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Technischer Abschlussbericht zur METAV 2012 vom 28. Februar bis
03. März 2012 in Düsseldorf
Effektives Ressourcenmanagement im Fokus der METAV
2012
Produktivität und Energieeffizienz als Innovationstreiber
Frankfurt am Main, 27. März 2012. – Infolge der derzeit guten wirtschaftlichen
Investitionsgüterentwicklung stand die METAV 2012 ganz im Zeichen von
Produktivität und Effizienz. Die Aussteller präsentierten neue und verbesserte
Lösungen, um sich ändernde Marktanforderungen zu bedienen. Industriezweige wie
die Luftfahrt und die Energietechnik beispielsweise stellen erhöhte Anforderungen an
die Gestaltung von Maschinen und Werkzeugen. Ziel ist die wirtschaftliche
Zerspanung von Sonderwerkstoffen, die hier vermehrt eingesetzt werden, wie Titanund Nickelbasislegierungen oder CFK-Werkstoffe. Ein wachsender Markt ist überdies
die Medizintechnik. Hier werden u.a. medizinische Implantate durch Mikrofräsen und
-bohren hergestellt. Die entsprechenden Maschinen müssen auch bei extrem hohen
Drehzahlen hochpräzise Verfahr- und Rundlaufeigenschaften besitzen. Die
Werkzeuge erfordern Schneidkantengestaltungen, die mikrometergenau abgestimmt
werden. Des Weiteren werden u.a. durch eine entsprechende Automation Lösungen
angestrebt, die eine Fertigung z.B. direkt in Arztpraxen durch fachfremdes Personal
ermöglichen.
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Nach wie vor steht unabhängig vom Anwendungsgebiet die Komplettbearbeitung im
Fokus. Auf neuen Bearbeitungszentren sind neben dem Drehen, Fräsen und Bohren
mittlerweile auch das Schleifen und Auskammern möglich. Werkzeugseitig werden
ebenfalls mehrere Bearbeitungsoperationen durch ein Werkzeug ausgeführt, z.B.
beim Bohren. Das Thema Energieeinsparung steht nicht nur hinsichtlich der
Werkstücke im Fokus. Auch bei der Konstruktion der Maschinen werden
Anstrengungen unternommen, den Energieverbrauch stetig zu verringern. Beispiele
sind die Rückführung der Bremsenergie der Spindel und der effektive,
bedarfsorientierte Einsatz von Nebenaggregaten.
Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen weiter im Fokus
Die Energieeffizienz von Maschinen ist insbesondere in der Automobilindustrie ein
wichtiges Kriterium für die Kaufentscheidung. Demzufolge ist Energieeffizienz ein
wichtiges Verkaufsargument für die Werkzeugmaschinenhersteller. Großes
Einsparpotenzial bieten in diesem Zusammenhang Hydraulikaggregate, die
beispielsweise für die Spann- und Antriebstechnik erforderlich sind. Diese
Komponenten arbeiten mittlerweile bereits vielfach auf elektromechanischer Basis.
Ein Maschinenhersteller wirbt mit einem hydraulikfreien Bearbeitungszentrum, bei
dem die Spannung von Werkstück und Werkzeug elektromechanisch erfolgt (GrobWerke GmbH & Co. KG, Mindelheim). Rückspeisefähige Antriebe und
reibungsreduzierte Lagerungen sind weitere Ansätze zur Reduzierung des
Energiebedarfs.
Auch in der Ausbildung, wo zu Lernzwecken konventionelle Werkzeugmaschinen
eingesetzt werden, werden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz
ergriffen. Unter dem Namen „E-Tim Sparsystem“ ermöglicht ein Hersteller den
Nutzern den bedarfsregulierten Einsatz von Nebenaggregaten und die Rückführung
von Bremsenergie in den Maschinenbedarf (Weiler Werkzeugmaschinen GmbH,
Emskirchen).
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Steigerung der Produktivität
Um die Produktivität zu erhöhen, sind die Hersteller bestrebt, möglichst alle
Bearbeitungsschritte bis zum fertigen Bauteil auf einer Maschine durchzuführen.
Neue Bearbeitungszentren erlauben Bohren, Drehen, Fräsen, Schleifen und
Auskammern in einer Aufspannung. Neue Werkzeuge ermöglichen neben
standardmäßigen Bohrverfahren zusätzlich das klassische Ejektor-Tiefbohrverfahren
in einer Aufspannung. Somit können komplexe Strukturen wie beispielsweise
Flugzeuglandebeine gefertigt werden (WFL Millturn Technologies GmbH & Co. KG,
Linz, Österreich).
