Das Grundbauteil des Astra/Zafira-Vorderachsträgers, der Adam Opel AG, Bochum, besteht nicht mehr, wie in der Vergangenheit, aus zwei miteinander in der Mitte verschweißten Halbschalen, sondern wird nach dem Hydroforming-Verfahren durch enormen Wasserdruck in Form gebracht. Die Vorteile des neuen Verfahrens sind eine höhere Stabilität des neuen Vorderachsträgers bei einer Gewichtsersparnis von 3,5 kg, eine Verringerung der Fertigungsoperationen, kein Verziehen des Werkstückes durch die sonst üblichen Schweißarbeiten sowie eine höhere Fertigungsgenauigkeit von 0,2 mm bei der Herstellung. Die Innenhochdruck- Umformanlage von Schäfer, Wilnsdorf, produziert 4.000 Vorderachsträger pro Tag in einer Taktzeit von 16 s.

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Qualitätskontrolle im Robotergreifer

Ausgangsmaterial ist ein 2,64 m langes Rohr mit einem Durchmesser von 65 mm und einer Wandstärke von 2,1 mm aus St W 24. Am Anfang des Prozesses stehen zwei Biegeanlagen, die über je eine Magazineinrichtung von einer Einlegeeinrichtung beschickt werden. Diese Operation ist stark temperaturabhängig. Jürgen Helmut Gall, Betriebsleiter der Achsenfertigung und Instandhaltung Adam Opel AG, Bochum, versichert: „Wir haben durch eine Lagerung der Rohre 24 h vor der Biegung eindeutig bessere Ergebnisse erzielt.“ Auch die Nahtlage ist sehr wichtig. Sie wird immer in den neutralen Bereich seitlich innen verlegt, damit die Belastung der Naht im Produktionsprozess auf ein Minimum reduziert wird. Die Erkennung der Naht erfolgt beim Greifen der Einlegeeinrichtung in die Biegemaschine durch einen speziellen Wirbelstromsensor.

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Nach dem Biegen entnimmt ein Industrieroboter mit einem Spezialgreifer die Teile der Biegemaschine und legt sie in die Vorformpresse für die zweite Bearbeitung. Bei dieser Greifoperation erfolgt bereits eine Qualitätsuntersuchung der Teile durch den Robotergreifer, um das komplexe Werkzeug in der Vorformpresse nicht zu beschädigen. In der Vorformpresse werden zunächst die Enden für die folgende Innenhochdruck-Umformung vorbereitet, und die Vorformung des gebogenen Rohres ist auf die nachfolgende Operation so abgestimmt, dass dort möglichst eine gleichbleibende Wandstärke erreicht wird.

Hydraulikregelung beeinflusst Prozesssicherheit

Die Operationszeit in der Innenhochdruck-Umformpresse ist länger als die Biege- und Vorformoperationen, deshalb wird diese Operation auf zwei Innenhochdruck-Werkzeugen ausgeführt. Zwei Roboter entnehmen die Teile dem Vorformwerkzeug mit ihren Spezialgreifern, tauchen sie mit ihren Enden in eine Gleitlösung ein, bevor sie sie exakt in den Innenhochdruckwerkzeugen positionieren. Dieses Innenhochdruck- Umformwerkzeug weist eine hohe Komplexität auf, wie Dipl.-Ing. Udo Eller, Betriebsleiter Vorderradträger Adam Opel AG, Bochum, bestätigt: „Die Werkzeuge sind stark segmentiert, so dass beanspruchte Teile einzeln gewechselt werden können.“ In der Hydroforming-Presse dichten zwei Horizontalzylinder die Rohrenden ab. Jetzt wird eine Wasser-Öl-Emulsion mit 150 bar in das Werkstück gepumpt, die beiden Werkzeughälften schließen sich mit einer Kraft von 35.000 kN und die Innenhochdruck-Umformung beginnt. Dabei werden die Rohrenden mit einer Kraft bis zu 1.500 kN nachgeschoben, das Werkstück legt sich so mit einer Wanddickenabstreckung von 0,4 mm unter einem Innendruck von 1.500 bar, gegen die Werkzeugwände gedrückt, an. Eller versichert: „Die Teilegenauigkeit ist bei diesem Verfahren der Innenhochdruck-Bearbeitung sehr hoch und beträgt ± 0,1 mm.“ Die Ausschussrate bewegt sich im Bereich von Zehntelmillimetern, und für die Prozesssicherheit ist entscheidend, dass die hydraulische Bewegung und die Drücke der Schließzylinder in engen Toleranzen erfolgen. Zusätzlich zu der extremen Verformung werden in dieser dritten Operation noch 22 Montagelöcher gegen den Innendruck in das Werkstück gestanzt. Eller erklärt: „Das gestanzte Material verbleibt am Werkstück und wird nach innen gegen den Wasserdruck umgebogen. Dadurch wird eine bessere Standzeit der Stempel erreicht und das gestanzte Material ist sicher positioniert.“

