Welche Vorteile bietet das Komplettpaket von Mapal?

Die Schabmüller Automobiltechnik GmbH, kurz SMI, in Großmehring bei Ingolstadt, ist seit 1988 als Automobilzulieferer tätig und hat sich dabei mehr und mehr auf die effiziente Fertigung großer Serien spezialisiert. Die Teile werden unter anderem in Fahrzeugen von Mercedes, Porsche, Audi, BMW und Jaguar verbaut. SMI agiert überwiegend als Tier 2 Zulieferer. Große Kunden sind Aludyne und Strojmetal, die als Aluminiumgießerei beziehungsweise -schmiede direkte Zulieferer für die Automobilbranche sind.

Bis vor wenigen Jahren produzierte Schabmüller Zylinderkopfhauben für den VW-3,0-Liter-V-Konzernmotor in jährlichen Stückzahlen bis zu 320.000. Die Bauteile, für welche Schabmüller auch die Montage übernimmt, werden nach wie vor hergestellt, allerdings ist das Volumen bereits zurückgegangen. Dafür sind andere Großaufträge hinzugekommen, die das Unternehmen unabhängiger vom Verbrennungsmotor machen.

„Inzwischen ist die Herstellung von Fahrwerksteilen angelaufen. Das bietet uns die Chance, uns in diese Richtung zu diversifizieren“, freut sich Geschäftsführer Helmut Häckl. „Unser Unternehmen hat sich entwickelt und genau dieses Ziel angestrebt.“ Die neuen Bauteile bringen für Schabmüller aber auch Herausforderungen.

Beim Einstieg in die Produktion von Fahrwerksteilen hat Schabmüller ganz neue Erfahrungen gesammelt. Vor allem bei Komponenten für Elektrofahrzeuge werden Projekte teilweise verschoben, ursprünglich geplante Stückzahlen nicht erreicht, oder es gibt noch kurzfristige Änderungen vor Anlauf der Serienfertigung. Helmut Häckl kennt die Hintergründe: „Die OEMs sammeln bis zum Schluss Erfahrungen in Belastungstests für die immer schwerer werdenden Fahrzeuge durch die Batteriegewichte. Das führt dazu, dass bestimmte Bauteile stabiler ausgelegt werden, um jede Grenzsituation abdecken zu können.“

Beispielhaft verdeutlicht Stephan Streck, technischer Berater bei Mapal, dies anhand eines Radträgers. Weil im Fahrbetrieb Probleme mit der Steifigkeit aufgetaucht seien, kamen hier quasi in letzter Minute eine weitere zu bearbeitende Fläche und eine Versteifungsrippe hinzu.

Neue Herausforderungen

Schabmüller muss die Anlagen und Preise für die Bauteile bereits planen, noch bevor feststeht, wie diese im Detail aussehen, was den Hersteller immer wieder vor Herausforderungen stellt. „Um einen Auftrag zu bekommen, ist die Taktzeit der entscheidende Faktor“, so Helmut Häckl.

Um solche kurzfristigen Änderungen besser in den Griff zu bekommen und die gesamte Produktion weiter zu optimieren, hat Schabmüller sich dazu entschlossen, Mapal gleich bei der CAD/CAM-Programmierung mit ins Boot zu holen. „Wir pflegen mit Mapal eine sehr kooperative Zusammenarbeit und schätzen die schnellen Reaktionszeiten“, erklärt Häckl. „Wir hatten daher ein gutes Gefühl dabei, die Kooperation auf die CNC-Programmierung und die Simulation zu erweitern.“ Mapal ist bislang schon an der Werkzeugauslegung für neue Projekte beteiligt und verantwortet das Toolmanagement. Diese Dienstleistungen sind maßgeschneidert auf die Bedürfnisse des Kunden. Dazu gehörten bisher schon die Disposition der Werkzeuge, ihre Voreinstellung, Ausgabe und Wiederaufbereitung, technischer Support der Serienfertigung, Werkzeug- und Taktzeit- sowie Standzeitoptimierungen.

