Kurze Rüstzeiten entscheidend

„Für die wirtschaftliche CNC-Fertigung einfacher Teile sind kurze Rüstzeiten entscheidend“

Für die wirtschaftliche CNC-Fertigung einfacher Teile sind kurze Rüstzeiten entscheidend
Von rund 100.000 lebenden Einzelteilen, die der Buchbindereimaschinen-Hersteller Kolbus selber fertigt, wurde bis Anfang dieses Jahres knapp ein Fünftel nicht auf CNC-Maschinen hergestellt. Eine Analyse des Teilespektrums ergab jedoch, dass für 8.000 dieser Komponenten mit den richtigen Spannmitteln eine wirtschaftliche CNC-Fertigung infrage kam. Angesichts sehr kleiner Losgrößen waren hierbei kurze Rüstzeiten entscheidend. Diese gelingen mit nur zwei verschiedenen HILMA-Maschinenschraubstöcken, mit denen mittlerweile die meisten der Werkstücke gespannt werden.

Ende 2014 gab es bei Kolbus rund 17.500 Teile, für die aufgrund einfacher Bearbeitung die Fertigung auf einer CNC-Maschine nicht wirtschaftlich war. Investitionsplaner Sven Kolwey hinterfragte dies und kam Anfang 2015 zu einem anderen Schluss. Er ermittelte, dass sich die CNC-Fertigung für mehr als ein Drittel dieser Teile unter bestimmten Annahmen doch rechnet.

Bei seiner Überprüfung bewertete er die 17.500 Bauteile nach Werkstoffen, Geometrie, Abmessungen, Bearbeitungsart und ermittelte anschließend die Gemeinsamkeiten: Etwa 8.000 Sachnummern bedürfen nur geringer Bearbeitung. Bei ihnen sind lediglich weniger komplexe Arbeiten wie einfache Fräsoperationen, Senken, Bohren oder Gewindeschneiden erforderlich. Außerdem zeichnen sie sich dadurch aus, dass sie alle eine prismatische Form haben und maximal 500 mm x 400 mm groß sind.

Häufiges Rüsten ist teuer

Eine weitere wichtige Gemeinsamkeit waren die kurzen Laufzeiten der Werkstücke, die überwiegend in kleinen Stückzahlen zwischen zwei und achtzig gefertigt werden. „Bei einer durchschnittlichen Losgröße von 16 Stück müssen wir mehrmals pro Schicht umrüsten. Daher sind kurze Rüstzeiten für uns ein enorm wichtiges Thema. Denn wenn die Maschinen stehen, kostet das jedes Mal eine Menge Geld“, so Frank Bekemeier, Leiter Mechanische Fertigung bei Kolbus.

Mit diesen Vorgaben sprachen Kolwey und Bekemeier den Spanntechnikspezialisten ROEMHELD an. Seit 1999 verwendet Kolbus HILMA-Maschinenschraubstöcke auf CNC-Bearbeitungszentren. Mittlerweile sind an verschiedenen Maschinen insgesamt rund einhundert Stück von ihnen im Einsatz, viele für das Spannen von zwei und mehr Werkstücken.

Kolbus fertigt am Unternehmenssitz Rahden, ganz im Norden Nordrhein-Westfalens mehr als dreißig unterschiedliche Typen von Buchbindereimaschinen. Das Unternehmen mit einem Exportanteil von rund 85% zählt in seiner Branche zu den Weltmarktführern. Mit Verpackungsmaschinen für die Fertigung hochwertiger Luxus-Kartonagen gibt es seit Kurzem ein zweites Geschäftsfeld. Mehr als 200 Mitarbeiter arbeiten in der Teilefertigung, die sich über mehrere Hallen auf 12.000 Quadratmetern erstreckt.

Die eingesetzten HILMA-Maschinenschraubstöcke lobt Kolwey ausdrücklich: „Mit den Spannsystemen haben wir durchweg gute Erfahrungen, sie sind technisch sehr ausgereift und ROEMHELD hat viel Erfahrung am Markt.“

Mit nur zwei Varianten von Maschinenschraubstöcken können die meisten Teile gespannt werden

Karl-Heinz Stötzel, Produktmanager Werkstückspannsysteme am ROEMHELD-Standort Hilchenbach, und Frank Millkuhn, Technischer Verkäufer des örtlichen Vertriebspartners Werner Bock KG, entwickelten gemeinsam mit Kolwey und seinen Kollegen ein Konzept, bei dem mit nur zwei verschiedenen Spannsystemen ein Großteil der beschriebenen Teile gespannt werden kann.

Hierbei stellten sich die hydraulisch betriebenen Doppelspannsysteme der Typen DCS 80 H und DS 125 H als optimale Spannlösung heraus. Das Kompakt-Spannsystem DCS 80 H mit einer Backenbreite von 80 mm und einer maximalen Spannkraft von 20 kN bietet Spannweiten bis 142 mm für die gleichzeitige Bearbeitung von zwei Werkstücken. Größere Bauteile nimmt das Doppelspannsystem DS 125 H auf: Seine Backenbreite beträgt 125 mm, die Spannweiten erreichen zwei mal 204 mm. Die Spannkraft beträgt bis zu 40 kN.

Alle HILMA-Maschinenschraubstöcke sind kompakt gebaut und auf Trägerplatten montiert. Die vier kleineren Modelle sind gemeinsam auf einer Platte befestigt, die größeren Versionen jeweils auf einer eigenen. Die Trägerplatten sind mit Einzugsbolzen für ein Nullpunktspannsystem ausgestattet. So können sie schnell auf der mit dem Maschinentisch fest verbundenen Schnellverschlussplatte positioniert und gespannt werden. Dadurch lassen sich die Schraubstöcke rasch wechseln und je nach Bedarf miteinander kombinieren. Die durchdachte Anordnung der Schraubstöcke ermöglicht, dass längere Teile auch über zwei Schraubstöcke gespannt werden können.

