Reportagen

Werkstückspannen: Automatisierung aus einem Liebherr-Palettenhandling und Vischer-&-Bolli-Spannsystem

Kostengünstig und effizient

30.05.2012

Nullpunktspannsystem: Liebherr Ettlingen bereitet gebrauchte Komponenten auf – die Losgröße beträgt selten mehr als Eins. Mit einer maßgeschneiderten Automatisierung aus einem Liebherr-Palettenhandling und Vischer-&-Bolli-Spannsystemen sorgt das Unternehmen für hohe Maschinenauslastung zu moderaten Kosten.

Der Preis für eine Palette aus dem Nullpunkt-Spannsystem von Vischer & Bolli liegt deutlich unter dem einer Maschinenpalette

Die Spannbreite der Werkstücke ist sehr weit – Liebherr Ettlingen ist für den Liebherr-Konzern das Werk, in dem gebrauchte Komponenten aufbereitet werden: Zylinderköpfe, Achsen, Getriebe, Kurbelwellen, Kurbelgehäuse und zahlreiche weitere Komponenten werden für ein weiteres produktives Leben fit gemacht. „Dazu übernehmen wir zentral im Konzern auch die Fertigung von Ersatzteilen, wenn deren Serie ausgelaufen ist“, erklärt Peter Häbe, Projektingenieur bei Liebherr Ettlingen. „Unsere Fertigung ist ausgelegt auf Einzelteile – Losgrößen größer als Eins sind eher die Ausnahme.“

Wer Einzelteile im großen Stil rationell bearbeiten will, kommt um eine ausgeklügelte Automatisierung nicht herum. „Um unser Bearbeitungszentrum Starrag-Heckert HEC800 möglichst gut auszulasten, versorgen wir es über ein Liebherr-Palettenhandlingssystem (PHS) mit Werkstücken“, erläutert Häbe. „Das System verfügt über einen fahr-, schwenk- und drehbaren Rüstplatz, damit wird der Rüstvorgang von der Maschine entkoppelt. Das PHS verfügt derzeit über 44 Werkstückplätze und 112 Plätze für Europaletten – darauf können wir unter anderem Rohmaterial einlagern, aber auch fertige Werkstücke. Das System lässt sich problemlos erweitern. In einer zweiten Stufe wird die Anlage mit einer weiteren Maschine, einem fahrbaren Rüstplatz und einem Europalettenband ausgebaut, konstruktiv ist die Erweiterung schon vorbereitet. Insgesamt bietet das Gesamtsystem dann 80 Werkstückplätze, auch weitere Maschinen können angegliedert werden.“

Meine Meinung

Automatisierung bei Losgröße Eins ist zweifellos eine Herausforderung. Ein Weg ist der Einsatz eines Handlingsystems. Wer indes auf Maschinenpaletten rüstet, ist je nach Größe des Regalsystems schnell mit sechsstelligen Eurobeträgen dabei. Eine preiswerte, zuverlässige und sehr flexible Alternative bieten Nullpunktspannsysteme – hier können Spanntürme, sogar große Werkstücke oder selbst gefertigte Vorrichtungen mit Spannbolzen versehen und direkt gespannt werden. Für Aufbauten bieten sich einfach zu handelnde Wechselplatten an, die zu einem Bruchteil des Preises von Maschinenpaletten verfügbar sind. So lässt sich mit vertretbarem finanziellen Aufwand auch in der Einzelteilfertigung eine hohe Maschinenauslastung erzielen.
Richard Pergler, Redaktion fertigung

Die Einbaukassetten verfügen über eine Ausblasung der Spannöffnung sowie abblasbare Spanninseln. Eine Kolbenstellungsabfrage sowie die Auflage­abfrage stellen die korrekte Spannung der Werkstücke auf der Maschine sicher.

Exakte Planung auf  Endtermin
Über die Zellsteuerung „Soflex“ lassen sich die Bearbeitungen auf einen Endtermin hin genau planen. Der Zellrechner optimiert selbständig die Folge der Aufträge, eine manuelle Priorisierung ist indes nach wie vor schnell und einfach möglich. Die Software steuert für den Rüstvorgang alle benötigten Materialien zu und schleust die jeweils benötigten Europaletten selbständig an einem separaten Europalettenband am Rüstplatz aus.

Die Kosten halten die Zerspanungsspezialisten dabei in engen Grenzen: „Unsere HEC800 arbeitet mit Maschinenpaletten 800 x 800 mm. Da kostet jede schnell mal 5000 Euro“, erklärt Häbe. „Wenn wir damit unser Regalsystem bestücken würden, wären wir allein dafür bei einer Summe jenseits der 200 000 Euro. Das hätte unser Budget gesprengt.“

Deshalb beschränkt man sich bei Liebherr auf zwei Maschinenpaletten, die auf der HEC800 bleiben. „Auf diesen haben wir ein Nullpunktspannsystem von Vischer & Bolli installiert, mit dem wir die wesentlich preiswerteren Wechselpaletten sicher für die Bearbeitung fixieren“, beschreibt Häbe die Lösung. Damit liegen wir etwa bei einem Drittel des Preises für eine Maschinenpalette. Für einen Spannturm, in den das System direkt integriert werden kann, beläuft sich der Aufpreis auf gerade einmal 200 bis 300 Euro.“ Vischer-&-Bolli-Systeme sind in unterschiedlichen Varianten im Konzern seit rund 15 Jahren im Einsatz und haben ihre Zuverlässigkeit vielfach unter Beweis gestellt.

