Die Erfindung des Rades

Rotations-Stanztechnologie ersetzt den Hubstanzautomaten

Das Rotationsstanzen erreicht Geschwindigkeiten von über 100 m/min - im Vergleich zu einer Leistung von 10 bis 40 m/min im Hubverfahren. Die durch die Rotation erzielte Genauigkeit beim Stanzen, die enorme Verringerung von Nebenzeiten, die problemlose Integration in größere Bearbeitungskomplexe und die Personaleinsparung um 50 Prozent erhöhen die Wirtschaftlichkeit auf das Vier- bis Fünffache.

05. April 2002

Ständige Prozeßoptimierung ist das Schlagwort vieler Großunternehmen. Intern wird viel Geld und Personal in die Forschung investiert. Logistik, Transport und Lagerhaltung werden komprimiert, alte Technologien werden geringfügig verbessert. Hier und dort werden Einsparpotentiale aufgedeckt, doch Quantensprünge werden dadurch nicht erreicht. Vielmehr verlieren die Großunternehmen gegebenenfalls durch einen überalterten Maschinenpark den Anschluß an zukünftige Marktgegebenheiten.

Ein Beispiel aus der Praxis zeigt, wie durch das Know-how eines innovativen mittelständischen Unternehmens in einem Großbetrieb der Fertigungsprozeß eines Produktes um ein Vielfaches wirtschaftlicher gestaltet werden konnte.

International und innovativ

Das Kerngeschäft der Baust GmbH Werkzeugtechnik, Langenfeld/Rheinland, ist die Entwicklung von High-Tech-Rotationsstanz-Systemen. Vor 15 Jahren hat Baust bereits Unternehmen erste Rotations-Stanzwerkzeuge und -maschinen für die Druckindustrie geliefert. Investiert hat das Unternehmen immer wieder in die Forschung und die Entwicklung neuer Technologien. Zahlreiche Patente sichern die in langen Forschungsphasen gewonnenen Verfahrensvorgänge ab. Auf der Suche nach neuen Märkte und Einsatzmöglichkeiten entstand auch der Kontakt zu einem renommierten Unternehmen aus der Blech verarbeitenden Industrie.

Der Großbetrieb ist mit einem Umsatz in Millionenhöhe Hersteller von Produkten für die Elektro-Installationstechnik. Im Bereich der Verbindungs- und Befestigungstechnik stellt dieser Fertigprofile aus verzinktem Blech oder Edelstahl her.

Bisherige Fertigung: im Hubstanzverfahren zwei Standorte In eigenen Fertigungsstätten wird in einer Kleinstadt in Westdeutschland das angelieferte Coil-Material zu Fertigprofilen verarbeitet. Durch die Umsatzgröße, die großen Volumina der Materialien, die benötigten Lagerflächen und den umfangreichen Maschinenpark war das Unternehmen früher gezwungen, die Fertigung an zwei verschiedenen Standorten durchzuführen. Die Stanzerei sowie die Profiliererei waren zwar beide in der Kleinstadt angesiedelt, doch lag zwischen den Werken eine Distanz von zehn Kilometern. Diese Fertigung eines Produktes an zwei verschiedenen Standorten brachte diverse Nebeneffekte mit sich.

Die Stanzerei war in Werk I untergebracht. Dort wurden die Planung, die Arbeitsvorbereitung und die Bedienung der Hubstanzautomaten durch Fachpersonal durchgeführt. Der Platzbedarf für die Hubstanzautomaten und die erforderliche Lagerhaltung nahm die gesamte Fläche des Werk I in Anspruch. Da der Hubstanzautomat eine wesentlich geringere Geschwindigkeit als die Profilieranlage erreichte, wurden halbfertige Stanzprodukte auf Vorrat produziert. Hierdurch wurden die ungleichen Produktionsgeschwindigkeiten aufgefangen. Erst wenn sich ein riesiges Lager an Stanzprodukten angesammelt hatte, rentierte sich die Weiterverarbeitung in der Profiliererei.

Die Profiliererei war in Werk II angesiedelt. Der separate Bearbeitungsgang des Profilierens erforderte wiederum die Planung, die Arbeitsvorbereitung und die Bedienung der Profilieranlage durch Fachpersonal. Der Platzbedarf für die Profilieranlage und die Lagerung der fertigen Produkte nahm das Werk II in Anspruch.

Die Koordinierung der beiden Bearbeitungsgänge in den zwei Fertigungsstätten erforderte eine exakt abgestimmte Planung und Arbeitsvorbereitung zur Vermeidung von Stillstandzeiten und Leerlauf. Darüber hinaus mußte zwischen den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsgängen die Distanz zwischen den Werken überbrückt werden. Das halbfertige Produkt wurde in diesem Fall über eine Wegstrecke von zehn Kilometern transportiert. Das heißt: Hatte das Material den ersten Fertigungsabschnitt durchlaufen, wurde zunächst das Lager aufgefüllt. War die entsprechende Fertigungsmenge erreicht, wurden die sperrigen Halbzeuge verladen, transportiert und am Werk II wieder entladen. Außer dem kostenintensiven Transport mußte eine fein abgestimmte Koordinierung der LKW-Logistik betrieben werden, um nicht unnötige Maschinenstillstand-Zeiten entstehen zu lassen.

