Bei der Aufgabenstellung in einer Automatendreherei Produktionskosten einzusparen, setzte man auf effektivere Werkzeuge. Das erste Resultat an einer Lötbuchse aus einer Messinglegierung war eine Halbierung der Fertigungszeit und eine Reduzierung der Schneidstoffkosten auf nur noch zwei Prozent.
Stiebel Eltron ist eine international ausgerichtete Unternehmensgruppe und gehört weltweit zu den Markt- und Technologieführern in den Bereichen „Haustechnik“ und „Erneuerbare Energien“.
Im Verlauf der kontinuierlichen Prozessoptimierung haben die Produktionsverantwortlichen der Firma in Holzminden sich die Aufgabe gestellt, die kompletten Fertigungsprozesse in der Automatendreherei zu analysieren.
Besonders der Bereich der Kurvenautomaten sollte intensiv auf Einsparung von Produktionskosten untersucht werden. Bei den Kurvenautomaten handelt es sich um kurvengesteuerte Traub Drehautomaten, die zwar schon länger im Einsatz sind, aber bei der Produktion von Serienkleinteilen noch immer hochproduktiv arbeiten.
Marcel Gobrecht (Stiebel Eltron Gruppenleiter Maschinenpark und CAM Programmierer) wählte für dieses Vorhaben die Unterstützung der Ingersoll- Fachleute Wolfgang Schuppe (Beratung und Verkauf) und Anwendungstechniker Michael Tobisch.
„Ich habe mit beiden Herren in der Vergangenheit einige Optimierungsprozesse sehr erfolgreich erarbeitet und umgesetzt. Deshalb fiel die Wahl wieder auf Ingersoll, da die Betreuung einfach vorbildlich ist“, war die Argumentation von Marcel Gobrecht zu dieser Wahl.
Optimierung Bauteil Lötbuchse
Das erste Bauteil, das gemeinsam für eine Optimierung der Produktionskosten ausgewählt wurde, war eine Lötbuchse, die besonders nach einer Umstellung des Werkstoffes Probleme bei der Zerspanung bereitete.
Die Buchse wird in einer hohen Stückzahl pro Jahr auf einem der erwähnten kurvengesteuerten Drehautomaten produziert.
Der Werkstoff der Buchse ist vor einiger Zeit von der Legierung CuZn39Pb2 auf eine bleifreie Trinkwasserlegierung CuZn21Si3P umgestellt worden.
Durch den Wegfall von Pb und den Zusatz von Si verschlechterte sich nicht nur die Spanbildung, sondern auch die Standzeit des Werkzeuges reduzierte sich bei der Bearbeitung des geänderten Werkstoffes dramatisch.
Der Spanbruch war mit dem geänderten Werkstoff nicht mehr akzeptabel, die langen Wirrspäne behinderten den Abtransport der Späne und es kam zu massiven Störungen in der automatisierten Fertigung, da die langen Späne Spanstau im Späneförderer verursachten.
Die Aufgabenstellung für Michael Tobisch war also nicht nur, einen kontrollierten Spanbruch zu erzeugen, der automatisierungsfreundliche, kurze Späne produziert, sondern auch die Produktionskosten deutlich zu reduzieren.
Für die gemeinsamen Tests wurde von Michael Tobisch und Wolfgang Schuppe eine Einstechplatte der Bezeichnung TGUX2506 konzipiert. Diese Einstechplatte konnte die gesamte Außenkontur der Buchse in einem Einstecharbeitsgang herstellen. Die geplante Einstechplatte stand nach kurzer Zeit zur Verfügung und zum Test bereit.
Die gewählte Einstechplatte ist im Verhältnis zu den Abmessungen des Halters mit dem Querschnitt zwölf mal zwölf zwar relativ groß, im Verhältnis zum erzielten Erfolg handelt es sich aber um ein kleines Bauteil mit großen Auswirkungen.
Die ersten gemeinsamen Einsätze waren auf Anhieb chancenreich. Es gab keine Vibrationen beim Einstechen der Außenkontur, das Maß war konstant und die Spankontrolle deutlich besser.
Aufgrund des stabilen Schneidverhaltens der neuen Einstechplatte konnte trotz der labilen Schnittbedingungen, der Vorschub bei der Bearbeitung wesentlich erhöht werden.
Die Produktionsmenge stieg von 190 Teile/Stunde auf 420 Teile/Stunde.
Die Erhöhung des Vorschubes wirkte sich zusätzlich positiv auf die Spanbildung aus. Die nun produzierten kurzen Lockenspäne stellen kein Problem für den Spanförderer mehr dar.
Eine weitere, nicht in diesem Umfang erwartete, Optimierung stellte sich erst nach längerem Einsatz der neuen Einstechplatten heraus.
Die erreichte Standmenge stieg von 3.500 Teile auf 75.000 Teile.