Alles greift perfekt ineinander

Bereits seit 2018 programmiert Schabmüller nicht mehr selbst. „Für CAD/CAM brauchen wir Spezialisten, die dieses Thema beherrschen“, sagt dazu Häckl. „Wenn wir pro Jahr nur zwei bis vier neue Projekte angehen, kann ein Mitarbeiter hier nicht fit sein.“ Zwischenzeitlich nutzte Schabmüller für die Programmierung teilweise Dienstleistungen des Maschinenherstellers. Allerdings bestand keine Möglichkeit für 3D-Simulationen, weshalb dem Fertiger bewusst war, dass nicht alle Möglichkeiten genutzt wurden, um Taktzeiten zu optimieren.

Seit Mapal von Beginn an involviert ist, hat sich das geändert. NC-Programmierung, Simulation und Toolmanagement greifen nun perfekt ineinander. Bei der Werkzeugprojektierung werden beispielsweise Simulationsdaten übernommen, was frühzeitig mögliche Kollisionen erkennen lässt. Auf Bauteiländerungen durch die OEMs vor dem Produktionsstart kann sofort reagiert werden. In den 3D-Simulationen werden Modifikationen noch vorgenommen, bevor die Werkzeuge fertig sind. „Wenn man gravierende Änderungen nicht rechtzeitig abfängt, können dadurch Kosten im fünfstelligen Bereich entstehen“, erläutert Stephan Streck die Bedeutung der Simulation.

Für die Optimierung der Bearbeitung spielt die Simulation ebenfalls eine maßgebliche Rolle. Sie zeigt beispielsweise Einfahrwinkel an, mit denen der Mate­rialabtrag verbessert werden kann. Auch die Umschlingung eines Werkzeugs kann mit den Daten aus dem Computer reduziert werden. „Solche Details sind in der Simulation wesentlich besser zu erkennen, als wenn man durch das Fenster in die Maschine schaut“, weiß Streck. Mit den Fahrwerksteilen geht beim Ausgangsmaterial eine Verlagerung von Aluminiumdruckguss hin zu geschmiedetem Aluminium einher. Schmiedebauteile weisen wesentlich höhere Belastungskennzahlen auf als Gussteile. Die höhere Stabilität wird vor allem bei der Elektromobilität verlangt. Das erhöht allerdings auch die Anforderungen an die Zerspanung, um die verlangte Taktzeit zu erreichen. Der Materialabtrag und damit das zu zerspanende Volumen sind hier wesentlich höher, was nach angepassten Frässtrategien verlangt.

Außerdem haben sich die Materialeigenschaften verändert, wie Stephan Streck erläutert: „Verglichen mit Aluminiumdruckguss hat das Schmiedematerial einen stark reduzierten Anteil an Silizium. Das hat zur Folge, dass der Span nicht gut bricht, lange Späne bei der Bearbeitung entstehen und wir es mit aufgeschmierten Schneiden zu tun bekommen. Um hier Lösungen zu finden, ist die ganze Kompetenz von Mapal in der Aluminiumzerspanung gefragt.“ Aus geschmiedetem Aluminium fertigt Schabmüller derzeit einen Teil der in Großmehring hergestellten Radträger, Schwenk­lager und Sturzstreben.

Zur Verbesserung der Prozesse gehört auch, dass Mapal neue Werkzeuge mit aufnimmt, sobald sie verfügbar sind und Vorteile versprechen. Wie Anwendungstechniker Eugen Bien berichtet, wurde der neue Wendeschneidplattenfräser NeoMill-Alu-QBig bei Schabmüller eingesetzt, noch bevor er offiziell auf den Markt kam.

Dieser neue Wendeschneidplattenfräser von Mapal steht für Spitzenleistung beim Hochvolumenfräsen von Aluminium. Um möglichst große Zeitspanvolumina zu erreichen, ist er für den Einsatz bei Drehzahlen bis 35.000 min^-1 ausgelegt. Für festen Sitz trotz hoher Fliehkräfte sorgen Schrauben mit erhöhter Zugfestigkeit, welche die Wendeschneidplatten fest im prismatischen Sitz halten. Den Grundkörper hat Mapal mit einem Feinwuchtsystem ausgestattet, um die Maschinenspindel zu schonen und möglichst hohe Oberflächengüten zu erreichen. Zusätzlich lag das Augenmerk bei der Entwicklung auf geringen Schnittkräften und hochgenauen Wendeschneidplatten.