Problemanalyse des Fertigungsablaufs

Baust erfuhr vor etwa acht Jahren von diesem aufwendigen und kostenintensiven Fertigungsprozeß im Bereich der Blechindustrie. Das innovative Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen verglich diesen Problemen mit den Fertigungsabläufen in der Druckindustrie und man kam zu einem einfachen Ergebnis.

Wenn ein Rotations-Maschinensystem eingesetzt würde, das den Bearbeitungsvorgang des Stanzens umfaßt und mit einer mindestens gleich hohen Geschwindigkeit wie die bisherige Profilieranlage arbeitet, könnte dieses System der Profilieranlage unmittelbar vorgeschaltet werden. Die Bearbeitung des Stanzens und des Profilierens wäre zukünftig in einem Arbeitsprozeß möglich. Für den Großbetrieb wären damit mehrere Probleme gleichzeitig gelöst. Darüber hinaus wäre der Rationalisierungsgrad immens. In der Blechverarbeitenden Industrie schien ein neuer Markt für die Rotation zu entstehen. Mit dem Großbetrieb wurde vereinbart, einen Prototypen zu entwickeln, der Stanzungen in das zu verarbeitende Blech rotativ vornimmt.

Zunächst wurde das Problem in der Entwicklungsabteilung der Baust Werkzeugtechnik analysiert und der Ist-Zustand geprüft: Ein Stanzautomat für Blechbänder mit einer Teilung von 25 mm wird in der herkömmlichen Fertigung mit Vorzug und Hubstanze bei ca. 20 m/min Stanzgeschwindigkeit als gut ausgelastet betrachtet. Eine danach folgende Profiliermaschine kann circa 60 m/min erreichen, wenn Teillängen von zwei bis sechs Metern als Endprodukt gewünscht sind.

Die Entwicklung eines Stanzsystems mit einer Stanzgeschwindigkeit von 60 m/min war das angestrebte Ziel von Baust. Durch die Gleichsetzung der Geschwindigkeiten könnten die Fertigungsvorgänge des Stanzens und des Profilierens in einem Arbeitsprozeß gesteuert werden. Die Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit, eine radikale Minimierung der Nebenzeiten und ein enorm verringerter Platzbedarf wären die Folge dieser Inline-Fertigung.

Das daraufhin entwickelte Baust-Werkzeugsystem basiert auf einer neuartig konzipierten Rotationsstanztechnologie, die eine Lochung von Blechen bis zu einer Dicke von 3 mm mit einer Geschwindigkeit von über 100 m/min ermöglicht. Das ursprüngliche Ziel, zumindest die Stanzgeschwindigkeit an die Profilieranlage anzugleichen, wurde bei weitem übertroffen.

Für die Geschwindigkeit des Bearbeitungsvorgangs ist jetzt vielmehr die in der Regel geringere Geschwindigkeit der Profilieranlage maßgebend.

Rationelle Blechbearbeitung durch vollautomatische rotative Arbeitsweise

Die Baust-Werkzeugsystem-Einheit ist der Profilieranlage direkt vorgeschaltet und ermöglicht dadurch Stanzen und Profilieren in einem Arbeitsgang.

Die Rotations-Stanzmaschine verfügt über einen Stempelring und einen Matrizenring. Diese Werkzeuge sitzen auf Stanzachsen, die mittels eines eigenen Servomotors oder über die Profilieranlage (Umformanlage) angetrieben werden. Durch die rotative Bewegung kämmen die zwei im Gleichlauf angetriebenen Stanzachsen ineinander ein.

Die vorgegebenen Werkzeugformen treffen durch die Radiengeometrie von oben und unten punktgenau auf das Stanzprodukt auf. Bei der Gleichlaufstanzung ergibt sich ein Schereffekt, bei dem ohne großen Kraftaufwand viele hintereinander folgende Endloslochungen als Rundloch, Langloch oder Profilloch ermöglicht werden.

Kostenersparnis durch Wegfall von NebenzeitenBei permanenter Materialzufuhr kann die erste Werkzeugeinheit (Baust-Rotations-System) im Endlosstanzverfahren das Blech lochen, und die nächste Werkzeugeinheit (Profilieranlage) das Blech profilieren. Während der Bearbeitung entfallen die Maschinenstillstandzeiten. Das Material wird kontinuierlich gefördert ohne den Stoppvorgang für einen Leerhub, der beim Hubstanzen erforderlich ist. Die bisherigen Maschinenstillstandzeiten bedeuteten für jedes Unternehmen einen sehr hohen Kostenfaktor.

