Perfekt gefügt

Der Sprinter von Mercedes mit Allradantrieb vereint alle Vorteile eines modernen Transporterkonzeptes mit den Vorteilen eines leistungsfähigen Allradantriebes. Ob Feuerwehrfahrzeug, Krankentransport, Abschleppdienst, Montageteam, Bauhaupt- oder -nebengewerbe – es gibt zahlreiche Einsätze, bei denen man sich den Einsatzort nicht aussuchen kann.

Zum Allradantrieb gibt es also oft keine Alternative – ebenso wenig, wie man bei der praktischen Umsetzung technischer Innovationen auf solides Know-how, Kooperationsbereitschaft und begeisterungsfähige Partner verzichten kann. Die Wilhelm Oberaigner GesmbH in Nebelberg im oberösterreichischen Mühlviertel entwickelt Lösungen für alle Antriebsbereiche, baut Allradtechnik vom Feinsten und verfügt heute bereits über eine in Europa kaum zu überbietende einschlägige Kompetenz. Das Unternehmen konzipierte, entwickelte und produziert unter anderem Verteilergetriebe für den in Düsseldorf gefertigten Mercedes Sprinter. Dieses Getriebe sorgt für die Übertragung der Motorkraft an die Vorderachse, wobei derzeit bereits über 2.000 Stück jährlich – Tendenz steigend – gefertigt werden. Diese Innovation hat dann auch bald eine solide Basis dafür geschaffen, dass sich die Daimler Chrysler AG für Oberaigner als approbierten Lieferanten entschieden hat.
Nun versteht es sich von selbst, dass Oberaigner seinerseits auch bei der Auswahl seiner eigenen Lieferanten höchste Qualitätskriterien anlegt. So ist es klar, dass für die Automatisierung eines Fügeprozesses im Rahmen der Getriebefertigung nur erfahrene und verlässliche Partner herangezogen wurden.

Die Aufgabenstellung
Noch vor gar nicht so langer Zeit wurden die Einzelteile der Getriebeeinheit rein manuell verpresst. Thomas Aigelsdorfer, bei Oberaigner für Produktionsplanung und Montage verantwortlich: "Vor der Anschaffung der des Fügeautomaten ist bei uns alles mittels einer normalen manuellen Presse händisch verpresst worden. Der Monteur war also dafür verantwortlich, dass die Lagerschalen - rein mit Muskelkraft -entsprechend eingepresst wurden. Dies geschah ohne irgendeine Überwachung oder Dokumentation."
Im Vorjahr kam es allerdings zu einer Situation, die eine Veränderung bewirken sollte. Aigelsdorfer: "Wie unser Geschäftsführer, Herr Oberaigner eine Ferialpraktikantin beobachtete, die nicht über die erforderliche Muskelkraft zum Verpressen der Lagerschalen verfügte, hat er die Entscheidung zur Investition in einen automatisierten, dokumentierten Prozess mit einem geregelten elektromechanischen Spindelpressensystem getroffen." Daraus ergab sich dann die wie folgt definierte Aufgabenstellung: Werkstückträgerplatten sollen mit den Einzelteilen einer kompletten Getriebeeinheit manuell bestückt und danach im Automatikzyklus verpresst werden. Die Werkstückträger, werden vorbestückt und manuell der Maschine zugeführt. Auf einem Werkstückträger gibt es frei definierbare Einpresspositionen. Insgesamt, zukünftige Anforderungen mitberücksichtigt, können bis zu 800 verschiedene Getriebeteile auftreten. Bei den einzelnen Getrieben gibt es Gleichteile. Für den Fall, dass diese zum Einsatz kommen, wurde die gleiche Einpressposition auf dem Träger definiert.

