Automatisierung beginnt im Kopf

Die Kapazitäten fürs Fräsen und Erodieren im Spritzgießformenbau bei Knarr waren zu klein geworden. Deshalb machte sich der stellvertretende Leiter Formenbau bei Rainer Knarr Werkzeugfertigung, Andreas Hick, mit seinem Team auf die Suche nach einer produktiven, wirtschaftlichen und zukunftsfähigen Lösung für diesen Bereich.

Bearbeitet wird die gesamte Palette an Werkzeugstählen, gehärtet durchaus auch in Bereichen bis 60 HRC. Wärmeleitfähige STM-Stähle gehören ebenso zum Werkstoffspektrum wie Thermodur 2342 oder feinste Böhler-Uddeholm-Stähle. Die Werkzeuge sind in der Regel bis zu 500 x 500 mm groß, Werkzeuggewichte von rund 2 t markieren das Limit. Die Kunden kommen aus den unterschiedlichsten Branchen, hauptsächlich jedoch aus den Bereichen Automotive, Elektrotechnik und Medizintechnik.

Das sagt die Redaktion

Mit Maß und Ziel
Bei der Automatisierung ist vieles möglich. Aber nicht alles ist sinnvoll. Hier ist es wichtig, das richtige Augenmaß zu haben – denn was nützt einem eine leistungsfähige Automatisierung, wenn man gar nicht in der Lage ist, sie entsprechend mit Arbeit zu füttern oder hinterher die fertigen Teile auch zu montieren. Deshalb ist der Weg der Verantwortlichen bei Knarr der richtige – moderat anfangen, sich alle Optionen offen halten und dann die Anlage nach Bedarf entsprechend ausbauen. Hier können erfahrene Automatisierungsexperten beratend helfen – das kommt meist viel billiger als eine Fehlinvestition in eine falsch dimensionierte Anlage.
Richard Pergler

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Einer für alles: Der Erowa-Halter ist die universelle Aufnahme für Elektroden.
In den Magazinen der automatisierten Anlage finden derzeit 150 Elektroden und 20 palettierte Werkstücke Platz.

„Unser Ausgangspunkt war ganz klar das HSC-5-Achs-Hartfräsen“, erklärt Hick. „Dazu sollte eine leistungsfähige und präzise Erodiermaschine kommen, die um eine HSC-Maschine zur Bearbeitung der Graphitelektroden ergänzt werden sollte.“ Auf Messen, aber auch bei den umliegenden Werkzeugbauunternehmen wurden Informationen gesammelt. Auch der Wunsch nach einer Automatisierung trat zunehmend in den Vordergrund.

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Der Linearroboter von Erowa übernimmt das komplette Handling der Werkstücke und Elektroden.

Denn auch in Helmbrechts macht sich der Facharbeitermangel bemerkbar: „Wenn wir neue gute Leute haben wollen, dann müssen wir die in der Regel selbst ausbilden“, betont Knarr. „Unsere Leute sind für Routinehandling zu wertvoll, sie sollen sich auf ihre eigentlichen Aufgaben konzentrieren und die Prozesse im Haus optimal steuern.“ Optimal nicht nur im Sinne des Unternehmens, sondern auch der Mitarbeiter: „Hier wollten wir deutlich mehr Flexibilität ermöglichen und die Maschinenlaufzeiten von den Anwesenheitszeiten ihrer Bediener ein gutes Stück weit entkoppeln“, ergänzt Hick.

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Auch die Erodiermaschine wird vom Handlingssystem automatisch beladen – mit Werkstücken und Elektroden.

Das Gesamtpaket konnte überzeugen
Letztlich fiel nach reiflichem Abwägen die Entscheidung zugunsten einer Exeron HSC 600 für die Hartbearbeitung, eine HSC 300 zum Elektrodenfräsen und eine Senkerodiermaschine EDM 314, die mittels Erowa-Linearroboter verkettet wurden. Ergänzt wurde das System, das in einem neu gestalteten Gebäudeteil steht, um eine automatisierte Zeiss-Messmaschine sowie um Magazine mit Plätzen für 150 Elektroden und 20 Werkstückpaletten. „Zugegeben – für die einzelnen Maschinen gibt es am Markt vielleicht durchaus das eine oder andere Produkt eines anderen Herstellers, das ebenso geeignet wäre wie die von uns gewählten Maschinen“, räumt der stellvertretende Formenbauleiter ein. „Für uns stand die hohe Prozesssicherheit im Vordergrund – und die exakte Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit am Werkstück. Der Bediener muss sich darauf verlassen können, dass das erste Teil genauso maßhaltig von der Maschine kommt wie das zehnte. Deshalb ist in der Gesamtheit die Lösung mit Exeron und Erowa für uns das optimale System. “

Dazu trägt zu einem wesentlichen Teil die hohe Durchgängigkeit bei. Ein Maschinenbediener, der mit der HSC 600 und der HSC 300 arbeitet, kommt auch ohne aufwändige Einweisung mit der Steuerungsphilosophie der EDM 314 klar. Programmiert wird am PC direkt von den Bedienern der automatisierten Anlage. „Für uns ist es sehr wichtig, dass unsere Mitarbeiter genau wissen, was sie machen“, erklärt Hick. Sie haben sehr viele Freiheiten, aber eben auch die entsprechende Eigenverantwortung.“