Für die Bedienung des Baust-Stanzsystems ist nur noch eine Fachkraft erforderlich, die beide Arbeitsvorgänge des Lochens und Profilierens kontrolliert.

Der Platzbedarf der Baust-Systemeinheit beträgt nur noch einen Bruchteil des bisherigen. Das Rotationssystem benötigt etwa ein Fünftel des Platzbedarfs eines Hubstanzautomaten. Der Platz für die bisher verursachte Schlaufenbildung beim Stop-and-go-Verfahren zwischen dem Abzug/Richtstuhl und der Hubstanze entfällt vollständig. Verkehrs- und Zuführungswege werden aufgrund der einmaligen Materialzufuhr zur Maschine und die Weiterverarbeitung bis zum zugeschnittenen Fertigprodukt nur einmal benötigt. Der enorme Platzbedarf für die auf Vorrat produzierten halbfertigen Stanzprodukte entfällt ebenfalls durch das Rotationsprinzip.

Überzeugende Qualität durch einfachen Schneidprozeß

In der Forschungsabteilung der Baust Werkzeugtechnik wurde während des Entwicklungsprozesses nicht nur die Entwicklung des rotativen Stanzens vorangetrieben. Gleichzeitig gelang es, die Qualität der gestanzten Löcher gegenüber dem Hubstanzen zu verbessern. Das Ergebnis war überzeugend. Die Entwicklung einer optimalen Schnittspaltgeometrie erlaubt ein teilungsgenaues Lochen bei einem nahezu gratfreien Schnitt. Das heißt, bei verringertem Maschineneinsatz wird ein verbessertes Stanzprodukt erzielt.

Hohe Wirtschaftlichkeit

Die neu entwickelte Rotations-Stanztechnologie von Baust bietet eine Kombination aus hoher Lochgeschwindigkeit, sauberer Schnittleistung, verbesserter Arbeitsleistung und geringem Energieverbrauch und führt dadurch zu einer extrem hohen Wirtschaftlichkeit und somit einem bedeutenden Rationalisierungsgrad. Für den Fertigungsablauf des Großbetriebes ergaben sich durch den Einsatz des Baust-Rotations-Systems folgende Vorteile:

· Verbesserte Qualität der Fertigprofile durch eine Fertigungsgenauigkeit im Zehntelmillimeter-Bereich.

· Vollautomatische Arbeitsweise durch die Integration des kompatiblen Baust-Rotations-Systems als eigenständige Produktionsanlageeinheit in die bestehende Profilieranlage.

· Die Herstellung des Fertigprofils in einem Arbeitsprozess wird ermöglicht.

· Geringerer Personalbedarf durch die Zusammenführung der Arbeitsprozesse.

· Geringe Rüstzeiten durch den Einsatz von Werkzeugwechsel-Kassetten. In wenigen Minuten kann von einem Produkt auf ein anderes umgerüstet werden.

· Geringere Nebenzeiten durch Rotation.

· Die typischen Maschinenstillstandzeiten des Stop-and-go-Verfahrens entfallen.

· Die durch die beiden bisherigen Arbeitsgänge verursachten Koordinierungs- und Planungsfehler entfallen und somit auch dadurch bedingte Maschinenstillstandzeiten.

· Geringerer Platzbedarf für das Rotationssystem. Durch den Wegfall der Lagerung von Halbzeugen wurden in Werk I enorme Raumressourcen geschaffen.

· Niedrigerer Energieverbrauch durch eine fünfmal geringere Antriebsleistung.

· Geringere Planungs- und Arbeitsvorbereitungskosten durch die Zusammenlegung des Produktionsprozesses.

· Wegfall der Logistikkosten; der kostenintensive Transport von Werk I zu Werk II entfällt.

· Erhöhung des Produktionsfaktors auf das Vier- bis Fünffache.

Geringe Investitionskosten

Die Investitionskosten verringerten sich durch die Reduzierung des Maschinenparks und die Langlebigkeit der Werkzeuge wesentlich. Das rotative Stanzen von Endlos-Coils löste erstmalig das bisherige Stop-and-go-Verfahren beim Hubstanzen ab. Nachdem der erste Prototyp von Baust 1993 geliefert wurde und nachhaltig gute Ergebnisse hervorbrachte, wurden fünf weitere Baust-Rotations-Systeme rasch aufeinander folgend an den Großbetrieb geliefert. Die Investititonskosten für die neuen Maschinen amortisierten sich in kürzester Zeit.

Die guten Erfahrungen, die hohen Laufleistungen und die geringen Stillstandzeiten haben auch andere Kunden überzeugt. Und bei allen blieb es nicht bei einem einmaligen Kauf. Die Hubstanzautomaten werden nach und nach durch Baust-Rotationsstanz-Systeme ersetzt.

Erschienen in Ausgabe: 03/2001