Ein Hersteller von Tiefbohrmaschinen stellt auf der METAV 2012 die nach eigener
Aussage weltweit erste Tiefbohrmaschine vor, die gleichzeitig eine Dreheinheit
besitzt. Sie ermöglicht Tiefbohren und Drehen in einer Aufspannung. Die von ihrem
Grundaufbau konventionelle Tiefbohrmaschine zum Einlippentiefbohren wurde um
einen Werkzeugrevolver mit angetriebenen Werkzeugen erweitert. Die Steuerung
wurde entsprechend angepasst, sodass beide Verfahren nacheinander zum Einsatz
kommen können. Mit den angetriebenen Werkzeugen im Werkzeugrevolver lassen
sich zudem Bohren und Fräsen realisieren. Auf diese Weise können Querbohrungen
und Nuten in die Werkstücke eingebracht werden (Auerbach Maschinenfabrik
GmbH, Ellefeld).
Losgelöst von der Komplettbearbeitung hat die Effizienz der Maschinen zur
Steigerung der Produktivität oberste Priorität. Ein Hersteller von Schleifmaschinen
stellt eine Hochleistungsmaschine zum Plan- und Profilschleifen vor. Durch die
Verwendung hochpräziser Kugelgewindetriebe mit digitalen Antrieben werden
deutlich höhere Vorschubgeschwindigkeiten und Beschleunigungen realisiert.
Ergänzt wird dieses Konzept durch Linearführungen und leistungsstarke
Schleifantriebe. Eine so genannte Easy-Touch-Steuerung erleichtert die Bedienung
der Maschine (Blohm Jung GmbH, Hamburg).
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Die mannlose Fertigung, realisiert durch entsprechende CAD/CAM-Software, ist
infolge steigender Lohnkosten ein Dauerbrenner. So wird ein
Horizontalbearbeitungszentrum vorgestellt, das durch eine entsprechende Software
weitgehend unbemannt betrieben werden kann. Das Betriebsmittel ist modular
aufgebaut. In der Standardversion besitzt es zwei Paletten, es kann allerdings auf
sechs Paletten erweitert werden. Mit 220 Werkzeugplätzen ist eine hinreichende
Flexibilität bezüglich der Werkzeugvielfalt gegeben. Der Einsatz ist als 5-AchsBearbeitungszentrum, Drehmaschine mit Gegenspindel oder Drehautomat möglich.
Die integrierte Minimalmengenschmierung erlaubt des Weiteren die Umsetzung der
Trockenbearbeitung (Kadigo Werkzeugmaschinen & Zubehör Handels GmbH,
Wiesbaden).
Die Flexibilität einer Maschine wird neben den Bearbeitungseigenschaften von der
Größe des Werkzeugmagazins bestimmt. Ein Hersteller von Werkzeugmagazinen
zeigt ein neues, mobiles Magazinkonzept für Bearbeitungszentren. Die Werkzeuge
werden dabei in mobilen Containern gelagert, die je nach Bedarf an die Maschine
installiert werden können. Damit können die Werkzeuge, die für einen spezifischen
Prozess benötigt werden, schnell und effektiv zugeführt werden. Das System kann
beliebig und flexibel erweitert werden (Miksch GmbH, Göppingen).
Schwer- und Großzerspanung für die Energietechnik
Die Energietechnik ist ein Wachstumsmarkt für den Werkzeugmaschinenbau.
Sowohl im Offshore-Bereich als auch im Kraftwerksbau werden neue und effizientere
Anlagen gebaut. Die erforderlichen Komponenten, beispielsweise für
Windkraftanlagen sind allein durch ihre Dimensionen, eine große Herausforderung.
Ein Hersteller von Drehmaschinen stellt eine Horizontaldrehmaschine vor, die
Drehdurchmesser von bis zu 2 m und eine Drehlänge von bis zu 12 m bearbeitet. Mit
dieser Maschine werden beispielsweise Hydraulikzylinder gefertigt (Weiler
Werkzeugmaschinen GmbH, Emskirchen).
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Ein anderer Hersteller präsentiert eine Vertikaldrehmaschine mit einem
Drehdurchmesser von 2 m. Mit angetriebenen Werkzeugen ist eine effiziente
Bearbeitung von Großbauteilen möglich. Durch eine schwere Gusskonstruktion in
Kombination mit Flachführungen werden gute Dämpfungseigenschaften realisiert.
Dass diese Maschine als Standardmodell angeboten wird, unterstreicht die
Bedeutung der Schwerzerspanung (Doosan Infracore Germany GmbH, Langenfeld).
