Automation, die alles verändert: Walter Meier für VOH
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VOH, ein führendes Unternehmen in der Uhren- und Mikrotechnik, setzt auf fortschrittliche Automatisierungslösungen, um seine Produktionsprozesse zu optimieren. In Zusammenarbeit mit Walter Meier und der Fanuc RoboDrill und RoboMat MK-21 Automatisierungszelle gelang es VOH, eine flexible und präzise Fertigungslösung zu implementieren, die den Arbeitsalltag nachhaltig verändert.
Im Herzen des Grand Chasseral in Courtelary gelegen, gehört VOH zu den führenden Unternehmen in der Entwicklung und Herstellung von professionellen Geräten und „Smart“-Lösungen.
Spezialisiert auf die Bereiche Uhrmacherei und Mikrotechnik, entsprechen die innovativen Lösungen den spezifischen Anforderungen dieser besonderen Industrien. Die industrielle Philosophie von VOH basiert auf einem tiefen Verständnis der Bedürfnisse ihrer Kunden. Dank ihres Fachwissens in der Branche und fortschrittlicher technischer Fähigkeiten integriert VOH die Prinzipien des Smart Manufacturing und der Industrie 4.0 auf optimale Weise, um fortschrittliche Lösungen anzubieten. Diese Positionierung macht VOH zu einem unverzichtbaren Partner, um den Erfolg ihrer Partner zu unterstützen.
Das Angebot von VOH umfasst eine umfangreiche Palette an Geräten und Werkzeugen, die hier kaum vollständig beschrieben werden können. Wir können jedoch einen Überblick über die Hauptanwendungen geben: Montage von Uhrwerken, Kontrolle von Bauteilen und Baugruppen, Management von Magnetismus, Messung von Kraft und Drehmoment, ergonomische Optimierung von Arbeitsplätzen, intelligente Produktion und Personalisierung. VOH ist zudem in der Lage, massgeschneiderte Werkzeuge und Geräte zu entwickeln, die an die Farben, Marken und Logos ihrer Kunden angepasst sind.
VOH, gegründet im Jahr 1995, fertigt alle ihre Produkte in der hauseigenen Produktionsabteilung in Courtelary, die mit einem modernen Maschinenpark ausgestattet ist. Mit einem Team von rund dreissig Mitarbeitern und fünf Auszubildenden bietet das Unternehmen attraktive Arbeitsbedingungen, was zu einer niedrigen Fluktuationsrate beiträgt.
Wie viele Unternehmen in der Branche steht auch VOH jedoch vor einem Mangel an qualifizierten Arbeitskräften. „Diese wiederkehrende Herausforderung hat uns dazu veranlasst, nachhaltige Lösungen zu erkunden, um unsere Produktion sicherzustellen. Die Automatisierung erwies sich als eine wirksame Antwort“, erklärt Steve Ligier, Betriebsleiter bei VOH.
Automatisierung als Lösung: Ein Allheilmittel?
Für Steve Ligier ist die Antwort auf diese Frage ganz klar: Ja! „Es ist unsere erste Erfahrung mit der Automatisierung, und rückblickend würde ich diese Entscheidung keinesfalls rückgängig machen.“ Zunächst galt es jedoch, die passende Lösung für die Bedürfnisse von VOH zu finden. Nach der Erkundung verschiedener Messen, insbesondere des SIAMS, bot sich eine Lösung bei Walter Meier mit einer Fanuc RoboDrill in 5-Achs-Konfiguration und einer RoboMat MK-21 Automatisierungszelle an. „Wir hatten eine Herausforderung: Wir mussten sicherstellen, dass unser grösstes Bauteil auf die neue Maschine passt. Dieses Bauteil wird in grossen Mengen hergestellt, und hier konnten wir wirklich Zeit sparen, zumal die Bearbeitung mehr als eine Stunde dauert“, erklärt Steve Ligier weiter.
