Die Fertigungszelle 3 ist Mitte Juli 2015 in Betrieb gegangen und konnte 5 Monate früher als geplant in den 3-Schicht-Betrieb gehen. Auf den verketteten BAZ können die Blechumformwerkzeuge in einer Aufspannung komplett bearbeitet werden. (Bild: Daimler AG)
Daimler baut derzeit seinen Hightech-Standort Sindelfingen mit milliardenschweren Investitionen weiter aus. Als Teil der neu entstehenden, sogenannten TecFabrik von Mercedes-Benz Cars, die als Kompetenzzentrum für innovative Produktionstechnologien dient und eng mit der Entwicklung verzahnt ist, wird auch der eigene Betriebsmittelbau weiter gestärkt: Mit dem Bau einer Erweiterung auf der Tübinger Allee – „TübA“ lautet die interne Abkürzung für diesen Standort – ist im Jahr 2015 die neue „Fertigungszelle 3“ entstanden – als Try-out-Center, an dem sich Blechumformwerkzeuge für die Außenhaut von Fahrzeugen nicht nur fertigen, sondern auch gleich erproben lassen.
Über die grundsätzlichen Anforderungen von Daimler an höchste Genauigkeit, sichere Prozesse, Umweltschutz und Energieeffizienz hinaus waren anspruchsvolle Ziele für das Projekt
Die Maschine aus der T-Baureihe von Droop+Rein übernimmt das Grobe – hier wird geschruppt.
gesetzt: Als Teil der neuen TecFabrik geht es um vorbildhafte Technologien und Konzepte, wobei der Betriebsmittelbau mit der Bündelung von Werkzeugbau- und Anlagenbaukompetenzen eine Schlüsselrolle einnimmt. Für die Umsetzung aller Anforderungen mussten alle Projektbeteiligten neue Wege gehen, weil dabei viele neue Funktionen bezüglich der Maschinen- und Steuerungstechnik zu entwickeln waren.
Ausgestattet mit Sinumerik 840D sl SW4.7
Die zur Starrag-Gruppe gehörende Dörries Scharmann Technologie GmbH ist unter dem Namen Droop+Rein für große Werkzeugbau-Sondermaschinen mit Wechselfräsköpfen bekannt; sie erhielt den Zuschlag, die Anlage mit entsprechenden Fertigungsmaschinen samt Zubehör auszustatten. Um die Bearbeitungsprozesse komplett simulieren zu können, war von vornherein festgelegt, dass die Maschinen mit CNCs des Typs Sinumerik 840D sl der Siemens AG in neuester Ausstattung ausgestattet sein müssen. Diese Steuerung fügt sich nahtlos in die künftig geplante Siemens NX-Prozesskette ein und gehört damit zu den Faktoren, die zur Prozesssicherheit beitragen. Um auch die Details in den Pflichtenheften erfüllen zu können, mussten die Maschinenkonstrukteure umfassenden Zugriff auf die Steuerungstechnik bekommen. Insofern war dieser Auftrag für Droop+Rein und Siemens der Startschuss zu einer engen Projektpartnerschaft.
Das Team von Daimler, der Starrag Group und Siemens. Auf der rechten Seite von hinten nach vorn: Günter Sprecher, Leitung Center Betriebsmittel, Daimler; Norbert Hennes, Leitung Aerospace&Energy, Starrag Group; Ulrich Wiehagen, Vertriebs- und Werkleiter, Droop+Rein; Michael Brückner, Leiter Business Development Hig-End, Siemens; Walter Börsch, President&CEO Starrag Group. Auf der linken Seite sind weitere Projektbeteiligte der drei Unternehmen.
