014 Badarmatur
Grohe AG
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Anlagen-Retrofit ermöglicht mehr
Flexibilität und Effizienz beim Schleifen

Das Problem ist bekannt: die vor Jahren beschaffte Produktionsanlage arbeitet immer noch gut, aber die Wartungs- und Reparaturkosten steigen, die Flexibilität ist unzureichend und die Kapazitäten reichen eigentlich auch nicht mehr aus. Die Alternativen dazu lauten heute oftmals Verlagern der Produktion ins anscheinend immer billigere Ausland oder Investment in eine Neuanlage. Allerdings sollte auch die Option Anlagen-Retrofit geprüft werden, wie das folgende Praxisbeispiel zeigt.

Die Grohe AG bezeichnet sich selbst als weltweit führenden und Europas größten Hersteller von Sanitärarmaturen und belegt dies mit einem Marktanteil von rund 80 %. Das Unternehmen mit Sitz in Hemer beschäftigt in sechs Produktionsstandorten insgesamt 5.200 Mitarbeiter und diese erwirtschaften pro Jahr einen Umsatz von gut 939 Mio. Euro. Drei Produktionsstandorte sind in Deutschland und je einer in Portugal, Thailand und Kanada angesiedelt. Am Hauptsitz in Hemer sind etwa 650 Personen u. a. damit beschäftigt, pro Jahr bis zu 550.000 Einheiten an Waschtisch- sowie Bidet-Gehäusen der "Renner"-Produktlinie Eurodisc und künftig auch der Produktlinie Europlus herzustellen. Wegen der seit Jahren hohen und steigenden Stückzahlen werden die Armaturen-Gehäuse schon seit 1996 vollautomatisch auf einer Roboterstraße von SHL Automatisierungstechnik AG, Böttingen, in die SHL-Schleif- und Polieraggregate voll integriert sind, produziert. Der hohe Automatisierungsgrad und durchgängig auf ein Minimum reduzierte manuelle Hilfstätigkeiten sorgten bis vor Kurzem dafür, dass die Herstellkosten konkurrenzlos niedrig waren und weder von den anderen Grohe-Standorten noch von phasenweise beschäftigten Zulieferunternehmen unterboten werden konnten. Allerdings zeigten sich mit der Zeit wegen des hohen Nutzungsgrades, der u. a. auch in über 50.000 Roboter-Betriebsstunden zum Ausdruck kommt, des Öfteren Verschleißerscheinungen und höhere Instandhaltungs-Aufwendungen. Die geforderte Ausbring- bzw. Stückleistung wurde nun nicht mehr erreicht und die Reparaturkosten sowie die Stillstände summierten sich, so dass über eine zukunftsfähige Ersatzlösung nachgedacht werden musste. Erschwerend kam hinzu, dass seit dem Jahresbeginn 2006 die neuen Generationen Eurodisc und, wie schon erwähnt, ab 2007 zusätzlich so genannte Europlus WT-Gehäuse (Waschtisch-Gehäuse) auf dieser Fertigungslinie geschliffen und poliert werden sollten. Dabei zeigte sich schnell, dass durch die größeren Produkt-Dimensionen der Arbeitsaufwand noch höher sein wird. Doch damit der Forderungen noch nicht genug, denn durch komplexere Konturen mit engen Radien und Designlinien stand auch im Raum, diese anspruchsvollen Schleif- und Polierarbeiten eventuell sogar durch Handarbeit bewältigen zu müssen. Analysen und Berechnungen zeigten, dass die geforderte Stückzahl von jährlich ca. 547.000 Waschtisch- und Bidet-Gehäusen der beiden Produktlinien Eurodisc und Europlus auf der "alten" Anlage sicher nicht mehr gefertigt werden können.

Die Qual der Wahl: aus "alt" mach "neu" oder Verlagerung an andere Standorte?