Ein weiteres wesentliches Kriterium für VOH war die einfache Bedienbarkeit und Flexibilität der Automatisierungszelle. „Das wirklich Gute an dieser Zelle ist, dass wir einen leistungsstarken Roboter haben, uns aber kaum um ihn kümmern müssen. Wenn wir noch einen Automatisierungstechniker bräuchten, um den Roboter zu programmieren, oder einen Konstrukteur, um uns die Greifwerkzeuge zu entwerfen, hätten wir es nicht geschafft. Und in Bezug auf Flexibilität ist diese Zelle unglaublich. Wir produzieren jeden Tag eine andere Serie, ohne uns um die Einrichtung des Roboters kümmern zu müssen“, schliesst er ab.
Bewährte Bearbeitungszentren
Die Bearbeitungszentren RoboDrill von Fanuc, die seit über vierzig Jahren produziert werden, haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, indem sie die neuesten Technologien integrierten und gleichzeitig die Eigenschaften beibehielten, die zu ihrem Erfolg führten. Drei Modelle des japanischen Herstellers sind im Katalog von Walter Meier verfügbar: vom kleinen a-D21SiB5 über den mittelgrossen a-D21MiB5 bis hin zum grossen a-D21LiB5. VOH entschied sich für das mittlere Modell, da es die Bearbeitung des grössten von der Firma hergestellten Bauteils ermöglicht. „Die Abmessungen dieses Bauteils liegen an der Grenze dessen, was die Maschine in ihrer aktuellen Konfiguration verarbeiten kann“, erklärt Fabrice Waeber, technischer Berater und Vertriebsmitarbeiter für Werkzeugmaschinen bei Walter Meier. Während die Abmessungen des Bauteils in der Version mit 3 Achsen, 500 mm in X, 400 mm in Y und Z, deutlich unter den Maschinenkapazitäten liegen, verringert der imposante Lehmann TAP9 Drehtisch für die 4. und 5. Achse die nutzbaren Verfahrwege erheblich.
Die ADV-Version des Fanuc RoboDrill a-D21MiB5, die bei VOH installiert wurde, weist mehrere Verbesserungen im Vergleich zur Standardversion auf, beginnend mit einem grösseren Verfahrweg in Z, der von 330 auf 400 mm erhöht wurde. Auch die Werkzeugwechselzeit wurde auf 0,7 Sekunden verkürzt. In der Standardversion wird die Rotation des Werkzeugmagazins mit 21 Positionen über die Spindel und ein Getriebe am Spindelkopf angetrieben. Bei der Advanced-Version wird dieses Getriebe durch einen Servomotor ersetzt, was nicht nur die Werkzeugwechselzeit verkürzt, sondern auch den Betriebsgeräuschpegel der Spindel reduziert. Das maximale Werkzeuggewicht wurde von 3,3 auf 4 kg erhöht. Zwei verschiedene Spindelversionen stehen zur Auswahl: 10.000 oder 24.000 U/min. VOH entschied sich für die schnellere 24.000 U/min-Spindel mit einer Hochdruck-Kühlmittelzufuhr von 60 Bar. Der Spindelkegel entspricht der BT30/BBT30-Norm mit einem Kegel- und Flächenkontakt für erhöhte Steifigkeit, was besonders bei schweren Schruppvorgängen oder für eine höhere Oberflächenqualität von Vorteil ist. „Wenn nötig, verwenden wir BBT30-Spannfutter für maximale Stabilität. Für gängige Operationen ist der wirtschaftlichere BT30-Standard jedoch völlig ausreichend“, erklärt Hugo Barbosa, Leiter der Bearbeitungszelle bei VOH.