Für Sonderlösungen werden Dreh-/Fräszentren mit einem Durchmesser von bis zu
13 000 mm angeboten. Für Spitzendrehmaschinen stellt das gleiche Unternehmen
Lösungen mit einem Drehdurchmesser bis 3 000 mm bei Drehlängen bis 24 000 mm
und Werkstückgewichten von 100 t vor. Für Bohr- und Fräszentren werden
Fahrständerfräsmaschinen angeboten, mit denen Verfahrwege von 15 000 x 1 500 x
3 000 mm möglich sind. Mit einer Positioniergenauigkeit von 0,01 mm auf einer
Länge von 4 m sind hochpräzise Bearbeitungen durchführbar (Iberimex
Werkzeugmaschinen GmbH, Erkrath, Goratu Machinas Herramienta, Elgoibar,
Spanien).
Neue Konzepte zur Prozessüberwachung
Sicherheit im Bearbeitungsprozess zu gewährleisten, d.h. Bauteile stabil mit hoher
Qualität zu bearbeiten, sind Kernziele für Maschinenhersteller. Ein Konzept dafür ist
z.B. die Übertragung des Airbag-Prinzips aus dem Auto in die Werkzeugmaschine.
Hierbei wird eine 3D-Beschleunigungssensorik genutzt, um maschinenkritische
Situationen zu erkennen und umgehend darauf zu reagieren.
Im konkreten Anwendungsfall werden Schwingungen der Werkstückspindel beim
Schruppfräsen erfasst. Die aufgezeichneten Informationen geben dem
Maschinenbediener Hinweise für die Programmierung. In der Steuerung können bis
zu drei Grenzen definiert werden. Die erste Grenze beschreibt die erhöhte Belastung
für das Werkzeug, wenn der Verschleiß zu hoch ist. Der Vorschub wird reduziert. Bei
Überschreiten der zweiten Grenze ist die Belastung für eine sichere Bearbeitung
nicht mehr gegeben. Infolgedessen wird das NC-Programm gestoppt. Bei
Überschreiten der dritten Grenze ist es zu einer Kollision des Werkzeugs mit dem
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Werkstück gekommen. Im Normalbetrieb würde die Maschine im
Millisekundenbereich versuchen, ihre Geschwindigkeit beizubehalten und dadurch
Verformungen in der Hauptspindel verursachen, wenn die Steuerung keine
Kollisionsüberwachung vorsieht. Durch die Erfassung der Schwingungen mit dem
Beschleunigungssensor schaltet der Motor jedoch innerhalb von 2 ms ab. Das
System bietet somit die Möglichkeit, sichere Prozesse zu definieren und bei
Kollisionen Maschinenschäden vorzubeugen (Hommel CNC-Technik GmbH,
Possendorf).
Neue Kühlkonzepte als Schlüssel zum Erfolg bei der Zerspanung von
Sonderwerkstoffen
Die Zerspanung von Sonderwerkstoffen, wie Nickelbasis- oder Titanlegierungen, wird
bedingt durch die geringe Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffe durch hohe
Temperaturen bestimmt. Um die Bearbeitung wirtschaftlich durchführen zu können,
werden Alternativen zur konventionellen emulsionsbasierten Überflutungsschmierung
eingesetzt.
Ein in der Vergangenheit zielführendes Konzept ist die Hochdruckkühlung mit
Emulsion. Entscheidend für die Reduzierung des Werkzeugverschleißes ist die
Zuführstrategie und -menge des Kühlmediums. Ein Hersteller zeigt einen Halter mit
einem in Richtung Schneidkante ausfahrbaren Röhrchen, der speziell für diese
Bearbeitungsaufgabe konzipiert wurde. Die Konstruktion erlaubt einen
wirkstellennahen Austritt der Emulsion. Der Halter kann mit einem Kühlmitteldruck
zwischen 10 und 300 bar betrieben werden. Das Röhrchen ist auswechselbar. Durch
die Form und die Querschnitte der Austrittsöffnung der Düse kann der
Kühlmittelstrom und die Abdeckung der Schneidkante mit diesem Halter gezielt
variiert werden (Iscar Germany GmbH, Ettlingen).
Zur Umsetzung der Hochdruckkühlung werden geeignete Pumpen an der Maschine
installiert. Viele Maschinenhersteller rüsten ihre Maschinen mittlerweile
standardmäßig mit Pumpen mit einem Kühlmitteldruck von 50 bar aus. Für
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Sonderzerspanungsaufgaben kann die Verwendung höherer Drücke zielführend
sein. Ein Pumpenhersteller zeigt eine neue Schraubenspindelpumpe, die durch eine
spezifische Frequenzregelung sehr energieeffizient ist. Das Druckbegrenzungsventil
ist bei dieser Pumpe variabel ansteuerbar, so dass sich der Leistungsbedarf
unabhängig vom Druck im Vergleich zu einer konventionellen Pumpe um 53 Prozent
reduziert. Die vorgestellte Schraubenspindelpumpe kann Drücke von bis zu 200 bar
zur Verfügung stellen (K. H. Brinkmann GmbH & Co. KG, Werdohl).
