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Erstklassige Gesamtbilanz

29.06.2010: WFL Millturn Technologies

Pleuelstangen sind keine Bauteile, die man unmittelbar mit einer Drehmaschine in Verbindung bringen würde. Was jedoch WFL bei Caterpillar in Kiel(D) auf seinen Dreh-Bohr-Fräs-Zentren realisiert hat, macht sich für den Anwender mehrfach bezahlt.

Millturn heißt bei Caterpillar Drehen, Bohren, Tiefbohren und Fräsen: Die Pleuelstange ist im 2-Backen-Futter und in der Lünette gespannt, der erste Arbeitsgang ist das Messen der maßlich schwankenden Schmiederohlings zur Lageorientierung, Aufmaßbestimmung und Definition des Zentrums – der Funkmesstaster ist einwechselbar.

Millturn heißt bei Caterpillar Drehen, Bohren, Tiefbohren und Fräsen: Die...

Autor: DI Helmut Damm Prieser Strand, Skagerrakufer, Deichweg – direkt an der Kieler Förde und unweit des Nord-Ostsee-Kanals ist die maritime Industrie zuhause. Einen Steinwurf entfernt von der Lindenau Werft befindet sich das weitläufige Areal der Caterpillar Motoren GmbH, die 1997 aus der traditionsreichen Maschinenbau Kiel GmbH, kurz MaK, hervorgegangen ist. Mit Sicherheit stehen Teile der Gebäude unter Denkmalschutz. Wer jedoch die Hallentore passiert, steht mitten in einer modernen Hightech-Fertigung. Bis zu 1.000 kW pro Zylinder Mittelschnelllaufende Schiffsdieselmotoren sind seit jeher das Kerngeschäft. Von der größten Ausführung, einem 16-Zylinder-Motor mit 16.000 kW Leistung, werden seit Jahren u. a. vier Aggregate zur Stromerzeugung für die elektrischen Antriebe der Aida-Kreuzfahrtschiffe eingebaut. Haupteinsatzgebiet der Motoren ist jedoch die Marineschifffahrt – gefolgt von Anwendungen bei der Energieerzeugung in Kraftwerken. Ein Erfolgskonzept, an dem der amerikanische Konzern Caterpillar nach dem Zukauf der Kieler Motorenbauer bis heute festgehalten hat, ist die Eigenfertigung der Kernkomponenten der Motoren, zu denen auch die Pleuelstange gehört. 700 Mitarbeiter fertigen diese und einige weitere Komponenten und montieren sie mit zugekauften Teilen in der angeschlossenen Montage zu kompletten Großdieselmotoren. Dass die strategische Entscheidung der Inhouse-Fertigung aber kein Freibrief ist, das weiß André Obst, Zellenmanager innerhalb der Planungsabteilung für die Komponentenfertigung bei Caterpillar, nur zu gut: „Unsere Prozesse stehen kontinuierlich auf dem Prüfstand, was Qualität und Produktivität betrifft. Damit muss man sich in einem Hochlohnland abfinden. Wir arbeiten jedoch permanent daran, dass wir keinen Benchmark-Vergleich mit externen Anbietern scheuen müssen.“ Das Ohr stets am Puls der Zeit Trotz strenger Freigabe- und Dauertestverfahren im Fall von Bauteil- und Prozessveränderungen, sind bei Caterpillar die kontinuierlichen Optimierungsbestrebungen

Geschmiedete Pleuelstange mittlerer Größe ohne Deckel und Kopf: als fertigungstechnisch kritisch und besonders funktionsrelevant eingestuft, wird die Motoren-Kernkomponente ›Pleuelstange‹ ausschließlich Inhouse gefertigt – die Dreh-, Fräs-, Bohr- und Tiefbohrarbeiten erfolgen heute auf WFL-Millturn-Maschinen.

Geschmiedete Pleuelstange mittlerer Größe ohne Deckel und Kopf: als fertigungstechnisch...

in der Fertigung keinesfalls auf ›kosmetische Korrekturen‹ beschränkt. Dass eine kreative Neustrukturierung von Arbeitsabläufen, unter Nutzung moderner Maschinentechnik, erhebliche Potenziale freischalten kann, belegt das gemeinsame Projekt ›Dreh-Fräsen von Pleuelstangen‹ mit dem Linzer Werkzeugmaschinenhersteller WFL. Das aktuelle Programm an V- und Reihenmotoren wird mit vier verschieden großen Pleuelstangen von 1,2 bis 1,9 m Länge und 33 bis 600 kg Gewicht abgedeckt. Die geschmiedeten Rohlinge werden in zwei Teilen von den Schmieden angeliefert – Pleuelstange mit Kopf und montagebedingt separatem Deckel. Letzterer durchläuft auch gesondert die Zerspanung. Bis zur Inbetriebnahme der ersten WFL war der Bearbeitungsprozess der Pleuelstangen geprägt von sieben verschiedenen Aufspannungen – auf vier Maschinen, an unterschiedlichen Orten in der Halle. Damit verbunden war ein immenses, angesichts der Werkstückdimensionen besonders zeitintensives Teilehandling, ein nicht durchlauforientierter Materialfluss, raumgreifende Zwischenlager an den Maschinen sowie beachtliche WIP-Bestände (work in progress). Ein weiterer Malus waren die langen Durchlaufzeiten vom Eingang der Schmiederohlinge bis zur Anlieferung an die Montage von etwa drei bis vier Monaten. Eingeschlossen sind darin allerdings die anschließende Verschraubung der drei Komponenten durch einen Schlosser sowie die Feinstbearbeitung der beiden Lagerbohrungen zur Herstellung der wesentlichen Funktionsmaße. Das geht auch effizienter Mag es Zufall gewesen sein oder Vorsehung – als im Jahr 2004 bei Caterpillar die Zeichen auf Kapazitätserweiterung standen, klopfte Regional-Verkaufsleiter Romeo Adaˇci von WFL an die Pforten des Motorenbauers. Im Gepäck hatte er neben einer Basispräsentation über die Millturn-Werkzeugmaschinen des Linzer Maschinenbauers auch ein Video von der erfolgreichen Dreh-Fräs-Bearbeitung einer Pleuelstange. Das Interesse war bei den Kieler Zerspanungsexperten sofort geweckt. André Obst: „Die

