Reportagen + Trends

Fertigung im Optimum

20.04.2010

Serie Transferzentren: Eine Kombination aus Transferstraße und Bearbeitungszentrum bilden heute die sogenannten Transferzentren. Sie entsprechen der Forderung einer Fertigung im Optimum durch die Verbindung hoher Produktivität und Flexibilität. Teil 1 der Serie widmet sich den technischen Aspekten dieser Maschinen. Der 2. Teil zeigt Praxisbeispiele aus der Automobilindustrie.

Die Wirtschaftskrise hat gezeigt wie nachhaltig sich gerade unattraktive Produkte und unproduktive Fertigungen auf das Überleben eines Produktes auswirken können. Im Automobilbau waren die Auswirkungen jetzt am stärksten zu spüren. Eine Fertigung im Kosten-Nutzen/-Optimum ist heute überlebenswichtig. Diese Rahmenbedingungen führen dazu, dass „Produktivität“, früher das Aushängeschild für eine Serienproduktion, heute nicht mehr allein zählt. Von reinrassigen – auf Teilefamilien abgestimmten – Transferstraßen (TFS) in der Fertigung hat man sich getrennt. Diese sind kaum flexibel, weder in der nachträglichen Variation der Bearbeitungsumfänge, noch in der Skalierbarkeit der erforderlichen Kapazität.

Fertigt der Produzent hingegen ausschließlich auf Bearbeitungszentren (BAZ) und vollflexibel, das heißt bei Werkstückänderungen, Stückzahlschwankungen und Typwechsel kann kurzfristig reagiert werden, so wird dieser Vorteil durch die hohe Anzahl an erforderlichen Maschinen und den damit verbundenen Kosten schnell zunichte gemacht.

Eine Kombination aus Transferlinie im Verbund mit Bearbeitungszentren ist ein guter Ansatz, um Produktivität und Flexibilität zu vereinen. Die Werkstücke werden auf Adapter gespannt und so von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation weitergereicht. Die für gewöhnlich hohe Anzahl an diesen mobilen Spannvorrichtungen stellt allerdings eine fast nicht mehr zu erfüllende Anforderung an die Qualitätssicherung dar.

Aus der bestehenden Herausforderung der „Fertigung im Optimum“ entstanden Maschinen, welche die Produktivität der Transferstraße mit der Flexibilität eines Bearbeitungszentrums verbanden – die sogenannten Transferzentren (TFZ).

In den vergangenen fünf Jahren bestimmen immer mehr diese Transferzentren das Bild in den Fertigungshallen. Die Anforderungen an TFZ liegen klar auf der Hand:

  • Reduzierung von unproduktiven Zeiten
  • Effizienzsteigerung durch produktive Bearbeitungskomponenten
  • leicht umrüstbare, modular aufgebaute und standardisierte Fertigungseinheiten
  • robuste Prozesse mit wenigen internen Spannpositionen
  • Investitionen analog dem Bedarf verwirklichen ( Stufeninvest)
  • Umwelt schonen durch weniger Emissionen, Energie- und Platzbedarf.

Aufbauend auf den Anforderungen entstanden angepasste Maschinenkonfigurationen mit den folgenden Hauptmerkmalen:

  • Alle Vorschub-Bewegungen gehen von der Spannvorrichtung mit dem Werkstück aus
  • Jedes erforderliche Werkzeug erhält eine eigene, stationär angebrachte Spindel

Die Spindeln sind nach Bedarf dimensioniert und zumeist in Gruppen zusammengeführt. Sie befinden sich in stabilen Gussgehäusen, die mit Getriebe, Motor und Kühlschmierstoffzuführung, oftmals über eine Minimalmengenschmierung ausgeführt, eigenständige Bearbeitungseinheiten bilden.

Meist sind sie mittels einer Maschinenhersteller eigenen Schnittstelle am Basisrahmen der Maschine montiert. Entsprechend den Werkstückanforderungen kann die Transporteinheit in bis zu fünf Achsen verfahren werden und auch die Spezifikationen in den Bearbeitungseinheiten sind vielfältig. Die Einheiten sind als drehmomentstarke Satzscheibeneinheiten, Hochfrequenzspindeln, Lochbildköpfe, flexible Spindelrevolver, Plandreheinheiten und Mehrspindeleinheiten zur Mehrfachbearbeitung verfügbar.

Meine Meinung

Die Tranferzentren sind der ideale Maschinentyp für Groß- und Mittelserienproduktion. Schnell aufgestellt, produktiv und flexibel im Arbeitsablauf und gut umrüstbar bieten sie dem Kunden optimale Bedingungen. Die einzelnen Maschinenlieferanten haben ihre Maschinenbaureihen weiterentwickelt, spezifisch an Kundenanforderungen angepasst und damit Marktvorteile erzielt.
Edwin Neugebauer

Mehr Freiheitsgrade
Dies alles führt zu einem Plus an bearbeitungstechnischen Freiheitsgraden mit der Folge, dass sich das Transferzentrum stets optimal konfigurieren lässt. Der vertikal ausgerichtete Arbeitsraum unterstützt den freien Spänefall, was ideal für die Trockenbearbeitung und Bearbeitung mit Minimalmengenschmierung (MMS) ist, und führt zu einer hohen Flächenproduktivität der Maschine.

Der konstruktive Aufbau der TFZ bietet folgende Vorteile:

  • Großer Anteil an Hauptzeiten im Prozess durch Einsatz von Mehrspindelköpfen und Mehrfachspannungen von Werkstücken
  • Geringe Nebenzeiten durch kurze Verfahrwege zwischen den Bearbeitungsmerkmalen und Entfall von Werkzeugwechseln im Arbeitsablauf
  • 5-achsige Prozesse sind möglich
  • eine Spannstellung pro Maschine für alle Merkmale
  • Verwendung von Systembaugruppen wie Mehrspindelköpfe, Spindeln, Mindermengenschmierung
  • Trockenbearbeitung und Bearbeitung mit MMS ist möglich
  • optimaler Spänefall
  • Platzbedarf für Gesamtprozess geringer als bei TFS und BAZ.

Die freie Konfigurierbarkeit der TFZ, die Vielzahl an Möglichkeiten in der Wahl der Bearbeitungseinheiten bis hin zur Integration von artfremder Technologie erfordern umfangreiche Kenntnisse der Prozesse und Praxiserfahrung in der Verknüpfung unterschiedlicher Anwendungen. Kreativität, Erfahrung und viel Kompetenz sind gefordert, dies erfolgreich in TFZ umzusetzen. Voraussetzungen, die im deutschen und europäischen Werkzeugmaschinenbau gegeben sind und daher durchaus als Standortvorteil in einer globalisierten Welt bewertet werden können.

Den Vorsprung an Innovation und Kompetenz in Sachen TFZ zeigt die fertigung-Marktrecherche: In Europa haben sich sechs Lieferanten mittlerweile in diesem Marktsegment platziert.Anfänglich war es allein der Maschinenhersteller Anger, der für kleinere Werkstücke wie Brillengestelle auf dem Markt war. Eine erste größere Verbreitung erfuhr das Maschinenkonzept mit Elha und ihrer, erstmalig auf der EMO ´97 als Fertigungsmodul FM3+X, vorgestellten Maschine. Es folgten MAG-Powertrain, Emag-Schwäbische Werkzeugmaschinen, Krause&Mauser und Unior mit ihren eigenen Entwicklungen, die jeweils spezifische Vorteile erkennen lassen.
Der Einsatz von TFZ in der Serienproduktion wird bereits im Automobilbau, im Nutzfahrzeugbau und in der Zulieferindustrie realisiert.