»Innovation ist bei uns Tagesgeschäft«

Fokus/Bandanlagen

Gleich zu Beginn des neuen Jahres manifestiert sich dieser Ansatz erneut: eine Querteilanlage für den Zaun- und Lichtgitterhersteller Lichtgitter, die noch viel mehr kann als Coils abzulängen. Zu den integrierten Stanzeinheiten kommt eine eigens für diese Anlage entwickelte Aufstapeleinheit, die bis zu 6 m lange Streifen im alternierenden Verlauf auf Spezialpaletten ablegt.

05. Februar 2013

Lichtgitter aus Stadtlohn passt gut zu GSW, denn: Lichtgitter macht gerne selber. So kommen die Coils aus eigener Produktion mit einer Spaltanlage, die Streifen von der eigenen Querteilanlage; es wird selber profiliert, geschweißt und montiert …

Das Prinzip des ›Insourcings‹ mit einer hohen Fertigungstiefe und dem damit verbundenen Know-how hat die 1929 gegründete Lichtgitter GmbH in Stadtlohn weit gebracht: Heute ist sie mit insgesamt 23 Tochter- und Beteiligungsgesellschaften einer der größten Gitterrosthersteller der Welt. Mit etwa 1100 Mitarbeitern in der Gruppe erwirtschaftet Lichtgitter einen Gruppenumsatz von rund 160 Millionen Euro. Mitgarant für den Erfolg waren, sind und sollen sein die Mitarbeiter, die Kunden und eine innovative Ausrichtung, die sowohl im Hinblick auf die Produkte als auch auf die Technik.

Auch im ›Querteilprojekt GSW‹ ging es um die Erhöhung von Flexibilität und Effizienz. Die bestehende Abcoilanlage von GSW von 1992 sollte in diesem Sinne überarbeitet werden.

Ausgangssituation

Die Abcoilanlage erledigt die Produktion von Streifen für die Randeinfassungen verschiedener Gitterrost-Typen. So werden Teile vom Coil abgewickelt, gerichtet, vorgeschoben und abgelängt. Der Ausstoß einzelner Streifen erfolgt relativ langsam, ihre Entnahme manuell. Der Bediener verlegt sie in der Folge auf ein schräggestelltes Schweißgerüst, um Kleinstapel herzustellen. Diese werden dann, teilweise mitKranunterstützung, in Transportgestelle (die kann man sich wie speziell angefertigte Paletten vorstellen) gelegt. Die seit Jahren selbst produzierten Gestelle sind auf die Schweißmaschinen für die nachfolgenden Prozesse abgestimmt und können in dafür genau passend gebauten Schwerlastregalen zwischengelagert werden.

Was besser werden sollte

Zur Vorbereitung der Randeinfassung werden teilweise weitere Arbeitsschritte benötigt, wie Ausstanzung von Rund- und Langlöchern und Prägung von Auftrags- und Positionsnummern zur Identifizierung der Roste auf der Baustelle. Zusätzlich benötigt der bei Lichtgitter stets gewachsene Stahlservice gelochte Abdeckleisten für Zaunpfosten aus Metall. Diese Arbeitsschritte können heute nur an verschiedenen Anlagen abgearbeitet werden.

Das manuelle Handling der Stäbe in den einzelnen Arbeitsschritten bis zur Übergabe in die Transportgestelle ist in Sachen Sicherheit und Ergonomie zu verbessern (auch bei den Prozessen Lochen und Prägen werden die Stäbe manuell unter die Werkzeuge gelegt und wieder abgelegt).

Gut Ding will Planung haben

Diese Prozesse zusammenzuführen und so eine effiziente Mehrmaschinenbedienung mit einem Mitarbeiter herzustellen war also Ziel bei Lichtgitter.

Bis die Bestellung ausgelöst werden konnte, vergingen aber gut zwei Jahre mit gezielten Vorbereitungen und Überlegungen. ›In Reihe gestellt‹ zeigte sich das bestellreife Ergebnis dann wie folgt: Abcoilen – Richten – Hochkantrichten – Vorschieben – Stanzen – Markieren – Trennen – Stapeln.

Um die Schritte Prägen, Lochen und Stapeln effizient zu integrieren, werden über eine Online-Anbindung die meisten Auftragsdaten direkt an der Maschine abgerufen und müssen nicht mehr eingegeben werden. Durch diese Erweiterung können die separaten Arbeitssysteme entfallen. Hauptaufgabe des Maschinenführers ist es dann künftig, die Anlage mit Material zu bestücken, die Paletten zu wechseln und die Aufträge in terminlich richtiger Reihenfolge und unter Einhaltung der Qualitätsanforderungen zu erledigen. Der eigentliche Fertigungsprozess läuft nun automatisch ab, und der Bediener kann ein weiteres Arbeitssystem betreiben.

