verfahrensgemischte Automationszelle

Eine verfahrensgemischte Automationszelle sorgt bei Aesculap in Tuttlingen für hohe Präzision und Prozesssicherheit. - Bild: werkzeug&formenbau

| von Melanie Fritsch
Aktualisiert am: 28. Mai. 2019

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Zur Bearbeitung ihrer chirurgischen Produkte wird den internen Werkzeugbauern bei Aesculap in Tuttlingen ein Höchstmaß an Präzision abverlangt. Die Bauteilgeometrien sind teilweise so klein, filigran und verwinkelt, dass sie frästechnisch nicht mehr herstellbar sind und senkerodiert werden müssen.

filigrane Bauteilgeometrien
Mit dem Ausbau der Automationslinie können die Senkerosionsaufträge an den Produktionsstandorten für chirurgische Instrumente termingerecht und prozesssicher ausgeführt werden. - Bild: werkzeug&formenbau

Um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen und künftig deutlich schneller und kostengünstiger zu produzieren, haben sich die Verantwortlichen zu einem Ausbau ihrer bereits bestehenden Automationslinie entschieden. Hans Keller, Leiter der Technology-Area Werkzeug- und Umformtechnik bei B. Braun, erklärt: "Anfang 2013 haben wir begonnen, die Graphitelektroden und Werkzeugkomponenten aus Stahl unserer Spritzguss- und Folgeverbundwerkzeuge für alle Bereiche der chirurgischen, orthopädischen und interventionellen Patientenversorgung vollautomatisiert zu fertigen. Dazu haben wir gemeinsam mit exeron eine Fertigungslinie errichtet, an die Prozesse wie das HSC-Fräsen und Messen sowie die Senkerosion angebunden waren." Zuvor hatten die Spezialisten immer wieder mit Ungenauigkeiten zu kämpfen, die auf das manuelle Umrüsten der Bauteile zurückzuführen waren. "Die Nullpunktspannsysteme haben uns hier einen enormen Vorteil an Präzision und Geschwindigkeit gebracht", berichtet Keller.

Profil

Aesculap AG & Co. KG

Weltweit schätzen Chirurgen Aesculap als verlässlichen Partner für alle Behandlungskonzepte in Chirurgie, Orthopädie und interventioneller Gefäßmedizin. Seit 1976 gehört Aesculap zur B. Braun Gruppe und ist damit Teil eines familiengeführten Konzerns mit 63 000 Mitarbeitern in 64 Ländern. Der interne Werkzeugbau fertigt ein breites Spektrum an Werkzeugen für alle Produktgruppen von Aesculap. Es werden hochkomplexe und -präzise Spritzgießformen, Stanzbiege-, Tiefzieh- und Massivumformwerkzeuge hergestellt. Zudem besteht eine hohe Kompetenz in der Anfertigung von Mikrowerkzeugen für Spritzguss- und Stanzbiege-Applikationen. Um den hohen Qualitätsanforderungen gerecht zu werden, kommen die neuesten Fertigungstechnologien, etwa das Messen in Prozess oder MHP (Machine Hammer Peening/Klopfen) sowie zunehmend Automationszellen zum Einsatz. Auf einer Produktionsfläche von rund 3000 m² werden im Werkzeugbau am Standort Tuttlingen derzeit 76 Mitarbeiter und vier Auszubildende beschäftigt.

Erweiterung der Automationslinie

Auf einer Fahrlänge von 5 m sorgte der ERSL-Linearroboter von Erowa für das optimale Handling, und eine Erowa-Rotary-Wechselstation hielt Platz für 90 Elektroden und 10 Werkstückpaletten bereit. Bis die Automationszelle im Oktober 2018 nun um weitere Bestandteile erweitert wurde. Integriert wurde eine zweite Senkerodiermaschine des Typs EDM 312 MF 30 von exeron, eine Reinigungsstation RoboSPA von Erowa sowie eine weitere Rotary-Wechselstation, die ausreichend Magazinplätze bereitstellt. Keller: "Unser Ziel ist es jetzt, die Automationslinie gleichermaßen mit der Fertigung der chirurgischen Instrumente und der Fertigung der Werkzeugkomponenten auszulasten."