Eine weitere effektive Kühlmöglichkeit bei der Zerspanung von Sonderwerkstoffen ist
die kryogene Prozesskühlung mit flüssigem Stickstoff. Ein Hersteller von
Werkzeugmaschinen präsentiert auf der Messe eine maschinenintegrierte Lösung.
Die Maschine ist dabei mit einem Tank ausgestattet, in dem der flüssige Stickstoff
mit einer Temperatur von -196°C gelagert wird. Über Ventile und vakuumisolierte
Leitungen wird das Kühlmedium durch die Spindel in den Bearbeitungsraum und
zum Werkzeug geleitet. Dort wird es direkt durch die Schneide zugeführt. In einer
Kavität, die sich hinter der Schneidkante befindet, erfolgt ein Wärmeübergang der
Prozesswärme in den Stickstoff. Durch Öffnungen in dem Werkzeug werden die
erwärmten Stickstoffmengen in gasförmiger Form in die Umgebungsluft abgegeben.
Durch dieses Prinzip wird das Werkzeug in unmittelbarer Nähe zu der Wirkstelle
gekühlt. Laut Herstellerangaben liegt der Verbrauch an Stickstoff bei ca. 0,1 bis 0,2
kg/min bei deutlicher Verschleißreduzierung im Vergleich zur
Überflutungskühlschmierung mit Emulsion (MAG IAS GmbH, Göppingen).
Verbesserungen bei den Maschinenkonzepten
Die kryogene Prozesskühlung zur Reduzierung des Werkzeugverschleißes ist nicht
für alle Bearbeitungsaufgaben von Sonderwerkstoffen zielführend. Zum Beispiel stellt
die Bearbeitung von spröden Materialien wie Keramiken den Anwender nicht nur
hinsichtlich des Werkzeugverschleißes, sondern auch der Bauteilqualität vor große
Herausforderungen. Das Material verfügt insbesondere über einen geringen
Widerstand gegen Risswachstum. Deshalb ist die Finishbearbeitung hier sehr
wichtig.
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Ein Verfahren, das diese Thematik weitgehend umgeht, wurde von einem
Maschinenhersteller vorgestellt. Bei „Laserturn“ handelt es sich um laserunterstütztes
Drehen. Durch einen Laser wird der Werkstoff lokal vor der Schneidkante erwärmt
und entfestigt. Dadurch kann der Werkzeugverschleiß reduziert und die
Oberflächenqualität stark verbessert werden.
Dieses Konzept, das auf einer Drehmaschine installiert war, kann auch für das
Laserstrahlhärten eingesetzt werden. Im späteren Einsatz können damit stark
beanspruchte Wellenbereiche (z. B. Lagersitze, Passfedern, ...) zur
Verschleißreduzierung martensitisch gehärtet werden. Mit diesem Verfahren sind alle
werkstoffspezifischen Härtegrade erreichbar (A. Monforts Werkzeugmaschinen
GmbH & Co. KG, Mönchengladbach).
Weiterentwickelte Werkzeuge zur Steigerung der Produktivität
Um die Effizienz bestehender Bearbeitungskonzepte zu erhöhen, werden auch die
Werkzeuge weiterentwickelt. Einlippentiefbohrwerkzeuge dienen zur Herstellung von
Bohrungen, die hohen Qualitätsanforderungen genügen. Anwendungsbeispiele sind
die Einspritztechnik in der Automobilindustrie oder das Bohren von Getriebewellen.
Ein Nachteil gegenüber Wendelbohrern sind die geringeren realisierbaren
Vorschubwerte. Durch innovative „Highspeed“-Ausführungen kann dieser Nachteil
weitesgehend ausgeglichen werden. Spanformer mit einem stark positiven
Spanwinkel von größer 20° bewirken einen besseren Spanbruch sowie eine
Verringerung der Schnittkräfte. Mit den neuen Bohrern können fünf- bis sechsmal
höhere Vorschübe gefahren werden als mit konventionellen
Einlippentiefbohrwerkzeugen (TBT Tiefbohrtechnik GmbH + Co, Dettingen).