Geordneter Materialfluss: Dank der Umstellung auf das Dreh-Fräsen geht es in der Fertigung bei Caterpillar, trotz der großen Bauteile, sehr aufgeräumt zu.

Geordneter Materialfluss: Dank der Umstellung auf das Dreh-Fräsen geht es in...

Kombinationsbearbeitung Drehen-Fräsen war für uns keineswegs Neuland. Auf einer voestalpine-Maschine hatten wir an kleineren Bauteilen seit Jahren erfolgreich mit dieser Technologie gearbeitet. Aber Bauteile in der Dimension einer Pleuelstange? Wir haben kurzerhand den Kollegenkreis versammelt und uns intensiv mit Herrn Adaˇci ausgetauscht. Wenige Tage später haben wir dann schon auf Geschäftsführerebene darüber diskutiert.“ Die Entflechtung des Prozesses durch eine Reduzierung der Maschinenwechsel versprach erhebliche Fortschritte. Statt der Investition in eine Drehmaschinen und ein BAZ stand der Kauf zweier WFL-Millturn-Maschinen im Raum. Parallel dazu wurden wie üblich zwei weitere Hersteller von Werkzeugmaschinen beauftragt, Gesamtkonzepte für die Bearbeitung von Pleuelstangen auszuarbeiten. Ein kompletter Prozess und umfassender Support „Die Komplettbearbeitung großer und komplexer Bauteile auf einer Maschine ist die Kernkompetenz von WFL“, erklärt Romeo Adaˇci. „Wir erarbeiteten Caterpillar ein Gesamtkonzept inklusive Spannmittel, Werkzeuge und NC-Programme. In diesem Fall war es erfahrenen Kollegen wie Helmut Lechner zu verdanken, dass wir schlussendlich erfolgreich waren. Die Idee, den Pleuelstangenkopf direkt auf der Millturn abzutrennen, hat wesentlich zur Erhöhung der Gesamteffizienz beigetragen.“ Nach dem Abtrennen und der Entnahme des Kopfes aus der Maschine kann die Trennfläche an der Stange fertiggestellt werden. Der heutige, effizientere Dreh-Fräs-Prozess auf mittlerweile vier Millturn-Maschinen – davon drei M120 und eine M65 – beinhaltet nach dem Messen und Zentrieren alle Dreh- und Fräsoperationen sowie das Abtrennen des Kopfes auf einer Maschine. Die Gesamtbilanz spricht für sich Unter den Wettbewerbern präsentierte WFL das überzeugendste Gesamtkonzept. André Obst: „Die detaillierte Ausarbeitung erfolgte in vorbildlicher Abstimmung mit unseren Experten. Nach der Vorabnahme im Lieferwerk und der Endabnahme hier vor Ort hat uns WFL zwei Mitarbeiter vorübergehend abgestellt, die gemeinsam mit unseren Bedienern die Prozesse eingefahren haben. Unsere Kollegen von der Instandhaltung wurden im Vorfeld geschult, sodass wir nur im Ausnahmefall auf den Service von WFL zurückgreifen müssen. In diesen Fällen wurde uns ebenfalls vorbildlich geholfen.“ Infolge der konzeptbedingt weniger stabilen Spannung über die Bauteillänge hinweg, mussten die reinen Zerspanungsparameter gegenüber dem vorherigen Ablauf etwas reduziert werden. In Summe jedoch hat sich die Durchlaufzeit für die Zerspanung in etwa halbiert, die Bestände wurden nachhaltig reduziert, der Aufwand für das Teilehandling minimiert. Auch konnte mittlerweile, dank Dreh-Fräsen, die Fertigung fließgerecht angeordnet werden – die Transparenz ist nachhaltig verbessert. Geringere Rüstaufwendungen, qualitativ sicherere Prozesse dank Fertigung in einer Spannung und der Verzicht auf Sonderspannmittel sind weitere Pluspunkte. „Die Verschmelzung der Arbeitsschritte auf den Millturn-Maschinen war der entscheidende Schritt für eine wirtschaftlichere Fertigung“, so das Fazit von André Obst.

Geordneter Materialfluss: Dank der Umstellung auf das Dreh-Fräsen geht es in der Fertigung bei Caterpillar, trotz der großen Bauteile, sehr aufgeräumt zu.

Vorher-Nachher: Im Anlieferungszustand ist der Kopf noch fester Bestandteil der geschmiedeten Pleuelstange. Für die Montage auf den Kolbenbolzen muss der Kopf abgetrennt werden. Dieser Arbeitsgang erfolgt dank einer pfiffigen Idee auf den WFL-Millturn-Maschinen.

Bericht in folgenden Kategorien:
CNC-Drehmaschinen, Bearbeitungszentren allgemein, Dreh-Fräszentren, Komplettbearbeitung

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