Einblicke in die Fertigungszukunft

Unter dem Motto ›Connecting systems for intelligent production‹ präsentierten die Aussteller auf der EMO Hannover 2017 Neuheiten, um die Welt der Metallverarbeitung zu vernetzen und technologisch weiter zu optimieren. Es standen insbesondere cloud- und offlinebasierte Lösungen zur Vernetzung von Maschinen, Werkzeugen, Handhabungsmitteln und Fertigungsabläufen im Vordergrund, um die intelligente Produktion von morgen zu erreichen.

Vernetzte Maschinen, deren Betriebszustände jederzeit erfasst und statistisch ausgewertet werden können, sowie intelligente Werkzeuge in Verbindung mit intelligenten Werkzeugverwaltungssystemen stellen nur einen Aspekt der Fertigung von morgen dar. Verbesserte Servicestrukturen beim Kunden durch Datenbrillen, verständnisfördernde Projektionen von komplexen Werkzeugen unter Verwendung der Augmented Reality erhöhen den Kundennutzen. Doch auch Lösungen für den sicherheitsorientierten Umgang mit den erzeugten Daten wurden präsentiert.

Aus technologischer Sicht sind im Bereich der additiven Fertigung viele Neuheiten und Innovationen vorgetragen worden. Neben neuen Fertigungsmaschinen zur Herstellung additiver Bauteile präsentierten zahlreiche Aussteller neue Verfahrensvarianten und zeigten ihr Können anhand von unzähligen additiv hergestellten Bauteilen. Der Einsatz neuartiger Materialien, wie etwa CFK für Werkzeugmaschinenspindeln macht Prozesse schneller und produktiver. Angepasste Werkzeugauslegung sowie effizientere Werkzeugmaschinen ermöglichen darüber hinaus deutliche Produktivitätsgewinne bei der herkömmlichen spannehmenden Fertigung von Präzisionsbauteilen.
Im Folgenden wird beispielhaft beschrieben, welche Trends und Themen die Produktionstechnik im Fokus hat.

Additive Manufacturing

Der Anteil der additiven Fertigung im industriellen Umfeld nimmt weiterhin zu. Dieser Trend war auf der EMO Hannover fast überall erkennbar. Dazu trugen nicht zuletzt die vielen beeindruckenden, additiv gefertigten Anwendungsbeispiele an unterschiedlichen Ständen bei, mit denen die Aussteller über ihre Hard- und Softwarelösungen informierten. Additiv gefertigte Produkte können durch den generativen Aufbau bionischer Strukturen nicht nur belastungs- und gewichtsoptimiert hergestellt werden, sondern erlauben weiterhin die Integration zusätzlicher Funktionen, wie z.B. einen gezielten inneren Wärmeabtransport durch integrierte Kühlkanäle. Beim Metalldruck sind aktuell zwei Verfahren vorherrschend: das Pulverbettverfahren und das Laserauftragsschweißen. Kriterien für den Aufbau aus dem Pulverbett sind vor allem die hohe Gestaltungsfreiheit und mit 30 Mikrometern eine feine Auflösung.

Die EOS GmbH aus Krailling stellte auf ihrem Stand den additiv gefertigten Einspritzkopf eines Raketentriebwerks der Ariane Group aus. Durch Einsatz der pulverbettbasierten Technologie konnte die Bauzeit von drei Monaten auf 36 Stunden verkürzt, die Kosten halbiert und die Anzahl der Einzelteile von 248 auf ein einziges Bauteil reduziert werden. Ein an Bedeutung zunehmendes Thema ist die Qualitätssicherung beim generativen Aufbau, insbesondere beim Aufbau sicherheitsrelevanter Bauteile für die Luftfahrt. Gemeinsam mit der MTU Aero Engines AG erarbeitet EOS Monitoring-Lösungen, die mit Einsatz zahlreicher Sensoren den allgemeinen Systemzustand überwachen. Durch die kamerabasierte Kontrolle des Belichtungsprozesses und des Schmelzverhaltens des Werkstoffs wird zusätzlich die optimale Schichtqualität sichergestellt.

Neben dem Pulverbettverfahren informiert das Technologieunternehmen Trumpf aus Ditzingen auf seinem Messestand über das Laserauftragschweißen, das zehn Mal höhere Aufbauraten als das Pulverbettverfahren ermöglicht. Hierbei erzeugt der Laser auf der Bauteiloberfläche ein Schmelzbad, in das über eine Düse Metallpulver eingebracht wird. Dieses Fertigungsverfahren wird zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten, der Reparatur von Bauteilen und zum Aufbau neuer Strukturen verwendet. Im Einsatz zu sehen waren die Trumpf Laser auf den Multitasking-Maschinen der Laser EX Serie, die der japanische Werkzeugmaschinenhersteller Okuma auf dem gegenüberliegenden Stand erstmalig in Europa präsentierte.

Durchgängige Lösungen aus einer Hand von der CAD/CAM-Software bis hin zur kombinierten Bearbeitung des Fertigteils präsentierte der Werkzeugmaschinenhersteller DMG Mori, Bielefeld. Mit der neuen Lasertec SLM können Bauteile bis zu einer maximalen Größe von 300 mm x 300 mm x 300 mm aus dem Pulverbett aufgebaut werden. Die erstmalig präsentierte Lasertec 65 3D stellt sogar Bauteile mit einem Durchmesser von 650 mm und einer maximalen Höhe von 560 mm additiv her. Die rein für die additive Fertigung mit der Pulverdüse ausgelegte Maschine benötigt gegenüber dem Hybridmodell 45 Prozent weniger Stellfläche und bietet neben einem 40 Prozent größeren Arbeitsraum technologische Neuerungen wie unterschiedliche Spurbreiten, höhere Laserleistungen bis 4 kW und die Fertigung reaktiver Materialien wie z.B. Aluminium und Titan.