Die Maschine verfügt ausserdem über einen drahtgebundenen Werkzeugtaster und einen Infrarot-Werkstücktaster. Die Späne werden über zwei geneigte Kanäle, die sich beidseitig des Tisches befinden, zum Förderband transportiert. „Die in den Arbeitsbereich der Maschine integrierten Peripheriedüsen erfüllen ihre Aufgabe, indem sie die Späne sehr effektiv zum Förderband befördern“, erläutert Hugo Barbosa. Eine Ansammlung von Spänen auf dem Tisch könnte das Schwenken des Drehtisches beeinträchtigen und Ausfälle verursachen. Aus diesem Grund, und vor allem, wenn die Maschine autonom arbeitet, ist es entscheidend, diesen Parameter perfekt zu kontrollieren. Das gesamte Management von Kühlmittel und Spänen wird durch eine individuelle Anlage von Knoll übernommen, die aus einem Späneförderer, einer Hochdruckeinheit und einem Filtersystem besteht. Der Emulsionsbehälter fasst 900 Liter, was eine hervorragende thermische Stabilität des Kühlmittels gewährleistet, selbst wenn das Bearbeitungszentrum kontinuierlich läuft.
Ein vielseitiger Drehtisch mit hervorragender Leistung
Der Schweizer Hersteller pL Lehmann entwickelt und produziert seit über 40 Jahren kompakte, hochpräzise CNC-Drehtische. Walter Meier stattet seine Fanuc-Bearbeitungszentren mit den Drehtischen von Lehmann und anderen Anbietern aus, um seinen Kunden den Zugang zur 4- und 5-Achsen-Bearbeitung zu ermöglichen. Wie viele Hersteller und Zulieferer in der Schweiz hat sich VOH nicht für diese Konfiguration entschieden, um komplexe 5-Achsen-Simultanbearbeitungen durchzuführen, wie es etwa bei der Herstellung von Turbinen oder Spritzgussformen der Fall ist. Stattdessen nutzt das Unternehmen aus Courtelary die enormen Möglichkeiten der positionierten 5-Achsen-Bearbeitung, um seine Komponenten in nur einem Spannvorgang zu fertigen. Dies spart nicht nur Zeit, sondern garantiert vor allem ein sehr hohes Mass an Präzision – ein entscheidender Punkt in der Uhrenindustrie.
Lehmann bietet zwei Kategorien von Drehtischen für die Bearbeitung und eine dritte für metrologische Kontrollvorgänge an. Die ersten beiden Kategorien sind in zwei verschiedenen Technologien verfügbar: mit Zahnradvorschub oder Direktantrieb. Letzteres, aus der 900er Serie, wurde auf dem Fanuc RoboDrill von VOH installiert. Diese Lösung eignet sich ideal für zylindrische Werkstücke bis etwa Ø100 x 100 mm oder kubische Werkstücke mit 150 mm Kantenlänge sowie für das Power Skiving, die simultane 5-Achsen-Bearbeitung und Drehoperationen. Verfügbar mit vier verschiedenen Motorisierungen, reicht die Drehfrequenz von 2.170 bis 5.450 U/min. Der auf dem Bearbeitungszentrum von VOH installierte Drehtisch ist mit einem Standardmotor ausgestattet, der eine maximale Drehfrequenz von 2.100 U/min erreicht.
Der Direktantrieb bietet zahlreiche Vorteile, beginnend mit seiner hohen Drehgeschwindigkeit, die Drehoperationen und Power Skiving ermöglicht, ein schnelleres und flexibleres Verfahren zum Verzahnen von Zahnrädern im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie dem Stossen oder Wälzfräsen. Durch das Fehlen von Zahnrädern gibt es auch kein Spiel, und die Achsen sind direkt mit den Motoren verbunden, was die Positionierungsgenauigkeit erhöht. Doch vor allem das dynamische Verhalten profitiert von dem Direktantrieb. Dieser Faktor ist besonders wichtig, wenn eine Maschine nachträglich mit einer 4. und 5. Achse ausgestattet wird. Denn das langsamste Glied bestimmt stets die Gesamtleistung der Maschine. In diesem Fall ist der Lehmann TAP9 perfekt auf die hohe Dynamik der Fanuc RoboDrill-Bearbeitungszentren abgestimmt.
