Lernfeld 13 · Prüfung Teil 2

Serienfertigung und Automatisierung

Serienfertigung und Automatisierung: Taktzeit, Drehautomaten, Stangenlader und Roboter, Sensoren, Spannzylinder, Rüstzeit nach SMED und kritische Stückzahl.

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Darum geht es

In der Serie werden viele gleiche Teile wirtschaftlich und gleichbleibend gefertigt. Die Organisationsform reicht von der Werkstattfertigung mit gleichartigen Maschinen über Fertigungsinseln für Teilefamilien bis zur Fließfertigung, bei der alle Stationen an einen Takt gebunden sind. Die Taktzeit ergibt sich aus der nutzbaren Arbeitszeit geteilt durch den Bedarf; die langsamste Station bestimmt, ob er erreicht wird.

Für Drehteile in großen Stückzahlen gibt es Drehautomaten. Beim Langdrehautomaten verfährt der Spindelstock, das Material läuft durch eine Führungsbuchse, so entstehen lange, schlanke Teile genau. Beim Mehrspindeldrehautomaten bearbeiten alle Spindeln gleichzeitig; nach jeder Schaltung der Trommel fällt ein Teil, der längste Arbeitsgang bestimmt den Takt. CNC-Maschinen werden mit Stangenlader, Roboter und Teilespeicher, Messsteuerung und Schwesterwerkzeugen automatisiert, bis hin zu mannlosen Schichten. Dann sind Werkzeugbruchkontrolle, sicherer Spanbruch und bei Schneidöl eine Löschanlage Pflicht.

Vorrichtungen spannen pneumatisch oder hydraulisch. Die Kolbenkraft folgt aus Druck, Fläche und Wirkungsgrad; beim Einfahren wirkt nur die Ringfläche. Sensoren melden Lage und Zustand: induktive für Metall, kapazitive für fast alle Stoffe, Magnetfeldsensoren für die Kolbenstellung, Druckschalter für den Spanndruck. Das Rüsten verkürzt man nach SMED, indem alles, was bei laufender Maschine geht, vorher erledigt wird. Ob sich ein Automat lohnt, zeigt die kritische Stückzahl.

Das solltest du dir merken

Taktzeit ist nutzbare Zeit geteilt durch Bedarf.
Beim Einfahren zählt die Ringfläche ohne Kolbenstange.
Ohne Freigabe des ersten Teils startet keine Serie.
Externes Rüsten bei laufender Maschine spart Stillstand.
Über der kritischen Stückzahl lohnt sich das Verfahren mit höheren Fixkosten.

Formeln

Taktzeit: $t_{T} = \frac{T _{n u t z}}{Q}$; $T_{n u t z}$ nutzbare Arbeitszeit, $Q$ Bedarf an Teilen im selben Zeitraum
Kolbenkraft beim Ausfahren: $F = p \cdot \frac{π \cdot D ^{2}}{4} \cdot η$; $p$ in N/mm² (1 bar = 0,1 N/mm²), $D$ Kolbendurchmesser in mm, $η$ Wirkungsgrad
Kolbenkraft beim Einfahren: $F = p \cdot \frac{π \cdot ( D ^{2} - d ^{2} )}{4} \cdot η$; $d$ Durchmesser der Kolbenstange in mm
Kritische Stückzahl: $m_{k r i t} = \frac{K _{f 2} - K _{f 1}}{k _{v 1} - k _{v 2}}$; $K_{f}$ Fixkosten je Auftrag, $k_{v}$ variable Kosten je Stück der beiden Verfahren

Typische Fehler in der Prüfung

Arbeitszeit in Stunden nicht in Sekunden umgerechnet.
Beim Einfahren mit der vollen Kolbenfläche gerechnet.
(D − d)² statt D² − d² für die Ringfläche eingesetzt.
Bar ohne Umrechnung in N/mm² in die Kraftformel eingesetzt.

Tipps aus der Werkstatt

Beim Pneumatikzylinder steckt die Prüfungsfalle im Einfahren: Dann wirkt nur die Ringfläche, also Pi durch 4 mal (D² − d²), nicht (D − d)². Und bei der Taktzeit die Arbeitszeit erst in Sekunden umrechnen: 16 Stunden sind 57 600 s, bei 2400 Teilen also 24 s je Teil.

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14 Aufgaben zu „Serienfertigung und Automatisierung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Zerspanungsmechaniker/-in, Lernfeld 13 (Organisieren und Überwachen von Fertigungsprozessen in der Serienfertigung). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.