Unter dem Namen „Safe-Lock-System“ werden Fräswerkzeuge ausgestellt, die eine
Auszugssicherung besitzen. In den Werkzeugschaft werden schraubenförmige Nuten
eingeschliffen. Mitnehmer, in die Werkzeugaufnahme integriert, verhindern beim
Hochleistungsfräsen, dass das Werkzeug aus der Aufnahme herausgezogen wird.
Zur höheren Prozesssicherheit kommt eine doppelt so lange Standzeit und eine um
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durchschnittlich 30 Prozent höhere Produktivität hinzu (Haimer GmbH, Igenhausen;
Wollschläger GmbH & Co. KG, Bochum).
Luftfahrt und Energietechnik, beides Wachstumsmärkte, stellen bedingt durch die
Konstruktionswerkstoffe neue Anforderungen an die Werkzeuge. Die hohe
Warmfestigkeit von Nickelbasislegierungen wie Inconel 718 begründet den Einsatz
als Konstruktionswerkstoff für den Turbinenbau. Hohe Warmfestigkeit verschlechtert
allerdings die Zerspanungseigenschaften und erfordert daher neue Entwicklungen
auf der Werkzeugseite. Ein Werkzeughersteller stellt abgestimmte Bohrwerkzeuge
mit einer neuen Beschichtung vor, die explizit auf die Verschleißproblematik beim
Bohren von Inconel 718 abgestimmt sind. Dieser Ratiobohrer-Typ RT 100 HF stärkt
insbesondere die Prozesssicherheit und Leistungsfähigkeit. Die robusten
Schneidengeometrien sind so ausgeführt, dass sehr geringe Wärmebelastungen
auftreten. Die ebenfalls explizit für den genannten Anwendungsfall entwickelte
Signum-Schicht ist durch ihre hohe Warmverschleißfestigkeit und ihren hohen
Diffusionswiderstand äußerst verschleißbeständig. Der Bohrer ist für die Bohrtiefen
3xD, 5xD und 7xD mit einer Innenkühlung ausgeführt. Bei einer Bohrtiefe von 3xD
kann alternativ auf eine Innenkühlung verzichtet werden (Gühring oHG, Albstadt).
Erleichterung beim Toolmanagement
Die Verwaltung von Werkzeugen, die sich im Unternehmen in Umlauf befinden, ist
ein weiterer Angebotsschwerpunkt von Werkzeugherstellern und Spezialisten für
Toolmanagement. Ein Werkzeughersteller stellt dabei die Flexibilität seiner
Werkzeugausgabesysteme in den Vordergrund. So ist das System modular
erweiterbar und kann an veränderte Fertigungsstrukturen in Unternehmen
problemlos angepasst werden. Die Ausgabe wird durch eine Software kontrolliert.
Überdies bietet das System zahlreiche Auswertungs- und Berichtsmöglichkeiten.
Diese Lösung kann auch für mehrere Lieferanten gestaltet werden. Damit ist die
Lagerverwaltung von Prüfmitteln, Montagewerkzeugen und Verbrauchsmaterialien
möglich. Durch die Onlineanbindung des Systems sind Werkzeuge permanent
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verfügbar bei reduzierten Kosten für die Werkzeugverwaltung (Gühring oHG,
Albstadt).
Das Toolmanagement kann auch erleichtert werden, indem die Werkzeugvielfalt
reduziert wird. Die Werkzeughersteller bieten dabei Lösungen für das Fräsen an, bei
denen spezifische Wendeschneidplatten für verschiedene Fräswerkzeuge verwendet
werden können. Ein Hersteller präsentiert ein Wirkelement, das sowohl für Planfräser
unter 45° als auch unter 60° Einstellwinkel eingesetzt werden kann. Auch für
Eckfräser (90°) und Hochvorschubfräser (15°) können diese „All for One“Werkzeuge genutzt werden (Ingersoll Werkzeuge GmbH, Haiger).
„Simply Coloured“ – unter diesem Motto hilft ein Werkzeughersteller dem
Maschinenbediener, sich bei der Werkzeugauswahl besser zu orientieren. Die
Werkzeuge, in einem ersten Schritt Wendeschneidplatten für das Drehen, sind hierzu
am Spannloch und an der Schneidkante gelb, rot oder blau markiert. Die farbliche
Codierung des Spannloches gibt an, in welche Anwendungsklasse das Werkzeug
klassifiziert werden kann. Die Farbe der Schneidkante definiert, aus welchem
Schneidstoff das Werkzeug besteht. Auf diese Weise wird die Verwechslungsgefahr
bei der Wahl des Werkzeugs stark eingeschränkt. Des Weiteren wird der Einsatz
einer Schneidkante durch das Ablösen der Farbbeschichtung eindeutig erkannt.
