Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 07/2014, 22.06.2014

Einzigartiges System zur Bearbeitung grösster Teile

Die Schweizer Fertigungsindustrie ist bekannt für hohe Präzision, vor allem bei kleinen Teilen. Was wenige wissen: In Altdorf steht bei der Berghoff Mechanical Engineering AG ein einzigartiges automatisiertes Fertigungszentrum zur Bearbeitung grosser bis sehr grosser Werkstücke in hoher Genauigkeit. Auf 87 m Länge sind sechs Gross-BAZ und eine Messmaschine miteinander verkettet, um Teile bis zu 25 t Gewicht rund um die Uhr zu bearbeiten. Die «Technische Rundschau» hat sich vor Ort umgesehen und war mehr als angetan.

Autor: Wolfgang Pittrich

Am Anfang steht eine Naturkatas­trophe. Es geschah in der dritten Augustwoche 2005. Bereits vorher hatte es in der Zentralschweiz heftig geregnet. Dann setzte Genua-Tief «Norbert» zum verheerenden Starkregenangriff an. Sonst harmlose Flüsschen wie der Schächenbach in Altdorf konnten die Wassermengen nicht mehr aufnehmen und traten über die Ufer. Auch die Gebäude der Ruag und damit der Grossteilefertigung standen komplett unter Wasser.

Für die damalige Ruag Mechanical Engineering war die Überflutung der Fertigungseinrichtungen der Startschuss zu einem wegweisenden Projekt und gleichzeitig grossen Schritt nach vorne. Seit vorigem Jahr ist die ehemalige Grossteilefertigung der Ruag Teil der Berghoff-Gruppe. Das im deutschen Drolshagen domizilierte Unternehmen zählt zu den Weltmarktführern für industrielles Outsourcing im Bereich der mechanischen Fertigung. Die Übernahme rundet das Angebotsportfolio der Gruppe nach oben ab.

Bereits vor dem Hochwasser standen in den Ruag-Hallen fünf Grossbearbeitungszentren der «Multitec»-Baureihe von Waldrich Coburg. Die Grossteilefertigung übernahm schon damals Fremdaufträge von externen Kunden mit Genauigkeitsanforderungen im Hundertstel-mm-Bereich. Auf dieser Expertise im High-End-Machining grosser Werkstücke beruht die Zusammenarbeit mit bedeutenden Unternehmen. Unter anderem zählen ASML, Weltmarktführer bei Lithografiesystemen für die Halbleiterindustrie, und die Kraftwerkssparte von Siemens zu den langjährigen Kunden.

Auch von diesen Partnern kam nach dem Hochwasser der Anstoss, ein einmaliges Fertigungskonzept zu konzipieren und zu realisieren. Ein Manko der früheren Bearbeitung war nämlich, dass die Gross-BAZ nur über Kran beladbar waren, mit deutlich negativen Auswirkungen auf die Nebenzeiten. So konnte ein Werkstückwechsel schon mal eine Stunde in Anspruch nehmen. «Wir sprechen hier immerhin von Teilen mit bis zu vier Meter Durchmesser und 25 Tonnen Gewicht», erklärt Rolf Achermann, Leiter Grossteilefertigung bei Berghoff Mechanical Engineering, die Herausforderungen seiner Abteilung.

Im Mai 2006 erhielt der deutsche Werkzeugmaschinenhersteller Waldrich Coburg dann als Generalübernehmer den Auftrag, das wegweisende Projekt umzusetzen. Herausgekommen ist eine fast Fussballfeld-grosse Anlage, die auf 87 Meter Länge über Schienen sechs Gross-BAZ und eine Messmaschine verkettet, 22 Palettenplätze bereithält, über vier separate Rüstplätze und einen Waschplatz verfügt und vollautomatisch rund um die Uhr arbeiten kann. (Siehe Kasten «Auf einen Blick».)

Eine Hauptschwierigkeit bei der Umsetzung war, die einzelnen Bestandsmaschinen auf die neue Lösung mit den Transferschienen auszurichten. Stefan Engel war damals für Waldrich Coburg in Altdorf vor Ort und arbeitet heute bei Berghoff Mechanical Engineering: «Für das reibungslose Funktionieren des Transfersystems ist es wichtig, dass sich Schienen, Rüstplätze, Palettenspeicher, Messmaschine und Bearbeitungszentren auf einem einheitlichen Niveau befinden. Ausserdem mussten die vorhandenen Rechtwinkligkeitsabweichungen der einzelnen Maschinen zu den Transfermaschinen kompensiert werden.» Keine noch so kleine Stufe durfte den Transport der Werkstücke behindern. Und es gelang. Die Höhendifferenz der gesamten Anlage liegt im Zehntel-mm-Bereich.

Eine weitere Herausforderung lag darin, die im Rahmen des Projekts neu beschafften zwei «DMC 340 FD» von DMG (DeckelMahoGildemeister) mit den vorhandenen vier Maschinen von Waldrich Coburg in bearbeitungstechnischen Einklang zu bringen. Auch hier, so erinnert sich Stefan Engel, betrat man Neuland, da bis anhin beide Hersteller noch nie zusammen an so einem Projekt gearbeitet hatten: «Zwar verfügt jede Maschine über eine Siemenssteuerung 840 D, aber die Signale müssen von jeder Maschine identisch verarbeitet werden. Zudem muss die Indexierung der Paletten auf jeder Maschine gleich sein, da wir sonst die Wiederholgenauigkeit der Bearbeitung beim Weitertakten der Werkstücke vergessen können.»

