Reportagen + Trends
Effiziente Serienfertigung
25.05.2010
Serie Transferzentren, Teil 2: In der Serienfertigung hat ein Umdenken eingesetzt. Reinrassige Lösungen mit nur auf Produktivität ausgerichteten Transferstraßen oder voll flexibel arbeitenden Bearbeitungszentren erhalten zunehmend Konkurrenz durch Transferzentren-Lösungen. Teil 2 der Serie skizziert Umsetzungen aus dem Bereich Automotive.
Joachim Dörr von Mercedes-Benz in Stuttgart-Untertürkheim ist für die Entwicklung neuer Maschinen- sowie Produktionskonzepte im Powertrain zuständig. Er bringt die Herausforderung, vor der die Ingenieure standen, folgendermaßen auf den Punkt: „Interne Studien hatten uns gezeigt, dass die Bearbeitungszentren in der Zellenfertigung bis zu 70 Prozent ihrer Laufzeit keine Späne machen. Für uns der wichtigste Grund, nach innovativen Maschinenkonzepten zu suchen. Die Herausforderung war, Maschinen zu finden, die Produktivität und Flexibilität im Optimum vereinen.“ Diese Aufgabenstellung wurde mit diversen Maschinenlieferanten diskutiert, und erste Ideen zur Anpassung neuer Maschinenkonzepte auf die Mercedes-Benz-Serienfertigung sind in Gesprächen mit den Ingenieuren in Untertürkheim entstanden. Die erste durchgängige Umsetzung von Transferzentren (TFZ) bei Mercedes-Benz waren Fertigungsumfänge in der Achsteilebearbeitung beim Radträger. Hier werden Maschinen von Elha aus der Baureihe FM 3+X Typ 1004 eingesetzt. Mit der Beschaffung der Elha-Maschinen als komplette TFZ-Linie konnte erstmalig die Effizienz von Transferzentren im direkten Vergleich zu einer vorhandenen Zelle mit Bearbeitungszentren eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden. Die BAZ-Zelle erforderte sieben Maschinen gegenüber der neuen Fertigung mit vier TFZ. Weiterhin werden mit den TFZ folgende Benefits realisiert:
Produktivitätssteigerung >30 Prozent
Flächeneinsparung >50 Prozent
Energieeinsparung >30 Prozent
Einsparung Entsorgungssysteme >60 Prozent
Höhere Bauteilqualität durch reduzierte Umspannvorgänge (-33 Prozent), keine Werkzeugwechsel im Bearbeitungsablauf und weniger Positionierbewegungen (-60 Prozent)
Bei der Aluminium-Bearbeitung am Radträger stellen insbesondere die diversen Winkellagen der Merkmale, die Genauigkeiten bei der Lagersitzbearbeitung und die Bearbeitung mit Minimalmengenschmierung in Mehrspindelköpfen erhebliche Anforderungen an die Maschinen. Die vier Maschinen arbeiten in einer vollverketteten Fertigungszelle, in der die Werkstücke über Trägerpaletten und Zuführshuttle an den Maschinen bereitgestellt werden. Jede Maschine entnimmt im Pick-up-Prinzip das Teil aus dem Shuttle.
Das Herzstück an den Tranferzentren ist die Einheit für die Werkstückautomation, bei Elha eine Schlitteneinheit, die in drei translatorischen Achsen verfahrbar und zusätzlich drehbar ist. In der neuesten Entwicklungsstufe der Transferzentren wird Elha erstmalig in einer patentierten Pinolen-Baugruppe in ein und demselben Element sowohl lineare als auch rotatorische Bewegungen realisieren. Im Vergleich zur Wälzlagertechnologie erhöht die neue hydrostatisch gelagerte Pinole die Gesamtsteifigkeit des Systems und dämpft auftretende Schwingungen. Zusammen mit doppelten Vorschubantrieben aller Linearachsen im Gantry oder Master-Slave-Verband, bedeutet dies in Summe eine erheblich steifere Maschine gegenüber der herkömmlichen Bauweise.
Meine Meinung
Insgesamt haben die Ingenieure bei Mercedes-Benz in den vergangenen fünf Jahren zusammen mit ihren Partnern im Maschinenbau die Entwicklungen sehr aktiv vorangetrieben, um die Transferzentren als einen Fertigungsstandard in der Powertrain Serienfertigung zu etablieren.
Edwin Neugebauer
Für Meinolf Wolke, bei Elha mit seinem Team zuständig für Verkauf und Projektierung der Fertigungsmodule, ist dies ein neuer Meilenstein: „Mit unseren neuen Maschinengenerationen FM 3+X Typ 1005 und FM 4+X Typ 2005 haben wir, dank der patentierten Bauweise, die Leistungsgrenzen bezüglich Steifigkeit und Genauigkeit deutlich nach oben verschoben.“
Von 21 auf 8 Maschinen reduziert
Ein weiterer Fertigungsbereich bei Mercedes-Benz, in dem verstärkt Tranferzentren eingesetzt sind, ist die Bearbeitung von Pleueln aus hochfestem Warmarbeitsstahl mit Maschinen von Krause&Mauser. Hier war bisher eine Linienfertigung in einer Transferstraße mit 21 Stationen realisiert. Die dazu vergleichbare installierte TFZ-Lösung benötigt lediglich acht Maschinen.