Zur abschließenden Endbearbeitung entnehmen zwei Industrieroboter die fertig umgeformten Werkstücke und legen sie in ein Förderband, das sie zu einer abschließenden Bearbeitung der Rohrenden in eine Schneidanlage einführt. Ein Waschmaschine reinigt die Teile. Danach werden sie automatisch in bereitstehenden Wagen mit Spezialaufnahmen abtransportiert. Insgesamt zwei Mitarbeiter überwachen die gesamte Anlage, die mit einer durchgängigen Software ausgestattet ist.

Trotz Simulation viel Erfahrung

Die Standzeit der Werkzeugsegmente in den einzelnen Anlagenteilen ist unterschiedlich. Umform- und Schnittstempel sind mit TiN beschichtet. Die Schnittstempel und die Segmentteile am Biegekopf weisen Standzeiten von etwa 10.000 Teilen auf, während die Umformstempel Standzeiten von bis 80.000 Teilen aushalten. Obwohl die Anlage beim Hersteller im Rechner simuliert wurde, mussten viele Einzelheiten in der Praxis versucht, aufeinander abgestimmt und geändert werden. Eller erinnert sich: „Im Innenhochdruck-Werkzeug mussten wir die Ausheber so einstellen, dass sie zweimal nachsetzen, bevor der Industrieroboter das Teil ergreifen kann.“

Innenhochdruckumformen ist ein komplexes Verfahren, das aber in der Lage ist, sehr komplizierte Formen in wenigen Operationen zu fertigen.

Produktivität und Qualität motivierend verbessern Reinald Hoben, Direktor Werke Bochum der Adam Opel AG, erläutert die Modernisierungsphasen des neuen Werkes.

? Herr Hoben, wie ist der Stand der Automatisierung in Bochum?

! Die Opel-Werke in Bochum werden seit dem Jahre 1994 in drei Phasen modernisiert. Wir bezeichnen das als neues Werk im alten Werk, und man findet heute keinen Bereich mehr, in dem noch Fertigungseinrichtungen aus der Zeit vor 1994 arbeiten. Kern der Modernisierung war die Montage. Hier wurden aus der ursprünglich einen Montagelinie mit einer Kapazität von 85 Fahrzeugen/h zwei Linien mit jeweils der Hälfte dieser Kapazität gemacht. Während die ursprüngliche Montagelinie sich wie eine altertümliche Schlange mehrfach durch die Gebäudeeinrichtungen wand, sind die beiden neuen Montagelinien modular aus vier Abschnitten mit je 28 Stationen und kleinen Puffern dazwischen gegliedert. Mit diesen Änderungen erreichen wir eine höhere Flexibilität in der Modellvarianz und eine bessere Produktqualität. Denn mit dem kleineren Takt kann die Zuteilung der Arbeit verbessert werden, und durch die niedrigere Bandgeschwindigkeit ergeben sich kleinere Verluste. In der ersten Phase von 1994 bis 1997 haben wir die Technik installiert, die zweite Phase zwischen den Jahren 1998 und 99 war geprägt von den Anläufen der neuen Astra- und Zafira- Modelle, und in der dritten Phase, in der wir uns zur Zeit befinden, steht die Konsolidierung und konsequente Umsetzung schlanker Arbeitsformen im Vordergrund.

? Was verstehen Sie unter schlanken Arbeitsformen?

! Wenn ich von schlanken Arbeitsformen rede, meine ich speziell das Qualitäts-Andon. Benchmark ist für uns in Bochum das Eisenacher Opel-Werk, das hinsichtlich der Produktionsqualität und Produktivität zu den besten der Welt zählt. Dort wurden die Konzepte für die schlanken Arbeitsformen zuerst eingeführt und erprobt.