Komplex und doch nicht kompliziert

Eine komplexe Aneinanderreihung von Aufgaben. Die ›Sheet Metal Fans‹ von GSW Schwabe überließen nichts dem Zufall. So sorgt eine besonders leistungsfähige Siemens-Steuerung für automatische Programmvorwahlen mit individuellen Vorschubverkettungen und Stanzanwahlen von Lochbildern mit der Möglichkeit, die Joblisten aus der Arbeitsvorbereitung in die Maschine zu laden. Das alles wird auf Basis von Win-CC Flexible programmiert und ermöglicht.

Nebenaggregate zur Sicherstellung des Erfolgs

Das Markieren von etwa fünf Prozent aller Produkte erfolgt mit einer Kompletteinheit und kann gezielt in den Fertigungsprozess eingebunden werden, um die Ausbringung so hoch wie möglich zu halten. Letztere liegt inklusive der Versatzstapelung bei bis zu drei Teilen von 6 m Länge pro Minute oder maximal zehn Teilen bei etwa 1 m Länge. Ohne Stapelung sind bis zu 30 Teile in der Minute drin. Hier zeigt die schwere Trennschere, dass 200 kN Schnittkraft auch richtig schnell sein können. GSW wählte eine 18,5 kW starke Hydraulikeinheit mit 10-l-Speicher und Kühlung, um diese Leistungen zu erzielen. Gleichzeitig versorgt die Hydraulik auch die komplette Anlage und schiebt das Öl zu dezentral angeordneten Steuerungsblöcken.

Die größte Herausforderung

Sicherlich die größte Innovation war die Aufstapeleinheit. Denn hier zeigt sich das ›Nachher‹ deutlich verändert:

Die Streifen kommen viel schneller aus der Trennschere und werden in Längsrichtung automatisch mit einem hydraulischen Pusher aus dem Scherenbereich gedrückt. Der erste Streifen läuft direkt in die Spezialpalette und liegt dort ganz links an. Die Aufstapelung taktet nun automatisch nach rechts, so dass der zweite Streifen unmittelbar neben dem ersten zum Liegen kommt. Dies wird bis zum Erreichen der ganz rechten Position (unterschiedlich weit, je nach Breite der Spezialpalette, maximal jedoch 800 mm) fortgeführt. ›Schicht 2‹ startet dann ganz rechts und versetzt nach links und so weiter. So wächst im alternierenden Betrieb eine Schar Stapel.

Der Stapeltisch wurde dafür speziell konstruiert: Mittels Seilpotenziometer ist die genaue Vertikalposition abfragbar, wodurch der Tisch von der Steuerung automatisch nach unten getaktet werden kann. Dass dies auch tatsächlich mechanisch exakt umgesetzt wird, besorgt ein spezielles Hydraulikventil.

Der Stapeltisch kann aber noch mehr: Und zwar ist die volle Stapellast von 3 t auch schon im vordersten Bereich der Tischfläche erreichbar. So kann Lichtgitter auch die kurzen Streifen (ab etwa 1 m Länge) mit der vollen Tonnage stapeln. Hierfür wurden die Zweifach-Hubscheren verstärkt und besonders weit außen angeordnet.

Die seitliche Verfahrung erfolgt millimetergenau auf einem Unterbau mit Linearführungen. Die Bewegung wird servoelektrisch ausgelöst und über Kette auf zwei Kugelrollspindeln übertragen. Eine absolute Positionierachse verbindet dies steuerungstechnisch mit der gewünschten Produktion.

Ein ›Zwischenresümee‹

Benjamin Schwabe, CEO der Sheet Metal Fans, resümiert: »Diesen teilweise gefährlichen und insbesondere unwirtschaftlichen Anlagenteil zu automatisieren, lag den Männern von Lichtgitter besonders am Herzen. Das Handling der Streifen, die aufgrund des ungünstigen Länge-Breiten-Verhältnisses ziemlich ›labberig‹ ausfallen, zeigt sich eben auch einfach problematisch. Wir hatten schon mit der Ursprungsanlage aus 1992 vor, dies anzugehen, haben die Sache damals aber nicht realisiert. Lichtgitter selbst hat einige Versuche unternommen, die aber alle nicht die gewünschten Ergebnisse geliefert haben.« Er fährt fort: »Wir wollen damit nicht sagen, dass wir vor 20 Jahren auch 20 Jahre weniger innovativ waren; das Gegenteil beweist eine Vielzahl erfolgreicher Projekte. Dennoch hat in diesem Fall die ›Gewöhnung an das Außergewöhnliche‹, das Jahrzehnte lang ›geübte‹ Denken über den Tellerrand hinaus sicher mit dazu beigetragen, dass wir Lichtgitter eine besonders wirtschaftliche Lösung präsentieren konnten.« (Anmerkung der Redaktion: Apropos Jahrzehnte: Die Sheet Metal Fans werden dieses Jahr 50!)