Dies ist eine Steigerung auf 2.140 Prozent, die ihre Gründe sicherlich zum Teil in der ruhigen Zerspanung, aber auch zum Großteil in dem exzellenten Schneidstoff hat.
Verbesserungen:
- deutlich bessere Spanbildung für den automatisierten Prozess
- Ausbringung mehr als verdoppelt,
- Standmenge um den Faktor 21 erhöht,
- Schneidstoffkosten (um 98 Prozent) auf zwei Prozent reduziert.
Auf der Basis dieses überaus positiven Ergebnisses wurden weitere Bearbeitungen mit Konturplatten in der Automatendreherei untersucht und Konturschneidplatten von Ingersoll angefertigt. Bisher konnten schon mehrere verschiedene Bauteile auf die neuen Konturschneidplatten umgerüstet werden, die allesamt bei den Tests deutlich bessere Ergebnisse in Bezug auf Bearbeitungszeit und Standmenge gebracht haben.
Optimierung durch Kombiwerkzeug
Nach der erfolgreichen Reduzierung der Fertigungskosten bei der Lötbuchse, konzentrierte man sich im nächsten Schritt auf die Innenbearbeitung.
Ausgewählt wurde eine Mutter G1/2“ aus Messing, mit jährlich hoher Stückzahlenproduktion.
Marcel Gobrecht und Michael Tobisch waren sich einig, dass aufgrund der jetzigen Maschinenparameter eine Verbesserung der Schnittwerte für das Messingbauteil Mutter G1/2“ so nicht mehr möglich ist.
Die Lösung konnte nur in der Reduzierung der Werkzeugwechselzeit liegen.
Die Idee bei dieser Optimierung war der Einsatz eines Kombiwerkzeuges.
Die komplette Innenbearbeitung (Herstellung der Bohrung und Anbringung der beiden Fasen, sowie das Hinterstechen) sollte durch ein Werkzeug erfolgen - einem Chip-Surfer in Sonderausführung, der die gesamte Innenkontur in fünf Bearbeitungszyklen (inklusive Rückstellung) fertigstellt.
Der für diese Bearbeitung ausgewählte Chip-Surfer ersetzt zwei bisher eingesetzte Werkzeuge und spart einen Werkzeugwechsel, inklusive Fasoperation.
Auch diese für die Mutterbearbeitung vorgesehenen Sonderwerkzeuge wurden innerhalb weniger Wochen produziert, und die Testbearbeitungen wurden in der Automatendreherei bei Stiebel Eltron durchgeführt.
Die bisher benötigten drei Werkzeuge für die Innenbearbeitung (Bohren für G1/2“ sowie Fasen sechzig Grad links und Fasen sechzig Grad rechts) konnten durch ein Werkzeug ersetzt werden.
Durch die Reduzierung der Bearbeitungsschritte und der Werkzeugwechsel konnte die Bearbeitungszeit um vierzig Prozent verringert werden und die Produktion deutlich gesteigert werden:
- Bearbeitungszeit vierzig Prozent reduziert,
- Produktivität 66 Prozent gesteigert,
- Standmenge auf 90.000 vervielfacht.
Wendeschneidplatte ersetzt Einzelwerkzeug
Die Bearbeitung der äußeren Fasen (zwei mal zehn Grad) an der schon erwähnten Mutter G1/2“ aus Messing erfolgte im Istzustand mit einem Sonderfaswerkzeug mit lediglich einer Schneidkante. Für die beiden Werkzeugprofis war klar, auch die Außenbearbeitung der Mutter muss optimiert werden, hier gehört eine Wendeschneidplatte hin.
Die erste Wahl für die Bearbeitung der äußeren Fasen war eine Ingersoll Gold-Flex-Fas-Stechwendeschneidplatte, die beide Fasen in einem Arbeitsgang anbringt. Im Gegensatz zum bestehenden Werkzeug mit einer Schneidkante, hat die gewählte Lösung vier Schneidkanten und bietet deutliche Vorteile in Bezug auf schnellen Werkzeugwechsel und Wiederholgenauigkeit.
Auch bei der Außenbearbeitung der beiden Fasen der Messingmutter konnte die gefundene Wendeschneidplattenlösung überzeugen.
Die Wendeschneidplatte bietet eine sehr gute Wiederholgenauigkeit sowie einen schnellen Wechsel und durch ihre vierfach Schneide eine hohe Wirtschaftlichkeit. Zudem konnte im Testeinsatz auch eine dreißig Prozent höhere Produktivität erreicht werden.
Fazit : Exakte Analyse bringt große Einsparungen
Die gemeinsamen Optimierungsschritte der Zerspanungsfachleute von Ingersoll und Stiebel Eltron in der Automatendreherei zeigen, dass durch exakte Analyse der Bearbeitungsoperationen und mit Hilfe moderner Werkzeuge maßgebliche wirtschaftliche Erneuerungen auch bei bestehenden Prozessen und mit vorhandenen Maschinen möglich sind.