Die Automationslösung bei Wefa Singen ist kreativ. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU

Die Automationslösung bei Wefa Singen ist kreativ: Das Handling gelingt von oben, selbst konstruiert sind die Rohmaterial-Magazin-Rutschen und die Software für das Jobmanagement. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU

| von Sabine Königl

Mit kreativen Ideen und der Maschinentechnologie von Mazak haben sie ihre Abläufe optimiert und ihre Fertigung hinsichtlich Prozesssischerheit, Produktivität und Effizienz auf ein neues Niveau gehoben.

Eine flexible Einzelteilfertigung – das wünschen sich viele Werkzeug- und Formenbauer. Wie die Praxis aber zeigt, gibt es derzeit noch keine serienreife Branchenlösung, die sich durchgängig adaptieren lässt. Auch zum Leidwesen der Werkzeugbauer bei Wefa Singen. Die Spezialisten für Strangpresswerkzeuge für die Aluminiumindustrie aus Singen im Süden Baden-Württembergs widmen sich seit rund drei Jahren verstärkt der Automatisierung, Vernetzung und Digitalisierung ihres Unternehmens.

Michael Martin, Leiter der Prozesstechnik, erklärt: „Vor etwa 30 Jahren sind wir mit unserer ersten Einzelautomation in der Drahterosion gestartet. Seit mehr als 15 Jahren verfügen wir über verfahrensgemischte Automationszellen. Seit rund zehn Jahren haben wir eine Linie, in der ein Knick-Arm-Roboter das Handling übernimmt. Die Thematik als solche ist für uns nicht neu. Bei unserem derzeitigen Projekt befassen wir uns allerdings gezielt mit der Vernetzung und Datenverarbeitung innerhalb einer Maschinenverkettung. Dazu haben wir uns ein eigenes Jobmanagementsystem erstellen lassen.“

Auf einen Blick: Integrex i-100S von Mazak

Zu den Besonderheiten dieser Mazak Multi-Funktions-Maschine der fünften Generation zählen ihr großer Bearbeitungsbereich, ihre kompakte und ergonomische Bauweise und die hohe Achsengenauigkeit. Die Integrex  i-100S mit 850 Millimeter Drehlänge ist leistungsstark und weist eine große Werkzeugaufnahmekapazität auf. Sie verfügt über Verfahrwege von 450 x 904 x 210 Millimeter in X, Y, Z und einen automatischen Werkzeugwechsler, der 72 Werkzeugplätze bereithält. Die maximale Drehzahl der Haupt- und Gegenspindel liegt bei 6.000 min-1. Die Werkzeugbauer von Wefa Singen haben zwei Bearbeitungszentren dieses Modelltyps mit einem 6-Achs- Hochgeschwindigkeits-Roboter Motoman­ MH24-10 von Yaskawa verkettet.

Da sich das Anwendungsfeld von marktüblichen Jobmanagern nur bedingt mit dem der Wefa-Gruppe deckt und die Experten kurze Reaktionswege bevorzugen, haben sich die Werkzeugbauer einen Partner gesucht, mit dem sie ihr Digitalisierungsvorhaben auf einem kleineren Dienstweg umsetzen können. „Dank Gomatic aus Fürth haben wir nun Automatisierungs-Spezialisten an der Seite, mit denen wir sehr viel flexibler in diesem Bereich agieren können und die Vernetzung selbst besser im Griff haben“, erklärt Martin. „Da wir mit Strangpresswerkzeugen eine Nische im Werkzeugbau bedienen, auf schnelle Durchlaufzeiten angewiesen sind, und gleichzeitig relativ wenig Werkstücke und Elektroden benötigen, setzen wir lieber auf ein schlankes, schnelles System, das speziell auf unsere Bedürfnisse ausgerichtet ist.“

Die Multi-Funktions-Maschine Integrex i-100S. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU
Die Multi-Funktions-Maschine Integrex i-100S von Mazak ist kompakt und egonomisch gebaut und lässt sich von oben rüsten. Sie bleibt damit für Maschinenbediener optimal zugänglich. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU

Externe Expertise kann hilfreich sein

Die Zusammenarbeit mit Gomatic besteht nun seit acht Jahren. Das jüngste Automatisierungs-Projekt umfasst eine Linienerweiterung. Im Sommer 2017 haben die Werkzeugbauer gemeinsam mit ihren Partnern von Gomatic eine Mazak Integrex i-100S mit einem 6-Achs-Hochgeschwindigkeits-Roboter Motoman MH24-10 von Yaskawa verkettet. 2019 wurde diese Automationszelle dann um eine zweite Mazak-Multi-Funktions-Maschine des gleichen Typs ergänzt.