Vor einem Jahr sind die ersten vier der acht Transferzentren aufgebaut worden. Aktuell sind vier Duplikatmaschinen im Aufbau, um die maximale Ausbringung zu realisieren. Der somit umsetzbare Stufeninvest bietet eine hohe Investitionssicherheit.
Weitere erzielte Vorteile im direkten Vergleich zur Transferstraße sind:
Produktivitätssteigerung >20 Prozent
Flächeneinsparung >40 Prozent
Energieeinsparung >60 Prozent
Einsparung-Entsorgungssysteme >60 Prozent
Höhere Bauteilqualität durch Reduzierung der Umspannvorgänge
(-80 Prozent)
In der Pleuelfertigung mit TFZ bei Mercedes-Benz ist der Werkstückträger vierfach bestückt und fährt in drei Achsen. In diesem Fall ist nur die Z-Richtung mit Mehrspindelköpfen belegt, was den beidseitigen, seitlichen Zugang zum Arbeitsraum ermöglicht.
Die Beladung der Maschinen führt ein Shuttle aus, welches die Teile aus der Verkettung aufnimmt und für den Werkstückträger der Maschine bereitstellt, der dann die Teile im Pick-up-Verfahren übernimmt.
Der überwiegende Teil der Pleuelbearbeitung ist als Bearbeitung mit Minimalmengenschmierung ausgelegt und wird in vier Maschinengruppen abgebildet, mit zwischengeschalteten Arbeitsgängen wie Cracken, Schleifen, Montieren und Prüfen. Allein die Feinbearbeitung und das Schleifen werden nass gefahren.
Zum Einsatz kommen bei Mercedes-Benz die TFZ aus der Baureihe PS Invers³ von Krause&Mauser. Bei der Stahlbearbeitung werden die Maschinen besonders hinsichtlich Steifigkeit und Genauigkeit gefordert, denn neben der Schruppbearbeitung beim Vollbohren des kleinen und Aufbohren des großen Auges wird auch die Feinbearbeitung der Lagersitze vorgenommen. Die PS Invers³-Maschinen sind am Markt in drei Ausführungsarten verfügbar: Grund-, Dynamik- und Power-Modul. Sie unterscheiden sich dabei in den Verfahrgeschwindigkeiten und Steifigkeiten der Achsen, wobei die Dynamik-Version bis 75 m/min im Eilgang fährt. Die Maschinen können im Gegensatz zu anderen am Markt befindlichen TFZ je nach Anforderung in allen Achsrichtungen auf Bearbeitungsköpfe auffahren. Darüber hinaus sind bei den PS Invers³ die Mehrspindelköpfe nicht kragend, sondern fix in einer steifen Ständerkonstruktion befestigt, wodurch eine hohe Steifigkeit erzielt wird.
Krause&Mauser-Vertriebsleiter Uwe Kollmannthaler zieht für sich eine positive Bilanz: „Mit der Einführung der PS Invers³-Maschinen, welche die positiven Eigenschaften von Transferstraßen und BAZ vereinen, hat sich das Transferzentrum-Konzept als Standard sowohl in der Automobilindustrie als auch im Bereich der Zulieferindustrie etabliert.“
Planungssicherheit durch Normung
In der Powertrain-Fertigung bei Mercedes-Benz sind die Transferzentren ein fester Bestandteil. In diesem Jahr laufen weitere Installationen an für Radträger, Innenzahnradpumpe und Turboladergehäuse. Die Mannschaft von Mercedes-Benz hat eine Initiative im Normenausschuss Werkzeugmaschinen (NWM) im DIN gestartet, Dort wird im Unterausschuss „Baueinheiten und Mehrspindelköpfe“ durch Anwender, zusammen mit den Maschinenlieferanten und Herstellern von Mehrspindelköpfen, eine Normung der Abmaße und Schnittstellen zwischen Maschine und Spindelköpfen vorgenommen. Damit ist für die Anwender mehr Flexibilität bei Umrüstung und Neubeschaffung gegeben.
Die Kosten für die Spindelköpfe liegen heute bei etwa 40 Prozent des Gesamtinvests der Maschine und lassen sich durch Normierung sicherlich senken: Die Lieferanten realisieren geringeren Entwicklungsaufwand, höhere Planungssicherheit, können Rohlinge bevorraten und verfügen über standardisierte Bearbeitungsabläufe. Genormte Schnittstellen bringen somit eine weitere Absicherung des Fertigungsstandards Transferzentren.Edwin Neugebauer