Gänzlich ohne Laser werden Funktionsschichten und Bauteilstrukturen durch die additive 3D-Beschichtungstechnologie der im Schwarzwald gelegenen J.G. Weisser Söhne GmbH & Co. KG Werkzeugmaschinenfabrik erzeugt. Mittels eines patentierten Verfahrens wird einfaches Halbzeugmaterial rotierend auf eine Bauteiloberfläche aufgedrückt, durch die erzeugte Reibung aufgeschmolzen und ein Materialübergang vom Halbzeug zum Bauteil bewirkt. Die auf der EMO Hannover ausgestellte Versuchsmaschine bietet für den additiven Aufbau einen Bauraum von etwa 800 mm x 300 m x 150 mm.

Grundsätzlich bestünde allerdings das Potenzial, die Technologie auf Maschinen mit anderen Bauräumen einzusetzen und neben dem additiven Auftrag mit weiteren Bearbeitungseinheiten für die mechanische Nacharbeit zu kombinieren. Vorteilhaft gegenüber dem laserbasierten additiven Fertigungsverfahren mit Pulverbett sind eigenen Angaben zufolge die 10- bis 30-fach kostengünstigeren Halbzeugmaterialien, die mit zwei Litern pro Stunde 20-fach höhere Aufbauraten bei Aluminium und sogar bis zu 100-fach höhere Aufbauraten bei Stahl begünstigen. Wesentlicher Nachteil ist allerdings, dass derzeit keine komplexen Strukturen aufgebaut werden können.

Das Metall-Pulver-Auftragsverfahren der Hermle Maschinenbau GmbH aus Ottobrunn erfordert ebenfalls keinen Laser. Bei diesem thermischen Spritzverfahren wird Metallpulver mit Hilfe eines Trägergases auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und über eine Düse schichtweise auf die Bauteiloberfläche aufgebracht. Dieses Verfahren hat zum Vorteil, dass kaum Einschränkungen bei der Materialwahl bestehen, solange es in Pulverform vorliegt, und dass der Auftrag von bis zu sieben unterschiedlichen Materialien in beliebigem Mischverhältnis auf Freiformflächen möglich ist. Weitere Vorteile sind die niedrigen Temperaturen von 200°C bis 300°C und die gute Kombinierbarkeit mit subtraktiven mechanischen Bearbeitungsverfahren, wie z.B. dem Fräsen oder Drehen, in einem Bearbeitungszentrum.

Mit der ganzheitlichen Software 3DXpert bietet das amerikanische Unternehmen 3D Systems aus Rock Hill, South Carolina, eine vollständige Softwarelösung zur additiven Metallfertigung an. Der Hersteller, der selbst auch Maschinen im Bereich der additiven Fertigung produziert, präsentiert mit der Lösung eine hersteller- und verfahrensunabhängige Variante zur Erzeugung additiver Bauteile. Nach dem Import der Daten und der Positionierung des Bauteils lassen sich dessen Strukturen und Stützgeometrien für die Produktion nachträglich leicht erzeugen und optimieren. Im Anschluss werden sowohl die Druckstrategie für einzelne Segmente des Bauteils festgelegt als auch die Scan-Bahnen berechnet. Da nach der additiven Herstellung noch eine Nachbearbeitung einzelner Flächen und das Entfernen der Stützgeometrien erforderlich ist, bietet die Software auch für diesen Prozessschritt einen Teilschritt an.

Der VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenhersteller) startete eine Brancheninitiative für die vernetzte Produktion. Ziel der Initiative ist die Entwicklung und softwaretechnische Implementierung eines Standards zur Anbindung unterschiedlichster Maschinensteuerungen an eine gemeinsame Schnittstelle. In einer ersten Projektphase beteiligen sich in einem Kernteam neben dem VDW namhafte Unternehmen wie DMG Mori, Emag, Grob, Heller, Liebherr-Verzahntechnik, United Grinding und Trumpf.

Mit in dieser Form einzigartiger Kooperation von Firmen der Werkzeugmaschinenindustrie und dem VDW sollen Werkzeugmaschinen auf die digitale Zukunft vorbereitet und eine dringend notwendige Grundlage für „Industrie 4.0“ geschaffen werden. Der geplante Standard soll einen Datenaustausch zwischen verschiedenen Maschinen mit unterschiedlichen Steuerungen vieler Generationen und eine Weitergabe an Fertigungsleitsysteme und/oder in die Cloud ermöglichen, um die Daten auszuwerten und für Optimierungsaufgaben zu nutzen. Somit liegt das Ziel der Initiative in einer durchgängigen Vernetzung der Produktion auf Basis einer sicheren Anbindung an EDV-Systeme und Clouds.

Intelligente Werkzeuge dank integrierter Sensorik

Der schwedische Werkzeughersteller Sandvik Coromant aus Sandviken stellt im Rahmen seiner Industrie 4.0-Initiative eine Reihe von Tools vor. Dabei wird unter dem Dach von Coroplus insbesondere die integrierte Sensorik in Werkzeugen und Werkzeugaufnahmen während der Bearbeitung vorgestellt. Für schwingungsgedämpfte Bohrstangen, den Silent Tools, können die finalen Bearbeitungsschritte in aufwändigen Bauteilen durch App-basierte Systeme überwacht werden. Dem Kunden wird ersichtlich, ob das Werkzeug im Eingriff ist und wie die thermische Belastung in der Bohrstange ist. Somit wird der Fertigungsprozess von teuren und komplexen Bauteilen überwacht.