Das eingesetzte Nullpunktspannsystem Vischer & Bolli DockLock AutoSafe 30 besticht mit hoher Flexibilität und Prozesssicherheit im Einsatz. Eine Einzugskraft von 20 kN und eine Haltekraft von 60 kN sorgen dafür, dass die bis zu 1 t schweren und bis zu 1000 mm hoch auskragenden Werkstücke sicher auf der Maschine fixiert werden. Die Spannung wird ausschließlich über das Federpaket gehalten, nur zum, Lösen ist Öldruck notwendig. Harte Auflagescheiben an der Wechselpalette sorgen für nachhaltige Präzision – die garantierte Wechselwiederholgenauigkeit liegt bei unter 5 µm. Zwei fest in die Maschinenpalette eingebrachte Bolzen dienen als Vorzentrierung – das Handlingsystem fährt zur Übergabe zwar auf 1,5 mm genau, die Vorzentrierung sorgt jedoch dafür, dass das Spannsytem optimal und ohne Verschleiß greifen kann.

Profiwissen pur

Integriertes Nullpunkt-System
Liebherr hat beim Vischer-&-Bolli-Spannsystem Dock Lock Autosafe 30 die Spannkassetten in die Maschinenpalette integriert. Die Einbaukassetten verfügen über eine Ausblasung der Spannöffnung sowie abblasbare Spanninseln. Eine Kolbenstellungsabfrage sowie die Auflageabfrage stellen die korrekte Spannung der Werkstücke auf der Maschine sicher. Das ist nicht nur bei automatischem Betrieb unerlässlich – ein falsch gespannter Spannturm auf einem Schwenktisch kann unter Umständen auch Panzerglas durchschlagen. Bei einem stabilen und verlässlichen System können jedoch sogar aufeinander aufgebaute Spannsysteme („Adapterlösung“) Ergebnisse nahezu ohne Qualitätsverlust ermöglichen. In Verbindung mit dem modular erweiterbaren PHS, dessen leistungsfähige Steuerungssoftware Euro- und Werkstückpaletten auftragsbezogen handeln kann, gestaltet sich so das Rüsten schnell und einfach.

Eine Einzugskraft von 20 kN und eine Haltekraft von 60 kN pro Spannzylinder sorgen dafür, dass die bis zu 1 t schweren und bis zu 1000 mm hoch auskragenden Werkstücke sicher auf der Maschine fixiert werden.

Die Wechselplatten messen 1000 x 800 mm. „Die jeweils 10 cm links und rechts sind ausreichend, damit die Gabel des Handlingssystems sicher greifen kann“, erläutert Häbe. „Mit dem Spannsytem sind wir auf unserem PHS zudem sehr flexibel: Spanntürme können ebenso schnell eingewechselt werden wie auf Nutplatten fixierte Werkstücke oder speziell für Werkstücke angefertigte Vorrichtungen. Wir haben sogar von einem Vorgängersystem aufwändige Vorrichtungen per Adapter integrieren können, ohne an Genauigkeit einzubüßen.“ So ließen sich die Investitionskosten nochmals deutlich senken.

Zwei fest in die Maschinenpalette eingebrachte Bolzen dienen als Vorzentrierung – das Handlingsystem fährt zur Übergabe zwar auf 1,5 mm genau, die Vorzentrierung sorgt jedoch dafür, dass das Spannsytem optimal und ohne Verschleiß greifen kann.

Korrekte Spannung wird abgefragt
Im automatisierten Betrieb ist unerlässlich, dass die korrekte Spannung sichergestellt ist. „Neben der Anlagekontrolle fragen wir beim gespannten System auch die Kolbenstellungskontrolle ab“, betont Häbe. „So haben wir die absolute Gewissheit, dass das Werkstück korrekt und sicher gespannt ist.“ Das Spannprinzip setzt dabei auf Einfachheit – es gibt pro System nur vier bewegliche Teile, eine Spannzange ist für die form- und kraftschlüssige Verbindung zuständig. In Verbindung mit durchdachten Details wie dem Ausblasen per Druckluft und der automatischen Schließung der Spannstelle zur Vorbeugung gegen Verunreinigungen ist das langlebige AutoSafe so gut wie nicht störanfällig und sehr robust im Einsatz.

Mit dem Stichmaß des Nullpunktspannsystems haben die Verantwortlichen einen maschinenübergreifenden unternehmensinternen Standard geschaffen: „Damit lassen sich weitere Maschinen problemlos ins Fertigungssystem einbinden, eine Erweiterung ist bereits konkret geplant“, erläutert Häbe. „Aber auch Maschinen außerhalb der Automatisierung können so flexibler in die Abläufe eingebunden werden – die Durchgängigkeit der Prozesse wird immer mehr zum Wettbewerbsfaktor.“

Mit dem Handlingssystem können die Ettlinger ihr Bearbeitungszentrum inzwischen während der Woche rund um die Uhr auslasten. „Wir sind noch dabei, Erfahrungen zu sammeln“, erklärt Häbe. „Der nächste Step wird sein, dass wir auch die Wochenenden überbrücken und letztlich zu einem durchgängigen 24/7-Betrieb kommen. Das System gibt das problemlos her, und wir werden das in einigen Monaten auch so praktizieren.“