Hochkantrichten

Da für die Gitterroste meist recht schmale Bänder benötigt werden, kann die Säbelbildung zum Problem werden. Letztere ist trotz aller Erfahrung im Lichtgitter-eigenen Längsteilbetrieb nicht ausschließbar. Dafür bietet die GSW-Anlage eine Hochkant-Richtstrecke mit drei Achsen. Drei verschiedene Richtsätze können Blechdicken von 1,7 bis 5,0 mm begradigen. »Für eine prozesssichere Aufstapelung der teilweise sehr langen Streifen ist eine exakte Parallelität sehr wichtig«, so Projektleiter Klaus Walter.

Vorschubanlage – am liebsten kompakt

Der Coilabwickel-, Vorschub- und Richtprozess wird GSW-typisch kombiniert und damit sehr kompakt gestaltet. So bilden diese drei Vorgänge innerhalb der Coilabroller-Vorschubrichtmaschine eine Einheit: Das Coil steht auf angetriebenen Muldenwalzen und wird so vom Außendurchmesser her sehr krafteffizient bewegt; es können bis zu 1900 mm große Coils mit einem Maximalgewicht von 2,5 t geladen werden. Ein schwerer Andrückarm mit hydraulischer Zustellung und hydraulisch angetriebener Rolle erleichtert Bandeinfädelung und mögliches Rückwickeln. Das Richtwerk verfügt über neun Richtrollen und zwei Zugwalzen mit 80 mm Durchmesser. Um die großen Querschnitte (maximal 250 x 6 mm) zu bewältigen, ist der Richtkopf verstärkt, öffnet und schließt hydraulisch und stellt auch die obere Zugwalze hydraulisch zu. Letzteres geschieht im Übrigen feinjustierbar mit Regelventil, um bei dünnen Bändern ein Auswalzen sicher zu verhindern; gleichzeitig werden schnittgratbehaftete Bänder so gezielt zentral transportiert. Ein 11-kW-Servomotor in Verbindung mit einem Längenmesssystem sorgt für kraftvollen, millimetergenauen Vorschub.

Am Auslauf der Coilabroller-Vorschubrichtmaschine befindet sich der nicht angetriebene Hochkant-Richtapparat, durch den die Bänder also geschoben werden.

Hydraulisch Stanzen

Es folgt die Stanzeinheit mit vier Stanzbügeln und zentraler, seitlicher Verstellmöglichkeit auf Linearführungen. »Damit wir den richtigen Kompromiss aus Flexibilität, Kosten und Ausbringung herstellen konnten, haben wir uns für diese vier Einheiten mit insgesamt sechs Rundloch- und neun Formlochwerkzeugen entschieden.« Achim Götz ist technischer Leiter und Wegbereiter für die neue Anlage bei Lichtgitter.

Er erklärt den Zusammenhang: »Wir haben eine Reihe von Flachprodukten für unsere Zauntechnik, die wir bis dato alle manuell mit den notwendigen Aussparungen versehen. Am liebsten hätten wir alle Produkte auf der GSW-Anlage hergestellt; einige sind aber so komplex, dass neben noch weiteren Stanzbügeln auch eine individuelle Verfahrbarkeit der Einheiten notwendig geworden wäre. Dies hätte den Kostenrahmen gesprengt und auch die Ausbringung gesenkt. Mit den vier Einheiten erschlagen wir ohnehin gut 80 Prozent der heute anfallenden Produkte.«

Ein heißes Messer durch die Butter …

Lichtgitter hat sich aber dennoch ein Hintertürchen offen gehalten und zwei Leerplätze mitgeordert, so dass bei zukünftig eventuell höheren Losgrößen die GSW-Anlage dennoch noch andere Teile stanzen kann.

Platzsparend im Maschinenständer integriert ist eine Schrott-Normkiste, die einfach per Stapler ein- und ausgeladen werden kann.

