Optimale Verzahnung

Das Fertigen von Zahnrädern und Ritzeln war im Zahnradwerk Nord in Glinde bei Hamburg bislang ein relativ aufwändiger Prozess. Zumindest was das Rüsten angeht. Die Spannmittel mussten gelöst, die neuen aufgesetzt, ausgerichtet und festgeschraubt werden. Alles in allem nahm dieser Rüstvorgang mehr als 10 min in Anspruch. Aufgrund der geringen Losgrößen und großen Variantenvielfalt war diese Situation für den Betriebsleiter Georg Brunner und den Leiter Verzahnungstechnik Peter Iserloth nicht mehr akzeptabel. Bei der Investition in eine Wälzschleifmaschine mit höherer Leistung und Drehzahl sollte so auch das Rüstproblem gelöst werden.

Iserloth sah hier unter anderem den Einsatz eines Nullpunktspannsystems als eine mögliche Variante: „Wir haben in unseren Maschinen sehr präzise Werkzeugsysteme. Deshalb musste die Lösung unseren Anforderungen hinsichtlich der Wiederholgenauigkeit von 5 µm und beim Rundlauf- und der Plangenauigkeit von 8 µm gerecht werden. Nullpunktspannsysteme waren uns bekannt und deshalb haben wir diese Idee weiter verfolgt.“ Die geforderte Präzision war freilich nicht ganz so einfach umzusetzen, weil man in Glinde damit circa 50 verschiedene Werkstücke mit Durchmessern von 12 bis 75 mm bearbeitet, mechanisch und hydraulisch spannt und unterschiedliche Qualitätsansprüche erfüllen muss. Erschwerend kam hinzu, dass bei Drehzahlen bis 1000 min-1 Schwingungen beziehungsweise Unwuchten auftraten.

Profiwissen pur

Was heißt eigentlich SMED?
Single Minute Exchange of Die bezeichnet im Zusammenhang mit Quick Change Over ein Verfahren, das die Rüstzeit einer Produktionsmaschine oder einer Fertigungslinie reduzieren soll. Ziel von SMED ist es, die Bestände zu senken, indem man die Maschine auf einen neuen Fertigungsprozess umrüstet, ohne den Fertigungsfluss zu stören. Entwickelt wurde das Verfahren von Shigeo Shingo, der als externer Berater maßgeblich an der Entwicklung des Toyota-Produktionssystems beteiligt war.

Das Nullpunktspannsystem PM Tooling (li.) von Erowa ist die ideale Ergänzung, weil die Betätigung des Spannsystems durch die große Durchgangsbohrung erst möglich wird.

Probleme, die das Unternehmen
König-mtm aber schnell durch die Neudefinition einiger Komponenten im Spannsystem erfüllen konnte. Die besondere Herausforderung dieses bislang einzigartigen Projekts lag aber vielmehr darin, ein Nullpunktspannsystem zu finden, das einerseits den Präzisionsvorgaben gerecht wurde, anderseits mit den Spannsystemen von König-mtm kombinierbar war.

Fündig wurde man bei Erowa. Dazu Thomas Graf, Verkaufsleiter Spannwerkzeuge bei König-mtm: „Zunächst ist sicher bemerkenswert, dass das Zahnradwerk Nord unser erster Anwender war, der statt einer Vision mit dem Wunsch einer konkreten Umsetzung seiner Vorstellungen zu uns kam. Das ideale Nullpunktspannsystem haben wir dann relativ schnell bei Erowa gefunden. Das PM Tooling ist ein Standardprodukt und war aufgrund der großzügigen Bauart die ideale Lösung.“ Der Grund hierfür ist schnell erklärt: Gegenüber herkömmlichen Nullpunktspannsystemen ist es beim PM Tooling durch die relativ große zentrale Durchgangsbohrung möglich, die König-Spannfutter zentral, also durch die Mitte des Systems über einen Stößel zu betätigen.

Beim sogenannten Schraubwälzschleifen rotiert das Werkzeug. Über die Schleifscheibe mit 300 mm Durchmesser „schraubt“ sich das Bauteil nach oben.

Kosten runter – Qualität verbessert
Die Funktion, die unbedingt notwendig war, war damit gegeben. In dieser Kombination gelang es Erowa und König-mtm allerdings auch, eine Präzision zu erreichen, die in Glinde für mehr als Wohlwollen sorgt. Statt der geforderten 5 µm Wiederholgenauigkeit liegt man zwischen 2 bis 3 µm. Ein zusätzlicher und sehr erfreulicher Nebenaspekt des PM Tooling in Verbindung mit den Spannsystemen von König war zudem der extrem hohe Niederzug, der für eine enorme Steifigkeit sorgt. „Diese Steifigkeit macht sich auch in der Maschine bei der Bearbeitung bemerkbar, so Iserloth: „Aufgrund dieser Steifigkeit sind die Schwingungen stark zurückgegangen. Das heißt, neben der erheblichen Reduzierung der Rüstzeiten konnten wir damit auch unsere Qualität messbar steigern.“

Konkret sind die Rüstzeiten von etwaa 10 auf 0,5 min gesunken. Dass das auch Kosteneinsparungen nach sich zieht, sieht natürlich auch Brunner als sehr positiv: „Selbstverständlich sind auch wir ständig auf der Suche nach Kosteneinsparungen. Deshalb versuchen wir, kontinuierlich selbst Lösungen zu entwickeln, denn mit dem Einkauf von Prozessen würden wir ein Stück unserer Fertigungskompetenz abgeben. Wie der konkrete Fall Erowa und König-mtm aber zeigt, geht es ohne fundierte Beratung nicht.“

Die Rüstzeiteinsparung von 20 bis 30 Prozent, die gestiegene Qualität oder auch das dadurch sichere Rüsten scheinen mittlerweile im Markt angekommen. Einige Maschinenhersteller haben an dieser Lösung bereits ihr Interesse bekundet, und für die neue Profilschleifmaschine beim Zahnradwerk Nord, die derzeit installiert wird, sind ebenfalls die Nullpunktspannsysteme von Erowa vorgesehen.