Erst wenn man weiss, dass die Werkstücke teilweise bis zu 7- oder 8-mal umgeschlagen werden und die Positioniergenauigkeit der Gross-BAZ im Bereich von wenigen µm liegt, kann man die Aussage von Stefan Engel richtig einordnen. Um die Genauigkeitsanforderungen beim Palettenwechsel einhalten zu können, musste Waldrich Coburg die Zuführung zum Palettenwechsler der eigenen Maschinen teilweise sogar neu konstruieren.

Wie genau damals gearbeitet wurde, zeigt die Tatsache, dass weder die im Boden eingegossenen dreispurigen Transferschienen mit einer Spurweite von insgesamt 2,5 Meter noch die Zuführungen zu den Maschinen bisher nachjustiert werden mussten.

Das Einrichten und Aufspannen der Werkstücke erfolgt an einem separaten Rüstplatz mit vier Aufspannplätzen ausserhalb der Zerspanungszone. Dazu stehen rund um die Uhr vier Rüstprofis bereit. Nicht umsonst. Denn aufgrund der Grösse und teilweise Fragilität der Werkstücke fordert das Aufspannen viel Geschick und Erfahrung.

Vor allem Frames aus Alumi­nium werden in nicht wenigen Fällen aus dem vollen Material gearbeitet. «Von 4 Tonnen Ausgangsmaterial bleiben dann vielleicht noch 1,5 Tonnen stehen», verdeutlicht Teamleiter Adrian Arnold die Zerspanungsquote. Stegbreiten von wenigen Millimetern sind daher keine Seltenheit.

Die hohe Zerspanungsrate schlägt sich auch bei den Maschinenzeiten nieder. Es gibt Werkstücke, so Fertigungsleiter Achermann, die laufen bis zu 100 Stunden und mehr am Stück in einer Aufspannung: «Wir haben Teile, die kommen auf über 300 Stunden reine Zerspanungszeit.»

18 der insgesamt rund 100 Mitarbeiter arbeiten an den 6 verketteten Gross-BAZ; je nach Auslastung im 2,5- bis 3-Schicht-Betrieb. Bis auf einen speziellen Dauerauftrag laufen alle Teile über das Transfersystem. Schon diese Zahlen machen deutlich, wie sich der 4,5-Mio.-Invest für die damalige Ruag Mechanical Engineering gerechnet hat: Die Spindellaufzeiten gingen deutlich nach oben, Nebenzeiten und Personalquote nach unten.

Wobei für Geschäftsführer Hansjörg Murer die Besonderheit des Systems im Zusammenspiel vieler Elemente liegt: «Die gesamte Anlage und das Umfeld sind einzigartig. Wir rüsten die Paletten hauptzeitparallel und bringen sie genau nach Fertigungszeiten getaktet auf die Maschinen. Zudem arbeiten wir in einer klimatisierten Umgebung und realisieren daher hohe Genauigkeitsanforderungen. Und, die Qualitätssicherung läuft ebenfalls vollautomatisch ab, da wir wie bei einer In-Process-Messung die Werkstücke auf der Palette in die Messmaschine verfahren können.»

Um den Messvorgang gegen äus­sere Einflüsse zu schützen, ist die Gantry-Koordinatenmessmaschine «MMZ G» von Zeiss in der Maschinenhalle in einem separaten Raum untergebracht. Sie lagert auf einem entkoppelten Fundament; Erschütterungen durch die Zerspanungsmaschinen sind ausgeschlossen.

Im Gegensatz zur Maschinenhalle, die sich auf ± 1,5 °C temperaturstabil halten lässt, kann der Messraum im Toleranzbereich von ± 0,5 °C temperiert werden. Wobei der Begriff «Messraum» die Grös­se nur ansatzweise wiedergibt: In der rund 8 Meter hohen und 9 Meter breiten Halle bleiben neben der Messmaschine eine gefühlte Handbreit Luft zu den Seitenwänden und zur Decke.

Überhaupt überwältigt den Betrachter die Dimension der Anlage. Vor allem, wenn das Rolltor aufgeht, das den klimatisierten Arbeitsraum von den Rüstplätzen trennt und den Blick auf die 87 Meter Schienenweg mit Maschinen und Palettenplätzen freigibt. Und alles nur deshalb, weil der ansonsten kleine, friedliche Schächenbach 2005 seine Hochwassermuskeln spielen liess.

Berghoff Mechanical Enginnering AG 6460 Altdorf, Tel. 041 875 75 15 info@berghoff.eu

Waldrich Coburg GmbH DE-96450 Coburg, Tel. +49 9561 65-0 waco@waldrich-coburg.de


DMG Mori Seiki Europe AG
8600 Dübendorf, Tel. 044 801 12 41
info@dmgmori.com



Mit 87 m Länge hat die Transferanlage nahezu die Abmessungen eines Fussballfeldes. (Bilder: TR)


Palettenwechsel: Schienensystem und BAZ sind niveaugleich und genau rechtwinklig zueinander ausgelegt.


Hier fliegen noch Späne: Die Zerspanungsquote liegt teilweise über 50 Prozent; die Wechselköpfe der Waldrich-Coburg-Maschinen erlauben eine sehr flexible Bearbeitung.


Hansjörg Murer, Adrian Arnold, Rolf Achermann und Stefan Engel (von links nach rechts), Berghoff Mechanical Engineering: «Der Invest hat sich gelohnt. Die Auslastung der Maschinen konnte deutlich verbessert werden.»

Transferanlage für Grossteilebearbeitung