Ingegrierte Roboterzelle. - Bild: Kern Microtechnik

Kern Microtechnik hat in der Auftragsfertigung eine Roboterzelle integriert. Die vier angeschlossenen Bearbeitungszentren erreichen jeweils eine Auslastung von über 94 Prozent. - Bild: Kern Microtechnik

| von Sabine Königl

Die Auftragsfertigung der Kern Microtechnik ist auf komplexe und höchstpräzise Bauteile spezialisiert. Um ihre Bearbeitungszentren optimal auszulasten und beste Qualität und Produktivität zu erzielen, setzt das Unternehmen unter anderem auf innovative Automatisierung. Jüngstes Beispiel: eine Roboterzelle mit vier Kern-Maschinen.

Höchste Präzision ist seit jeher eine herausragende Stärke des oberbayerischen Unternehmens Kern Microtechnik. Dabei ist es wenig verwunderlich, dass die Bearbeitungszentren des in Eschenlohe ansässigen Maschinenbauers die Basis für den gleichnamigen Auftragsfertiger in Murnau bilden.

Doch neben den innovativen Maschinen sind für Werkleiter Sebastian Wühr noch andere Faktoren entscheidend. Er betont: „Wir brauchen gut ausgebildete Mitarbeiter, die gemeinsam mit unseren Kunden die bestmögliche Fertigungsstrategie erarbeiten. So gelingt es uns, Abläufe bereits während des Prototypenstatus zu analysieren und reibungslos in die Serie zu überführen.“

Patrick Ginzel und Sebastian Wühr. - Bild: Kern Microtechnik
Patrick Ginzel, Leiter Technologiemanagement, und Sebastian Wühr, Werkleiter bei Kern Microtechnik, sind von ihrer Roboterzelle überzeugt. Mit ihr ist es gelungen, eine zweistellige Produktivitätssteigerung gegenüber vier Standalone-Bearbeitungszentren zu erzielen. - Bild: Kern Microtechnik

GF Machining Solutions unterstützt bei Automatisierung

Eine bekannte Herausforderung: Es gibt zu wenig qualifizierte Facharbeiter am Arbeitsmarkt. In einem Strategiemeeting entstand die Idee, mithilfe eines Roboters vier Bearbeitungszentren zu verknüpfen und so die Fertigung weiter zu automatisieren. Patrick Ginzel bekam als Leiter Technologiemanagement die Verantwortung für das Projekt übertragen.

Er erklärt: „Für die Automatisierung brauchten wir externe Unterstützung und haben daher verschiedene externe Dienstleister verglichen. Die Entscheidung fiel letztlich zugunsten der GF Machining Solutions – ein Unternehmen, das über viel Automatisierungs-Know-how und modulare Lösungsansätze verfügt.“

Die Vorgabe: Die Roboterzelle soll rund um die Uhr anspruchsvolle Bauteile mit Genauigkeiten bis in den Mikrometer- und Oberflächen bis in den Nanometer-Bereich produzieren. Nacht- und Samstagsschichten der gesamten Fertigungszelle laufen mannlos, und die Werkstückzuführung erfolgt über Palettensysteme.

Die komplexe Steuerung der produktiven Fertigungszelle übernimmt das Prozessleitsystem (PLS) WorkShopManager von GF Machining Solutions. In puncto Roboter fiel die Entscheidung zugunsten eines Knickarmroboters von Fanuc mit einer Auskragungslänge von über drei Metern.

„Da er insgesamt vier Bearbeitungszentren – zwei Kern Micro und zwei Kern Evo – zu versorgen hat, ist die Reichweite wichtig“, verdeutlicht Ginzel und ergänzt: „Darüber hinaus haben wir zwei Rotarymagazine im Einsatz, die im Zellenverbund 250 Palettenplätze zur Verfügung stellen. Hier werden die mit RFID-Chips gekennzeichneten Paletten samt gespannter Rohteile für die anstehende Fertigung aufbewahrt.“

Auf einen Blick: Kern Evo

Mit dem X-Y-Kreuztisch aus eigener Produktion bietet die Kern Evo höchste Präzision auf kleinem Bauraum. Die Konstruktion ermöglicht maximale Laufruhe und hervorragende Oberflächengüte (Ra < 1 μm) auch bei hohen Beschleunigungswerten und Verfahrgeschwindigkeiten. Kurze Abstände zwischen Bauteil und Antrieben sorgen für minimale Winkelfehler und die höchstauflösenden direkten Wegmesssysteme garantieren maximale Wiederholgenauigkeitim Arbeitsraum von 300 x 300 Millimeter. Optional kann die Kern Evo mit einer vierten und fünften Achse ausgestattet werden, ohne auf die Stabilität und Höchstpräzision der Grundmaschine zu verzichten. Mit ihren hochwertigen Komponenten in allen Peripherie-Baugruppen und die einfache Möglichkeit der Automatisierung wird die Kern Evo in den unterschiedlichsten Branchen zur mannlosen Drei-Schichtfertigung eingesetzt, die höchste Präzision am Werkstück verlangen.

