Unterstützungssystem für die manuelle Montage

Automatisierte Fräsbearbeitung mit Industrierobotern - ein Transferprojekt mit der GIFAS ELECTRIC GmbH

Das Unternehmen

Seit mehr als 60 Jahren sorgt die GIFAS ELECTRIC GmbH dafür, dass der Strom auch auf Großbaustellen und Marktplätzen, in Sport- und Montagehallen, auf Festplätzen und in Messegebäuden sicher und zuverlässig fließt: Das Unternehmen mit Sitz in Neuss fertigt Unterflurverteiler, Transformatoren, Baustromverteiler und auch mobile sowie festmontierte Vollgummiverteiler. Dabei hat der Mittelständler den hohen Stellenwert der Digitalisierung erkannt und möchte in Zukunft verstärkt auf digitale Maßnahmen und höhere Automatisierung setzen – und zum Beispiel eine automatisierte Fräsbearbeitung einführen. Das Konzept hierzu hat Digital in NRW gemeinsam mit GIFAS entwickelt.

© GIFAS ELECTRIC GmbH

Hohe Varianz, großer Montageaufwand

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Christian Hesse ist technischer Leiter bei der GIFAS ELECTRIC GmbH © GIFAS ELECTRIC GmbH

Die Produktpalette des Unternehmens ist breit gefächert und individuell auf den Kundenkreisausgerichtet. Je nach Bedarf werden die aus Vollgummi gefertigten Gehäuse an die jeweiligen Anschlüsse und Steckdosen angepasst. „Unser technisches Büro legt im Monat rund 100 neue Produkte an“, erklärt Christian Hesse, Technischer Leiter bei der GIFAS ELECTRIC GmbH. „Die hohe Varianz ist eine echte Herausforderung und erfordert besondere Prozesse “.  Derzeit besteht der Montageaufwand, aus viel Handarbeit: Jedes Gehäuse wird präzise bearbeitet, gebohrt und gefräst, bevor die Steckdosen eingebaut und befestigt werden können. „Unser Ziel ist es daher, Teilprozesse zu automatisieren und den manuellen Aufwand zu minimieren“, so Herr Hesse.

Unternehmensbesuch gibt ersten Überblick

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Gestaltungsworkshop bei der GIFAS © Digital in NRW

Auf der Suche nach Anbietern, die Unternehmen auf diesem Weg begleiten, stieß die GIFAS ELECTRIC GmbH auf einen Bericht zur Arbeit von Digital in NRW. „Wir hatten gleich das Gefühl, das könnte passen“, blickt Christian Hesse zurück. „Es war inhaltlich das, wonach wir Ausschau gehalten haben.“ Im Rahmen eines Unternehmensbesuchs verschafften sich die Digitalisierungsexperten einen Überblick, schauten sich Produktionsprozesse und Fertigungsschritte detailliert an. Eines wurde dabei schnell deutlich: „Eine durchgehende Automatisierung der Montage war aufgrund der hohen Individualität der Produkte kaum zu stemmen“, erklärt Nicolai Hoffmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen und Projektkoordinator. Stattdessen empfahl Digital in NRW – Kompetenz für den Mittelstand die Automatisierung eines bei allen Varianten notwendigen Arbeitsschrittes: der Bearbeitungsprozess an der CNC-Maschine.

Mitarbeiter entlasten, Maschinenlaufzeiten erhöhen

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Deckel sowie Unterteil des Unterverteilers wiegen bis zu 10 kg © GIFAS ELECTRIC GmbH

„Zurzeit ist der Prozess an der Maschine, die Deckel und Unterteile von Vollgummiverteilern zu bearbeiten, mit viel manueller Arbeit verbunden“, erläutert Nicolai Hoffmann die Ausgangssituation. Die einzelnen bis zu 10 kg schweren Komponenten müssen von Hand ein- und umgespannt werden. Abhilfe schaffen könnte das gemeinsame Projekt: Industrieroboter sollen Mitarbeiter entlasten, Maschinenlaufzeiten erhöhen und vollautomatisierte Schichten fahren. Durch das Weiterverwenden der bekannten Standard-Siemens-Steuerungsumgebung kann sich der Werker voll auf die Bearbeitungsplanung konzentrieren. Die durchgehende Vernetzung der CAD/CAM Prozesskette trägt ebenfalls zum einfachen Umstieg von der 3-Achs auf die 6-Achs-Bearbeitung bei. Der Einsatz eines Roboters als Bearbeitungszentrum bietet dabei die Möglichkeit, ein großes Arbeitsvolumen bei geringen Investitionskosten bearbeiten zu können.

Versuche mit dem Werkstoff Gummi

Ein Projekt, das insbesondere mit einer Herausforderung verbunden war: „Die entscheidende Frage lautete, welche Anforderungen erprobte Industrieroboter für die spanende Bearbeitung von Gummi erfüllen müssen“, bringt es Nicolai Hoffmann auf den Punkt. Die Ausgangsbedingungen sind im Vergleich zu Handlingsaufgaben völlig anders: „Der Werkstoff Gummi ist sehr weich, verhält sich anfälliger gegenüber Schwingungen beim Fräsprozess und ‘schmiert‘, wenn er warm wird.“

Daher wurde in zahlreichen Versuchen im Aachener WZL nach der optimalen Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit gesucht, sechs Bauteile wurden mit verschiedenen Einstellungen bearbeitet. Die Ergebnisse besprach das Projektteam gemeinsam mit Vertretern der GIFAS ELECTRIC GmbH: „Gummi braucht keine so hohe Leistung beim Zerspanen. Die Prozesskräfte, die entstehen, sind nicht so hoch wie es bei metallischen Werkstoffen der Fall ist“, so Christian Hesse. „Wenn es möglich ist, unsere bereits bestehende Software und Programmierung auf den Roboter zu übertragen, ist dieser in der Lage, genauso zu arbeiten, wie eine CNC Maschine.“

Projektergebnis überzeugt

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Das Team von Digital in NRW beim Projektabschluss bei der GIFAS ELECTRIC © Digital in NRW

Vielleicht sogar auch besser: Denn er Einsatz von Industrierobotern hätte mit der 6-Achs- anstelle der aktuellen 3-Achs-Bearbeitung einen weiteren Vorteil. Während ein Unterteil auf der CNC-Maschine im Fräsprozesses bis zu drei Mal von Hand gedreht werden muss, kann der Roboter das Produkt flexibel von allen Seiten bearbeiten. „Das vereinfacht natürlich vieles und der Werker an der Maschine wird deutlich entlastet“, betont Andreas Overhamm, Leiter des technischen Büros bei GIFAS. Darum wird das mittelständische Unternehmen die Umsetzung des Konzepts nach dem Projektabschluss im Februar 2019 weitgehend prüfen und vorantreiben. „Jetzt werden wir uns im Führungskreis zusammensetzen und das weitere Vorgehen besprechen“, erläutert Christian Hesse. „Es ist gut möglich, dass wir die Maßnahmen zum Teil oder auch komplett im kommenden Jahr umsetzen: Die Entscheidung, mit Digital in NRW zusammenzuarbeiten, würde das Unternehmen immer wieder treffen. Andreas Overhamm: „Das Projektergebnis ist gut. Wir wissen, was wir im Rahmen der Digitalisierung machen können. und haben hierfür Eckdaten vorliegen. Darauf können wir aufbauen.“