Einfach, aber flexibel

Automatisierungskonzepte

»Wir bringen Ideen in Form« wirbt die Julius Schüle Druckguss GmbH in Schwäbisch Gmünd für sich. Damit das gut gelingt, hat das Unternehmen in neue Fertigungsanlagen investiert und Fanuc als Lieferanten für Bearbeitungsmaschinen und Automatisierung ausgewählt.

08. Mai 2014

Spielraum gibt es im Wettbewerb der Druckgusshersteller keinen, erst recht nicht für Zulieferer der Automobilindustrie. »Pressing am gegnerischen Strafraum« hieße das im Fußball. Schlaue Trainer haben dagegen ein Rezept: schnelles Kurzpassspiel, auch »One-touch«-Fußball genannt. Das setzt hohe Grundlagenausdauer, sehr gute technische Fähigkeiten (gerne auch »Qualität« genannt), eine gewisse Athletik und geistige Flexibilität voraus.

Schüle Druckguss hat mit seinem neuen Produktionskonzept zahlreiche Anleihen dieser sportlichen Taktik genommen. Optimale Technik, durchgängige Produktion in einer Linie, hohe Flexibilität – man ist geneigt von »one touch production« zu sprechen. »Ein Betriebsgeheimnis ist unser Produktionskonzept nicht«, versichert Herbert Nowak, der Technische Leiter bei Schüle. »Wir investieren in flexible Zellen und Linien, die Modifikationen an den Produkten vertragen, ohne dass wir Anlagen großartig umbauen müssen.« Einzweckmaschinen seien hinsichtlich des Ausstoßes zweifellos optimiert, bei Änderungen jedoch zu wenig flexibel.

Auslöser für den Hallenbau war ein neuer Großauftrag von ZF. Wie der Remszeitung zu entnehmen war, handelt es sich um die Produktion von Teilen für das Achtgang-Automatikgetriebe 8HP70. Vorhandene Kapazitäten waren völlig ausgeschöpft, »rappelvoll«, wie man so schön sagt. Die Gesellschafter beschlossen, am Standort Schwäbisch Gmünd zu bauen und investierten rund 5,5 Millionen Euro. Die neue, knapp 8000 Qua-dratmeter große Halle ist mit dem Auftrag immerhin schon zu einem Drittel ausgelastet. Dabei verfügt Schüle Druckguss mit einer Tochterfirma in der Slowakei schon über beachtliche Möglichkeiten. 400 Mitarbeiter sind dort beschäftigt, die Produktionsfläche ist fast doppelt so groß wie am Stammsitz. Mit dem Werk war Schüle dem Ruf der Automobilindustrie gefolgt, in der Nähe von OEM-Standorten zu investieren.

Eine Trennung nach Produkten gibt es nicht, »noch nicht«, wie Nowak sagt: »Ziel ist es, am Tag X die Automobilhersteller in Osteuropa direkt aus dem slowakischen Werk zu beliefern.« Derzeit laufen dort eher lohnintensive Serien, die trotz aller Mechanisierung noch viel Handarbeit erfordern. Die Stärken des 1951 gegründeten Familienunternehmens sind typische Aluguss-Teile für die Automobilindustrie: Getriebegehäuse, Pumpengehäuse für Servolenkungen, Teile für Automatikgetriebe, aber beispielsweise auch ISO-Pneumatikventile für die allgemeine Industrie.

Aus Standards Flexibilität generieren

Wesentlicher Teil der Investition waren für die neue Halle zwei hochautomatisierte Fertigungsanlagen, die von der Gießanlage bis zur Verpackung eine durchgängige Bearbeitung ermöglichen auf hohem Niveau prozess- und kostensicher.