Die hydraulische Ölversorgung zu den Spannschlitten erfolgt über tiefgebohrte Kanäle in der Schnellverschlussplatte und über automatische Medienkupplungen zwischen Schnellverschlussplatte und Trägerplatten. Tiefgebohrte Kanäle in den Trägerplatten sorgen für die Direktanbindung zu den einzelnen Spannsystemen und somit bis zu den Spannschlitten.

Schnellwechselbacken

Ebenfalls schnell geht der Wechsel der Spannbacken vonstatten, die sich mit wenigen Handgriffen austauschen lassen. Das bei ROEMHELD entwickelte QIS-Backensystem (Quick Insert System) bietet hierfür die besten Voraussetzungen. Kolbus setzt die Backen in diesem Projekt erstmalig ein und hat in kurzer Zeit bereits gute Erfahrungen gesammelt.

Hierbei wurden die Maschinenschraubstöcke mit QIS-Grundbacken mit Magneteinsätzen ausgestattet, auf die in wenigen Sekunden die benötigten Wechselbacken einfach aufgesteckt werden. Somit entfällt ein zeitaufwändiges Umschrauben beim Backenwechsel. Für unterschiedliche Bearbeitungen werden zahlreiche Wechselbacken angeboten, lieferbar sind außerdem kundenspezifische Ausführungen, beispielsweise Wechsel-Stufenbacken oder Wechselbacken mit Prisma oder mit seitlicher Führung.

Die Vorschläge von Stötzel und Millkuhn kamen bei Kolbus gut an, so Fertigungsleiter Bekemeier: „Das gemeinsam erarbeitete Konzept der Doppelspannung ist gut, die Schraubstöcke bieten trotz ihrer kompakten Baumaße für jede Spannstelle große Spannweiten und sind durch die QIS-Backen äußerst schnell umrüstbar.“

Spanntechnik ist perfekt auf das Fertigungszentrum abgestimmt

Im Laufe der Projektzusammenarbeit trug Kolbus eine Reihe von weiteren speziellen Anforderungen vor, die ROEMHELD wie gewünscht umsetzte. So wollte der Kunde als zusätzliche Erleichterung für den Backenwechsel seitliche Führungen an den Grund- und Wechselbacken sowie besondere Anschläge für das schnelle Positionieren der zu bearbeitenden Werkstücke. Außerdem beabsichtigte Kolbus, die Schnellverschlussplatte und spezielle Grippbacken selber zu entwickeln und zu fertigen – auch hierbei unterstützte ihn der Spanntechnikspezialist.

Das Ergebnis der Zusammenarbeit kann sich sehen lassen: „Die Spannsysteme sind perfekt auf die vorgesehene Maschine abgestimmt. Mit der Kombination der Schraubstöcke auf dem Maschinentisch nutzen wir den Verfahrbereich des Bearbeitungszentrums optimal aus“, so Produktmanager Stötzel.

Deutlich kürzere Rüst- und Fertigungszeiten

Rund vier Monate nach dem Start zieht Investitionsplaner Kolwey eine durchweg positive Zwischenbilanz: „Die Maschine ist zweischichtig ausgelastet und wir ermitteln deutliche Zeiteinsparungen bei den Rüst- und Fertigungszeiten im Vergleich zur konventionellen Fertigung. Diese zeitlichen Vorteile sind so groß, dass sich selbst bei einem fast doppelt so hohen Stundensatz die gesamte Anlage einschließlich der Maschine in einem Zeitraum von etwa 3,5 Jahren amortisieren wird. Die höhere Präzision der Fertigung bringt außerdem einen zusätzlichen Qualitätsgewinn bei den Bauteilen.“

Produktivität wird weiter steigen

Bis die Programme für alle 8.000 Sachnummern geschrieben und alle Abläufe optimiert sind, wird es noch eine Weile dauern. „Es ist absehbar, dass sich die Rüst- und Fertigungszeiten durch die ständig laufenden Anpassungen noch weiter reduzieren lassen. In der Zwischenzeit werden wir bei ROEMHELD zusätzliche Spannsysteme anfragen um die Vielfältigkeit der Aufspannmöglichkeiten zu erhöhen“, erläutert Kolwey.

Bereits wenige Wochen nach dem Unternehmensbesuch bei Kolbus hat sich die Ankündigung des Investitionsplaners erfüllt, berichtet Produktmanager Stötzel: „In der Zwischenzeit hat die Produktivität in der mechanischen Teilefertigung weiter zugenommen, so dass bei uns weitere Spannsysteme bestellt und schon wieder an Kolbus ausgeliefert worden sind.“

Über Kolbus:

Die Kolbus GmbH & Co. KG bietet nach eigenen Angaben das weltweit umfassendste Produktprogramm für Buchbindereimaschinen. Es setzt sich aus über 30 Maschinentypen zusammen, die sämtliche Anwendungsbereiche zur Fertigung gebundener Produkte ab dem gefalzten Bogen abdecken. Kolbus versteht sich als klassisches Maschinenbauunternehmen mit einer umfassenden Fertigung. Hervorgegangen ist das Unternehmen aus einer 1775 von Christian Henrich Kolbus gegründeten Dorfschmiede, die 1877 um eine heute noch existierende Gießerei erweitert wurde. 1900 kam der Bau von Buchbindereimaschinen hinzu. Im Werk am Stammsitz Rahden im Norden von Nordrhein-Westfalen arbeiten heute rund 1.000 Mitarbeiter.

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