Darüber hinaus geben intelligente Werkzeugaufnahmen Daten über Laufzeit, Belastung und Batteriezustand an eine App weiter und greifen damit den Gedanken des Predictive Maintenance auf. Feinbohrköpfe lassen sich zur Herstellung genauer Bohrungsdurchmesser durch eine App präzise einstellen. Eine vergleichbare Lösung bietet auch BIG Kaiser aus dem schweizerischen Rümlang an. Das Werkzeug muss somit nicht im Werkzeugvoreinstellgerät manuell eingestellt werden, sondern lässt sich beispielsweise durch eine App auf dem Tablet direkt in der Maschine auf verschiedene Durchmesser aus- und einfahren. Das verkürzt Prozessketten und reduziert unproduktive Nebenzeiten bei der Werkzeugeinstellung.

Intelligente Rückwärtssenker zur innenliegenden Bauteilbearbeitung

Der Präzisionswerkzeughersteller Hermann Bilz aus dem schwäbischen Esslingen stellt seit vielen Jahren Rückwärtssenker her. Diese Werkzeuge kommen dort zum Einsatz, wo die zu bearbeitende Fläche nur durch eine Bohrung zu erreichen ist, z.B. in geschlossenen Gehäusen. Durch eine Drehrichtungsumkehr fährt die Werkzeugschneide aus. Um nach der Bearbeitung das Werkzeug aus der Bohrung zu ziehen, ist ein Einfahren der Schneide zwingend notwendig. Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts mit O. Bilz und EWS hat die Fa. Hermann Bilz einen Rückwärtssenker entwickelt, der das Einfahren der Werkzeugschneide überwacht. Die Daten werden über ein eigens entwickeltes Kommunikationsprotokoll an die Maschinensteuerung übermittelt und verhindern bei inkorrektem Einfahren der Schneide einen Werkzeugcrash mit dem Bauteil.

WGP-Symposium Production for Tomorrow

Auf dem Symposium Production for Tomorrow der WGP (Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik) vermittelten Mitglieder Einblicke in die Herausforderungen und Möglichkeiten der Produktion von morgen. Die Vortragenden, selbst allesamt Wissenschaftler an Universitäten und Instituten, veranschaulichten mit ihren Vorträgen, wie sich die Fertigungstechnik in Deutschland mit den Trends der Branche befasst und befassen wird.

Mit seinem Keynote-Vortrag ging Prof. Eberhard Abele, damaliger Präsident der WGP und Leiter des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt, auf die Verbindung der Trends Mechatronik, Digitalisierung, Energiewandel, neue Fertigungstechnologien und Lernfabriken ein. Hierzu zeigte er eindrucksvolle Beispiele aus den jeweiligen Fachbereichen seiner WGP-Kollegen: intelligente Sensoriken zur Messung und Veranschaulichung von Maschinenbelastungen, Simulation und Optimierung von komplexen Fertigungsprozessen, CAM-Systeme in der Cloud, Konsequenzen der digitalen Transformation sowie Möglichkeiten der additiven Fertigung.

Prof. Hans-Christian Möhring vom Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart veranschaulichte in seinem Vortrag die Möglichkeiten intelligenter Maschinenkomponenten. So bilden z.B. intelligente Lösungen zur Bauteilspannung, die Bauteilverzüge vermeiden sollen, als auch eine adaptive Prozessregelung zur Vermeidung von Oberflächenbeschädigungen beim Fräsen komplexer Teile die Grundlage für selbstoptimierende Fertigungssysteme. Auch Prof. Berend Denkena, damaliger Vizepräsident und heutiger Präsident der WGP sowie Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Universität Hannover, griff diesen Gedanken auf und präsentierte Lösungen, um das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen zu erweitern und so bisherige Grenzen im Fertigungsprozess zu verschieben.

Prof. Jan C. Aurich, Leiter des Lehrstuhls für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK) der TU Kaiserslautern, berichtete über leistungssteigernde Bohrwerkzeuge mit angepassten Kühlschmierstoff-Austrittsöffnungen und -lagen. Mit modernen Methoden der Strömungssimulation (Computational-Fluid-Dynamics-(CFD)-Analyse) können solche Austrittsöffnungen und -lagen zunächst simulativ optimiert und anschließend in Realversuchen validiert werden.

Neue Schnittstelle zwischen Werkzeugmaschine und cyber-physischen Zusatzmodulen

Insbesondere die Sonderschau Industrie 4.0. bot spannende Einblicke in die produktionstechnische vernetzte Zukunft von morgen. Auch die wissenschaftliche Seite ist auf dieser Sonderschau durch eine Vielzahl von Hochschulen vertreten gewesen. Ein Highlight war sicherlich das öffentlich geförderten Forschungsprojekts BazMod mit dem Ziel eine herstellerunabhängige standardisierte Schnittstelle zum Medien-, Daten- und Energieaustausch zwischen der Werkzeugmaschine und cyber-physischen Zusatzmodulen zu entwickeln. Somit wird eine neuartige Funktionserweiterung von Werkzeugmaschinen durch sensorische und aktorische cyber-physische Systeme (CPS) möglich, die bisher herstellerabhängig in die Werkzeugmaschine integriert war.