? Was ist ein Qualitäts-Andon?

! Kern des Qualitäts-Andons ist das Ziel, in jeder Arbeitsstation jede Operation mit einer 100-prozentigen Qualität auszuführen, sonst wird das Produkt nicht weitergetaktet. Grundlage dieser Idee ist die Gruppenarbeit, wobei jedem Abschnitt der neuen Montagebänder ein Meister mit vier Gruppen je einem Gruppensprecher und fünf Mitarbeitern zu geteilt sind. Dabei arbeiten die Mitarbeiter standardisiert in jeder Schicht nach dem gleichen Arbeitsablauf. Die Aufgabe des Gruppensprechers ist es beispielsweise, die Gruppenmitglieder bei allen Problemen zu unterstützen, Qualität und Produktivität motivierend zu verbessern und Abwesenheitsschwankungen auszugleichen.

? Wie erfolgt der Einsatz des Andons?

! Der Mitarbeiter, der mit Problemen konfrontiert wird, zieht, an einer Leine, die sich durch den jeweiligen Abschnitt einer der vier Montagelinien zieht und setzt dadurch optische und akustische Signale in Gang. Jetzt wird der Gruppensprecher aktiv und hilft dem Mitarbeiter, das Problem zunächst im Takt, ohne die Linie still zu setzen, zu lösen. Sollte dies einmal nicht gelingen, wird das Band angehalten und der Meister hilft, das Problem zu lösen. Alle Probleme werden kontinuierlich erfasst, die gemeldeten Ausfälle zusammen mit den Vorschlägen der Mitarbeiter täglich vor Ort besprochen, bewertet und behoben. Mit den Maßnahmen des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses und dieses First-time-causality-Konzeptes können ganze Reparaturbereiche geschlossen werden. Erhebliche Verbesserungen der Produktqualität erreichen wir weiterhin durch Einsatz von standardisierten Inspektionen am Ende der Montagelinie. Hier erfolgt eine Bewertung der Wagen aus Kundensicht. Werden noch Mängel entdeckt, werden diese umgehend beseitigt und im Notfall ebenfalls das Band angehalten.

? Wie oft werden die Bänder denn stillgesetzt?

! Ziel ist, die Bänder überhaupt nicht stillzusetzen. Je weniger das Band steht, desto besser ist die Organisation und die First-time- quality, und desto wenige Probleme sind vorhanden. Das Qualitäts-Andon ist natürlich nur einführbar, wenn man stabile Prozesse besitzt. Es geht nicht bei neuer Technik und neuen Modellanläufen. Daher haben wir unser Werk auch in drei Phasen verändert.

? Welche weiteren Automatisierungsmöglichkeiten beispielsweise im Presswerk sehen Sie?

! Automatisierungsverbesserungen an den Großteile-Transferpressen selbst vermag ich kaum mehr zu sehen. Dagegen besteht meiner Ansicht nach noch die Möglichkeit, die Werkzeuge zu optimieren, damit weitere Hubzahlsteigerungen möglich werden. Hier gilt nach wie vor das alte Wort, je besser die Werkzeugmacher sind, desto höher ist die Produktivität im Presswerk. Natürlich wird man auch dem Prinzip weltweit folgen, jedem Montagewerk ein äquivalentes Presswerk zur Seite zu stellen, so dass die verarbeiteten Bleche sofort zu Rohkarosserien verarbeitet werden und kein Transport erfolgen muss. Außerdem wird sich jedes Presswerk an der Pressennutzung messen lassen müssen.

? Was verstehen Sie unter Pressennutzung?

Opel Bochum ist World-class im Bereich der Transferpressen hinsichtlich Qualität und Ausbringung. Ich messe jedes Presswerk der Welt daran, wie viele Stunden der zur Verfügung stehenden Tageszeit genutzt werden. Unsere Presswerke arbeiten drei Schichten pro Tag in einer Fünftagewoche. Damit weisen sie gegenüber japanischen Werken eine um 30 Prozent höhere Betriebsmittel-Nutzungszeit auf. Wir benötigen also ein Drittel weniger Investitionen.