Herstellkostensenkung Vertikalstapler

Ausgangslage

Der Vertikalstapler hat die Aufgabe, die Kuverts, welche durch die Kuvertiermaschine vollautomatisch mit Dokumenten befüllt und verklebt werden, zuerst vertikal aufzustellen und anschliessend horizontal auf einer Auflage zu stapeln, damit die Briefumschläge für den Postversand von der Kuvertiermaschine entnommen werden können. Dabei werden bis zu 27'000 verpackte Umschläge pro Stunde von der Maschine verarbeitet, welche der Vertikalstapler unterbrechungsfrei bewältigen muss.

Damit das Modul für die Auftraggeberin - die Kern AG - auch zukünftig für die Firma rentabel bleibt und auch die Kunden von attraktiveren Preisen für die Maschine profitieren, sollen die Herstellkosten gesenkt werden, jedoch ohne dabei den bestehenden Funktionsumfang sowie dessen Qualität in irgendeiner Form zu dezimieren.

Vorgehen

Durch eine detaillierte Analyse aller Teilfunktionen und der aktuell eingesetzten Hardware, konnte bei den verbauten Servoantrieben und auch im modulinternen Steuerschrank das grösste Einsparpotential ausfindig gemacht werden, indem mithilfe einer gezielten Marktanalyse auf die neusten Antriebstechnologien der Industrie, eine Grundlage zur Konzeptionierung diverser Lösungsvarianten geschaffen wurde.

Aufgrund dieser Basis konnten drei Lösungsvarianten mit unterschiedlichen Antriebstechnologien konzeptioniert werden, aus dessen technischen und wirtschaftlichen Bewertung und unter Einbezug der jeweiligen Umsetzungsrisiken die beste Lösungsvariante identifiziert werden konnte. Anhand einer ersten eher konservativen Aufwand- und Einsparungsschätzung wurde prognostiziert, dass ca. zweieinhalb Jahre nach der Umsetzung die Entwicklungskosten bereits amortisiert sein sollten. Die Lösungsvariante basiert auf dem Einsatz dezentraler Antriebe, wobei Servoverstärker direkt im Motorgehäuse integriert sind, womit Platz im Steuerschrank eingespart wird.

Auf Grundlage dieser Lösungsvariante konnte ein Prototyp entworfen, berechnet und konstruiert werden, wozu neu hinzugekommene Teile anhand der erstellten Fertigungszeichnungen direkt bestellt wurden.

Somit konnte nun ein bestehender Vertikalstapler mit den neu gelieferten Teilen auf den Prototyp-Stand, welcher nebst den neuen Antrieben auch neu evaluierte Zahnräder und Zahnriemen beinhaltet, umgebaut und in Betrieb genommen werden.

Ergebnis

Nach dem erfolgreichen Umbau konnten die neuen Motoren parametriert und der Vertikalstapler in Betrieb genommen werden. Beim Produktionstest auf der Kuvertiermaschine konnten Umschläge bei voller Verarbeitungsleistung problemlos gestapelt werden. Zur Untermauerung der gelungenen Inbetriebnahme wurde der Vertikalstapler auch noch einem Stresstest unter paralleler Motor-Temperaturmessung unterzogen, wobei keine kritischen Bereiche festgestellt wurden. Somit war die Funktionalität gewährleistet, womit anschliessend der neue Steuerschrank designt werden konnte.

Zum Abschluss wurde nochmals die Bilanz zur effektiven Herstellkosteneinsparung gezogen, wobei eine Einsparung der Herstellkosten von über 7% relativ zu einem kompletten Vertikalstapler-Modul inkl. Verschalung ermittelt wurde.

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Ausblick

Aufgrund der erfolgreichen Umsetzung der Lösungsvariante, wobei umfassende Tests direkt an der Maschine die Machbarkeit bewiesen, aber auch vor allem wegen der ansehnlichen Herstellkostensenkung, hat der Leiter der Entwicklung direkt nach der firmeninternen Präsentation entschieden, dass die erarbeitete Gesamtlösung in die Serienproduktion umgesetzt werden soll.

Somit werden nun auf Basis des Prototyps die neuen Produktionsunterlagen fertiggestellt und freigegeben, wonach anschliessend der Einkauf, die Fabrikation sowie die Vor- und Endmontage auf die Produktion der neuen Generation des Vertikalstaplers umgestellt werden.

Die selbst gestellte Herausforderung 

Das Thema der Diplomarbeit wurde von mir selbst gewählt, da das Kernproblem firmenintern zwar bekannt war, aber bis jetzt nicht angegangen wurde. Dabei wollte ich nicht nur aufzeigen, dass Kostensenkungen auch ohne Einbüssen bei Qualität, Leistung etc. zu erreichen sind, sondern dies auch noch mit dem Prototyptest zweifelsfrei beweisen. Mit dem Schwerpunkt auf Antriebstechnik habe ich dabei eine Vertiefung gefunden, welche die erlernten Fähigkeiten aus der damaligen Ausbildung zum Automatiker EFZ und die beruflich aufgebaute Erfahrung, die erlernten Fachkompetenzen in dieser Weiterbildung zum Maschinenbautechniker harmonisch ergänzen. Dies löste die nötige Begeisterung für die selbst gestellte Herausforderung in dieser Diplomarbeit aus, was der Schlüssel zum erreichten Ergebnis war.