Schweiz wettbewerbsfähig zu fertigen», erläutert Willi Mohler, Fertigungstechniker. Damit der Hersteller Emerson seine aktuellen Ausführungen elektrohydraulischer Rohrpresswerkzeuge zügig auf den Markt bringen und so einen wirtschaftlichen und technischen Vorteil gegenüber seinen Wettbewerbern geltend machen kann, wollte man die Serienproduktion der Einzelteile und der Gesamtgeräte bereits innerhalb weniger Monate nach dem Fertigstellen der Funktionsprototypen verwirklichen.

Allerdings hatten die Fertigungstechniker in Sissach bis vor einigen Monaten noch keinerlei Erfahrungen und kein Know-how hinsichtlich der spanenden Bearbeitung hochfester Stahllegierungen. Auch mangelte es an ausreichender Qualifikation, dafür eine automatisierte Komplettfertigung auf einem Drehzentrum zu konzipieren, zu programmieren und zu betreiben. Wie Erik Liebscher sagt, wandte man sich in dieser Situation an mehrere Werkzeug- und Maschinenhersteller: «Wir forderten innerhalb kürzester Zeit ein Gesamtkonzept für die Fertigung der Antriebszylinder. Es sollte die Bearbeitungsabläufe, die Strategien für die Einzeloperationen, die CAM-Programmierung sowie die benötigten Werkzeuge und Spannmittel enthalten.»

Kurzfristig Bearbeitungskonzept vorgestellt

Diesen Forderungen genügte allein das Leistungsspektrum vom Werkzeughersteller Walter. Dazu berichtet André Winiger, Technischer Berater und Verkaufsmitarbeiter bei der Walter (Schweiz) AG in Solothurn: «Unsere Zerspanungs- und Werkzeug­experten in Tübingen hatten rasch ein realistisches Konzept für die Komplettbearbeitung erstellt. Vorteilhaft war, dass sie es direkt auf ihren Maschinen im Technologie- und Kundenzentrum in Tübingen testen und vorführen konnten.» So überzeugten sich die Fertigungstechniker von Emerson, dass die erarbeitete Fertigungslösung ihren Forderungen entspricht.

Gefertigt werden die Antriebszylinder aus Stangenabschnitten auf einer Multitasking-Maschine Nakamura NTRX-300, die mit Haupt- und Gegenspindel, Fräseinheit mit Y-Achse und Werkzeugmagazin ausgestattet ist. Zum Komplettbearbeiten von Vorder- und Rückseite der Antriebszylinder sind insgesamt knapp 50 unterschiedliche Dreh-, Bohr-, Gewindebohr- und Fräswerkzeuge erforderlich. Davon sind etwa 70 Prozent Sonderwerkzeuge, wie André Winiger sagt. Erik Liebscher fügt hinzu: «Für uns war ein ausschlaggebendes Argument zugunsten des Werkzeugherstellers Walter, dass wir von den Spezialisten in Tübingen neben den Standard- auch die Sonderwerkzeuge innerhalb kürzester Zeit bekommen haben.» Benötigt werden Bohrer, Gewindebohrer, Schaft- und Gewindefräser sowie Aufbohr- und Reibwerkzeuge mit 3 bis 40 mm Durchmesser, zudem Drehwerkzeuge unterschiedlicher Geometrien zum Bearbeiten der Aussenkonturen. Die Werkzeugexperten in Tübingen haben die Sonderwerkzeuge so konstruiert und verwirklicht, dass die Bearbeitungsprozesse zum einen die Forderungen an Bauteilgenauigkeit erfüllen, zum anderen auch die kurzen Bearbeitungszeiten eingehalten werden, um das Bauteil Antriebszylinder in der vorgegebenen Gesamtzeit zu fertigen. Zudem waren die zur Verfügung stehenden Plätze im Magazin der Multitasking-Maschine zu berücksichtigen. «Die Spezialisten bei Walter haben bereits im ersten Ansatz unsere Forderungen erfüllt. Bereits bei den Tests in Tübingen haben sie den Gesamtablauf und die Einzelprozesse so optimiert, dass wir dem Ziel, innerhalb nur 20 Minuten einen Antriebszylinder komplett zu fertigen, schon sehr nahe kamen», berichtet Willi Mohler. Zudem lieferte der Werkzeughersteller mit dem Komplettpaket neben den Werkzeugen auch die CAM-Programmierung. So konnten die Fertigungstechniker in Sissach die Fertigung unverzüglich installieren und in Betrieb nehmen. André Winiger ergänzt: «Beim Beginn in Sissach haben wir mit Fachkräften aus der Schweiz wegen der geografischen Nähe die Techniker bei Emerson tatkräftig unterstützt. Wir haben dafür gesorgt, dass die benötigten Werkzeuge stets in ausreichender Anzahl zur Verfügung stehen. Zusätzlich haben wir wertvolle Hinweise und Expertentipps gegeben, um die Gesamtbearbeitung auf die geforderte Zykluszeit von nur 20 Minuten hin kontinuierlich zu verbessern.» Wie Erik Liebscher zusammenfasst, sind er und sein Team vollauf zufrieden mit den umfassenden Leistungen von Walter. «Dank des weitreichenden Know-hows zu Fertigungskonzepten und Bearbeitungsprozessen haben uns die Spezialisten von Beginn an fundiert unterstützt und die besten Strategien aufgezeigt. Wir konnten davon umfassend profitieren. Nur mit dieser qualifizierten Unterstützung waren wir in der Lage, die Fertigung der Antriebszylinder aus Stahl innerhalb nur etwa acht Wochen von der Idee bis zum Anlauf der ersten Serie zu installieren», fügt er an.

In der Serie erfolgreich

Inzwischen werden wöchentlich etwa 300 Antriebs­zylinder weitgehend automatisiert auf der Multitasking-Maschine NTRX-300 gefertigt. Dazu ist die Maschine mit einer Roboterzelle mit Werkstückspeicher ausgestattet. Somit kann sie in unbeaufsichtigten Schichten produzieren. Wie Erik Liebscher erläutert, wird in Sissach nach dem erfolgreichen Anlauf der Serienfertigung demnächst in eine weitere vergleichbare Multitasking-Maschine investiert. Diese wird dann ausschliesslich die Serienfertigung übernehmen. Somit steht die bereits vorhandene Maschine wieder bereit, um weitere Prototypen zu fertigen und künftige Bearbeitungskonzepte zu testen und für die Serienfertigung zu optimieren. «Aufgrund unserer sehr guten Erfahrungen in der Zusammenarbeit werden wir sicher beim Bestimmen der bestmöglichen Fertigungsstrategien und Werkzeuge für künftige Bauteile wieder auf die Kompetenz der Spezialisten bei Walter zugreifen», führt Erik Liebscher abschliessend aus. - kmu - SMM

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