Folgerichtig wurden verschiedene Modelle erstellt und gerechnet, wie die Anforderungen bezüglich Durchsatz, Produktvarianten, Nutzungs- und Anwendungs-Flexibilität, Effizienz, Bearbeitungsqualität, Wartungsaufwand und vor allem Produktivität und Wirtschaftlichkeit unter einen Hut gebracht werden können. Dazu äußerte sich Dipl.-Ing. Hartmut Holzmüller, Fertigungsplanung Oberflächentechnik bei Grohe AG wie folgt: "Zunächst einmal war klar, dass wir diese Produktion am Standort Hemer halten wollten. Deshalb wählten wir mit unserem bewährten Anlagenpartner SHL Automatisierungstechnik AG, Böttingen, einen neuen und eher unkonventionellen Weg, der unsere Forderungen und Wünsche genauso berücksichtigte wie das dafür zu tätigende Investment. Heraus kam dabei ein umfassendes Retrofitting-Projekt, nämlich die teilweise Nutzung vorhandener Komponenten der Altanlage und die Integration neuer und zusätzlicher Robotersysteme." Die neue Planung sah vor, einen älteren so genannten Polier-Rundtisch durch vier flexible Roboterschleifzellen zu ersetzen und diese an das bestehende Werkstückträger-Transfersystem anzubinden. Des Weiteren sollten vier schon bestehende 16 kg- (Schleifoperationen) und vier bestehende 30 kg-Industrieroboter (Polieroperationen) jeweils durch neue bzw. teilweise durch größere Roboter ersetzt werden, so dass anstelle der 30 kg-Robotel' neu 60 kg-Roboter zum Zuge kamen. Zu guter Letzt galt es für die Funktion "Abklären/Finish" noch eine weitere Roboter- Polierzelle zu installieren. Die automatische Oberflächenkontrolle mit Kamerasystem blieb vom Um- und Ausbau unberührt und nimmt wie zuvor am Anlagenende ihre Kontrollaufgabe wahr. Doch Hartmut Holzmüller und Dipl.-Ing. Jörg Tengler, Fertigungsplanung und Fügetechnik bei Grohe AG, gingen noch einen Schritt weiter und bezogen auch die mechanische Fertigung durch Bohren und Fräsen auf Doppelspindel-Bearbeitungszentren in den automatisierten Produktionsablauf mit ein.

Die Lösung: Retrofit plus Zusatzinvest für Kapazitäts- und Produktivitätsausbau

Dazu sagte Jörg Tengler: "Nach dem Kokillenguss kommen die Armaturengehäuse als loses Gut in Gitterboxen in den Bereich der mechanischen Bearbeitung. Die Werkstücke wurden früher von Hand in die Spannfutter der Bearbeitungsmaschine eingelegt und nach der Bearbeitung wieder abgelegt. Zwischendurch mussten die Teile in einer Waschmaschine entfettet werden. Heute dagegen haben wir zwei neue, automatisierte Bearbeitungszentren am Anfang der Produktionslinie für die Zerspanung der Gehäuse platziert und ziehen den ganzen Prozess der integrierten Fertigung vollautomatisch durch." Diese Verkettung der Prozesse wurde erst durch die Entwicklung und Implementierung der Trockenbearbeitung möglich, zumal auch die Entfettung entfallen konnte. Für den Teiletransport wurde dazu, in enger Zusammenarbeit mit den Anwendungs-Ingenieuren von SHL, ein Werkstückträger-Kreislaufsystem entwickelt, das mit dem automatisierten Aufsetzen von Leerplatten im Vorfeld der mechanischen Bearbeitung beginnt und mit dem manuellen Abnehmen der geleerten Werkstückträger-Paletten endet bzw. wieder von vorne beginnt. Der automatische Fertigungsprozess beinhaltet die Be-/Entladung der beiden Bearbeitungszentren durch zwei Industrieroboter, wobei die Werkstücke erst nach der Bohr-/Fräsbearbeitung auf die Palette gelegt werden. Nach dem Befüllen der Palette verfährt diese über das Werkstückträger-Transfersystem in den Bereich "Vorschleifen" , in dem nunmehr vier Roboterzellen die komplette Schleifbearbeitung durchführen.