Einsatzgebiete für dieses einfache, aber innovative Konzept finden sich
beispielweise in der Automobilindustrie, wo standardisierte Werkzeuge eingesetzt
werden (ZCC Cutting Tools Europe GmbH, Düsseldorf).
Innovative Spannmittel und -prinzipien
Die Effizienz eines Zerspanprozesses kann durch die Beschaffenheit der Spannmittel
gezielt beeinflusst werden. Leichtbauspannfutter aus CFK sparen bei gleichen
Leistungsdaten und Kraftverhältnissen 50 bis 60 Prozent an Gewicht. Durch die
geringere Masse kann die Spindel schneller beschleunigen. Das wiederum verkürzt
die Produktionszeiten (Hainbuch GmbH, Marbach).
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Damit der Prozess sicher bleibt, muss die Spannkraft regelmäßig überprüft werden.
Neue Spannkraftmesser übermitteln die Daten via Bluetooth an einen Messrechner.
Auf diese Weise können sie in einer Fertigung für jede Maschine übersichtlich
archiviert werden (Hainbuch GmbH, Marbach).
Das präzise Spannen von kleinen Bohrern ist für die Prozesssicherheit von großer
Bedeutung. Neue Hydrodehnspannfutter eines Werkzeugherstellers für Bohrer mit
einem Durchmesser von 2 bis 5 mm erlauben eine schnelle, hochgenaue und direkte
Spannung der Werkzeuge mit einer hohen Spannkraft. Durch diese Spannung wird
die Handhabung vereinfacht und eine schnelle Längeneinstellung ermöglicht. Der
Rundlauf ist mit kleiner 3 µm auch bei überlangen Futtern hochpräzise. Das neue
Spannfutter ist für alle gängigen Schnittstellen (HSK, SK, BT) erhältlich. Die in den
Hydrodehnspannfuttern gespannten Werkzeuge können mit Innenkühlung oder
sogar Minimalmengenschmierung eingesetzt werden (Gühring oHG, Albstadt).
Konventionell werden zylindrische Bauteile in einem Dreibackenfutter gespannt.
Insbesondere Rohre oder weichen Materialien können bei hohen Spannkräften stark
deformiert werden. Bei der Spannung zwischen mehr als drei Backen kommt es zu
einer Überbestimmung der Spannsituation. Eine Alternative bilden ausgleichende 6Backenfutter. Sie sind so konzipiert, dass jeweils zwei Backen eine Einheit bilden,
die pendelnd gelagert ist. Dadurch können auch verformungsempflindliche und
unrunde Bauteile sicher auf Drehmaschinen oder -zentren gespannt werden. Das
System ist für die Innen- und Außenspannung einsetzbar und liefert sehr gute
Rundlaufeigenschaften (HWR Spanntechnik GmbH, Oyten).
Steuerungen in der modernen Produktionstechnik
Die Zerspanung im modernen Produktionsprozess stellt hohe Anforderungen an die
Maschinensteuerungen. Ein Thema ist die Multitasking-Fähigkeit von Steuerungen.
Steuerungen können demnach mehrere Aufgaben parallel abarbeiten. Die neue
Sinumerik 840D sl eines Steuerungsanbieters beispielsweise wird zum Drehen,
Fräsen, Bohren Schleifen und Sägen eingesetzt. Solche Multitasking-Konzepte
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zielen darauf ab, die Abläufe in der Produktion zu beschleunigen. Mitarbeiter können
ohne Schulungsmaßnahmen an mehreren Maschinen eingesetzt werden (Siemens
AG, Erlangen).
Auch die bereits beschriebene Energieeffizienz von Maschinen muss
steuerungstechnisch umgesetzt werden. So bietet derselbe Hersteller für seine
Steuerungen eine Tastenkombination („Ctrl+E“) an, durch deren Betätigung der
Maschinenbediener in den Energiesparbereich gelangt. In diesem Menü kann die
bedarfsorientierte Nutzung der Nebenaggregate festgelegt werden (Siemens AG,
Erlangen).
Die gesamte Produktpalette weltweit präsentieren
Die mittlerweile globalisierte Kundenstruktur vieler Unternehmen stellt hohe
Anforderungen an die Datenverfügbarkeit. Beispielsweise geht es um den
problemlosen Aufruf von CAD-Dateien an beliebigen Orten. Eine neue Möglichkeit
eröffnet die Software „Glovius“. Sie kann CAD-Daten in komprimierter Form (wenige
kBits) mit einem „iPad“ aus dem Internet herunterladen. Das erlaubt eine
problemlose und spontane Darstellung von Komponenten beim Kunden. Große
Datenmengen von konventionellen CAD-Dateien werden also nicht mehr benötigt,
um die gesamte Produktpalette weltweit präsentieren zu können (Geometric
Technologies, Mumbai, Indien).
