„Wegen diverser nachträglicher Anforderungsänderungen dauerte die Herstellung einer Ventilaufnahme mit etwas über zwei Minuten anfangs gut doppelt so lange wie vorab kalkuliert“, blickt Herbert Seitz, Werkleiter Seckach bei der Hilite International Germany GmbH, auf die ersten Monate nach dem Start der Serienproduktion 2013 zurück. „Das war in der Anlaufphase noch hinnehmbar, aber nicht mehr für das spätestens für 2015 geplante Hochfahren der Produktion auf bis zu 550 000 Ventilaufnahmen pro Jahr.“ Dann legte der Auftraggeber auch noch mit einer Ausschreibung über ein zusätzliches jährliches Produktionsvolumen von bis zu 250 000 Ventilaufnahmen für die Belieferung seiner chinesischen Autofabrik nach. „Um auch aus dieser Ausschreibung als Sieger hervorgehen zu können, war alleine schon aus Kapazitätsgründen Handeln angesagt“, erläutert Seitz.
Wegen der zusätzlichen Kosten und fehlender Flächen kam die Anschaffung weiterer Bearbeitungsmaschinen allerdings nicht in Frage. So rückte die Verkürzung der Bearbeitungszeit in den Fokus. „Für mich stand schnell fest, dass wir uns hier einen versierten Partner mit ins Boot holen müssen, der die Verantwortung für die Halbierung der Bearbeitungszeit übernimmt“, sagt Seitz. „Da drängte sich der Gedanke an den Werkzeugspezialisten Mapal auf, der für seine leistungsfähigen Werkzeuge bekannt ist.“
Mit der Entscheidung, einen Partner mit Gesamtverantwortung von außen hinzuzuziehen, gingen die Verantwortlichen in Seckach neue Wege. Bis dahin setzten ausschließlich eigene Mitarbeiter den Bearbeitungsprozess in Eigenregie auf.
„Wenn wir den Produktionsstandort Deutschland längerfristig halten wollen, müssen wir das machen, was wir hierzulande am besten können: hochqualitativ und hochautomatisiert produzieren“, argumentiert der Manager. „Das gelingt angesichts stetig steigender Kundenanforderungen und immer komplexerer Produkte aber am besten mit Partnern, die auf ihrem jeweiligen Gebiet führend sind.“
Videoanalyse legt Ansatzpunkte für Optimierung offen
Der Automobilzulieferer wandte sich Ende 2014 mit der Aufgabenstellung an den Werkzeughersteller. Die Spezialisten führten daraufhin als erstes eine Videoanalyse des Bearbeitungsablaufs durch. Sie zeigte, dass die Bearbeitungszeit bei achtfach bestückter Vorrichtung 96 Sekunden pro Teil beträgt, wovon 80 Sekunden auf die Hauptzeit und 16 Sekunden auf Nebenzeiten entfallen. Daraufhin wurde ein optimiertes Bearbeitungskonzept, das bis auf eine Ausnahme, einen Planfräser, den Tausch aller spanenden Werkzeuge vorsah, erarbeitet. Der Vorschlag überzeugte die Verantwortlichen und wurde Mitte April 2015 auf anfangs zwei, und bald auf allen vier Fräsmaschinen umgesetzt. Das neue Konzept führte von Beginn an zum gewünschten Erfolg.
Das Bearbeitungskonzept kombiniert dabei mehrere Stoßrichtungen: Reduzierung der Hauptzeit durch den Einsatz leistungsfähigerer Werkzeuge, Verringerung der erforderlichen Werkzeuganzahl, Minimierung der Verfahrwege und die Vermeidung von Nacharbeit. Der größte Einsparungseffekt wurde durch den Tausch der Werkzeuge erzielt.
So wurde ein Zirkularfräser, der bis dato für einen Einstich am äußeren Ende des zylinderförmigen Endes der Ventilaufnahme verwendet wurde, durch einen Glockenfräser ersetzt. Damit wurde die Hauptzeit für den Einstich von 18 auf 4,6 Sekunden reduziert. Dies liegt an der wesentlich kleineren Interpolationsbewegung, die der Glockenfräser ausführt: Zwei kleine Kreisbahnen um den Mittelpunkt der Achse, mit einem Radius deutlich kleiner als der Zylinderradius, während der Zirkularfräser in einer großen Kreisbahn außen um das Werkstückende geführt werden musste.
Der Glockenfräser wurde noch mit einem maßgeschneiderten Senker kombiniert. Dieser entfernt in einem weiteren Arbeitsschritt einen Grat, der bislang manuell außerhalb der Maschine entfernt werden musste. Ein konventioneller Fräser kann diese Aufgabe auf der Maschine nicht übernehmen, da der Grat in einer Bohrung entsteht, die von einem Stift der Spannvorrichtung in Anspruch genommen wird. Dieser verhindert das Eintauchen eines Senkers mit Spitze. Die Werkzeugspezialisten haben daher den im Zirkularfräser integrierten VHM-Senker vorne gekappt, damit er trotz des Stifts eine 90°-Fase erzeugen kann.