Auf Grund unterschiedlicher Werkstückgeometrien sind dazu mehrere Presswerkzeuge erforderlich, daher muss ein automatischer Werkzeugwechsler integriert werden. Wegen der großen Produkt-Vielfalt sollen die unterschiedlichen Trägerplatten schnell und positionsgenau wechselbar sein. Aufgrund dieser Vielfalt bestand die Forderung nach einem effizienten Datensatzmanagement. Die Bediener sollten in der Lage sein, an der Maschine Einrichtarbeiten schnell und effizient durchzuführen. Ziel war nun, dass nach der manuellen Bestückung mit einem beladenen Werkstückträger, sämtliche Fügeprozesse, inklusive Werkzeugwechsel, automatisch, überwacht, dokumentiert und statistisch ausgewertet ablaufen. Ergonomie und Bedienerfreundlichkeit beim Bestücken der Trägerplatten, sowie beim Produkt- bzw. Programmwechsel sind ebenfalls wichtige Kriterien. Das Sicherheitskonzept muss den Schutz der Bediener jederzeit sicherstellen, aber trotzdem ein ergonomisches Arbeiten zulassen. Umsetzung Zunächst wurde durch Siems & Klein auf Grund der bereits bestehenden Applikationen in Versuchen der erforderliche Kraftbereich für die Fügeprozesse ermittelt und das grundsätzliche Maschinenkonzept als Besprechungsbasis erstellt. In den ersten Gesprächen wurde das genaue Anforderungsprofil im Bezug auf Fahrprofile, Dokumentation und Anbindung an die Datenbank erstellt. Auf Grund positiver Erfahrungen der Vergangenheit wurde von Siems & Klein die Firma ASM für den mechanischen Part der Maschine beauftragt. Diese hat in enger Zusammenarbeit mit Oberaigner die Auflageflächen und Zentrierpunkte der einzelnen Gußteile festgelegt und die Werkstückträgerplatten multifuntional konzipiert, sowie in weiterer Folge den mechanischen Aufbau der Sondermaschine konstruiert.
Zeitgleich wurde Schmidt Technology (vertreten durch Siems & Klein in Österreich) mit der Projektierung eines Projektplanes für die Software und das Pressenmodul der Maschine beauftragt. Die Software gewährleistet, dass alle Presspositionen, Preßvorgänge, Werkzeugwechsel, Auswertung und Dokumentation über eine Steuerung erfolgen. Als Generalunternehmer koordinierte letztendlich Siems & Klein die außerordentlich enge und gute Zusammenarbeit sämtlicher beteiligter Firmen um im Sinne des Kunden ein richtungsweisendes Maschinenkonzept zu erarbeiten und zu verwirklichen.

Maschinenkonzept
Unter Beachtung der zuvor beschriebenen Aufgabenstellung entwickelten die Firmen Siems & Klein und ASM das Konzept eines 3-Achens Fügeautomaten, das in dieser Konfiguration richtungweisend und einzigartig ist. Die Aufnahme- Zentriereinheit für die Werkstückträger ist dabei in X-Richtung positionierbar. Auf der X- Achse sind ebenfalls die Werkzeuge magaziniert, die bei Bedarf mittels eines automatischen Werzeugerwechselsystems von dem Fügemodul aufgenommen bzw. abgelegt werden. Die Presse selbst, die auf einem Portal sitzt, ist in Y- Richtung verfahrbar. Der Fügeprozess wird mit einer ServoPress 420 (max. Presskraft 35 kN) über die Z-Achse realisiert. Die komplette Maschine wird von einer hochflexiblen Pressen- und Anlagensteuerung PressControl 4000 der Firma SCHMIDT Technology gesteuert und überwacht. Diese verfügt über eine integrierte Soft SPS und CNC, überwacht sämtliche IO's und steuert das Fügemodul inklusive die NC Achsen.