Zunehmender Einsatz von CAM-Systemen
In der Medizintechnik wird CAM für die spanende Fertigung beispielsweise von
Implantaten eingesetzt. Das Ziel ist die automatische Generierung eines NCProgramms anhand eines realen Bauteils. Am Beispiel der Medizintechnik bedeutet
dies, dass zunächst das geschädigte Gelenk oder der Zahn eingescannt wird. Aus
dem Scan wird eine CAD-Konstruktion generiert, anhand derer wiederum die NCBahnberechnung für die Fräs- und Schleifbahnen erfolgen kann. Diese Daten
werden an eine 5-Achs-Maschine weitergeleitet, die ein entsprechendes Implantat
fertigt. Die Berechnung der Daten zwischen Scan und Fertigung muss in der
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Medizintechnik automatisch erfolgen, da es sich bei den Bedienern um
Zerspanungslaien handelt (Geometric Technologies, Mumbai, Indien).
Unterstützung bei der effizienten Fertigungsorganisation
Produktivitätssteigerung hängt in der modernen Produktion nicht allein von den
Betriebsmitteln ab, sondern auch von der Fertigungsorganisation.
Produktionsmanagementmethoden gemäß dem Toyota-Produktionssystem
gewinnen daher auch für kleine und mittlere Unternehmen an Bedeutung. Die
Einführung eines Pull-Prinzips mit Hilfe von Kanban-Karten oder ein
unternehmensweiter kontinuierlicher Verbesserungsprozess sind zielführende
Instrumente für eine effektive Produktion. Ein Aussteller zeigt auf der METAV
Hilfsmittel für die Umsetzung solcher Prinzipien. Durch die Einführung von KanbanKarten ist klar ersichtlich, wann und welche Menge welcher Rohstoffe benötigt
werden. Auf KVP-Boards können Mitarbeiter ihre Verbesserungsvorschläge für
spezifische Prozesse oder die Organisation einbringen. Die Implementierung von
Gruppenarbeit in den Unternehmensalltag ist ein wichtiges Instrument zur
Bearbeitung von Problemstellungen in Teams. Hierfür bietet sich die Installation von
Gruppentafeln an, auf denen gruppenbezogene Daten festgehalten werden
(Weigang Vertriebs GmbH, Eibelstadt).
Sonderschau „Metal meets Medical“
Die Medizintechnik ist ein attraktiver Markt für Maschinen-, Werkzeug- und
Softwareanbieter, weil er keine großen Konjunkturschwankungen aufweist. Eine
Herausforderung besteht darin, dass die Produktionstechnik nicht nur in
fertigungstechnischen Fachbetrieben, sondern z.B. auch direkt in einer
Zahnarztpraxis eingesetzt wird.
Ein Maschinenhersteller präsentiert Dentalmaschinen. Diese erlauben durch
ansprechende Optik und Bedienung via eines abnehmbaren „Apple iPads“ den
Einsatz direkt beim Zahntechniker. Da auf der Maschine 5-AchsSimultanbearbeitungen mit großen Winkelgraden möglich sind, können komplexe
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Implantate nachgebildet werden. Die Maschine kann mit einem Blankwechsler für bis
zu acht Rohlingen (Blanks) ausgestattet werden. Damit kann sie mehrere Tage mit
automatischen Werkstückwechseln arbeiten. Durch eine integrierte
Minimalmengenschmierung können auch schwer zerspanbare Werkstoffe bearbeitet
werden (Datron AG, Mühltal).
Überdies wurden auf der Sonderschau Metal meets Medical Forschungsergebnisse
aus der Medizintechnik vorgestellt, die nicht explizit die Zerspanung betreffen. Ein
Beispiel sind CFK-Punktionsnadeln für Operationen im
Magnetresonanztomographen (MRT). Bei der Verwendung metallischer Instrumente
bilden sich so genannte Artefakte, welche die Bildqualität verringern. Dieses Problem
wird durch CFK-Punktionsnadeln vermieden. Aufgrund der guten mechanischen
Eigenschaften konnte eine Nadel mit drei Kanälen (für Endoskop, Laser und
Spülflüssigkeit) entwickelt werden, die einen Außendurchmesser von 1,2 mm hat
(Fraunhofer IPT, Aachen).
Des Weiteren waren Implantate ausgestellt, die durch Massivumformen hergestellt
wurden. Eine Prozesskette wird am Beispiel eines Hüftgelenks erläutert, das aus
einer Titan- oder Kobaltchromlegierung besteht. Der Hüftschaft wird beispielsweise
durch Gesenkschmieden gefertigt. Durch dieses Druckumformverfahren werden
hohe Festigkeiten und Sicherheiten bei dynamisch beanspruchten Teilen erzielt
(Fraunhofer IWU, Chemnitz).