Nowak dazu: »Unsere Bearbeitung orientiert sich hinsichtlich der technischen Ausrüstung am anspruchsvollsten Arbeitsschritt.« Dann müsse man im Einzelfall auch in den sauren Apfel beißen und für eine einfache Bearbeitung eine teure Maschine einsetzen. Ob eine Maschine dann auch wirtschaftlich sei, entscheide sich im laufenden Betrieb. »Man gewinnt mit dem Nutzungsgrad und der Verfügbarkeit.« Den Nutzungsgrad könne man planen, die Verfügbarkeit müssen Maschinen und Roboter mitbringen. Was die Fanuc-Maschinen »drauf« haben, wisse man aus der Vergangenheit: »Auch die frühen Robodrill-Maschinen waren sehr ausgereift. Damals wie heute zeichnen sie sich durch hohe Verfügbarkeit aus.«

Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit

Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit haben durchaus etwas mit einem überschaubaren Aufbau einer Anlage zu tun. Nicht zuletzt deshalb haben alle Zellen das gleiche Layout. »Der anspruchsvollste Arbeitsschritt bestimmt die technische Ausrüstung«, bringt Nowak das Konzept auf den Punkt.

Als Bearbeitungszentren für komplexe Spanprozesse dienen Mori-Seiki-Maschinen. Einfache Zerspanungsarbeiten laufen auf Robodrills. Zu einer Zelle gehören immer auch eine Waschmaschine und diverse Prüfeinrichtungen. Ziel sei es, aus einer Fertigungszelle immer fertig bearbeitete Teile zu bekommen. Fast überflüssig zu erwähnen, dass diese Zellen standardisiert sind. Werkzeugsätze, Spannvorrichtungen, ... Was für eine Umrüstung erforderlich ist, befindet sich in der Zelle. Außerdem können die Zellen unterschiedlich beschickt werden.

Variante 1: Die Rohlinge werden in Werkstückträgern mit passenden Nestern in die Zelle eingeschleust. Greif- und Ablegeposition sind für den Roboter damit mechanisch definiert. Bei der zweiten praktizierten Art der Zuführung werden lose Teile auf einem Band in die Zelle gefördert. Die Kamera eines Visionsystems erfasst Lage und Position der Rohlinge. Mit diesen Informationen »weiß« der Roboter, wo und wie er die Teile greifen kann.

Für plan liegende Teile, die der Roboter ohne Umorientierung greifen und direkt in die Maschine einlegen kann, wird diese Lösung favorisiert. Die Zelle kann jedoch auf das jeweils andere System umgerüstet werden und innerhalb von einer Schicht auch auf ein anderes Produkt.

Da es sich bei Komponenten für die Automobilindustrie um Großserienteile handelt, kommt eine Umrüstung selten vor. Eigentlich wird die Flexibilität »missbraucht« und dient lediglich dazu, auf einfache Art und Weise komplexe, leistungsfähige, gleichzeitig aber auch sehr zuverlässige Anlagen zu generieren. Dennoch weiß der Technische Leiter: »Der nächste Produktwechsel kommt bestimmt«, und dann wäre es doch schön, die Zelle mit einem Knopfdruck wieder anlaufen zu lassen.

Dabei gibt es keinerlei übergeordnete Zellensteuerung, keine »Super-Leitebene«. Zwischen den Maschinen in einer Zelle, dem Roboter, dem Förderband und den Prüfeinrichtungen findet kein Datenaustausch statt. Die Kommunikation zwischen Maschinen und Roboter ist auf ein höchst zuverlässiges Minimum beschränkt. Mehr Informationen als »bitte beladen« und »bitte entladen« bekommt der Roboter nicht. Vermutlich sogar ohne »bitte«. Kein Bussystem, keine komplexen Lösun-gen. »Von Fanuc gibt es für diesen Informationsaustausch sehr elegante Lösungen«, bestätigt Nowak. Aber da es nicht nur Fanuc-Equipment gibt, erfolgt die Verknüpfung auf der einfachsten Signalebene. Für diese Konzeption spreche die Einfachheit.

