AMB zeigt Trends der Werkzeugmaschinenbranche
Industrie 4.0 und Effizienzsteigerung
Die Werkzeugmaschinenbranche sieht sich einer Vielzahl von Entwicklungen ausgesetzt, die die Investitionsentscheidungen ihrer Kunden beeinflussen. Neben den weiterhin dominierenden Themen Industrie 4.0 und Effizienzverbesserung geht es außerdem um die Themen: Hybridisierung der Maschinen, Software und IT-Sicherheit, zunehmende Intelligenz der Maschinenperipherie sowie die Simulation kompletter Bearbeitungsvorgänge. Antworten auf die komplexen Anforderungen liefert die AMB, die internationale Ausstellung für Metallbearbeitung, vom 16. bis 20. September 2014 in Stuttgart.
Das Thema Industrie 4.0 ist „vielschichtig und interdisziplinär“, zu diesem Schluss kommt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in der Strukturstudie „Industrie 4.0 für Baden-Württemberg“, die im Auftrag des Landes Baden-Württemberg durchgeführt wurde. Viele der Aussagen dürften generell gelten. So seien bereits für die rein technische Umsetzung neben Kompetenzen im Maschinen-bau auch Fähigkeiten in den Bereichen Elektrotechnik, Software, Informations- und Kommunikationstechnik erforderlich.
Für die Umsetzung auf organisatorischer Ebene müssten weitere Bereiche wie die Arbeitsorganisation einbezogen werden. Um Industrie 4.0 erfolgreich umzusetzen, müssten auch unternehmensnahe Dienst-leistungen, beispielsweise die technologische Entwicklung, die Einführung, die Instandhaltung oder der Service und die technologische Aufrüstung sowie nichttechnische Bereiche wie Schulung und Weiterbildung einbezogen werden.
Das stelle die Unternehmen, sowohl bei der Einführung als Anwender als auch als Anbieter, vor große Herausforderungen. Das Positive: Einzelne Unternehmen könnten sich hierdurch Wettbewerbsvorteile erarbeiten, beispielsweise durch eine höhere Produktivität, oder neue Alleinstellungsmerkmale durch weitere begleitende Dienstleistungen. Auch für Dr. Nils Schmid, stellvertretender Ministerpräsident und Minister für Finanzen und Wirtschaft des Landes Baden-Württemberg, ist das Thema Industrie 4.0 einer der Megatrends in der Produktion: „Es geht um die intelligente Zusammenarbeit verschiedener Branchen, die optimierte Wertschöpfungsketten und eine größere Ressourceneffizienz ermöglicht. Zentrale Themen sind hierfür neue Arbeitswelten, Sicherheit, Standardisierung und die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle.“
Das sehen die AMB-Aussteller ähnlich. So ist Holger Langhans, Director Walter Multiply der Walter AG in Tübingen, überzeugt: „Nur wer seine Produktion zum Mitdenken bringt, kann künftig die nötige Qualität, Flexibilität und Verfügbarkeit gewährleisten, um global wettbewerbsfähig zu sein. Wir arbeiten daher an Lösungen, die genau das ermöglichen.“ Dr. Niklas Kramer, Leiter Forschung und Entwicklung bei der Komet Group GmbH, Besigheim, sieht das Werkzeugmanagement der Zukunft in der Cloud: „Digitale und vernetzte Produktion bietet optimale Lösungsansätze. Die Crowd Intelligence ermöglicht neue Geschäftsmodelle für Werkzeuge und bildet einen Schlüssel für den Produktionsstandort Deutschland.“
Energieeffizienz: Erste Erfolge sind nur der Anfang
Die Anstrengungen, Energie effizienter einzusetzen, zeigen durchaus schon länger Erfolge. Zu diesem Schluss kamen bereits vor einigen Jahren die Experten des Zentrums für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW) in Mannheim. In einer Studie im Auftrag des Bundesumweltministeriums hatten sie ermittelt, dass sich die Energieeffizienz weltweit zwischen 1995 und 2007 um 18 Prozent verbessert habe. In den meisten Ländern, darunter auch Deutschland, hätten vor allem verbesserte Technologien dazu beigetragen.
Doch für die Produktionsforscher war das eigentlich nur eine Art Startschuss. So hat man sich dem Thema Energieeffizienz an der Technischen Universität Darmstadt schon seit Jahren verschrieben. Dort entwickeln mittlerweile Wissenschaftler die vom Bundeswirtschaftsministerium im Rahmen der Industrie 4.0-Hightech-Initiative der Bundesregierung geförderte „eta-Fabrik“. Interdisziplinär wird das Gesamtgebilde „Fabrik“ optimiert. Gebäude, technische Gebäudeinfrastruktur und Produktionsmaschinen sollen optimal aufeinander abgestimmt werden. So wird beispielsweise die Abwärme der Maschinen thermisch gespeichert, um die Energie räumlich und zeitlich versetzt wieder zu nutzen.