Standardisierte Kontakte an der Planfläche erweitern die etablierte Hohlschaftkegel (HSK)-Aufnahme und ermöglichen somit eine intelligente Schnittstelle zur Daten- und Energieversorgung von intelligenten Werkzeugen. Die in die Spindel integrierte Signalübertragung ermöglicht eine Verbindung zur Maschine. Dadurch werden komplexe Signalempfänger, die bisher im Bearbeitungsraum an der Werkzeugaufnahme eingebaut wurden, überflüssig und werden die technischen Einsatzmöglichkeiten aktorischer Werkzeuge erweitert.

Auf der EMO Hannover standen im Themenbereich Industrie 4.0 ganzheitliche Werkzeugverwaltungssysteme im Vordergrund. Viele Präzisionswerkzeughersteller – wie z.B. die Firmen Iscar, Gühring und Sandvik – aber auch Messspezialisten wie die Zoller GmbH aus Pleidelsheim lieferten intelligente Lagerlösungen für Werkzeuge, Komponenten und Zubehör. Dabei bieten solche Systeme weit mehr als nur eine geordnete und aufgeräumte Werkzeugverwaltung.

Der Kunde kann die Werkzeugkosten pro Bauteil exakt bestimmen, Werkzeuge zügig und schnell bereitstellen lassen und eine falsche Werkzeugauswahl vermeiden. Intelligente Systeme weisen darüber hinaus eine Verbindung zur Werkzeugmaschine auf und erhalten eine Information über einen Werkzeugbruch, lösen eine Neubestellung beim Werkzeuglieferanten aus und stellen dem Maschinenbediener ein baugleiches Werkzeug zur Verfügung. Durch solche Systeme werden Werkzeugströme innerhalb der Fertigung transparenter und übersichtlicher.

Mit Digitalisierungsinitiativen zur digitalen Fabrik

Der Werkzeugmaschinenhersteller DMG Mori präsentierte auf der EMO Hannover 2017 viele Neuheiten. Als Highlight wurde die offene IIoT-Plattform (Industrial Internet of Thing) Adamos angekündigt, die am 01. Oktober 2017 mit 200 Experten ihren Dienst aufgenommen hat. Sie entstand aus der Allianz von DMG Mori, Dürr, der Software AG und Zeiss ASM PT und soll Lösungen für die digital vernetzte Produktion anbieten. Des Weiteren öffnet DMG Mori mit Open Connectivity den Zugang zu seinem Celos-Ecosystem, um einen durchgängigen digitalen Datenfluss selbst mit Fremdfabrikaten oder manuellen Arbeitsplätzen zu ermöglichen und seiner Vision von einer digitalen Fabrik einen Schritt näherzukommen.

Neben innovativen Softwarelösungen für die Vernetzung wurden mehrere Maschinenneuheiten vorgestellt. Hierzu gehören u.a. das noch steifere Horizontalbearbeitungszentrum NHX 6300 für die Titanbearbeitung, die hochdynamischen DMU 200/340 Gantry für die Großbauteilebearbeitung sowie die Mehrspindeldrehautomaten Multisprint 25/36, die mehr Produktivität bei der Bearbeitung von Langdrehteilen versprechen.

Erst sammeln, dann vernetzen

Die Vernetzung von Systemen kann auf unterschiedlichen Ebenen erfolgen. Dabei stellt sich Werkzeugmaschinen-Anwendern die Frage, ob alle Daten sofort in die Cloud zu senden sind. Die Antwort lautet nein, wenn es nach Bosch Rexroth aus Lohr am Main geht. Das heutige Netz könnte die Kapazität gar nicht aufbringen, die notwendig wäre, um die zahlreichen Sensorinformationen, die Werkzeugmaschinen heute schon bereitstellen können, in die Cloud zu überführen. Aus diesem Grund präsentiert Bosch Rexroth auf einer Maschine des Werkzeugmaschinenherstellers Pfiffner als Messeneuheit zur EMO Hannover den Data Analytics Server.

Es handelt sich dabei um lokale, im Schaltschrank der Werkzeugmaschine eingebrachte zusätzliche Rechenleistung, die das Sammeln, Speichern und Analysieren von Maschinen- und Prozessdaten ermöglicht. Ziel dabei ist es, Daten vorab zu verarbeiten, um nur die wirklich benötigte, komprimierte Menge an Daten in die Cloud einzulassen und auf diese Weise eine Überlastung der Datenleitung zu vermeiden. Welche Daten sinnvollerweise versendet werden, wird sich allerdings noch zeigen müssen. Sie können jedoch vom Anwender über entsprechende Analysetools und Konfigurationsprogramme, die mit wenig Vorwissen bedienbar sind, selbst bestimmt werden.

Um Werkzeugmaschinen einen schnelleren Bearbeitungsstart zu ermöglichen, integriert Bosch Rexroth Messsensoren und Auswerteelektronik in ihre Linearführungen, so dass absolute Positions-Istwerte in Echtzeit und ohne Referenzfahrt erfasst werden können. Die Positioniergenauigkeit wird dank einer weiteren Messeneuheit – einer aktiv temperierbaren Führungsschiene – zusätzlich erhöht. Ungenauigkeiten, die aus der Wärmedehnung des Führungssystems resultieren, sollen sich mit Einsatz dieser Neuentwicklung vermeiden lassen.