Einfach und praktisch – so lassen sich auch die Auswahlkriterien für die Robodrill zusammenfassen. Erste, lange zurückliegende Erfahrungen gab es aus einem Einsatz zur Probenbearbeitung für die Werkstoffprüfung. Als man dann bei Schüle im Vorfeld des Hallenneubaus die Produktionsabläufe wertanalytisch unter die Lupe nahm, waren die zunächst ins Auge gefassten Sondereinrichtungen und Sondermaschinen schnell aus dem Rennen. »Möglichst viele Standard-Komponenten« hieß die Devise.

Und da man mit Fanuc sowieso den Robotereinsatz plante, lag die Investition in weitere Robodrill-Maschinen praktisch auf der Hand. Als zusätzliche Ausstattung gibt es grundsätzlich eine vierte Achse und – unabdingbar – eine Werkzeugüberwachung. Gespant wird mit Minimalschmiertechnik, die sich unter dem Aspekt der Werkzeugstandzeit im Vergleich zur Trockenbearbeitung als der bessere Kompromiss herausgestellt hat. Wartung und Instandhaltung werden via Servicevertrag von Fanuc erledigt. Lediglich die Reinigung übernimmt Schüle selbst. Wobei ein Teil der Reinigungsarbeiten gleich an den Roboter delegiert wird: in regelmäßigen Abständen greift der Roboter zu einer Druckluft-Pistole und bläst die Robodrill an wichtigen Stellen spänefrei.

Überhaupt finden Roboter bei Schüle Druckguss eine ideale Produktionsumgebung vor. Mehr als 100 Roboter sind über alle Produktionsstätten im Einsatz. Auch hier gilt der Grundsatz einheitlicher Produktionsmittel: Seit Jahren kommen Fanuc-Roboter unterschiedlicher Größen zum Einsatz. Wirklich ausgelastet wirken die Roboter nicht. Die Datenblätter weisen ganz andere Maximalgeschwindigkeiten aus. Daher liegt die Frage nahe: Warum in solchen Fällen überhaupt Roboter? Nowak ist über die Frage belustigt: »Warum sollen wir keine Roboter einsetzen?« Bedingt durch große Produktionsmengen gebe es viele Routinetätigkeiten. Die automatisiere man eben. »Der Roboter ist einfach das beste Automatisierungsmittel. Der bietet einfach alles.« Das hieße ja nicht, dass man ihm auch immer alles abverlangt. Um im eingangs gebrauchten Fußballbild zu bleiben: Ein einfaches 1:0 reicht auch mal fürs Weiterkommen.

Großer Aktionsradius

Innerhalb der Zellen ist vom Roboter ein großer Aktionsradius abzudecken. Von den beiden Möglichkeiten, den Roboter auf eine Linearachse zu setzen oder zwei Roboter mit Übergabestation vorzusehen, wählte man beide. Bei sehr kurzen Taktzeiten kommt ein zweiter Roboter dazu und selbst den »Extremfall«, zwei Roboter auf eine Verfahrschiene zu setzen, würde man bei Bedarf realisieren.

Wer von einem Roboter eine solche Beweglichkeit verlangt, kommt mit einem Roboter im Maschinengehäuse nicht aus. Die Trennung von Maschine und Roboter hat sich bei Schüle als flexiblere Variante herausgestellt. Die Frage, wie gut eine automatisierte Maschine für Personal zugänglich sein muss, stellt sich erst gar nicht. Eine manuelle Beschickung ist in den Zellen nicht vorgesehen: »In der Serienfertigung ist das bedeutungslos. Wir wollen automatisiert fertigen und nicht bei einem Ausfall oder für eine Kleinserie die Automation stilllegen«, sagt Nowak.

Jedenfalls sieht sich Schüle als Partner, »der technologisch führend und am Markt topfit ist: Unsere hochautomatisierten Prozessketten, Produktionsstandorte im In- und Ausland, hochmoderne Maschinenparks, schnelle Entscheidungswege und minimaler Ausschuss durch ständige Optimierungsprozesse sorgen für ein Preis-Leistungs-Verhältnis, das sich mehr als sehen lassen kann.«

Bernhard Foitzik

Halle B4, Stand 340

Erschienen in Ausgabe: 01/2014