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Blick in den Arbeitsraum der Maschine des PZH: Spannsystem und Spindel verfügen über Kraftmesssensoren und verleihen der Maschine ‚Gefühl‘. - Bild: PZH

Die Zeiten im Werkzeugmaschinenbau ändern sich: Bis vor einigen Jahren gab es Fortschritte in Form von zusätzlichen Achsen, höheren Bearbeitungsgeschwindigkeiten und immer höheren Genauigkeiten. Gestandene Ingenieure mit eher konservativen Ansichten über die Fortschritte im Werkzeugmaschinenbau bestimmten das Entwicklungstempo.

Jetzt muss die Zunft dieser Ingenieure umdenken: Schrittmacher der Zukunft sind eher ‚softe‘ Themen. Da ist die Rede von Industrie 4.0, der Cloud und ‚smarten‘ Maschinen. Rein aus Sicht der Maschinenkonstrukteure werden die Fortschritte in Zukunft eher klein sein, da man allmählich an die Grenzen der Physik kommt.

Einen Weg in die Zukunft dieser neuen smarten Maschinen weist das Produktionstechnische Zentrum Hannover (PZH) der Universität Hannover: Wissenschaftler rund um Dr.-Ing. Marc-Andre Dittrich haben eine ‚fühlende‘ Werkzeugmaschine entwickelt. „Wir haben uns den Mensch und seine Arbeitsweise zum Vorbild genommen. Wenn wir eine Handbohrmaschine führen, haben wir sehr starke sensorische Mittel, um beispielsweise den Druck auf das Bauteil zu fühlen und entsprechend anzupassen“, so Dittrich.

Marc-Andre Dittrich
Dr.-Ing. Marc-Andre Dittrich. - Bild: PZH

Dieses Grundprinzip wurde auf eine Fräsmaschine des Herstellers DMG Mori übertragen, indem Deh­nungsmesstreifen in den Spindelschlitten und in das Spannsystem eingebaut wurden.

Auf Grundlage der gemessenen Kräfte kann die Abdrängung des Fräsers berechnet und entsprechend korrigiert werden. „Dahinter steckt ein im Prinzip einfaches Biegebalkenmodell. Es ist auf der Maschinensteuerung hinterlegt und berechnet vollautomatisch die Korrekturen in Echtzeit. Den Genauigkeitsgewinn gibt Dittrich mit derzeit rund 80 % an. Effektiv sei das Verfahren besonders bei der Schruppbearbeitung mit lang auskragenden Werkzeugen, bei deren Einsatz die Abdrängung besonders groß ist.

„Wir haben viele unterschiedliche Informationen über die Werkzeuge im Werkzeugdatenspeicher der Maschine. Beispielsweise wissen wir sehr genau, wo sich der Tool-Center-Point des Werkzeugs befindet. Weiter kennen wir Länge und Durchmesser des Werkzeugs. Das reicht aus, um unser Modell ausreichend mit Daten zu füttern“, erklärt Dittrich.

Ein Nachteil des Verfahrens sei die infolge der Vorschubreduzierung verlängerte Bearbeitungszeit. „Folgeprojekte zielen deshalb darauf ab, auch die Achsposition selbst anzugehen und den NC-Code dynamisch zu modifizieren“, erklärt Dittrich.

Im Gegensatz zur konventionellen Kraftmesstechnik haben die Dehnmessstreifen den Vorteil, dass sie die Steifigkeit und Stabilität der Maschine nicht beeinflussen. Damit bleiben sämtliche Maschineneigenschaften erhalten. Zudem seien die Kosten für die Ausrüstung der Maschine mit dem System niedrig: „Wir wollten eine günstige Automatisierungstechnologie realisieren. Deswegen haben wir auf aufwendige Kraftmesssensorik verzichtet, die in die Zehntausende geht. Wir benötigen nur einige Dünnschichtdehnmessstreifen“, so Dittrich.