Connected Machining - Vernetzung ohne Cloud

Die Dr. Johannes Heidenhain GmbH aus Traunreut demonstrierte auf der EMO Hannover sein Funktionspaket Connected Machining, mit dem durchgängig digitales Job-Management für transparente Prozesse, zeitsparende Arbeitsabläufe und eine erleichterte Nutzung der anfallenden Daten möglich werden. Die Messeneuheit Remote Desktop Manager von Heidenhain beispielsweise erlaubt mit einem Tastendruck direkt an der Steuerung den Zugriff auf im Netzwerk befindliche PCs und die darauf installierte Software. Bei der Demonstration beschränkten sich die Traunreuter nicht nur auf ihren eigenen Messestand, sondern vernetzten gleich 22 Maschinen, die über das gesamte Messegelände verteilt waren.

Um den Zustand der Maschinen zu prüfen, konnte der Weg über das große Messegelände eingespart werden, denn mithilfe der neuen Software StateMonitor reichte ein Blick auf den Bildschirm, um den Maschinenzustand über Status-Ampeln zu erfahren. Weitere Funktionen wie z.B. die Anzeige des aktuellen Bearbeitungsprogramms oder die Verwendung von Filtern, um nur Maschinen in einem bestimmten Betriebszustand darzustellen, vereinfachen Maschinenbetreibern die Arbeit. Heidenhain möchte die Connected Machining-Lösungen in kleinen und mittelständischen Unternehmen mit 10 bis 15 Maschinen einsetzen. Aus diesem Grund entschieden sie sich bewusst gegen eine Cloud-Lösung und die damit verbundenen Risiken beispielweise hinsichtlich Datensicherheit. Die Vernetzung findet stattdessen auf lokalen Servern statt.

Digitalisierung der Wertschöpfungskette am Beispiel eines Drohnenbauteils

Die Siemens AG hat das Konzept für ihr Internet of Things (IoT)-Ecosystem Mind-Sphere als Digitalisierungsplattform für alle Industrien bereits auf der AMB 2016 vorgestellt. Auf der EMO Hannover 2017 wurde MindSphere erstmals demonstriert. Bei der Anwendung handelte es sich um die Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette am Beispiel eines Spritzgussbauteils für eine Drohne. Werkzeugmaschinenhersteller und -betreiber konnten sich anhand solch konkreter Praxisbeispiele über Vorteile informieren, die ihnen die Verschmelzung der realen und virtuellen Welt bietet.

Zu diesem Zweck band Siemens für die EMO über die App Manage MyMachine mehr als 200 Maschinen an MindSphere an. Damit konnten Besucher über Computer Live-Informationen über den ausgeführten Bearbeitungscode sowie den aktuellen Betriebszustand von Maschinen aus aller Welt abfragen. Eine derartige Offenheit erfordert mit Blick auf die Datensicherheit natürlich entsprechende Lösungen. Identify3D ist eine solche Sicherheitslösung, die die Nachverfolgbarkeit digitaler Fertigungsprozesse zum Schutz des geistigen Eigentums sicherstellt. Dabei können die verfügbaren Konstruktions- und Fertigungsdaten für technisch exakt spezifizierte Bauteile nur für eine begrenzte Anzahl genutzt werden.

Neben Vernetzungslösungen zeigte Siemens zudem neue Softwaretools, wie z.B. Analyze MyWorkpiece. Mit diesem graphischen Tool lässt sich bei einfacher Bedienung der Pfad der Werkzeugspitze visualisieren und analysieren, so dass unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeiten und Werkzeugorientierungen übersichtlich aufbereitet und angezeigt werden können. Erst darauf aufbauend können Fehler erkannt und Optimierungen vollzogen werden. Das Programm arbeitet dabei unabhängig davon, ob der Bearbeitungscode mithilfe einer beliebigen CAM-Software erstellt oder händisch programmiert wurde.

Auf dem Messestand präsentierte Siemens nicht nur neue Soft-, sondern auch neue Hardware. Multi-Touchdisplays haben sich als Bedienkonzept durchgesetzt, denn die Bildschirme arbeiten selbst in öliger, schmutziger und rauer Umgebung robust und zuverlässig. Aus diesem Grund stellte Siemens ihre neuen Bedienpanels im 16:9 Format und mit Multi-Touch-Bedienung vor. Man kann davon ausgehen, dass solche Panels in Zukunft die alten Steuerpulte verdrängen dürften.

Bei der mechanischen Metallbearbeitung reduzieren entstehende Vibrationen an Maschinenstrukturen die Produktivität von Werkzeugmaschinen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat Siemens einen aktiven Dämpfer entwickelt. Hinter der Bezeichnung Active Vibration Absorber verbirgt sich ein mechatronisches System für Werkzeugmaschinen, das Vibrationen an schwingungsanfälligen Strukturen reduziert. Das System von der Größe eines Schuhkartons mit der Gesamtmasse von etwa 20 kg ist dabei in der Lage, Beschleunigungen zu messen und im geregelten Betrieb mit Frequenzen bis zu 200 Hz und einer Schwingmasse von 10 kg aktiv entgegenzuwirken.

Um die Flexibilität des Kunden weiter zu erhöhen, bietet der schwäbische Werkzeugmaschinenhersteller Gebrüder Heller Maschinenfabrik aus Nürtingen den Mietservice Heller4Use für Werkzeugmaschinen an. Dabei handelt es sich um die Maschinen H2000 und H5000, die ab sofort inklusive eines vollumfänglichen Servicevertrags gemietet werden können. Die Abrechnung erfolgt neben einer fixen monatlichen Pauschale abhängig von der Spindelnutzungszeit, d.h. der reinen Hauptnutzungszeit. Die Maschinen werden zusätzlich in das Ecosystem MindSphere von Siemens eingebettet und folgen somit dem aktuellen Trend vernetzter Systeme. Maschinen auszuleihen hilft dem Kunden, Kapazitätsspitzen auszugleichen, ohne in eine neue Maschine investieren zu müssen. Nicht zuletzt kann er flexibel auf Hochlaufphasen reagieren.