„Problematisch war an dem manuellen Entgraten nicht nur der damit verbundene Zeitaufwand“, erläutert Seitz. „Wegen der Verwechslungsgefahr beim Handhaben – wir fertigen spiegelverkehrte aber ansonsten identische Ventilaufnahmen für die beiden Seiten der Nockenwelle – und der langen Taktzeiten, haben wir jeweils nur einen Ventilaufnahmetyp pro Aufspannung bearbeitet. Die acht für den jeweils anderen Typ vorgesehenen Nester des Turms mussten wir ungenutzt lassen.“
Keine Nacharbeit – weniger Werkzeuge
Mit dem neuen Konzept wurde die Zahl der Werkzeuge von neun auf sieben reduziert. Das wurde unter anderem mit einem Stufenbohrer erreicht, der zwei H7-Passbohrungen jeweils in einem Schritt einbringt. Diese müssen nicht mehr nacheinander mit separaten Werkzeugen zentriert, gebohrt und gerieben werden – bei maschinenbedingten zwei Sekunden Werkzeugwechselzeit ein weiterer spürbarer Beitrag zur Reduzierung der Bearbeitungszeit.
Als zusätzliche Maßnahme zur Verkürzung der Taktzeit optimierten die Techniker auch die Verfahrwege der Maschine. Die Nester werden nun nicht mehr stur nacheinander angefahren, sondern das Werkzeug steuert bevorzugt den am nächsten liegenden Einsatzort an. Das erhöht zwar die Komplexität des Programms, verkürzt aber die Taktzeit. Alle entwickelten und umgesetzten Optimierungen verkürzten die Bearbeitungszeit von 96 auf 43 Sekunden.
Noch beim Einfahren der Werkzeuge wurde gemeinsam eine weitere Optimierungsmöglichkeit erkannt: Zwei Bohrungen, die weiterhin noch per Hand zu entgraten gewesen wären. Durch den Einsatz eines zusätzlichen Werkzeugs mit einer federnd gelagerten Schneide können jetzt auch diese direkt auf der Maschine rückwärts entgratet werden. Das erhöhte zwar leicht die Zeit für die Bearbeitung eines Teils auf 48 Sekunden, dafür verlassen die Werkstücke die Maschine aber montagefertig und die zeitaufwendige Nacharbeit entfällt.
Zudem kann durch den Wegfall der manuellen Entgratungsschritte und die halbierte Bearbeitungszeit die Turmspannvorrichtung wieder, wie ursprünglich geplant, 16-fach bestückt werden, was sich positiv auf die Nebenzeiten auswirkt. Die insgesamt erreichte Reduzierung der Bearbeitungszeit ist erheblich und die Auswirkungen weitreichend. So konnte im Rahmen der neuen Ausschreibung mit einer Taktzeit von zirka einer Minute pro Bauteil kalkuliert werden.
„Als Folge der neuen Bearbeitungsstrategie beliefern wir jetzt die Werke des Kunden in China und Europa und nicht ein asiatischer Wettbewerber, wie das vielleicht zu erwarten wäre“, freut sich der Werkleiter über den gewonnenen Auftrag.
Weitere Optimierungspotenziale identifiziert
Nachdem sich die Produktion mit den neuen Werkzeugen von Anfang an als äußerst stabil und ruhig erwies, rückte das Thema Planfräsen in den Fokus. Im ursprünglichen Bearbeitungskonzept hatte man diesen Punkt nicht angetastet. Es hatte sich gezeigt, dass es von der Spannvorrichtung und insbesondere der verwendeten Vierpunktauflage zum Fixieren des Rohlings herrührende Probleme mit der Ebenheit gab. Eine Erhöhung des Schnittdrucks hätte das Problem noch verschärft, so dass vorerst von einem Werkzeugwechsel Abstand genommen wurde. Zwischenzeitlich wurde die Vorrichtung aber nachgebessert und mit einer Dreipunktauflage für die Rohlinge ausgestattet. Der Werkzeughersteller hat daher damit begonnen, die Frässtrategie in punkto Verfahrwege, Fräsdurchmesser und Zähnezahl zu optimieren.
„Es hat sich gezeigt, dass Mapal das von uns entgegengebrachte Vertrauen verdient hat“, resümiert Herbert Seitz. „Wir haben jetzt einen Partner an unserer Seite, der uns dabei unterstützt, die Wettbewerbsfähigkeit unserer mechanischen Fertigung zu gewährleisten und den Produktionsstandort Deutschland auch langfristig zu sichern.“
Mapal Dr. Kress KGwww.mapal.com
Hilite International Germany GmbHwww.hilite.com
