Fertigungsengpässe minimiert

Aber mithilfe einer ausgeklügelten Strategie lässt sich dieser Zeitraum minimieren Alstom in Salzgitter baut unter anderem Schienenfahrzeuge Dabei werden auch viele großformatige Frästeile benötigt, etwa Kopf- und Hauptquerträger für die Drehgestelle Für derart großformatige Teile nutzt Alstom eine für Schwerbearbeitung ausgelegten Portalfräsmaschine der Firma Unisign Die 1989 aufgebaute Maschine verfügt zu diesem Zweck über Verfahrwege von 5800 mm x 1 800 mm  x 850 mm Die Bearbeitungszeit der Teile liegt im Mittel bei  mehreren Stunden, jeweils eine Stunde dauert der Teilewechsel mit Aufspannen und Einrichten Schienenfahrzeuge. Dabei werden auch viele großformatige Frästeile benötigt, etwa Kopf- und Hauptquerträger für die Drehgestelle. Für derart großformatige Teile nutzt Alstom eine für Schwerbearbeitung ausgelegten Portalfräsmaschine der Firma Unisign. Die 1989 aufgebaute Maschine verfügt zu diesem Zweck über Verfahrwege von 5800 mm x 1 800 mm  x 850 mm. Die Bearbeitungszeit der Teile liegt im Mittel bei  mehreren Stunden, jeweils eine Stunde dauert der Teilewechsel mit Aufspannen und Einrichten.

siemens

Zufrieden mit dem Retrofit in Kooperation mit Maschinenhersteller und Automatisierungspartner: Andreas Winalke (Alstom Salzgitter), Thomas Kleinwechter (Alstom Salzgitter) und Marc Oliver Kulisch

Während ihres 20-jährigen Betriebs war die im Zweischichtbetrieb eingesetzte Maschine durchgängig voll ausgelastet. Allerdings mussten seit einigen Jahren die Verfahrgeschwindigkeiten aufgrund mechanischen Verschleißes und einer zunehmend störanfälligen Gleichlaufregelung der Portalachsen immer weiter verringert werden. Verklemmte Portalachsen führten zudem wiederholt zu Unterbrechungen des Fertigungsprozesses. Ebenso traten Störungen des Werkzeugwechslers auf, über den auch eine Schwenkkopfeinheit zugeführt wird. So wurden die  Abstände zwischen den Serviceeinsätzen immer kürzer, gleichzeitig wurde die Ersatzteilbeschaffung immer schwieriger.
„Nach 19 Jahren Vollauslastung erbrachte die Maschine die geforderte Produktivität einfach nicht mehr“, fasst Marc Oliver Kulisch,Leiter der Werkserhaltung des Geschäftsbereiches Transport/Rolling Stock, die Situation zusammen.
Das führte 2008 zur Entscheidung über eine Ersatzinvestition. In Erwartung der neuen Fertigungsressource wurde daraufhin nur noch das Allernötigste zur Instandhaltung der großen Portalfräse aufgewendet.
Doch im Frühjahr 2009 zeichnet sich ab, was dann zur Gewissheit wurde: Die geplante Ersatzinvestition greift nicht! Auf absehbare Zeit würde keine Maschine als Ersatz für das eigentlich schon aufgegebene Portalfräszentrum zur Verfügung stehen. Angesichts der Lieferverpflichtungen des Schienenfahrzeugherstellers war die betagte Unisign ,über Nacht‘ plötzlich zu einer erfolgsentscheidenden Engpassressource geworden.

Die Modernisierung erfolgte in zwei Arbeitsabschnitten

Volle Produktivität nach 20 Jahren Vollauslastung: Dieses Portalfräszentrum der Firma Unisign wurde einem zweiphasigen Retrofit mit minimierten Stillstandszeiten unterzogen.

Volle Produktivität nach 20 Jahren Vollauslastung: Dieses Portalfräszentrum der Firma Unisign wurde einem zweiphasigen Retrofit mit minimierten Stillstandszeiten unterzogen.

Ein grundlegendes Retrofit musste nun die Produktivität der Maschine wieder herstellen. Um die Stillstandszeiten zu minimieren, wurde die Instandsetzung in zwei Schritten durchgeführt. Bei der ersten Maßnahme tauschte der Maschinenhersteller die wichtigsten Verschleißteile und Getriebe, die Sensorik,  darunter alle Endschalter und Beros, sowie die komplette Verkabelung samt Kabelschlepp aus. Ausgespart blieben die Kugelrollspindeln in den Portalachsen, was Stillstandszeit und Planungsrisiko der Sofort-Maßnahme entscheidend reduzierte.
Der Einsatz moderner Steuerungs- und Antriebstechnik erlaubte es, auf die Sofortreparatur der Portalachs-Mechanik zu verzichten. Siemens als Automatisierungspartner setzte anstelle der bisherigen Steuerung eine Sinumerik-CNC des Typs 840D sl ein und stellte die Antriebstechnik auf Umrichter der Reihe Sinamics S120 um. Dazu wurden Schaltschrank und Bedienpult ausgetauscht und ein komplett neuer Schaltplan projektiert.
Neben der Installation der Steuerungs- und Antriebstechnik übernahm der Automatisierungspartner auch die kurzfristige Anfertigung neuer Motor- und Spindelflansche. Die wurden nötig, weil für maximale Projektierungssicherheit und Zuverlässigkeit im Betrieb alle Achsantriebe auf 1FT7-Servomotoren von Siemens und die Spindel auf einen 1PH7-Motor des gleichen Herstellers umgestellt wurden.
Mit dieser Konfiguration der Steuerungs- und Antriebstechnik ließen sich die mechanisch stark verschlissenen Kugelrollspindeln in den Portalachsen zunächst weiter verwenden. Vorraussetzung dafür ist natürlich, dass der Spindel-Verschleiß innerhalb des Bereiches liegt, der mit modernen Methoden elektronisch kompensiert werden kann. Siemens prüfte und bestätigte dies vor Beginn der Maßnahme.
Die Aufgabe der für den Betrieb des Portals bisher benötigten Gleichlaufregelung übernimmt heute die Funktion ,Gantry-Achsen‘ der CNC Sinumerik 840D sl. Mit dieser Option führt die CNC die Regelungen der beiden Portalantriebe im Gantry-Betrieb parallel. Verschleiß und
Steigungsfehler der beiden Kugelrollspindeln werden dabei schon CNC-seitig soweit kompensiert, dass eine störungsfreie Fertigung innerhalb der geforderten Toleranzen möglich ist.
Dieses Vorgehen machte eine sehr rasche Wiederinbetriebnahme der im Grunde genommen erst teilweise instand gesetzten Mechanik möglich: Nach nur gut drei Wochen Stillstandszeit stand die Maschine der Fertigung wieder zur Verfügung. „Die elektrotechnische Wiederinbetriebnahme klappte wie am Schnürchen. Und wie gut die noch nicht wieder hochgerüsteten Portalachsen mit der Gantry-Regelung der Sinumerik 840 D sl liefen, das hat sogar den Maschinenhersteller begeistert“, erinnert sich Kulisch.