Trends µ-genau

Hohe Datendurchgängigkeit
Prozessleitsysteme wie das von Certa schaffen eine hohe Datendurchgängigkeit und Transparenz. Die Certa-Lösung integriert alle gängigen Geschäftsanwendungen aus den Bereichen CAD/CAM und ERP/PPS, übernimmt die Daten in einem neutralen Format und stellt diese in die zentrale, objektorientierte Datenbank. Die Daten werden Werkzeugmaschinen, Robotern, Messmaschinen und Handlinggeräten zur Verfügung gestellt, um Prozesse zu automatisieren und zu überwachen. In umgekehrte Richtung werden Betriebs- und Maschinendaten in das Certa-System zurückgeschrieben und stehen somit beispielsweise ERP/PPS-Systemen zur Analyse und Nachkalkulation zur Verfügung.

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Die Graphitelektroden werden auf einer Exeron HSC 300 gefräst.

Als Prozessleitsystem wurde die Lösung von Zwicker ausgewählt. „Unser Projekt fiel zwar genau in die Phase, als Zwicker in Konkurs ging – das hat uns schon zurückgeworfen“, erinnert sich der Werkzeugbauer. „Inzwischen wird das System jedoch von Certa gepflegt, einer hundertprozentigen Erowa-Tochter. Und mittlerweile ist wieder alles im grünen Bereich.“

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„Die Automatisierung fängt im Kopf an – schon in der Kons­truktion werden mit Standards und Richt-linien die Grundlagen für einen reibungslosen Durchlauf geschaffen.“
Andreas Hick (links), stellvertretender Leiter Formenbau bei Knarr Werkzeugfertigung, im Bild mit Christian Schlegel, dem Betreuer der Anlage.

Automatisierung akribisch geplant
Dass eine automatisierte Anlage anders betrieben werden muss als Einzelmaschinen war den Verantwortlichen schon im Vorfeld klar. Sie haben mit Unterstützung ihrer in Sachen Automatisierung sehr erfahrenen Partner Exeron und Erowa ihre Hausaufgaben gemacht und zunächst festgelegt, was genau die automatisierte Linie leisten soll: „Bei uns ist jedes Werkzeug ein Unikat, und so wurde es früher auch behandelt“, erläutert Hick. „Letztlich gibt es jedoch auch in Werkzeugen zahlreiche Teile, die sich immer wiederholen – exakt gleich oder in leicht abweichenden Varianten. Darauf gründet sich schließlich das Hauptgeschäftsfeld unseres Unternehmens, die Fertigung von Werkzeugnormalien.“

Damit war der Ansatz zu einer Standardisierung gegeben – nicht unbedingt in erster Linie der Werkstücke, sondern vielmehr der Prozesse. „Die Automatisierung fängt im Kopf an – schon in der Konstruktion werden mit Standards und Richtlinien die Grundlagen für einen reibungslosen Durchlauf geschaffen“, betont Hick. „Heute verfügen wir über einen Pool aus Standardelementen, mit denen wir arbeiten. So gibt es beispielsweise bei den Elektrodenrohlingen nur noch einen Halter und zwei Aufspannungsmöglichkeiten. Und das reicht uns auch völlig aus.“

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Die HSC 600 für das 5-Achs-Hartfräsen hat derzeit noch Kapazitäten frei.

Sehr gut zugänglich trotz Automatisierung
Trotz des sehr hohen Automatisierungsgrades sind die Arbeitsräume der Maschinen nach wie vor sehr gut für den Bediener zugänglich – auch bei Knarr gibt es Kunden, die es sehr eilig haben. Und die hohe Flexibilität der Anlage erlaubt solche „Schnellschüsse“ ohne großen Zusatzaufwand. Auch das war für die Formenbauer ein wichtiges Entscheidungskriterium. Derzeit wird die Anlage bei weitem nicht an ihrem Limit gefahren. „Zwar ist die Erodiermaschine rund um die Uhr ausgelastet, aber beim Elektrodenfräsen sind wir bei rund 70 Prozent und beim Hartfräsen lasten wir die HSC 600 gerade einmal zu 50 Prozent aus“, erklärt Hick. „Die Anlage bewältigt derzeit problemlos alles, was wir auch hinterher in der Montage verbauen können. Aber zu dem, was wir gern erreichen wollen, fehlt uns derzeit noch die notwendige Personalstärke.“

Für die Zukunft sieht sich Hick gut gerüstet. „Wir haben ein sehr junges Team im Werkzeugbau, das auch den Ehrgeiz daran setzt, die Abläufe und Fertigungsprozesse bei uns im Haus zu optimieren und das die gesamte Wertschöpfungskette im Blick hat. Wir werden die Anlage noch weiter ausbauen, wenn unser Personal die nötige Erfahrung gesammelt hat und die Betriebsabläufe so gestaltet sind, dass wir die Anlage voll auslasten können. Dabei weiß ich, dass wir bei unseren Automatisierungspartnern in guten Händen sind.

Weitere interessante Videos finden Sie auf dem Youtube-Kanal der werkzeug&formenbau.