Bilder: Dörries Scharmann Technologies GmbH, Droop+Rein
Hochwertige Zentren für den Werkzeugbau
Die Anlage, die Mitte Juli 2015 in Betrieb genommen wurde, umfasst zwei Portalbearbeitungszentren T 30 55 PT R75 C sowie zwei multifunktionale Hochgeschwindigkeits-zentren in Gantrybauweise des Typs FOGS 50 68 PT M40 C. Ergänzt mit einem Palettentransportsystem für ein Werkstückgewicht bis zu 40 t sowie Roboterarbeitsplätzen, bearbeiten diese verketteten Großmaschinen die Blechumformwerkzeuge komplett in einer Aufspannung. Der Bearbeitungsprozess der gegossenen Rohteile startet am Portalbearbeitungszentrum. Diese Maschine bringt für die Schwerzerspanung eine Antriebsleistung von bis zu 75 kW und ein Drehmoment bis 5500 Nm mit. Sie verfügt über sechs Fräsköpfe mit automatischem Fräskopfwechsler plus ein Werkzeugmagazin auf Basis eines 7-achsigen Roboters. Diese Maschine übernimmt das Grobe – hier wird geschruppt. Die Fein- und Fertigbearbeitung etwa der Wirkflächen, die beim Pressen direkten Kontakt mit den Blechen haben, findet dann auf den Hochgantrymaschinen aus der FOGS-Baureihe statt. Sie sind jeweils mit vier automatisch wechselbaren Fräsköpfen ausgestattet, davon ein Gabelkopf für unterschiedliche Motorfrässpindeln.
Prozess und eingesetzte Technik sind darauf ausgerichtet, dass die Teile mit möglichst wenig oder sogar komplett ohne Nacharbeit zum nächsten Schritt an die Try-out-Presse gehen
Seit August 2015 läuft die Anlage im 3-Schichtbetrieb.
können. „Das haben wir umgesetzt und noch dazu gleichzeitig die Bearbeitungszeit des definierten Abnahmeteils von 36 auf 25 Minuten reduziert“, so Ulrich Wiehagen, Vertriebschef und Werkleiter bei Droop+Rein. „Einen wichtigen Beitrag hierzu leisten die Oberflächen-Features der CNC.“ Mit Sinumerik MDynamics hält Siemens Frästechnologiepakete bereit, die unter anderem die Bahnführung verbessern und damit zugleich für mehr Oberflächengenauigkeit und eine höhere Geschwindigkeit sorgen. Direkt zu sehen ist das am optisch ansprechenden Fräsbild; es zeigt sich aber auch bei Messungen, wenn etwa die Oberfläche konturgenau stimmt und ohne Nachbearbeitung auskommt. Die Maschinen der Fertigungszelle 3 sind mit dem aktuellsten dieser Fräspakete ausgestattet.
30 Prozent produktiver mit den neuesten Motion Control Highlights von Siemens.
Darüber hinaus kommen neueste mechatronische Motion Control Highlights zum Einsatz, um die Oberflächen zu verbessern und die Produktivität zu erhöhen. So zum Beispiel die modellbasierte Bewegungsführung Engineered Motion Control (EMC) sowie eine Nickkompensation (Nodding Compensation, NOCO), die hier erstmals und mit großem Erfolg in Betrieb genommen wurden.
Automatische Kinematikvermessung: Mittels des Messzyklus L9960 und der nachgeschalteten volumetrischen Kompensation CC_E996 lässt sich die Maschinenkinematik jederzeit überprüfen.
Maschinen mit Wechselfräsköpfen verfügen über eine komplexe Kinematik. Besteht zum Beispiel durch einen Temperatur-unterschied eine Unsicherheit bezüglich der Maschinengenauigkeit oder ist eine besonders heikle oder hochgenaue Bearbeitung vorgesehen, bringt die automatische Kinematikvermessung der Fräsköpfe die notwendige Prozesssicherheit. Mittels des Messzyklus L9960 und der nachgeschalteten volumetrischen Kompensation CC_E996 lässt sich die Maschinenkinematik jederzeit überprüfen – schnell, einfach, hochgenau und ohne Serviceeinsatz oder Spezialausrüstung. Mit dem Standardmess-taster und einer hochgenauen keramischen Kalibrierkugel ist der Maschinenbediener in der Lage, in weniger als einer Stunde einen Fräskopf reproduzierbar zu qualifizieren. Messtaster einwechseln, Kalibrierkugel aufsetzen, Programm aufrufen, automatisiert ausführen, Ergebnisse kontrollieren, Korrekturen innerhalb eines hinterlegten Vertrauensbereichs übernehmen – fertig.