Der Stanzsektion folgt die schwere Trennschere, von GSW mit dem klassischen S für ›schwer‹ schon in der Typenbezeichnung (TSHS) mit ›Testosteron‹ versehen. Stephan Weißbeck, Konstruktionsleiter bei den Sheet Metal Fans: »Lichtgitters alte TSHS aus 1992 hatte schon eine enorme Leistung. Sie gehörte zu den ersten Maschinen meiner Karriere hier bei GSW und hat – so wie ich – auch schon über 20 Jahre ›gehalten‹ (lacht). Jetzt durfte ich die Maschine nochmals stärker bauen und mit erweiterter Technologie versehen.« Weißbeck spielt auf die im Maschinenständer verborgene Kinematik hin, die die abgelängten Streifen aus dem Scherenbereich auf den Stapeltisch drückt.

Die GSW-Trennscheren sind wegen ihrer Kompaktheit ein »Technologie-Exportschlager«, wie die Sheet Metal Fans es gerne bezeichnen. So greifen viele Anlagenbauer und Pressenhersteller gerne auf dieses Produkt zurück. GSW baut die Maschinen in pneumatischer und hydraulischer Ausführung von 60 bis 1600 mm Breite und für Banddicken von 0,1 bis etwa 12 mm.

Den Abschluss der Anlage bildet die schon beschriebene Aufstapelung mit einem 1 x 6 m großen Tisch mit 3 t Tragkraft.

›Intelligentes Leben‹ mit innovativen Steuerungskonzepten

Ohne unser Hirn als Schaltzentrale ist auch unser Körper, der in seiner Komplexität seinesgleichen sucht, ohne Bewegung, also leblos. Die Sheet Metal Fans lassen seit Jahren ihren Partner Jansen Antriebstechnik aus dem benachbarten Viersen ›Leben‹ in die Maschinen einhauchen. Diese Anlage erforderte dafür eine intensive Vorbereitung mit komplexen Programmierungen und Schrittketten. Benjamin Schwabe: »Es ist immer wieder ein großer Moment, wenn eine so große Anlage zum ersten Mal zu ›leben‹ beginnt. Dann ist die finale Antwort, ob die Ideen wirklich gut waren und alles konstruktiv richtig umgesetzt wurde, nur noch wenige Stunden entfernt.«

Für die Visualisierung wurde ein MP277-10-Key-Panel eingesetzt. Datensatzhaltung und Einbindung in das Unternehmensnetz Lichtgitters wurde über speziell geschriebene Skripte realisiert. GSW hat für komplexere Anlagen einen Baukasten mit standardisierten Visualisierungselementen (Menüfolgen) entwickelt. Diese konnten auch hier eingesetzt und effizient an die spezifischen Gegebenheiten dieser Anlage angepasst werden.

Die gesamte Ablaufprogrammierung wird von einer Siemens S7-300 verwaltet. Auch hier ist eine GSW-Baukastenstruktur angelegt, so dass sich das gesamte Steuerungskonzept von Hardwareplanung über Softwareerstellung bis Visualisierung durchgängig homogen zeigt. Die beiden Positionierachsen (Vorschubrichtmaschine und Querstapelung) wurden mit SEW-Antriebstechnik realisiert. Die spezifisch abgestimmte Applikation erlaubt eine möglichst geringe Belastung der S7 und somit kürzestmögliche Zykluszeiten.

Hermann Stengel, Geschäftführer von Lichtgitter in Stadtlohn, zieht das Fazit: »Mit diesem Anlagenkonzept, das wir gemeinsam mit GSW Schwabe entwickelt haben, steigern wir unsere Produktivität erheblich, senken die Kosten und verbessern gleichzeitig die Ergonomie des Arbeitssystems.«

Dem ist nichts hinzuzufügen.

Sheet metal fans since 1963

Die Leidenschaft der Familie Schwabe beginnt nicht erst mit dem Gründer Gerhard Schwabe. Sein Großvater fing 1914 eine Eisenhändlerlehre an. 1925 übernahm er als Geschäftsführer eine Eisenwarenhandlung, und bereits fünf Jahre später eröffnete er ein eigenes Geschäft in Witten an der Ruhr. 1960 stieg Gerhard Schwabe offiziell ein und baute den Vertrieb von Werkzeugmaschinen auf. Daraus entstand am 1. Juli 1963 die heutige GSW Schwabe AG. Anfang der SiebzigerJahre erfolgte dann der große Schritt vom Händler zum Hersteller. In Hüls bei Krefeld beginnt die Produktion eigener Maschinen. Der 1983 bezogene Standort Kempen wird der neue Hauptsitz der GSW. 2008 tritt die nächste Generation in die Fußstapfen des Gründers Gerhard Schwabe. Trotz der globalen Entwicklung bleibt die GSW Schwabe AG damit ein Familienunternehmen.

Erschienen in Ausgabe: 01/2013