Spannlösungen für die automatisierte Fertigung von Pumpengehäusen

Das ständige Hinterfragen und Optimieren aller Fertigungsprozesse gehört bei uns zur täglich gelebten Praxis“, erklärt Michael Schütz von Biral. „Wir betrachten das als eine Art Challenge im besten positiven Sinn“, fährt der Abteilungsleiter Teilefertigung fort. Da verwundert es nicht, dass eine 2011 installierte Lösung zur Herstellung der Pumpengehäuse bereits 2014 ihrerseits durch etwas Neues ersetzt wurde. Heute werden die Pumpengehäuse für die Heizungs-Umwälzpumpen aus dem Biral-Sortiment in Losgrößen zwischen 150 und 8400 Stück vollautomatisiert in einer Fertigungszelle hergestellt, bevor sie in den Montagestationen mit Motoren sowie der Regelungs- und Steuerelektronik verheiratet werden.

Die Mitarbeiter von Röhm haben eine drehbare und hydraulisch betätigte zweifach-Spannvorrichtung gebaut. Bild: Röhm

Im Zentrum stehen dabei zwei Bearbeitungszentren, eine bereits vorhandene Drehmaschine von DMG sowie eine horizontale Fräsmaschine von Mazak mit Palettenwechselsystem, die von Wenk kundenspezifisch bereitgestellt und in Betrieb genommen wurde. Röhm hat bei dem Projekt federführend die Spannvorrichtung mitentwickelt, konstruiert und einbaufertig hergestellt.

Sonderwerkzeuge und Werkzeughalter steuerte Sandvik bei. Drumherum sind die Funktionen Zuführen, Reinigen, Dichtheitsprüfung und Palettieren angeordnet. Für die Anpassung der Automation an den neuen Prozessablauf war Marti Systeme aus Unterägeri verantwortlich. Ein Roboter bestückt die Stationen. Schütz ist begeistert von dem Ergebnis des Projektes: „Durch diese Lösung haben wir die Produktivität noch einmal um 17 Prozent, bei einigen Teilen sogar über 20 Prozent gesteigert“, berichtet er.

Eine Frage guter Chemie

Das Futter spannt Werkstücke auch über
Vorsprünge hinweg mit hohen Spannkräften. Bild: Röhm

Alle Beteiligten betonen, wie wichtig die guten Gespräche in einer offenen und vertrauensvollen Atmosphäre im Vorfeld waren. „Zu der schließlich realisierten Lösung sind wir nur gekommen, weil wir von Anfang an das Vertrauen von Biral und stets alle Informationen hatten“, resümiert Damiano Casafina, Geschäftsführer der Röhm Spanntechnik Schweiz. Und Schütz ergänzt: „Die Experten von Röhm haben von Anfang an sehr kluge Fragen gestellt. Da war uns schnell klar, dass sie unsere sehr speziellen Anforderungen verstanden hatten.“

Eine Herausforderung in der Gesamtkonzeption stellte das Spannen der asymmetrischen Pumpengehäuse dar, die zudem nur wenige Spannpunkte bieten. „Außerdem sollte die Vielfalt der Modelle und deren Varianten mit je einer Lösung auf den beiden Bearbeitungszentren realisiert werden“, schildert Casafina den Anspruch des Unternehmens Biral. So sollten sechs verschiedene Modelle von Pumpengehäusen mit 1-Zoll-Gewinde und 120 Millimeter Einbaulänge bis zu welchen mit 2-Zoll-Gewinde und 180 Millimeter Einbaulänge in der Zelle vollautomatisch gefertigt werden. Und als ob das nicht reichte, gibt es von den sechs Pumpenmodellen insgesamt 27 Varianten.

Roboter beladen die Machinen

Der Prozess läuft folgendermaßen ab: Der Roboter greift sich die gegossenen Pumpen-Rohgehäuse aus der Zuführschiene, erkennt deren Lage und positioniert sie lagerichtig auf einer Zuführung zur Drehmaschine, von wo sie von der Maschine entnommen werden. Auf der leistungsfähigen DMG-Drehmaschine CTV 250 werden die Werkstücke mit einem zwei-Backen-Kraftspannfutter Modell KFD-G von Röhm mit großem Backenhub, 90-Grad-Spitzverzahnung und zylindrischer Zentrieraufnahme gespannt.

Ein zwei-Backen Kraftspannfutter Modell KFD-G von Röhm mit großem Backenhub, 90-Grad-Spitzverzahnung und zylindrischer Zentrieraufnahme spannt die Gehäuse auf der Drehmaschine. Bild: Röhm

„Das Futter eignet sich auch zum Spannen von Werkstücken über Vorsprünge hinweg, zum Beispiel bei Armaturen, und kann dabei trotzdem hohe Spannkräfte einsetzen“, erklärt Casafina. Die Spannvorrichtung packt das Pumpengehäuse sicher von oben. Hierzu greifen die Spannbacken über den bauchigen Teil der Gehäuse hinweg und positionieren es mit der Öffnung nach unten sicher und fest.