Industrie 4.0-Plattform für die Verzahnung

Das Familienunternehmen Klingelnberg präsentierte auf der EMO Hannover ihren auf die Verzahnungsindustrie zugeschnittenen Industrie 4.0-Lösungsansatz, der auf einer IT-Plattform basiert. Kerngedanke dabei ist die konsequente Vernetzung und ganzheitliche Bereitstellung von Prozessinformationen entlang der gesamten Prozesskette der Zahnradfertigung. Mit diesem Ansatz greift das Unternehmen mit Stammsitz in Hückeswagen den Leitgedanken der diesjährigen EMO Connecting systems for intelligent production auf. Die entstehende IT-Plattform GearEngine bildet das Rückgrat des cyber-physischen Closed Loop-Produktionssystems.

Sie verwaltet als zentrales Bindeglied zwischen den Bearbeitungsmaschinen und weiteren Diensten, wie dem hauseigenen Werkzeugidentifikationssystem SmartTooling, Verzahnungsdaten, Produktionsmittel und die Teilehistorie in drei Datenbanken. Dazu melden die beteiligten Maschinen der Plattform individuelle Daten, z.B. über die eingesetzten Werkzeuge und Spannmittel, die bei der Bearbeitung des aktuellen Zahnrades beteiligt sind. Auf diese Weise ist der komplette Herstellungsprozess eines einzelnen Zahnrades nachvollziehbar. Darüber hinaus ist ein direkter Eingriff in die Produktion, z.B. durch Verbesserung der Bearbeitungsparameter zwischen der Bearbeitung von zwei Zahnrädern, möglich.

Erweiterter Service mit Datenbrillen im Rahmen von Industrie 4.0

Die Firma Index-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky aus dem schwäbischen Esslingen stellte im Rahmen seiner iX4.0-Initiative diverse neuartige Lösungen für das digitale Zeitalter vor. Neben einer cloudbasierten IoT-Plattform zur Aufnahme und Aufbereitung von Maschinen- und Prozessdaten, ist insbesondere die neue Service-Struktur mit Datenbrille hervorzuheben. Durch die Verwendung einer realtimefähigen Datenbrille kann der Kunde seine Maschine bei Ausfällen selbst reparieren. Ein Servicetechniker aus Esslingen bietet dabei visuelle Unterstützung an. Die Informationen und Hinweise werden dem Kunden über die Brille auf seine Maschine übertragen. Das spart Zeit und reduziert die Stillstandzeiten.

Integrierte Sensorik zur Vermeidung von Ausschuss

Die Firma Renishaw aus New Mills, Großbritannien, stellt als weltweit agierendes Unternehmen im Bereich der Präzisionstechnik sein Portfolio an Systemen für Messtechnik und generative Fertigung vor. Im Rahmen der Konnektivität stellt Renishaw die integrierte Messung vor. Mit dem flexiblen Prüfgerät EquatorTM wird eine intelligente Prozessregelung angeboten, die eine vollautomatische Aktualisierung von Werkzeugkorrekturen im CNC-Fertigungsprozess ermöglicht. Durch die direkte Einbettung in die Fertigung werden Korrekturdaten vom Messgerät an die Maschine übergeben und bei der Fertigung anschließender Komponenten berücksichtigt. Somit lässt sich Ausschuss durch ständiges Nachregeln einfach vermeiden.

Startups im Technologieumfeld – nicht nur Webapplikationen, sondern echte Hardware

Um große Bauteile unabhängig von der Bauteildimension flexibel und wirtschaftlich bearbeiten zu können, beschreitet das Start-up Picum MT, das aus dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover entstand, neue Wege. Statt das Bauteil zur Bearbeitungsmaschine zu bringen, wird der Picum One, ein etwa 100 kg leichter und intelligenter Werkzeugroboter mit eigener Single-Software-Solution und neuartiger Messtechnik, zum Bauteil gebracht.

Dem Start-up zufolge werden somit Anschaffungs- und Betriebskosten sowie mit der Maschinengröße ansteigende Ungenauigkeiten vermieden. Das Picum-System dockt dabei an jeglichen Bauteilen an und bestimmt automatisch auf 15 µm genau seine Lage im Raum. Der Prototyp ist mit einer 5-Achs-Kinematik und einer 7,5 kW-Frässpindel ausgestattet und erledigt Aufgaben wie Bohren, Fräsen und Schleifen. In zukünftigen Entwicklungsstufen können durch Erweiterungen des Systems weitere Aufgaben wie Messen, Laserschneiden und 3D-Druck hinzukommen.

Eine Innovation im Bereich der Spindelfertigung stellt die Fa. Carbon-Drive GmbH aus Darmstadt vor. Das Gründungsprojekt aus der TU Darmstadt tritt als weltweit erster Hersteller von Vollcarbon-Motorspindeln für den Werkzeugmaschinenbau auf. Eine hohe spezifische Steifigkeit und Thermostabilität eröffnen eine Vielzahl von Vorteilen im Anwendungsfall. Durch die Massenreduktion des verwendeten Werkstoffs ist die Spindel bei sämtlichen Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen um 50 Prozent schneller und senkt somit Energieverbrauch, Nebenzeiten und Kosten. Insbesondere lokal anpassbare Werkstoffeigenschaften eignen sich ideal für die Integration von Messtechnik zur Echtzeitüberwachung des Spanprozesses.