Die Möglichkeit, den Fräser samt Kopf in Werkzeugorientierung im Automatikprozess zu beeinflussen sowie im JOG-Betrieb zu verfahren, ist für Maschinenbediener eine enorme Erleichterung. Für die Umsetzung einer virtuellen Z-Achse in Werkzeugrichtung kam erstmals das Tool Coordinate System (TCS) bei den Droop+Rein-Maschinen zum Einsatz. Hinter den manuell gefahrenen Bewegungen eines Fräskopfs in Werkzeugrichtung erfolgt abhängig von der Orientierung eine Verteilung auf die Geometrieachsen. Denn mit einem Druck auf die Taste +/-Z verfahren je nach Orientierung des Kopfs bis zu drei Achsen gleichzeitig. Das Hantieren in Werkzeugorientierungsrichtung ist auch im Automatikprozess erforderlich. Dafür
Neue Taste TCS/TOFF zum einfachen Hantieren in Werkzeugorientierungsrichtung.
wurde die Funktion Tool Offset (TOFF) ergänzt. Bei der Unterbrechung des Automatikprozesses auf manuellen Betrieb lässt sich einfach in Werkzeugrichtung von der Kontur weg und später zielgenau wieder an die eventuell korrigierte Ausgangsposition zurückfahren (REPOS).
Umweltschutz und Energieeffizienz
Die hohe Anforderung des Daimler-Gesamtprojekts, den Energieverbrauch um 40 Prozent zu reduzieren, ließ sich durch intensive Projektarbeit aller Beteiligten erreichen. Von der LED-Beleuchtung an der Maschine über die Ausstattung der Maschinen mit hocheffizienten Asynchronmotoren der Energieeffizienzklasse IE3 von Siemens bis zur Blindleistungskompensation wurde an alles gedacht. Letztere ist nicht einfach eine voreingestellte Blindleistungskompensation herkömmlicher Art. Sie reagiert automatisch auf unterschiedliche Lastzustände der Maschine, die sich mit jedem Ein- und Ausschalten von Späneförderer, Aggregaten ergeben. Kompensiert wird die Blindleistung also automatisch, permanent und fast vollständig. Wiehagen: „So ist der Stromverbrauch optimiert, und die Energiekosten sind nahezu auf die Wirkleistung begrenzt.“
Die FOGS-Hochgantrymaschinen sind unter anderem mit einem Gabelkopf für unterschiedliche Motorfrässpindeln ausgestattet, die entweder das notwendige hohe Drehmoment für das Vorschlichten oder eine hohe Drehzahl zum Fertigschlichten mitbringen.
Droop+Rein hat zudem ein modernes Service- und Wartungskonzept umgesetzt. Das hier realisierte Condition Monitoring basiert auf Analyze MyCondition aus der Softwaresuite Sinumerik Integrate. Zustand und Qualität der Werkzeugmaschinen werden damit überwacht, der reibungslose Maschinenbetrieb unterstützt, ungeplante Ausfälle auf ein Minimum begrenzt. Dies ist ein weiteres wesentliches Puzzleteil für die Erhöhung der Prozesssicherheit der Anlage.
Nachdem die Fertigungszelle 3 im Juli in Betrieb gegangen ist, konnte bereits 4 Wochen später im 3-Schichtbetrieb Seitenteile gefertigt werden. Auf das Ergebnis sind alle Beteiligten stolz. Der Erfolgsbeweis ist in der Technologiefabrik in der TübA zu besichtigen: eine Werkzeugbauanlage mit Modellcharakter.
Kontakt:
- Daimler AG, www.daimler.com
- Starrag Group Holding AG, www.starrag.com
- Siemens AG, www.siemens.com