Aber all diese Vielzahl von Motoren, Encodern und Steuerungen wäre nichts ohne eine stabile und präzise mechanische Basis. Die Rechtwinkligkeit und Parallelität beträgt standardmässig 0,01/100 mm. Diese hohe geometrische Präzision kann optional sogar noch um die Hälfte reduziert werden. Der schwenkbare Sockel verfügt über ein Gegengelenk, das eine ausgezeichnete Stabilität des gesamten Systems gewährleistet. Die 900er Serie bietet ein gutes Verhältnis zwischen Kompaktheit und Arbeitsvolumen bei einem beträchtlichen Gewicht, das je nach Version zwischen 190 und 258 kg liegt. Es stehen mehrere Optionen zur Verfügung, wie z. B. die Erhöhung der Spitzenhöhe um 40 mm, manuelle oder pneumatische Reitstöcke oder eine Kühlanlage für Trockenbearbeitungen bei hohen Drehzahlen.
Die Entscheidung für einen Direktantrieb war von Anfang an durch den Bedarf von VOH bedingt, bestimmte Drehoperationen direkt mit der Fanuc RoboDrill durchführen zu können. „Wir sind mit dieser Funktion sehr zufrieden. Der Zeitgewinn, aber auch die Präzision, da das Werkstück in nur einem Spannvorgang bearbeitet wird, ist ein grosser Vorteil. Die Oberflächenqualität sowie die Rundheit sind vergleichbar mit dem, was wir auf einer echten Drehmaschine erreichen könnten“, erklärt Hugo Barbosa. „Wir haben VOH die für ihre Produktionen benötigten Drehhalter zur Verfügung gestellt“, fügt Fabrice Waeber hinzu. Diese kompakten Halter, die in Zusammenarbeit mit Denitool für Walter Meier entwickelt wurden, sind perfekt auf die Bearbeitungszentren RoboDrill abgestimmt.
Eine flexible, zuverlässige und benutzerfreundliche Automatisierung
Das Herzstück der Bearbeitungszelle bleibt das Werkstückmagazin RoboMat MK-21, hergestellt in Deutschland von Häberle. Dieses Magazin war aus verschiedenen Gründen entscheidend für die Wahl von VOH, angefangen bei seiner Vielseitigkeit. Vollständig in das Bearbeitungszentrum integriert, passt sich diese Automatisierungszelle dem Design und den Farbcodes des japanischen Herstellers an. Was auf den ersten Blick überrascht, ist seine Kompaktheit. Mit nur 757 mm Breite, 1167 mm Tiefe und einer Höhe von 2027 mm ist die RoboMat MK-21 weitaus mehr als nur ein einfaches Werkstückmagazin. Tatsächlich dient der MK-21 auch als Erweiterung zur Lagerung zusätzlicher Spannfutter. Ein „Schweizer Taschenmesser“ der Automatisierung, das die Lagerung von 60 Paletten und 44 Werkzeugen ermöglicht, wodurch sich die Gesamtzahl der Werkzeuge mit den 21 Positionen des Revolvers auf 65 erhöht! Diese zusätzliche Kapazität ist willkommen, da 21 Werkzeuge oft schnell unzureichend sein können. Die Hauptwerkzeuge, die für die Herstellung eines Werkstücks erforderlich sind, werden im Revolver aufbewahrt, um den ultraschnellen Werkzeugwechsel zu nutzen, der mit dieser Kinematik verbunden ist. Die zusätzlichen Werkzeuge befinden sich in greifbarer Nähe des Roboterarms im dafür vorgesehenen Lagerbereich der RoboMat MK-21. Die Werkzeuge werden vertikal in Klammern auf 4 horizontalen Schienen gelagert, die sich auf der rechten Seite der Zelle befinden. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass die Länge oder der Durchmesser der Werkzeuge nicht begrenzt ist, solange diese Werte die von der Maschine akzeptierten Maximalwerte nicht überschreiten.