Beteiligt an dem Projekt sind unter anderem AMB-Aussteller wie die Bosch Rexroth AG, die Grob-Werke GmbH & Co. KG, die Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH, die MAG IAS GmbH und die Siemens AG. Geleitet wird das Projekt von Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele vom Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW), das mit seiner „PTW-Innovationstour Metallbearbeitung -Bei den Trends von morgen dabei sein“ - die Zukunft der Produktion auf der AMB vorführen wird.
Leichtbau: Auch im Maschinenbau ein Trendthema
Neben dem Blick auf das große Ganze sollte man jedoch nicht das Potenzial verkennen, das auch im Detail steckt. So hält beispielsweise der Leichtbau nicht nur in den Mobilitätsbranchen Einzug, sondern zunehmend auch im Maschinenbau. Und zwar immer dann, wenn es um hochdynamische Prozesse geht, bei denen große Massen möglichst schnell beschleunigt und wieder abgebremst werden müssen.
Ein schönes Beispiel hierfür liefert das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Dort entwickelte das wbk-Institut für Produktionstechnik einen neuen Leichtbauschlitten aus kohlen-stofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Er ist nicht nur deutlich leichter als seine stählernen Konkurrenten, sondern lässt sich vor allem durch Zufügen von Masse in seinem Schwingungsverhalten verändern, um das Eigenfrequenzverhalten zu beeinflussen und damit die Leistungsfähigkeit der Maschine zu verbessern. „Wir gehen davon aus, dass entsprechende Komponenten in rund fünf Jahren am Markt erhältlich sein werden“, betont wbk-Leiter Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer.
Bereits im Einsatz ist ein Leichtbaufutter von der Emuge-Franken GmbH & Co. KG aus Lauf an der Pegnitz. Konstruktionsleiter Friedrich Schmauß: „Als Materialmix kommen Karbon und Stahl zum Einsatz.“ Das Ergebnis ist beeindruckend: Das Gewicht sank in einem konkreten Einsatzfall von 460 auf 130 Kilogramm. Dadurch reduzierte sich der Energieverbrauch von 22.470 kWh auf rund 4000 kWh im Jahr. Zudem konnte die maximale Drehzahl fast verdreifacht werden. Damit folge man einer immer häufigeren Forderung der Kunden nach Leichtbaukomponenten, wie Vertriebsleiter Uwe Zoller erklärt: „Schon bei den Anfragen bekommen wir oft auch Gewichtsvorgaben bzw. die Kunden fragen uns, was ein Spannzeug für eine bestimmte Aufgabe wiegt.“
Skeptisch in puncto Karbon ist hingegen Markus Michelberger, Vertriebsleiter Spanntechnik bei der Schunk GmbH & Co. KG, Mengen. Er hält Verbundwerkstoffe bisher zumindest bei Drehfuttern noch nicht für stabil genug, um „die hohen statischen und dynamischen Belastungen gängiger Bearbeitungen so souverän aufzunehmen wie Drehfutter aus Stahl.“ Trotzdem speckt man auch bei Schunk ab. Michelberger: „Leichtbaudrehfutter aus gehärtetem Stahl minimieren den Energieverbrauch und überzeugen zugleich in puncto Sicherheit, Genauigkeit und Lebensdauer.“
Leichtbau wird auf der AMB auch im Rahmenprogramm eine wichtige Rolle spielen. So widmet die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart (WRS) gleich mehrere Vorträge den Themen Verbundwerkstoffe und Leichtbau in ihrer „Region Stuttgart Lounge“. Auch wird beispielsweise das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Auto-matisierung IPA zusammen mit der Universität Stuttgart über „Spanende Bearbeitung im Leichtbau“ berichten.
Weitere Vorträge wird es von der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg und der Allianz Faserbasierter Werkstoffe Baden-Württemberg e.V. (AFBW) geben. Die Vorträge finden vom 17. bis 19. September jeweils um 9.30 Uhr statt.
„i-Software“ erleichtert die Bedienung
Werkzeugmaschinen dringen zunehmend in neue Bereiche vor. Der Mühltaler Hersteller Datron AG schuf mit der D5 schon vor Jahren eine Maschine für den Einsatz im Dentallabor. Mittlerweile folgen weitere Werkzeugmaschinenhersteller diesem Vorbild. Aktuelles Beispiel: GF Agie Charmilles mit der Mikron HSM 200U, die ebenfalls auf den Medizinbereich und generell auf Hersteller von kleinen Präzisions-bauteilen wie in der Uhren- und Schmuckindustrie zielen.
