Fräszentren helfen bei der Produktivitätsverdopplung

Beim bayerischen Fahrzeughersteller werden
die Karroserie-Werkzeuge stark montageorientiert entwickelt und gefertigt

Als einer von drei Standorten der BMW Group für den Werkzeugbau entwickeln und fertigen in München insgesamt 220 Mitarbeiter in enger Verzahnung mit der Entwicklungsabteilung die Werkzeuge für die Karosserie-Außen- und Strukturteile der neuen BMW Modelle. „Wir verstehen uns als Partner und Lieferant für die Technologien Umformen und Karosseriebau und bringen quasi das Design in Form“, erklärt Herbert Winkler, Leiter Mechanische Fertigung Werkzeuge im BMW Werkzeugbau München. Dazu gehört der gesamte Produktentstehungsprozess mit Planung, Prototypenbau, Engineering, mechanische Fertigung und Werkzeugaufbau. Den rund 80 Werkzeugmachern stehen dafür fünf große sowie etliche kleine und mittlere Fräsmaschinen zur Verfügung. Auf sechs Erprobungspressen mit bis zu 23.000 kN Presskraft werden die Werkzeuge getestet, bevor sie die Münchner in den Presswerken überall auf der Welt in Betrieb nehmen. Zusammen mit den Standorten Dingolfing und Eisenach stellt das Münchner Werk rund die Hälfte aller BMW-Werkzeuge selbst her. Die andere Hälfte fertigen Partnerunternehmen.
In den drei Standorten verlassen jährlich etwa 500 Werkzeuge mit durchschnittlich vier bis fünf Arbeitsfolgen pro Werkzeugsätzen die Fertigungshallen. Die Herstellungszeit der Werkzeugsätze hat sich in den letzten Jahren drastisch verkürzt, weil alle Prozesse viel besser ineinander verzahnt wurden. Außerdem sind nicht produktive Prozesse der mechanischen Fertigung von der Hauptzeit entflochten und in parallel laufende Einheiten ausgegliedert worden. Das betrifft nicht nur Rüst- und Spannvorgänge, sondern auch die Programmierung sowie die Werkzeugvoreinstellung und ist das Ergebnis des ständigen Optimierungsprogramms, das die Herstellung jedes der unterschiedlichen Module eines Werkzeuges betrifft. Hinzu kommt die Erhöhung mannarmer und mannloser Fertigungszeiten. „Ein ständiges Optimieren aller Prozesse ist uns inzwischen schon in Fleisch und Blut übergegangen“, schildert Herbert Winkler die Einstellung seines Teams zum kontinuierlichen Verbesserungsprozess. „Dass wir allerdings mit den zwei neuen Fünfachs-Bearbeitungszentren solche Effekte erreichen würden, hat uns dann doch überrascht, aber auch bestätigt“, so Winkler. Die zwei Fünfachs-Bearbeitungszentren Mikron HPM 1350U von GF Machining Solutions sind mit Werkzeugwechslern, Palettenmagazinen und Nullpunkt-Spannsystemen ausgestattet und tragen so im Rahmen der gesamten Optimierungsmaßnahmen maßgeblich dazu bei, dass sich die Produktivität bei der Fertigung von Kleinteilen innerhalb eines Jahres verdoppelt hat. Und die Steigerung wird auch 2014 weitergehen. Gleichzeitig konnte auch die Qualität aller Teile kontinuierlich gesteigert werden. Das ist auch notwendig, betont Winkler, denn im Gegensatz zu vielen anderen gibt es bei uns keinen Zwischen-Zusammenbau. Alle Teile müssen einbaufertig für die Werkzeugmontage in der Abteilung Aufbau und Inbetriebnahme angeliefert werden. Das von früher bekannte Fräsen im Zusammenbau gibt es heute nicht mehr. „Überhaupt hat sich das Bild des Maschinenbedieners stark geändert: Aus dem klassischen Fräser ist heute ein Fräsmanager geworden, der alle Prozesse, die damit zusammen-hängen, vom Ergebnis her verantwortet.“ Hinzu kommt, dass bei BMW die Werkzeuge stark montageorientiert entwickelt und gefertigt werden.

Fräszentren helfen bei der Produktivitätsverdopplung

Fünfachs-Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechslern, Palettenmagazinen und Nullpunkt-Spannsystemen.

Bei der Herstellung der kleineren Bauteile für ein Werkzeug hat man festgestellt, dass manche Teile für die Kleinmaschinen zu groß und für die Mittelmaschinen zu klein sind. Also suchte man für die Fertigung von Bauteilen wie Messer, Umformbacken, Hochheber, Warmumformschalen oder Schieber sowie Niederhalter und Stempel passende Bearbeitungszentren. „Wir haben uns für die Mikron HPM 1350U entschieden, weil sie im Benchmarking bei fast allen wichtigen Fakten Bestwerte versprochen hatten“, erklärt Jürgen Heinzer, der neben der Technischen Planung auch für die Beschaffung der Produktionsmittel verantwortlich ist.