Erodieren statt Fräsen

Rotary-Wechselstationen von Erowa
Neben der Reinigungsstation RoboSPA (links) stehen bei Aesculap zwei Rotary-Wechselstationen von Erowa zur Verfügung. Darin lagern Graphitelektroden, chirurgische Produkte und Werkzeugkomponenten aus Stahl. - Bild: werkzeug&formenbau

Aesculap verfügt über drei Werkzeugbau-Standorte in Tuttlingen, Polen und Malaysia, wobei das Technologie- und Kompetenzzentrum im Süden Baden-Württembergs beheimatet ist. Keller erklärt: "Unsere Produktionsstandorte stoßen bei den Bauteilen, die immer komplexer und kleiner werden, frästechnisch zunehmend an ihre Grenzen. In unserem Werkzeugbau in Tuttlingen stellen wir deshalb die Erodiertechnologie zur Verfügung, womit sich die geforderten Bohrungen, Durchbrüche oder Hinterschnitte der chirurgischen Instrumente realisieren lassen."

"Beeindruckend ist, dass die Fachkräfte bei exeron die gesamte Fertigungszelle im Vorfeld bei sich aufstellen, in Betrieb nehmen und vom Anwender freigeben lassen, bevor sie zum Anwender geliefert und aufgebaut wird."
Hans Keller, Leiter Technology-Area Werkzeug- und Umformtechnik bei B. Braun (Bild: werkzeug&formenbau)

filigrane und komplexe Bauteilgeometrien
Frästechnisch sind die Bauteilgeometrien, die sehr filigran und zunehmend komplexer werden, kaum mehr herstellbar. - Bild: werkzeug&formenbau

Die zu bearbeitenden chirurgischen Produkte haben in der Regel eine Größe von 30 bis 150 mm und ein Gesamtgewicht von 500 bis 1500 g. Bei deren Fertigung werden Toleranzen von ± 2 Hundertstelmillimetern akzeptiert und eine Oberflächengüte von Ra 0,08 µm angestrebt. Die Werkzeugkomponeten, die parallel ebenso auf der Fertigungslinie bearbeitet werden, verfügen über eine Größe von 200 x 200 mm und einem Gewicht von bis zu 15 kg. "Bei den Komponenten unserer Spritzguss- und Folgeverbundwerkzeuge müssen wir noch viel genauer sein, hier fertigen wir im einstelligen µ-Bereich", betont der Werkzeugbauleiter. Jedes Bauteil, das im Fertigungsverbund bearbeitet wird, wird über einen RFID-Chip fehlerfrei indentifiziert. Das Prozessleitsystem Certa von Certa Systems übernimmt das Jobmanagement. Neben dem Erstellen der einzelnen Programme sind bei Aesculap drei Anlagenbediener zum Beispiel auch für das Ein- und Auswechseln der Komponenten zuständig, wofür ihnen ein 3 x 3 x 2 m großer Vorbereitungsplatz zur Verfügung steht. Sobald ein Auftrag freigegeben wird, holt sich der Linearroboter das passende Bauteil zur Bearbeitung aus einem der beiden Rotarys.

Programmerstellung und Bestücken der Rotarys
Die Anlagenbediener bei Aesculap übernehmen die Programmerstellung sowie das Bestücken der Rotarys. Insgesamt zwei Senkerosionsmaschinen des Typs EDM 312 sind in der Fertigungslinie in Tuttlingen verkettet. - Bild: werkzeug&formenbau

Die Werkzeugbauer nutzen die HSC 300 von exeron für das Fräsen von Stahl und Graphit. Dabei vertrauen sie auf Minimalmengenschmierung. Nach dem Fräsen werden ausnahmslos alle Graphitelektroden auf der Duramax-Messmaschine von Zeiss vermessen. In diesem Schritt wird zugleich der Nullpunkt festgelegt, der für alle nachfolgenden Arbeitsschritte die Präzision sicherstellt. Für die fertig bearbeiteten Werkzeugkomponenten ist in der Regel kein nachträglicher Soll-Ist-Vergleich vorgesehen. Keller: "Zur Überprüfung unserer Elektroden kommen wir um das Messen auf der Zeiss nicht herum. Anders als bei den chirurgischen Produkten, bei denen wir hauptsächlich auf Prüflehren setzen."