Die Regelung der Portalachsen begeisterte sogar den  Hersteller

Mehr Komfort bei gleicher Maschinenfunktionalität: Die CE-Kennzeichnung bleibt gültig, die nachträgliche Einhausung der Maschine kann entfallen, ohne dass die Sicherheit beienträchtigt wird.

Mehr Komfort bei gleicher Maschinenfunktionalität: Die CE-Kennzeichnung bleibt gültig, die nachträgliche Einhausung der Maschine kann entfallen, ohne dass die Sicherheit beienträchtigt wird.

Die gute Kooperation mit dem Automatisierungspartner erwies sich noch nach Abschluss der ersten Retrofit-Phase als äußerst wertvoll. Denn das Umstellen der Teileprogramme auf die neue CNC wurde zu einer unerwarteten Herausforderung an das Retrofit-Team.
Geplant war eine automatische Umstellung der Altprogramme mit einer vorhandenen Konvertierungssoftware, die hierfür zunächst erweitert wurde. Denn in den alten Teileprogrammen fanden sich eine Vielzahl herstellerspezifischer Zyklen und eher unkonventionelle Programmieransätze. Doch der in den Alt-Programmen beim Drehen des Werkzeugschwenkkopfes eingesetzte G-Code G16 ,freie Ebenenwahl‘ setzte der automatischen Teileprogramm-Konversion Grenzen. Die Abbildung dieses Zyklus auf die im Prinzip weit mächtigeren und flexibleren Transformationsfunktionen der Steuerung Sinumerik 840D sl war mit der vorhandenen Konvertiersoftware nicht möglich, sondern musste manuell programmiert werden.
Diese Arbeiten leisteten Siemens-Mitarbeiter parallel zur laufenden Fertigung mit bereits umgestellten Teileprogrammen sowie parallel zur zweiten Phase des Retrofits, dem Austausch der Kugelrollspindeln des Portals. Insgesamt acht Wochen nach Beginn der Arbeiten war auch diese zweite Retrofit-Phase abgeschlossen und alle Teileprogramme auf der neuen CNC einsatzbereit.
Trotz Einsatzes moderner Steuerungstechnik und der damit einhergehenden Komfortsteigerung hat das Retrofit als reine Instandsetzungsmaßnahme keine Änderung der Maschinenfunktionalität zur Folge. Es war darum auch keine Abnahme nach der neuen Maschinenrichtlinie nötig. Insbesondere kann und darf die Maschine weiter wie bisher ohne Einhausung des Arbeitsraumes betrieben werden.
Kulisch resumiert: „Das zweiphasige Vorgehen ermöglichte es uns, auch währen der acht Wochen Projektdauer die am dringendsten benötigten Teile zu fertigen. Die ursprüngliche Produktivität der Maschine steht nun wieder in vollem Umfang zur Verfügung, alles in allem gerechnet zu nicht einmal 25 % der Kosten einer Neuinvestition.“

Siemens AG
Industry Automation Division
Mail: karin.kaljumae@siemens.com
www.siemens.com

Umrüstung

Das Ablösepaket
Für Maschinen, die mit einer CNC vom Typ Sinumerik 805, 810, oder 820 T/M ausgerüstet sind, bietet Siemens ein vorkonfektioniertes Ablösepaket.
Die alte CNC wird dabei durch die moderne Sinumerik 840 D sl ersetzt. Vorhandene Antriebe und Messsysteme können beibehalten und jederzeit später auf digitale Antriebstechnik umgestellt werden. Dies bewirkt einen sehr einfachen und schnellen Austausch der veralteten CNC-Technik. Mit Hilfe eines mobilen Testkoffers kann ein Probebetrieb vor Ort erfolgen, um einen noch schnelleren Austausch sicherzustellen.
Dieses standardisierte Hochrüsten auf die neuen CNC einschließlich Installation und Inbetriebsetzung bietet Siemens zum Festpreis und mit garantierten, kurzen Umbauzeiten an. Ein weitergehendes Retrofit der Antriebstechnik und Elektroausrüstung kann auf dieser Standard-Maßnahme aufsetzen.