Datensatzmanagement
Um das Datensatzmangement einfach zu gestalten wurde zunächst eine Modularisierung vorgenommen. Das heisst, jedem Getriebeteil wird einmalig ein so genannter Presspositionsdatensatz zugewiesen. Solch ein Datensatz beinhaltet, die X-, Y- Position,das Pressen Fahrprofil und die Werkzeugdaten. "Beim ersten Auftrag wird mittels Eingabe der Positionsdaten sowie über Eingabe der Pressparameter das erforderliche Programm erstellt, indem jede Position einzeln eingerichtet wird, erläutert Thomas Aigelsdorfer. "Es werden also die für die Qualität des Prozesses relevanten Kräfte, Wege, Presspositionen oder Geschwindigkeiten definiert und eingerichtet. Ein gewisser Aufwand, aber sobald das einmal erstellt ist, eine ungeheure Erleichterung. Selbstverständlich können wir die Files laufend aktualisieren und überarbeiten. So können wir vielleicht Werkzeugwechsel einsparen und noch schneller werden."
Pressen-, Qualitäts- (Kraft-Weg Fenster und Wegtoleranzen) werden definiert, die einen sicheren Nachweis über die Qualität des Fügeprozesses liefern und qualitätskritische Bereiche überwachen. Im zweiten Schritt werden die sog. Produktdatensätze angelegt. Die Produktdatensätze definieren eine vom Benutzer vorgegebene Sequenz in der die einzelnen Presspositionsdatensätze geladen und ausgeführt werden. Kommt nun ein neues Getriebe / Werkstückträger zum Einsatz, kann sich der Bediener per ,Drag and Drop' in einer Explorer identischen Struktur eine neue Produktdatensequenz definieren, bzw. eine schon bestehende laden, was in der Praxis sehr schnell und einfach zu realisieren ist. Eine Hardwareumrüstung der Maschine entfällt komplett. Der Bediener kann alle Operationen vom Bedienpanel ausführen. Lediglich die Werkstückträgertrays werden nach einem Zyklus manuell eingebracht bzw. entnommen. Diese Operation ist ergonomisch über einen Lichtvorhang gesichert. Darüber hinaus besteht noch die Möglichkeit neue Datensätze offline über OPC/Ethernet zu generieren um einen optimalen Arbeitsfluß und Stillstandszeiten bedingt durch Umrüstungen praktisch zu eliminieren.