Fachtagung „Produktionstechnik als Schlüssel für Elektromobilität“
Vor dem Hintergrund schwindender Ölreserven und der politisch geforderten CO2Minderung wurde auf der METAV das Thema Elektromobilität diskutiert. Eine
Fachtagung hat sowohl die strategischen als auch die fertigungstechnischen
Herausforderungen beim Umstieg auf Elektromobilität behandelt. Hier werden keine
Standard-elektromotoren genutzt, sondern Motoren, die im Hinblick auf Gewicht,
Effizienzgrad und Belastbarkeit den speziellen Anforderungen genügen müssen und
entsprechend konstruiert sind. Ein Hersteller von Maschinen zur Lackierung von
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Kupferdraht und Wickeln von Spulen stellte die Produktionsprobleme in diesem
Segment dar. Durch eine optimierte Wickelbreite werden die Packungsdichte und
damit der Leistungsgrad von Spulen verbessert. Der Anlagenbau für das Wickeln
solcher Spulen besitzt derzeit noch Projektcharakter (Aumann GmbH, Espelkamp).
Aus strategischer Sicht wurden die Schwierigkeiten bei der Elektromobilität
herausgestellt. So steigt das Gewicht des Automobils durch die Batterie um 84
Prozent. Das Batteriegewicht kann nur wenig reduziert werden, wenn die gleiche
Leistung gewährleistet wird. Daher müssen andere Fahrzeugkomponenten leichter
werden, wenn das Konzept wettbewerbsfähig sein soll. Dafür ist wiederum die
Produktionstechnik gefordert (Universität Siegen).
Sonderschau „Faserverbundwerkstoffe für den Leichtbau“
Der zunehmende Einsatz von Faserverbundwerkstoffen als Leichtbauwerkstoffe
wurde ebenfalls im Rahmen einer Sonderschau behandelt. CFK-Werkstoffe werden
beispielsweise im Energiebereich oder in Elektroautos eingesetzt. Für große
Windkraftanlagen werden größere Rotorblätter benötigt, die nicht allein aus GFK
gefertigt werden können. Um den Anforderungen gerecht zu werden, bieten sich hier
CFK-Verstärkungsgurte an. Bei den Elektroautos muss das zusätzliche Gewicht von
E-Motor und Batterie durch den Einsatz von Leichtbauwerkstoffen wie CFK
kompensiert werden.
Auf der Sonderschau „Faserverbundwerkstoffe für den Leichtbau“ standen die
Anforderungen an Maschine und Werkzeug im Vordergrund. Beispielsweise können
Bauteile durch Ausfransung oder Faserbruch beschädigt werden. Optimierte
Geometrien hingegen verbessern die Bauteilqualität und verringern gleichzeitig den
Werkzeugverschleiß. Für die CFK-Bearbeitung sind hierbei extrem scharfe
Schneiden zielführend. Ein Spezialwerkzeughersteller fokussiert insbesondere die
Weiterentwicklung der Hartmetallsorten. Sie können CFK kostengünstig bearbeiten
auch außerhalb der Luftfahrtindustrie (Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH,
Bobingen).
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Ein innovatives Verfahren zur optimierten Zerspanung von CFK-Werkstoffe ist die
hybride Bearbeitung. Ultraschallschwingungen verbessern die Fasertrennung. Des
Weiteren werden die Reibung und die auftretenden Werkzeugbelastungen reduziert
(IFW, Universität Stuttgart).
Fazit
Die Austeller der METAV 2012 fokussierten sich auf Produkte, die einen effektiven
Ressourcenumgang ermöglichen. Produktivität, Energieeffizienz und
Wirtschaftlichkeit waren dabei die Innovationstreiber. Aktuelle Themen, wie die
Bearbeitung neuer Konstruktionswerkstoffe, wurden in Sonderveranstaltungen
diskutiert. Auch zukünftige Herausforderungen, wie das wachsende Anwendungsfeld
Medizintechnik, die Elektromobilität und die Bearbeitung von CFK-Werkstoffen
wurden behandelt. Als Fazit lässt sich festhalten, dass die Werkzeugmaschinen- und
Zulieferindustrie die bestehenden Herausforderungen annehmen und Lösungen
dafür entwickeln.
Autor: Dipl.-Ing. Hendrik Abrahams, Institut für Spanende Fertigung, Technische
Universität Dortmund, Tel. +49 231 755 4859, E-Mail [email protected]
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