Schneller Drehen durch neuartige Eingriffssituationen

Durch zwei Innovationen kann das Drehen deutlich produktiver werden als bisher: Der schwedische Hersteller Sandvik Coromant hat zwei Schneidplatten zum Schruppen und Schlichten entwickelt, die bei angepassten Werkzeugbahnen hohe Produktivitätsgewinne bei der Erzeugung von Drehkonturen versprechen. Durch einen veränderten Eingriff können deutlich höhere Vorschübe erzielt werden.

Für Vertikaldrehmaschinen bietet der Werkzeughersteller Vandurit aus Leverkusen in Zusammenarbeit mit dem schwäbischen Werkzeugmaschinenhersteller Emag eine absolute Neuheit im Bereich des Drehens an. Bei dem so genannten RollFeed-Verfahren wird die Werkzeugschneide im Schneideneingriff über eine Kontur abgerollt. Dadurch sind Vorschübe bei der Hartbearbeitung von 100 Cr6 (60 HRC+-2) von f = 0,4 bis 0,5 mm/U möglich. Zusätzlich können diese Werkzeuge länger eingesetzt werden, da sich der Schneidenverschleiß auf die gesamte Schneidkante verteilt. Für dieses Verfahren werden bisher zwei unterschiedliche Schneidplatten, für Schruppen und Schlichten, angeboten.

Effiziente Produktionsprozesse durch neuen Mehrspindelautomaten MS40C-8

Zur Herstellung von Präzisionsdrehteilen in hohen Stückzahlen bietet sich die Verwendung von Mehrspindelautomaten an. Bei diesem Maschinenkonzept wird pro Spindellage eine gewisse Bearbeitung durchgeführt, anschließend wird das Bauteil auf die nächste Spindellage getaktet und weiterbearbeitet. Nach mehreren Lagen ist das Bauteil fertig bearbeitet. Die Index-Werke, Esslingen, stellten mit dem MS40C-8 einen Mehrspindler mit acht Spindeln und Ø 40 mm als Messeneuheit vor. Insbesondere die vielfältigen Möglichkeiten zur rückseitigen Werkstückbearbeitung der Bauteile stellt eine Abgrenzung zum Wettbewerb dar und bietet dem Kunden die effiziente Fertigung komplexerer Bauteile.

Der schweizerische Maschinenhersteller Mägerle (United Grinding) aus Fehraltorf, , stellt auf der Messe ein neues 5-Achsen-Schleifcenter vor, welches hinsichtlich Flexibilität und Ausstattung neue Maßstäbe setzt. Neben dem klassischen Schleifen können auf dieser Maschine ebenso die Prozesse Fräsen und Bohren umgesetzt werden. Die hohe Flexibilität der im Wesentlichen im Aerospace-Bereich eingesetzten Maschinen lässt sich anhand verschiedener Merkmale verdeutlichen.

Durch den simultanen Werkzeug- und Abrichtrollenwechsel werden Prozesse mit kontinuierlich abgerichteten Schleifscheiben ermöglicht und hohe profiltreue Abtragsraten auch bei langen Schnitten gewährleistet. Für eine optimale Kühlschmierstoffversorgung stehen über einen Düsenwechsler stets die richtigen Kühlschmierstoffdüsen in Abhängigkeit des Verfahrens und der eingesetzten Werkzeuge zur Verfügung. Mithilfe von in RFID-Chips gespeicherten Informationen an den Werkzeugen lassen sich aktuelle Daten zur Werkzeugidentifikation hinterlegen und die Fehlerwahrscheinlichkeit reduzieren.

Verzahnungsschleifen ohne Kühlschmierstoff

Der italienische Spezialist für die verzahnende Industrie Samputensili aus Bentivoglio stellte die weltweit erste Trockenschleifmaschine für Verzahnungen vor. Hierbei ist nach der Hartfeinbearbeitung der Verzahnung kein Kühlöl mehr erforderlich. Auf der SG 160 Skygrind wird die Schruppbearbeitung zunächst durch das Schälwalzfräsen und im Anschluss die Schlichtbearbeitung durch die Wälzschleiftechnik umgesetzt. Diese Maschine findet bereits erste Verwendung in der industriellen Anwendung. Durch die vollständige Umstellung auf trockene Bearbeitungsprozesse werden insbesondere die Energieeffizienz und die umweltschonende Produktion in den Vordergrund gestellt.

Effiziente Fertigung von Rahmenstrukturbauteilen

Speziell für die Bearbeitung von Rahmenstrukturbauteilen bietet der bayerische Werkzeugmaschinenhersteller Grob-Werke aus Mindelheim die Maschinenvarianten G500F, G520F und G600F an. Diese Maschinen sind durch einen großen Arbeitsraum, eine sehr hohe Flexibilität, guten Späneabtransport und eine hohe Maschinendynamik mit dem für die Leichtmetallbearbeitung optimierten Achsantrieb gekennzeichnet. Diese platzsparenden Maschinenvarianten sind sowohl für Trocken- bzw. MMS- als auch für Nassbearbeitung geeignet und können alleinstehend oder im Verbund mit anderen Maschinen in einer automatisierten Fertigungslinie stehen.