Kürzere Taktzeiten

Unter drei verfügbaren Beschichtungen haben die Mapal-Techniker für die Zerspanung von Kokillenguss bei Schabmüller eine Diamantschicht gewählt. Im Einsatz dreht der Maschinenbediener die Wendeschneidplatten mit ihren beiden Schneidkanten direkt an der Maschine, die Neubestückung der Fräser übernimmt Mapal im Einstellraum. Einen Vorteil zeigen die zäheren Hartmetallschneiden des NeoMill-Alu-QBig im Vergleich zu den zuvor eingesetzten Fräsern mit gelöteten PKD-Schneiden: Sie brechen weniger schnell aus bei Sandrückständen von der Gussform am Rohteil.

Für den Anwender ist aber etwas anderes entscheidend, wie Helmut Häckl bekräftigt: „In der Produktion haben wir mit dem NeoMill-Alu-QBig kürzere Taktzeiten erreicht, weil wir damit bei der Schnittgeschwindigkeit und dem Vorschub höhere Werte fahren können. Dafür würden wir sogar geringere Standzeiten in Kauf nehmen.“

Durch den Wechsel auf den NeoMill-Alu-QBig hat sich werkzeugbedingt eine andere Frässtrategie und eine höhere Mittenspandichte ergeben. Die von Mapal gemessenen Werte belegen den damit erzielten Erfolg. Die umgesetzten Anpassungen mit höheren Schnittparametern, der Umstellung von Zirkularfräsen auf das Helixfräsen und die dadurch verbesserten Zerspanungsbedingungen resultierten in einer Taktzeitersparnis dieser Bearbeitung von 54 Prozent. Mit dem neuen Werkzeug konnte dabei der Zahnvorschub von durchschnittlich 14 Millimeter auf 32 Millimeter erhöht werden.

Im umfangreichen Werkzeugsatz für die Bearbeitung eines Radträgers ist der NeoMill-Alu-QBig eines der wenigen Standardwerkzeuge, spielt aber für die Taktzeit eine entscheidende Rolle, wie Eugen Bien sagt: „Der Einsatz des NeoMill-Alu-QBig macht etwa 30 Prozent der gesamten Bearbeitungszeit aus.“ Im Fokus steht dabei das Schruppen des Bauteils, doch stellt das Werkzeug auch Flächen in Fertigteilqualität her.

Die Radträger stellen hohe Anforderungen an die Bearbeitungsstrategie. Für Porsche und AMG fertigt Schabmüller davon jährlich jeweils etwa 97.000 Stück aus Guss- beziehungsweise Schmiedeteilen, für die auf dem Doppelspindler eine Taktzeit von sechs Minuten für zwei Bauteile benötigt wird. Die Werkzeugsätze dafür umfassen 45 bis 55 Werkzeuge. Der überwiegende Teil davon sind kundenspezifische Sonderwerkzeuge. Die meisten davon, etwa Bohrer, Stufenbohrer oder Feinbohrwerkzeuge, sind nur kurz für eine oder zwei Bearbeitungen im Einsatz. Aufgabe der Simulation ist es, bei der Vielzahl an Werkzeugen die Nebenzeiten so kurz wie möglich zu halten und am besten jede Bearbeitung nur einmal anzufahren.

Schabmüller zählt aktuell rund 150 Mitarbeitende und wächst beständig. In jüngster Vergangenheit wurde eine dritte Halle fertiggestellt. Ursprünglich konzipiert für die Produktion von Zylinderkopfhauben für VW in großer Stückzahl, wird ein Teil der Doppelhalle derzeit anderweitig genutzt. Um Kopfplatten für Batterien von Elektrofahrzeugen zu fertigen, zerspant Schabmüller einen Großteil des Ausgangsmaterials. In einem zweiten Projekt entstehen Hinterachsgehäuse für einen weiteren Automobilhersteller.

Quelle: Mapal Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG

bearbeitet von: Sabine Königl