Workshop-Manager sichert mannlose Schichten ab

Alle vier Bearbeitungszentren sind stets für mehrere Bauteile vorbereitet. Heißt, es sind eine entsprechende Anzahl von CNC-Programmen sowie deren Fertigungsdaten im WSM hinterlegt, mehrere Werkzeugsätze eingerichtet und Rohlinge für sämtliche vorbereiteten Werkstücke im Rotarymagazin bevorratet. Dadurch bremst selbst ein Werkzeugbruch die Anlage nicht aus. Im Fall des Falles erkennt das PLS das Problem und wechselt an der betroffenen Maschine umgehend auf das zweite Bauteil.

Der WorkShopManager erleichtert den Umgang. - Bild: Kern Microtechnik
Der WorkShopManager macht den Umgang mit der Roboterzelle dank Touchscreen und Klartext-Angaben einfach. Daher reicht es aus, die Roboterzelle mit einem qualifizierten Facharbeiter und zusätzlichen ein bis zwei Hilfskräften zu bedienen. - Bild: Kern Microtechnik

Das ist insbesondere bei mannlosen Schichten wichtig. Zwar erkennen die Maschinen auch ohne den WorkShopManager den Werkzeugausfall. Sie stoppen jedoch lediglich den Zerspanungsvorgang, bis ein Mensch das Problem löst. Nicht zuletzt dank der jetzt umgesetzten, digital gesteuerten Strategie liegt die Betriebszeit der vier Werkzeugmaschinen in der neuen Roboterzelle in Summe bei über 90 Stunden pro Arbeitstag. Bei theoretisch möglichen 96 Stunden entspricht das einer durchschnittlichen Auslastung pro BAZ von über 94 Prozent.

Als weiteren Vorteil nennt Werkleiter Wühr, dass er für den zuverlässigen Betrieb der Roboterzelle weniger Mitarbeiter benötigt: „Normalerweise brauchen wir für die Bedienung unserer hochpräzisen Werkzeugmaschine je einen Facharbeiter. Da es aktuell aber sehr schwierig ist, entsprechend qualifizierte Kollegen zu bekommen, entlastet die Zelle unsere Personalsituation.“ Dies bestätigt Ginzel und ergänzt: „Hilfreich ist hierbei der einfache Umgang mit der PLS dank Touchscreen und Klartext-Angaben. Aus diesem Grund reicht es aus, die Roboterzelle mit einem qualifizierten Facharbeiter und zusätzlichen ein bis zwei Hilfskräften zu bedienen.“

Produzieren von anspruchsvollen Bauteilen. - Bild: Kern Microtechnik
In der Kern-Roboterzelle sind vier höchstpräzise Bearbeitungszentren integriert – zwei Kern Micro und zwei Kern Evo. Sie produzieren rund um die Uhr anspruchsvolle Bauteile mit Genauigkeiten bis in den µm- und Oberflächen bis in den Nanometer-Bereich. - Bild: Kern Microtechnik

Optimierung der Prozesse ist Aufgabe der Facharbeiter

Der Facharbeiter übernimmt als Zellenleiter komplexe Aufgaben wie das Einrichten neuer Produkte und Analysen der Werkzeugstandzeiten. Zudem beseitigt er etwaige Störungen, optimiert die Prozesse und organisiert die Einsteuerung der Aufträge. Seine unterstützenden Kollegen sorgen unter anderem für Rohteile-Nachschub, wechseln Werkzeuge aus, deren Standzeit laut PLS demnächst abläuft, messen die fertigen Bauteile auf Basis eines Prüfplans und bringen diese anschließend zur Reinigungsstation.

Was die beiden Kern-Ingenieure Ginzel und Wühr von Anfang an erwartet hatten, steht inzwischen fest. Die Investition in die Roboterzelle lohnt sich. Es ist gelungen, die Nebenzeiten deutlich zu reduzieren und eine zweistellige Produktivitätssteigerung gegenüber vier Standalone-Bearbeitungszentren zu erzielen. Ginzel präzisiert: „Wir sind zwar noch nicht ganz am Ziel, liegen aber schon sehr nah an unseren angestrebten 30 Prozent.“

Gleichzeitig denkt der Technologiemanager bereits einen Schritt weiter und sieht zusätzliches Potenzial, das er erschließen will. Denn die Bearbeitung mit den richtigen Werkzeug- und Schnitt-Parametern ist enorm wichtig und „gehört zu unseren Kern-Kompetenzen“, führt Patrick Ginzel aus: „In die Roboterzelle ist viel Know-how von uns eingeflossen. Nun bekommen wir dafür viele Informationen zu den Werkzeugen zurück – insbesondere was Standzeiten und Stabilität betrifft.“ Eingepflegt in das Prozessleitsystem lässt sich das Werkzeugmanagement auf diese Weise für jeden einzelnen Auftrag anpassen und noch besser organisieren. Ginzel ist sich sicher: „Das wird letztlich die Produktivität unserer Anlagen nochmal steigern.“

Quelle: Kern Microtechnik GmbH

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