In der Ruhe liegt die Präzision
Daniel Princip, Meister der mechanischen Fertigung des BMW Werkzeugbaus München, hat täglich mit den Maschinen zu tun. „Wir sind heute wesentlich flexibler, präziser und viel produktiver als früher. Die Maschinen lassen sich auf fast jede Fertigungssituation optimal einstellen.“ Die Modelle 1350U der Baureihe HPM (High Performance Milling) sind nach dem Fahrständerprinzip aufgebaut und zeichnen sich durch die Summe vieler einzelner Maßnahmen aus. So sorgt ein einteiliges, gegossenes Maschinenbett, das auf drei Grundfüßen steht, für einen sehr stabilen Grundaufbau. Der Tisch ist symmetrisch aufgebaut und die Führungen der X-Achse sind auf zwei Ebenen angeordnet. Das ergibt eine hohe Torsionssteifigkeit, vor allem, wenn schwere Werkstücke nicht zentrisch auf den Rundtisch aufgespannt werden können und dieser gedreht wird.
Bei BMW sind es häufig Aufspanntürme, denen die erhöhte Steifigkeit zugute kommt. Die Linearführungen haben darüber hinaus noch geschabte Auflageflächen, was zu einer sehr hohen Geometriegenauigkeit führt. „Maschinen, die über solche Grundeigenschaften verfügen, gehen selbst höchste Präzisionsanforderungen in aller Ruhe an“, verspricht Projekt- und Key Account Manager Michel Eder von GF Machining Solutions. Darüber hinaus können A- und C-Achse für Schruppbearbeitungen geklemmt werden, was die Stabilität und somit die Werkzeugstandzeit deutlich erhöht.

Mit leistungsstarken Komponenten ausgestattet
Leistungsstarke Hightech-Motorspindeln des Schweizer Tochterunternehmens Step-Tec von GF Machining Solutions sorgen schon im niedrigen Drehzahlbereich für ein hohes Drehmoment und drehen mit HSK Werkzeugschnittstelle bis 24.000 U/min. Der Schwenkkopf ist wie die Rundachse von Torque-Motoren direkt angetrieben und wassergekühlt. Dadurch ermöglicht die Maschine die simultane 5-Achs-Fräsbearbeitung. Alle Achsen sind dabei mit einem Direktmesssystem ausgestattet. Diese Komponenten schaffen eine hohe Präzision und Wirtschaftlichkeit im Dauereinsatz. Und der ist bei BMW auch angesagt. Beide Maschinen sind mit Werkzeugwechslern, bestückt mit je 92 Werkzeugen, ausgestattet. Paletten-Wechselsysteme mit je drei Paletten ermöglichen hauptzeitparalleles Rüsten. „So werden Nebenzeiten zu Produktionszeiten“, bekräftigt Eder. Und noch einmal Princip: „Unsere Maschinen laufen heute rund 22 Stunden täglich und damit fast sechsmal so lang wie noch vor fünf Jahren.“ Und dabei ist die Qualität der gefertigten Teile besser als vorher.

Fräszentren helfen bei der Produktivitätsverdopplung

Der Schwenkkopf ist wie die Rundachse von Torque-Motoren direkt
angetrieben und wassergekühlt.

Durch die große Steifigkeit der Maschinen ist beispielsweise die Oberflächenbeschaffenheit der Grundfläche an den Werkstücken nahe an den geforderten 80 Prozent Tragfähigkeit und erfordert nur noch eine halbe Stunde nachgelagerte Läpparbeit, wo früher drei bis vier Stunden manuelle Nachbearbeitung nötig waren. Angepasst sind die Maschinen an die bei BMW seit 2002 übliche Trockenbearbeitung. So wird die Druckluft auf 12 bar Druck aufbereitet und die Bearbeitungszone sowohl von innen über die Schneide als auch von außen luftgekühlt. Ebenso wurde der Späne-Abtransport an die Trockenbearbeitung angepasst. Hierzu wurde die Förderkette mit einem aktiven Schmiersystem ausgerüstet, weil der Kühlschmierstoff der Maschine nicht zur Verfügung steht.

Steigerung der Produktivität
Mit all diesen Funktionalitäten leisten die beiden Maschinen von GF Machining Solutions einen wichtigen Beitrag zur Produktivitätssteigerung bei BMW Werkzeug- und Anlagenbau München. Dementsprechend hat sich auch der Ausstoß erhöht. Wurden vor 2012 noch 770 Kleinteile jährlich gefertigt, waren es 2013 mit 1.550 Bauteilen mehr als doppelt so viele. Und für 2014 ist ein Output von 1.900 Teilen geplant. Herbert Winkler und Jürgen Heinzer ziehen ein positives Fazit: „Beim bisher erreichten Ergebnis unserer gesamten Optimierungsmaßnahmen haben uns die beiden Fünfachs-Bearbeitungszentren mit ihrer Leistungsfähigkeit, ihrer Präzision und ihrer Standfestigkeit positiv überrascht und unsere Kaufentscheidung eindrucksvoll bestätigt.“