6-Achs-Yaskawa-Roboter. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU
Ein 6-Achs-Yaskawa-Roboter sorgt auf der Mazak­ Integrex i-100S für das optimale Handling der Werkstücke und Spannzangen. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU

Zum Aufgabengebiet von Wefa Singen gehört es, die Partnerstandorte der Wefa Gruppe mit vorbearbeiteten Werkzeugrohlingen zu beliefern. Die Herstellung von Mikro-Wärmetauscherwerkzeugen zählt zu den Spezialgebieten der Schwestergesellschaften Wefa Inotec und Wefa­Swiss. Sie werden mit Dorn- und Matrizeneinsätzen ausgeführt.

„Pro Jahr werden mehrere tausend Werkzeuge zur Produktion solcher Wärmetauscherprofile an unsere Kunden verkauft“, berichtet Martin. „Aufgrund der hohen Stückzahlen hat unsere Unternehmensgruppe über die Jahre ein enormes Konstruktions- und Fertigungs-Know-how angesammelt, mit dem wir uns nun vom Wettbewerb abheben können. Unsere Mazak-Zelle ist zu 80 Prozent mit der Rohlingbearbeitung für diesen Werkzeugtyp ausgelastet.“

Bearbeitungszentren erleichtern Komplettbearbeitung

Die Rohlinge beziehungsweise Sägezuschnitte bestehen aus einem eigenentwickelten Hochwarmarbeitsstahl für Hochtemperaturanwendungen bis 630 °C, die die Werkzeugbauer exklusiv von ausgewählten Stahlwerken beziehen.

Das zweite Tätigkeitsfeld innerhalb der Automation umfasst die Bearbeitung von Rohrwerkzeugen für die Produktion von präzisen Rundrohren. „In diesem Bereich haben wir uns bei Wefa Singen gerade auch dank unserem patentierten Beschichtungsverfahren weltweit einen Namen gemacht“, so Martin. Die Rohrwerkzeuge bestehen aus klassischen Warmarbeitsstählen der Sorten 1.2343 oder 1.2344 und zum Teil aus Sonderstählen.

Die Mazak-Automationszelle dient zur Rohlingfertigung. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU
Die Mazak-Automationszelle dient zur Rohlingfertigung für Wärmetauscherwerkzeuge sowie zur Bearbeitung von Rohrwerkzeugen. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU

Auf den Bearbeitungszentren (BAZ) von Mazak können die Experten Werkzeugrohlinge beziehungsweise Rohrwerkzeuge mit einem Durchmesser von 34 bis 94 Millimeter spannen und fertigen. Die BAZ ermöglichen eine 5-Achs Komplettbearbeitung, das neben dem Schrupp-, Schlicht-, Dreh- und Fräsprozess auch den Graviervorgang für die Artikel- oder Chargennummern abdeckt.

Die Automationszelle nimmt bei Wefa Singen eine Stellfläche von 8 x 9 Meter ein. Den beengten Platzverhältnissen sind die Experten mit Kreativität begegnet. So kamen für sie etwa nur BAZ in Frage, die sich von oben rüsten lassen. „Die Anlagen bleiben damit für Maschinenbediener optimal zugänglich und wir können etwa auf Absperr-Maßnahmen zur Personensicherheit verzichten, die bei Automationsprojekten im Vordergrund stehen“, erklärt Martin. Der 6-Achs-Roboter übernimmt automatisch das Handling der Werkstücke und der Spannzangen. Die Schienen für das Handlingsystem laufen auf 2,80 Meter Höhe über eine Deckenkonstruktion. Und für die Lagerung der Rohmaterialien gibt es ebenfalls eine platzsparende Selfmade-Lösung.