Noch nicht vollständig verkettet

Halter des Nullpunktspannsystems
Alle Werkstücke werden mit dem Halter des Nullpunktspannsystems mit integriertem RFID-Chip vom Anlagenbediener "verheiratet" und können so über den gesamten Bearbeitungsprozess fehlerfrei identifiziert werden. - Bild: werkzeug&formenbau

Da die internen Strukturen des Unternehmens eine Vollverkettung des Messprozesses bislang nicht zulassen, werden die Werkstücke lediglich auf der Messmaschine vollautomatisiert bestückt. "Hier arbeiten wir bereits intern an einer betriebsgerechten Lösung", meint Keller. Nach dem Senkerodieren werden alle Elektroden und Werkzeugkomponenten aus Stahl im Erowa-Waschautomat RoboSPA automatisiert gereinigt und getrocknet. "Früher erfolgte dieser Prozessschritt komplett manuell. Der Mitarbeiter holte die Palette aus der Maschine, baute die Komponenten auseinander, legte sie in ein Bad und reinigte sie händisch mit einer Bürste", erklärt der Werkzeugbauleiter. "Dank unseres Automatisierungskonzepts arbeiten wir hier sehr viel wirtschaftlicher und zeiteffektiver, und das Handlingsystem bringt die sauberen und getrockneten Teile direkt zurück in das Rotary."

Das sagt die Redaktion

Ohne Automation geht's nicht

Dank der Automationslinie erreichen die Tuttlinger Werkzeugbauer das Quäntchen mehr an Präzision, das es braucht, um beispielsweise die hochkomplexen Spritzguss- und Folgeverbundwerkzeuge überhaupt herstellen zu können. Hier profitieren sie vor allem vom Nullpunktspannsystem, das manuelles Umrüsten ersetzt. Zudem können sie mit der Anlagenerweiterung nun sicherstellen, dass sie die Erosionsaufträge ihrer Produktionsstandorte zur Bearbeitung der sehr filigranen und kleinen Bauteilgeometrien termingerecht und prozesssicher abhandeln können. Um dem ansteigenden Kosten- und Zeitdruck Folge zu leisten, haben die Werkzeugbauer den Kurs in Richtung Automatsierung eingeschlagen. Ein für sie unaufhaltbarer Weg, um für die Unternehmensgruppe dauerhaft die preisgünstigste Lösung parat zu halten. Melanie Fritsch

Da für die chirurgischen Produkte aufgrund der hohen Hygienebestimmungen nur ausgewählte Waschmittel eingesetzt werden dürfen, halten sich die Werkzeugbauer bei deren Reinigung bis zur finalen Abstimmung noch zurück.

Verlässlicher Partner

"Unsere Partner bei Exeron haben uns in der Vergangenheit mehrfach bewiesen, dass wir uns zu 100 Prozent auf sie verlassen können. So zum Beispiel, als wir mit unserer bestehenden Automatisonslinie vor drei Jahren vom ersten Stock ins Erdgeschoss umziehen mussten. Nach nur zwei Wochen ist die gesamte Anlage wieder problemlos gelaufen", berichtet Keller. "Ebenso eindrucksvoll ist, dass die Systemanbieter die gesamte Fertigungszelle im Vorfeld bei sich aufstellen, in Betrieb nehmen und vom Anwender freigeben lassen, bevor sie zum Anwender geliefert und aufgebaut wird. Das ist ein keineswegs selbstverständlicher Service im Sinne des Anwenders, der Sicherheit schafft." Die Werkzeugbauer bei Aesculap sind von dem Alles-aus-einer-Hand-Konzept der Oberndorfer begeistert. Sie schätzen die jahrelange und mittlerweile fast schon familiäre Zusammenarbeit enorm.

Keller resümiert: "Das gesamte Team bei Exeron ist sehr engagiert, und die Maschinen überzeugen mit hoher Leistung und Qualität. Über all die Jahre kam es in der Automationszelle noch nie zu Ausfällen, deshalb läuft die Anlage beispielsweise übers Wochenende durch, ohne dass wir sie überwachen müssen. Wir fühlen uns bei exeron sehr gut aufgehoben." nh

Trends µ-genau

Maschinen- und Automationspaket von exeron

Die Automationslinie bei Aesculap enthält:

  • zwei Senkerodiermaschinen des Typs EDM 312 MF 30 von exeron
  • eine Fräsmaschine HSC 300 von exeron
  • eine Duramax-Messmaschine von Zeiss
  • eine Reinigungsstation RoboSPA von Erowa
  • zwei Rotary-Wechselstationen von Erowa mit Platz für je 90 Elektroden und 10 Werkstückpaletten
  • ein Robot-System Linear ERSL von Erowa mit 5 m Fahrlänge
  • Certa Jobmanagement

Einsatzfelder bei Aesculap:

  • Fertigung von Werkzeugkomponenten für Spritzguss- und Folgeverbundwerkzeuge
  • Fertigung von chirurgischen Instrumenten für die Produktion

Aesculap: Chirurgische Produkte dank Exeron vollautomatisiert fertigen