Die Paletten, in diesem Fall Lang Technik-Spannsysteme bei VOH, werden über einen Drehturm mit 5 Ebenen gelagert. Der Wechsel der Nullpunkt-Grundplatte auf dem Drehtisch ermöglicht die Verwendung von Spannfuttern unterschiedlicher Grösse mit einem Raster von 52 oder 96 mm. Die Anzahl der zu lagernden Spannfutter hängt von deren Grösse ab, nämlich zwischen 6 und 12 Einheiten pro Ebene. Die Verwaltung der Paletten und die Zuordnung der Programme erfolgt direkt über die Fanuc 31i-B5 Plus-Steuerung des Bearbeitungszentrums mittels JobManager.
„Die RoboMat MK-21 Automatisierungszelle ist nicht nur sehr benutzerfreundlich, sondern auch äusserst zuverlässig. Abends bereiten wir 24 Werkstücke vor, und wenn wir am nächsten Morgen ankommen, ist alles fertig und korrekt. Die Roboterzelle arbeitet hervorragend, ohne dass irgendwelche Einstellungen erforderlich sind. Diese Investition hat unsere Arbeitsweise vollständig verändert, insbesondere da wir nicht in Schichten arbeiten. Die Einrichtung erfolgt tagsüber, und die Werkstücke werden nachts ohne jegliche Eingriffe bearbeitet. Es ist, als hätten wir eine oder zwei zusätzliche Personen in unserem Team“, erklärt Steve Ligier.
„Die einzige Überprüfung, die wir durchführen, ist ein Z-Tasten, um sicherzustellen, dass sich keine Späne zwischen dem Spannbacken und der Grundplatte auf dem Drehtisch befinden“, fügt Hugo Barbosa hinzu.
Die RoboMat MK-21 hat noch ein weiteres Ass im Ärmel, das ihn äusserst zuverlässig macht: Sein Fanuc LR Mate 200iD Roboterarm, der mit einem speziellen Schunk-Greifer ausgestattet ist. Normalerweise erfordert die Kombination von Paletten und Werkzeugen den Wechsel der Greifer, was den Prozess verkompliziert, die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht und die Systemkosten steigert. Hier jedoch herrscht Pragmatismus und Einfallsreichtum. Die Werkzeuge werden nicht wie üblich über die Spannfläche des Halters gegriffen, sondern über den Kegel. Dieser pragmatische Ansatz vereinfacht die Konstruktion des Greifers erheblich und lässt die Spannfläche frei, sodass die Werkzeuge einfach und schnell in ihre Halterungen geladen werden können. Zudem ermöglicht es, Paletten oder Spannvorrichtungen mit demselben Greifer zu handhaben. Dies wird durch einen zusätzlichen Ankerpunkt in Form einer kleinen sechseckigen Platte erreicht, die mit zwei Senkkopfschrauben an einer Seite der Spannvorrichtung befestigt ist. Walter Meier hat sogar eine persönliche Note hinzugefügt, indem ein Gesicht in die Platte graviert wurde, wobei die Schrauben die Augen darstellen. Durch dieses kleine Bauteil kann der Greifer die Spannvorrichtungen für die Lade- und Entladevorgänge handhaben. Auf diese Weise spart man sich eine ATC-Schnittstelle (Automatischer Werkzeugwechsler) am Arm sowie einen zusätzlichen Greifer, was die Zuverlässigkeit erheblich erhöht.