Die Palette, die vom Steuerungssystem einer "freien" Roboterzelle zugeordnet wird, verbleibt dort solange, bis sie komplett abgearbeitet ist. Nach dem Vorschleifen fahren die Paletten in den Bereich Feinschleifen und Polieren. Hier sind insgesamt acht RoboterzeIlen aktiv. Dem Feinschleifen und Polieren folgt in einer weiteren Roboterzelle das schon angedeutete "Abglänzen", bevor per Kamera-Kontrolle die Palette bzw. die darauf befindlichen Fertigteile abschließend gecheckt werden. Jede Palette hat eine Codierung, was jederzeit eine Status-Kontrolle und Informationen zum Fortschritt der Bearbeitung erlaubt. Nach dem Abglänzen und der Schlusskontrolle kommen die fertigen IO-Werkstücke in ein Galvanik-Gestell und die leeren Paletten in einen Transportwagen. Die NIO-Teile dagegen kommen zur manuellen Nacharbeit und gelangen dann über einen Bypass wieder in den Transfer-Kreislauf "Feinschleifen/Polieren". Dasselbe gilt für NIO-Teile aus der Galvanik, mit denen nach dem Entchromen ebenso verfahren wird.

Anwendungs- und NutzungsFlexibilität gepaart mit hoher Produktivität und reproduzierbarer Qualität

Die Wagen mit den Leerpaletten werden manuell an den Anfang der Anlage gefahren und die Paletten dann in einer Ladestation von einem Roboter automatisch auf das Transfersystem bzw. die Rüstplätze gelegt. SHL Automatisierungstechnik AG hat als Generalunternehmer nicht nur die insgesamt 16 Roboter inklusive Greifersystemen und Steuerungen etc., sondern auch die neuen Schleif- und Poliereinheiten, die Paletten-Beladeeinrichtungen, die Paletten-Abstapeleinheit, die flexiblen Werkstückpaletten mit verschiedenen Werkstückaufnahmen, die Erweiterungen des Palettenförder- und Positioniersystems, die Sicherheitseinrichtungen und die gesamte Steuerungstechnik inklusive Software geliefert. Die Steuerung des gesamten Systems geschieht mittels übergeordnetem Industrie-PC' und mit visualisierter Oberfläche für eine schnelle Übersicht. Jeden Tag gehen rund 2.500 Armaturen-Gehäuse über die Anlage, wobei diese auch schon für die kommende Produktlinie Europlus vorbereitet ist. Die Taktzeit liegt bei 30 Sekunden und produziert wird im 18-Schichten-Modell (vier Schichten pro 24-Std.-Tag) durchgängig von Montag-Morgen 6.00 Uhr bis Sonntag-Morgen 6.00 Uhr. Für die Bedienung der gesamten Anlage inklusive dem Beschicken der Werkstückträger für die Bearbeitungszentren sind lediglich 1 Anlagenführer und 3 Bediener zuständig. Die gebotene Prozesssicherheit beim Spannen und Bearbeiten der Werkstücke gewährleisten integrierte Späne-Ausblas-Einrichtungen an den Spannbacken. Die beiden BALs sind mit Werkzeug-Überwachungssystemen ausgerüstet. Bei den Schleifbändern erfolgt der Austausch nach programmierten Erfahrungswerten. Nicht ohne Stolz erklärte Hartmut Holzmüller zum Schluss: "Durch dieses Retrofitting-Projekt konnten wir den Wettbewerb gegenüber den anderen Standorten klar gewinnen und uns dahingehend durchsetzen, ein volumenträchtiges Produkt in Hemer zu halten. Mit dem hohen Automatisierungsgrad und der deutlich gesteigerten Leistungsfähigkeit ist es uns gelungen, die Durchlaufzeiten für die Armaturen-Gehäuse von 3 Tagen auf nunmehr 10 Stunden zu reduzieren. Im System laufen 70 Werkstückpaletten, was uns eine gewisse Autonomie verleiht, so dass wir mit vier Personen die ganze Anlage fahren können und diese auch noch Zeit für andere Dinge haben. In enger Zusammenarbeit mit den Spezialisten von SHL Automatisierungstechnik haben wir hier technisch und wirtschaftlich eine sehr gute Lösung gefunden, die am Ende nur einen Teil einer neuen Anlage gekostet hat, so dass wir für das Investment trotz scharfem internen Wettbewerb doch die Genehmigung bekamen."