Für die sechs unterschiedlichen Pumpenmodelle hat Röhm sechs Sätze mit schnell wechselbaren Spannbacken beziehungsweise Spannvorrichtungen geliefert. Das senkt die Rüst- und Einrichtungszeiten beim Wechsel auf ein anderes Gehäusemodell.

Hydraulisch betätigte Schwenkspanner spannen die Pumpengehäuse so, dass für Werkzeuge und Greifer der benötigte Freiraum bleibt.
Bild: Röhm

Nun werden auf der Drehmaschine zunächst die Planfläche und die Innenkonturen gedreht. Dann werden die vier Kernlöcher gebohrt, in die anschließend ein M6-Gewinde geschnitten wird. Die DMG-Drehmaschine ist dafür mit einem Werkzeugrevolver mit zwölf Werkzeugen ausgestattet. Blitzschnell und mit stets wiederkehrender Präzision erledigt die Maschine die Prozessschritte und schleust die fertig bearbeiteten Gehäuse heraus.

Kollisionsfreie Bearbeitung

Nun geht es weiter auf dem Fräs-Bearbeitungszentrum, an das der Roboter das Werkstück übergibt. Nachdem er mit der freien Greifzange einer doppelseitigen, drehbaren Greifvorrichtung zwei fertig bearbeitete entnommen hat, legt er zwei weitere Werkstücke ein.

Auf der Mazak HC Nexus 4000/II werden die Pumpengehäuse zuerst auf die vorgegebene Einbaulänge plan gefräst. Danach werden sämtliche vier Anschlussstutzen mit einem Hochleistungs-Glockenwerkzeug vorgedreht und angefast, bevor sie an der Außenseite mit einem Zollgewinde versehen werden. Zuletzt werden die beiden Gewinde noch mit einer kleinen Bürste entgratet und von eventuellen Spänen befreit.

Die Beteiligten betonen, wie wichtig die guten Gespräche im Vorfeld in einer offenen und vertrauensvollen Atmosphäre waren (v. l.): Projektverantwortlicher Sergio Cabanillas, Hans-Peter Lehmann, Damiano Casafina (Röhm), Michael Schütz, Markus Zenger (Biral). Bild: Röhm

Was sich so einfach liest, bedurfte im Vorfeld einiger Überlegungen, damit die Werkstücke sicher und gut zugänglich gespannt sowie kollisionsfrei bearbeitet werden können. Die Mitarbeiter von Röhm haben hierfür eine drehbare und hydraulisch betätigte zweifach-Spannvorrichtung in den Abmessungen von 500 mal 300 Millimeter gebaut. Zwei Spannnester sind in X-Form mit 270 Millimeter Abstand angeordnet, um zwei Pumpengehäuse zu spannen.

Auf einer massiven Grundplatte ist eine starre Distanzplatte montiert, deren Schnittstelle einen schnellen Wechsel ermöglicht. Auf ihr befinden sich die ebenfalls mit einer zentralen Schraube schnell wechselbaren Werkstückaufnahmen, der Luftanlagekon-trollanschluss, die Späneablaufschrägen sowie die Schnittstellen für drei hydraulisch betätigte Schwenkspanner je Seite. Diese spannen die Pumpengehäuse so, dass für Werkzeuge und Greifer der benötigte Freiraum bleibt. Obwohl nur drei Hydraulikzylinder arbeiten, ist auch ein Wechsel auf vier Backen möglich.

Gemeinsame Überlegungen

Auf dem Mazak BAZ werden die Pumpengehäuse abgelängt, plan gefräst und an der Außenseite mit einem Zollgewinde versehen. Bild: Röhm

Mit fünf weiteren Spannsätzen, bestehend aus gehärteten Spann-pratzen mit einem Spannpunkt und mit zwei Spannpunkten, ausgeführt als Pendelwippe sowie lagefixierten Werkstückaufnahmen sind die Experten bei Biral für die Fertigung aller sechs Pumpenmodelle ausgestattet. „Bei der Inbetriebnahme hat man gesehen, wie konsequent und gut die Vorgespräche zu diesen anspruchsvollen Projekten waren“, erläutert Hans-Peter Lehmann, Kundendienstleiter bei Röhm Spanntechnik.

Welche Vorteile sich mit der seit November 2014 arbeitenden Lösung ergeben, schildert Biral-Teamleiter Gehäusefertigung Markus Zenger: „Wir haben jetzt mehr Prozesssicherheit.

Außerdem können wir jetzt in der gleichen Aufspannung auch die Sensorpartie an unserer neuen Gehäusegeneration fertigen. Das war früher nicht möglich.“ Darüber hinaus berichtet er von höherer Präzision und längeren Werkzeugstandzeiten, weil der Aufbau stabiler ist und weniger Vibrationen wirken. Hinzu kommt, dass sich mit der gesamten Zelle heute bis zu fünf Stunden mannlose Fertigungszeit realisieren lassen. do

Autor: Frank Heiler, Röhm