Prozesssicherheit
Zusätzlich zum optimalen Konzept und zur Bedienung ist die Prozessicherheit und ISO konforme Dokumentation ein zentraler Aspekt bei allen Anwendungen in der Automobilbranche. Mit dem ServoPress Modul bzw. der PressControl 4000 Steuerung werden alle Prozessparameter in Echtzeit verarbeitet. So bietet das System eine Kraft-Weg-Geschwindigkeitsgeregeltes Einpressen, unterschiedliche anwendungsspezifische Standard-Einpressprofile und freies Positionieren bzw. Generieren von Kräften und Wegen. Über Fenstertechnik werden die Qualitätskriterien überwacht und NIO- Teile sicher identifiziert und separiert. Bauteiltoleranzen oder Werkstückträgertoleranzen werden intelligent erkannt und in der Regelung berücksichtigt. Darüber hinaus bietet das System durch die vollständige Aufnahme der Kurve inklusive Rückhub, die Möglichkeit kraftabhängige Systemaufbiegungen, inklusive Bauteil, zu kompensieren. Dies führt zur reproduzierbaren Positionierung von besser als ±0,01 mm, einer Genauigkeit die in dieser Applikation richtungweisend ist. Mittels Statistischer Prozess Kontrolle SPC besteht zudem die Möglichkeit die Prozessentwicklung statistisch auszuwerten und die Prozessfähigkeit (u. a. cp- und cpk -Wert) zu ermitteln. All diese qualitätsrelevanten Parameter werden bauteilbezogen dokumentiert und archiviert. Damit lässt sich die komplette Historie des Prozesse auch nach Jahren sicher nachzuvollziehen. Fazit Das Konzept und die Umsetzung wurde den Kundenanforderungen in optimaler Weise gerecht. Nachdem die Maschine nun seit 3 Monate zur vollsten Zufriedenheit des Kunden, seitens Funktion und Bedienung in Betrieb ist, entsprechen auch die geplanten Verbesserungen der Produktivität und Prozesssicherheit in besonderem Maße den Anforderungen. Thomas Aigelsdorfer: "Bei uns werden sämtliche Pressdaten sowie auch die Presskurven aufgezeichnet und am Rechner abgespeichert. Gleichzeitig kann auch das Datum, Uhrzeit und Serialnummer mitgespeichert werden. Über diese Zuordnung im SAP können die Pressdaten jederzeit wieder nachvollzogen werden." Vom ersten Messebesuch von Oberaigner am Stand von Schmidt Technology auf der Motek bis zur Auslieferung und Abnahme sind auf Grund des ambitionierten Teamarbeit der Beteiligten und Einsatz von Standard-Maschinenelementen für die Prozesstechnik knapp drei Monate abgelaufen. "Wir hatten während der Umstellungsphase keinerlei Probleme. Die Kooperation mit den beteiligten Firmen verlief in allen Phasen äußerst zufriedenstellend. Ich freue mich schon auf weitere Projekte mit Siems & Klein und ASM", betont Thomas Aigelsdorfer. Das so realisierte Konzept ist also in der Tat richtungweisend und könnte auch für zukünftige Anwendungen leicht um automatische Bauteilezuführung erweitert werden. Die Vision vom vollautomatischem Kartesischen Fügeroboter wird damit Wirklichkeit. Das System ServoPress wird auf der Motek 2004 auf dem Stand 3217 von SCHMIDT Technology präsentiert. Die Unternehmen Siems & Klein Automations Systems ist seit mehr als drei Jahrzehnten mit der Automation und Rationalisierung in der Industrie beschäftigt und bietet Maschinen, Anlagen und Komponenten für einschlägige Anwendungen. Im Mittelpunkt unternehmerischen Handels steht die seriöse Arbeit und das Bemühen, den Kunden durch objektive Beratung, umfassende Serviceleistung und Kulanz zufriedenzustellen. Das Unternehmen sieht seine Aufgabe besonders darin, seinen Kunden die jeweils neuesten Technologien zur Verfügung zu stellen und solcherart Ihren Erfolg zu seinen zu machen. Nachdem Siems & Klein Kunden immer mehr nach Gesamtlösungen für ihre Fertigungsaufgaben suchen, kooperiert man intensiv mit Partnerfirmen und steht dem Anwender als Projektverantwortliche vom Lösungsansatz bis zur Inbetriebnahme zur Verfügung. Die Anfänge der Unternehmenstätigkeit finden sich in der Fluidtechnik und in der spanabhebenden Fertigung. Im Laufe der Zeit bis heute wurde das Lieferprogramm ständig den aktuellen Anforderungen und Gegebenheiten angepasst und in Richtung Montagetechnik und spanlose Verformung geführt. Heute ist man spezialisiert in Füge-, Pressen- und Montagetechnik. Die im salzburgischen Fuschl am See beheimatete ASM Maschinenbau GesmbH wurde 2001 gegründet und beschäftigt sich seither mit dem Bau von Sondermaschinen für die Automation von Montage- und Fertigungsabläufen. Ein Team von 16 hochmotivierten Mitarbeitern stellt sich auf ca. 1000 m² in den Dienst der Kunden, die aus den verschiedensten Bereichen der produzierenden Industrie kommen. In den zahlreichen bisher gebauten Anlagen kommen unter anderem folgende Verfahren zum Einsatz: Zuführen von Bauteilen über Sortierförderer, Stapelmagazinen oder Förderbänder, Montageautomaten im Bereich Schrauben, Nieten, Fügen und Kleben. Teilehandling mittels pneumatischer Antriebe, Servo- Antriebe oder Roboter, Markieren von Bauteilen mit Laser, Nadel- Strich- oder Ritzprägen, Durchführen von Mess- oder Prüfvorgängen beispielsweise mit Kamerasystemen, dosiertes Aufbringen von Schmierstoffen, Klebern usw. Zitat: "Egal wie groß eine Anlage ist oder was sie kann - eines bleibt immer gleich: eine intensive und zielführende Beratung im Vorfeld sowie ein bestmögliches After Sales Service. Das machen wir nicht aus Nächstenliebe, sondern weil zufriedene Stammkunden eine wichtige Absicherung der Zukunft für die ASM sind!"