Kühllösung für Werkzeugmaschinen werden effizienter und intelligenter

Die Vernetzung von Systemen bindet auch Kältekompressoren mit ein. Kühlsysteme von Werkzeugmaschinen sollten exakte Temperaturregelungen ermöglichen, dabei effizient arbeiten und Zustandsdaten für Industrie 4.0-Anwendungen bereitstellen. Die Rittal GmbH & Co. KG, Herborn, erfüllt diese Anforderungen mit ihrer neuen flüssigkeitsbasierten Kühllösung Blue e+ Chiller. Das hessische Unternehmen hat es geschafft, durch Integration einer neuen Technologie mit verbraucherabhängiger Kompressor- und Lüftersteuerung 70 Prozent Energieersparnis zu erzielen.

Dabei wird bereits im Standardprogramm eine geregelte Genauigkeit von 0,1 Kelvin eingehalten. Der Chiller verfügt des Weiteren über eine SPS-basierte integrierte Intelligenz, mit der die gemessenen Betriebsdaten wie elektrischer Strom und Spannung, Temperaturen und Temperaturunterschiede zur Realisierung eines Energiemonitors digital ausgewertet werden. Durch intelligente Verknüpfungen der gemessenen Daten werden weitere Betriebszustände indirekt abgeleitet, um beispielsweise den Verschmutzungsgrad des Filters zu überwachen. Zur Übermittlung der Betriebszustände an höhere Kontrollinstanzen steht ein Kommunikationsmodul zur Verfügung, das verschiedene Netzwerkprotokolle unterstützt.

Intelligente Lager- und Führungssysteme

Die Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Schweinfurt, präsentierte auf ihrem Messestand Neuheiten für die Überwachung von Linearführungssystemen und Spindellagern. Auch ein leistungsfähigeres neues Material für Hochleistungslager hatten die Schweinfurter im Angebot. Angaben des Unternehmens zufolge sind Ausfälle in Führungssystemen am häufigsten auf unzureichende Schmierung zurückzuführen. Die mechatronische Linearführung INA DuraSense sichert daher durch bedarfsgerechte Schmierung eine lange Lebensdauer. Dazu misst ein Beschleunigungssensor, der am Führungswagen angebracht ist, die Vibrationen in der Nähe der Wälzkörper.

Durch Auswertung der Signale im Frequenzbereich von 25 kHz wird während des Betriebs permanent ein abgeleiteter Kennwert ausgegeben, der angibt, ob der Schmierzustand ausreichend ist, und bei Bedarf eine automatische Nachschmierung auslöst. Dieses System verbessert die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit im eingesetzten Führungssystem. Der Zeitraum zwischen den Nachschmierintervallen ist zusätzlich ein Indikator für den Verschleißzustand. Angaben von Schaeffler zufolge werden die Nachschmierintervalle kürzer, je näher das verschleißbedingte Lebensdauerende erreicht wird. Durch vorbeugende Instandhaltung kann somit ein ungeplantes Versagen des Führungssystems verhindert werden.

Mit FAG SpindelSense stellte Schaeffler eine einbaufertige Überwachungseinheit für die Hauptspindel vor, die unzulässige Belastungen erkennt. Hierzu sind Wirbelstromsensoren aus eigener Entwicklung integriert, die zwei radiale und eine axiale Verlagerung sowie zwei Verkippungen erfassen. Somit wird die Bewegung in allen fünf relevanten Achsen erfasst. Zudem wird die Temperatur über integrierte Temperatursensoren gemessen. Diese Signale werden einem Lagermodell zugeführt, das daraus die Wälzlagerpressung errechnet, mit zulässigen Lagerkennwerten vergleicht und bei Überschreitung ein Warnsignal ausgibt. Anwender profitieren durch den Einsatz des neuen Systems von optimalen Betriebszuständen mit höchster Produktivität, ohne Überlastungen befürchten zu müssen.

Als weitere Neuheit demonstrierte Schaeffler ein High-Speed-Spindellager mit dem neuentwickelten Hochleistungswerkstoff Vacrodur. Die nominelle Lebensdauer bei Einsatzfällen, in denen Mischreibung vorherrscht, wird gegenüber Lagern aus Wälzlagerstahl um das 25-Fache erhöht. Bei EHD-Reibung verlängert der neue Werkstoff die Lebensdauer des Spindellagers um das 13-Fache. Die Neuentwicklung ist damit prädestiniert für den Einsatz bei höchsten Betriebs- und Grenzdrehzahlen.

Fazit

Die EMO Hannover 2017 zeigte, dass der Wandel zur Digitalisierung in der metallbearbeitenden Industrie gut angenommen wird. Es wurden zahlreiche IoT-Plattformen wie Adamos, Grob-Net 4 Industry oder MindSphere präsentiert, die eine fortschreitende Digitalisierung forcieren. Passend dazu präsentierten Hersteller zahlreiche Werkzeuge und Betriebsmittel, die – mit Sensoren und digitalen Kommunikationsschnittstellen ausgestattet – als Daten-Zulieferer für die digital vernetzten Produktionssysteme dienen. Die zukunftsweisenden Technologien verfolgen dabei dennoch klassische Ziele, wie nachvollziehbare Produktionsprozesse, optimierter Ressourceneinsatz, höhere Flexibilität und die Steigerung der Produktivität. Zu diesen Zielen tragen aber auch die bei der diesjährigen EMO Hannover vorgestellten zahlreichen technologischen Neuentwicklungen bei Maschinen, Werkzeugen und Maschinenkomponenten bei. Vor allem auf dem Gebiet der additiven Fertigung waren viele Innovationen zu sehen – eine Tatsache, die einen wirtschaftlicheren Einsatz der jungen Technologie sicher begünstigen wird.

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