Wefa Singen arbeitet mit Plastikkisten. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU
Wefa Singen arbeitet mit Plastikkisten, die auf dem Dach der BAZ gelagert und automatisch per Barcode-Label-Drucker etikettiert werden. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU

Kreative Eigenentwicklung verfügt über ausgeklügelten Ablauf

Hierzu wurden zwei Rohmaterial-Magazin-Rutschen entwickelt, die auf kompaktem Raum links und rechts in der Zelle zwischen den beiden Bearbeitungszentren von Mazak platziert sind. In je 54 Rutschen stehen den Werkzeugbauern damit 135 Meter Stangenmaterial zur Verfügung. Martin: „Ich habe lange im Internet recherchiert und keine Lösung gefunden. Bei unserer Eigenkonstruktion entnimmt der Roboter vor dem Anschlag am Ende der Rutsche das Material und ein Schiebewagen, sorgt für das Nachrücken der oberen Teile. Der Trick ist der automatisierte Spannzangenwechsel.“

Für die Bearbeitung der Werkstücke sind in der Automationszelle bei Wefa Singen zwei Spannzangentypen im Einsatz. Mit der runden Variante von Nann lassen sich Teile bis 80 Millimeter Durchmesser spannen und bei der sechseckigen Variante von Hainbuch liegt der Spanndurchmesser bei 65 Millimeter. Der Roboter wechselt je nach Bedarf Spannzange, Werkstück oder auch beides. Dafür stehen fünf unterschiedliche Greifer zur Option. Diese sind, aufgrund der begrenzten Länge des Roboterarms, auf dem Dach der BAZ von Mazak geparkt, genauso wie die insgesamt rund 60 Spannzangen.

Da die Werkzeugbauer höchste Qualitätsanforderungen einhalten müssen, ist eine Chargenrückverfolgung unabdingbar. „Wir müssen unser Material in den Regalsystemen sortenrein zuordnen können. Das bedeutet jede der drei Materialarten, jede Durchmessergröße aber auch jede Charge wird in einem eigenen Regalfach gelagert, sodass der Roboter sich dem Auftrag entsprechend das passende Material entnehmen kann. Die Magazin-Rutschen werden regelmäßig von den Mitarbeitern mit Sägezuschnitten befüllt.”

Die Werkzeugbauer erreichen mit der Mazak Integrex i-100S Oberflächengüten von RZ = 1 µm. - Bild: WERKZEUG&FORMENBAU
Die Werkzeugbauer erreichen mit der Mazak Integrex i-100S Oberflächengüten von RZ = 1 µm. Das Werkzeugmagazin stellt Platz für 72 Fräswerkzeuge bereit. – Bild: WERKZEUG&FORMENBAU

Maschinenkonzept kann langfristig überzeugen

Die Spezialisten aus Singen hatten bereits seit drei Jahren BAZ von Mazak im Einsatz. Das Maschinenkonzept der Integrex i-100S konnte nochmal all ihre Erwartungen erfüllen. „Wir arbeiten mit Hochwarmarbeitsstählen, was die Zerspanung besonders bei großen Zerspanvolumina schwierig macht, und wir haben enge Toleranzanforderung.

Darüber hinaus gehen zum Beispiel unsere Rohrwerkzeuge im Anschluss in den Beschichtungsofen, weshalb die Teile absolut gratfrei sein müssen. Die zu bearbeitenden Teilegeometrien sind meist komplex mit Hinterschnitten, die nur fünfachsig hergestellt werden können. All das verlangt nach einer hochpräzisen Maschinentechnologie, die die Integrex i-100S abdeckt“, erklärt Martin. „Im Vergleich zu anderen Modellen gelingt die Bearbeitung auf der Mazak schneller und das Fahrständerkonzept ermöglicht bei einer Multi-Funktions-Maschine eine reibungslose Programmierung mit hyperMill. Hier sind wir rundum zufrieden."

Quelle: Mazak

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