Damit stellt sich aber zunehmend die Frage der Nutzerfreundlichkeit. Ein weiterer Aspekt: Nur in wenigen Regionen der Erde kann die stark exportorientierte deutsche und europäische Werkzeugmaschinenbranche mit ähnlich gut ausgebildeten Werkern wie hierzulande rechnen. Datron ging auch da voran: Die D5 wird über ein iPad von Apple bedient und nutzt auch deren App-basierte Bedienungsphilosophie. Sogenannte „i-Software“ im Stile von Apple ist in. Vor einigen Monaten stieg dann mit DMG Mori ein ganz Großer ein und präsentierte die neue Benutzeroberfläche „Celos“. DMG geht dabei aber noch deutlich weiter als Datron. Versprochen wird nicht weniger als eine Vereinfachung und Beschleunigung des gesamten Prozesses „von der Idee bis zum fertigen Produkt“.
Der eigentliche Nutzen ergibt sich aus verschiedenen Apps wie „Job Manager“ oder „Job Assistant“, die den Bediener an der Maschine beim netzwerk-integrierten Planen, Vorbereiten, Optimieren und systematischen Abarbeiten von neuen Fertigungs-aufträgen unterstützen. Christian Thönes, Vorstandsmitglied für Produktentwicklung, Technologie und Internationalisierung der Produktionsstätten der DMG Mori: „Auf der AMB sehen wir Celos an mehreren Maschinen und mit noch mehr als den zwölf Apps, die wir bereits bei der Vorstellung gezeigt haben.“
Hybridisierung: Von Allem das Beste kombinieren
Ein weiterer Trend ist die Kombination und Überlagerung verschiedener Verfahren in einer Werkzeugmaschine. Ein aktuelles Beispiel hierfür liefert die Maschinenfabrik Berthold Hermle AG, Gosheim, mit der MT-(Mill/Turn)-Technologie. Die CNC-5-Achsen-Hochleistungs-Bearbeitungszentren C 42 U dynamic und C 50 U dynamic verfügen in der neuen MT-Version über einen voll integrierten Drehtisch, mit dessen Hilfe anspruchsvolle Dreh-/Fräsbearbeitungen in einer Aufspannung möglich werden.
Marketingleiter Udo Hipp erklärt: „Der Clou des MT-Konzepts ist, dass in jeder beliebigen Position zwischen der 0°- und 90°-Stellung des NC-Schwenkrundtisches eine Drehbearbeitung durchgeführt werden kann, wodurch sehr kurze Drehwerkzeuge eingesetzt werden können.“ Man geht bei Hermle noch einen Schritt weiter und integriert das generative MPA-Verfahren in ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum. Das thermische Spritzverfahren für Metallpulver ermöglicht die generative Fertigung großvolumiger Bauteile mit nahezu beliebiger Innengeometrie. Hipp: „Materialauftrag und Zerspanung finden so in einer Aufspannung und Maschine statt.“
Simulation immer wichtiger
Doch mit der zunehmenden „Hybridisierung“ steigen auch die Ansprüche an den Werker. Deshalb müsse zunächst eine Antwort gefunden werden, „wie die Anwender solcher Maschinenkonzepte in die Lage versetzt werden können, dieses Mehr an Funktionalität so zu beherrschen, dass es wirtschaftlich und gewinnbringend eingesetzt werden kann“, warnt Eberhard Beck, Leiter Steuerungstechnik der Index-Werke GmbH & Co. KG in Esslingen.
Konventionelle Planungsmethoden und Auftragsabläufe genügten nicht mehr den sprunghaft ansteigenden Anforderungen der neuen Maschinenkonzepte, denn die Planung und Realisierung „multitechnologischer“ Zerspanprozesse umfasst neben der Bearbeitungsfolge und Werkzeugplanung vor allem umfangreiche und erfahrungsintensive Programmierarbeiten. Manuell lasse sich das kaum noch konkurrenzfähig leisten. Beck rät zu einer „in Darstellung und zeitlichem Ablaufverhalten absolut wirklichkeitsgetreuen 3D-Bearbeitungssimulation, mit der sämtliche programmbedingten Maschinenaktionen und Auftragsabläufe vor Auftragsstart am PC geprüft und abgesichert werden können.“ Das Unternehmen hat deshalb als einer der ersten Werkzeugmaschinenhersteller ein 1:1-Abbild seiner Maschinen auf dem Rechner geschaffen. Beck: „Wir werden den Weg der Virtuellen Maschine und einer eigenen CAD-CAM-CNC-Prozesskette auch zur AMB 2014 konsequent weiter verfolgen.“
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