Unter den vielen Details, die auf den ersten Blick nebensächlich erscheinen mögen, sticht die Verbindungsstrebe hervor, die die Automatisierungszelle mit dem Maschinenrahmen verbindet. Dieses Bauteil ist von strategischer Bedeutung, da es jegliche Ausrichtungsschwankungen zwischen der Zelle und der Maschine verhindert. „In einer Werkstatt herrscht Bewegung. Es wird mit Hubwagen und Gabelstaplern gearbeitet, und schon ein leichter Stoss gegen die Zelle kann ausreichen, um sie zu verschieben. Dies führt unweigerlich zu einer Verschiebung der Position der Zelle, was eine Neuausrichtung des gesamten Systems und Korrekturen der Roboterpositionen erfordert. Das ist eine Zeit- und Geldverschwendung, die durch diese Verbindungsstrebe leicht vermieden werden kann“, erklärt Fabrice Waeber. Abschliessend lässt sich sagen, dass die Ergonomie der RoboMat MK-21 hervorragend durchdacht ist. Der Zugang zu den Paletten und Werkzeugen durch die grossen vorderen und seitlichen Türen ist ausgesprochen praktisch.
Ein Schritt ins Ungewisse, der letztlich nur Positives brachte
Für VOH war die erste Erfahrung im Bereich der Automatisierung in jeder Hinsicht positiv. Die technische Unterstützung und Begleitung durch Walter Meier von Beginn bis zum Abschluss des Projekts spielte dabei eine entscheidende Rolle. Automatisierung wird noch immer fälschlicherweise als nur für sehr spezifische Bedingungen geeignet angesehen, oft im Zusammenhang mit der Herstellung grosser Stückzahlen. Das positive Beispiel von VOH beweist das Gegenteil und zeigt eine unumstössliche Tatsache: Heute ist Automatisierung extrem flexibel und zuverlässig geworden. Selbst für kleine Serien mit unterschiedlichen Werkstücktypen erweist sie sich schnell als rentabel. Vor allem aber ist sie für alle zugänglich, da keine spezifischen Kenntnisse in der Robotik und Programmierung mehr erforderlich sind. „Die einzige Einschränkung, die wir uns auferlegt haben, ist eine Mindestbearbeitungszeit von 10 Minuten. Unterschreitet der Zyklus diese Zeit, wird die Einrichtung im Verhältnis zur Bearbeitungszeit zu lang, und der wirtschaftliche Nutzen der Automatisierung sinkt“, erklärt Steve Ligier.
Walter Meier hat immer grossen Wert darauf gelegt, seine Lieferanten und Partner sorgfältig auszuwählen, um hochwertige Bearbeitungslösungen anzubieten. Ein japanisches Bearbeitungszentrum und ein Roboter, ein Schweizer Drehtisch, eine deutsche Automatisierungszelle und Peripheriegeräte – all das hat selbstverständlich seinen Preis, der auf den ersten Blick abschreckend wirken kann. Dennoch wäre es ein Fehler, nicht genauer auf die Mehrwerte einzugehen, die eine solche Bearbeitungszelle bietet. „Der Preis entsprach zunächst nicht unseren ursprünglichen Investitionsvorstellungen. Aber als wir die Art der Teile, die wir herstellen, ihre Bearbeitungszeiten und die Möglichkeiten der Fanuc-Bearbeitungszentren sowie der Automatisierungssysteme genauer betrachtet haben, erkannten wir, dass diese Lösung wirklich die beste für uns ist“, erklärt Steve Ligier. „Vor dieser Maschine hatten wir keine Fanuc-Maschinen, aber wir sind sehr zufrieden mit unserer Entscheidung. Es ist ein abgeschlossenes Projekt, und heute kann ich sagen, dass es wirklich die am besten geeignete Maschine für unsere Produktion ist. Wir sind wirklich begeistert von dieser Maschine“, fügt er hinzu.
Mit Produkten, die sich auf dem Markt so gut etabliert haben und sich bewährt haben, ist es durchaus realistisch, einen Betrieb über 20 Jahre anzustreben. Vor allem, wenn die laufende Wartung und die prädiktive Instandhaltung regelmässig durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang bietet Walter Meier verschiedene Serviceangebote an, um den reibungslosen Betrieb dieser Maschinen auch nach vielen Jahren zuverlässigen Dienstes zu gewährleisten.
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