Beladesystem
Auch Beladesysteme für Maschinen könnten in Zukunft Kräfte messen und damit Informationen über das Bauteil liefern. - Bild: Schunk

Um die Umrüstkosten niedrig zu halten, haben die Forscher am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen auf einen Clou zurückgegriffen: „Wir haben kleine Kerben in die Spindelschlitten eingebracht und die Dehnmessstreifen in diesen Kerben platziert“, erklärt Dittrich. Es habe sich herausgestellt, dass diese Kerben die Integrität des Spindelschlittens nicht beeinflussen. Eine Nachrüstung sei daher ohne allzu großen Aufwand kostengünstig möglich.

Die Forschung zu diesem Projekt befindet sich laut Dittrich in der Endphase und wurde auf zwei Maschinen realisiert. Es gebe sowohl aufseiten der Industrie und auch der Maschinenhersteller lebhaftes Interesse an der Technik. Geplant seien jetzt Folgeprojekte, die auf die Industrialisierung der Technologie abzielen. Sein Fazit: „Die Vorteile unserer Technologie ergeben sich insbesondere bei Bauteilen in sehr kleiner Losgröße. Wir sind dabei in der Lage, auf Anhieb und ohne Nacharbeit Gutteile zu produzieren.“

Auch beim Spanntechnikhersteller Roemheld macht man sich Gedanken über eine Werkzeugmaschine mit ‚Gefühl‘: „Fühlende Spannsysteme könnten die auftretenden Kräfte messen. Die Informationen, ob ein Werkstück korrekt eingespannt ist und welche Kräfte auftreten, lassen sich für die Steuerung und Optimierung des Bearbeitungsprozesses nutzen“, so Entwicklungsleiter Dr.-Ing. Wolfgang Reuter.

Noch werde allerdings daran geforscht, mit welchen aus der Spanntechnik gewonnenen Parametern sich der Zerspanungsprozess verbessern lässt und welche Stellglieder dazu eingesetzt werden könnten.

Wichtige Rohdaten seitens der Maschine und des Spannsystems sind laut Andreas Lotz, Verkaufsleiter Werkstückspannsysteme, Druck, Temperatur und Bearbeitungskräfte. „Bisher wurde anhand der Spindeldaten immer nur das Werkzeug überwacht. Intelligente Werkstückspannsysteme ermöglichen künftig auch die Überwachung des Werkstücks“, so Lotz.

Spannsystem
Ein Spannsystem von Roemheld erfasst die bei der Bearbeitung auftretenden Kräfte. Diese können für die Bearbeitung genutzt werden. - Bild: Roemheld

Auch das Unternehmen Schunk beschäftigt sich damit, seinen Greif- und Spanntechniklösungen Gefühl einzuhauchen: „Produktionssysteme von morgen werden erstklassig vernetzt sein und unter anderem auch mithilfe der Spannmittel und Greifsysteme permanent sowohl den eigenen Status als auch den ihrer Umwelt erfassen“, blickt Dr. Markus Klaiber, Technischer Geschäftsführer/CTO, nach vorn und macht deutlich, wo die größte Herausforderung des Maschinenbaus liegt: „Wir sind mit Industrie 4.0 einen großen Schritt weiter, sobald automatisierte und autonome Systeme Störungen selbst beheben können.“

Die Komponenten von Schunk sollen in diesem Zusammenhang einen wichtigen Beitrag leisten: „Mit intelligenten Greifern haben wir die Chance, direkt am Werkstück Fehler schnell wahrzunehmen und im Zusammenspiel mit der übergeordneten Leittechnik und intelligenten Spannmitteln den Fertigungsprozess live zu optimieren, auf einen Variantenarbeitsplan zu wechseln oder auf einer anderen Maschine weiter zu produzieren.“ Selbst kleinste Losgrößen sollen sich auf diese Weise künftig hocheffizient automatisiert fertigen lassen.

Die Intec als Mekka der spanenden Fertigung

  • Intec, Leipzig

    Michael Czudaj ist Leiter Verkauf Deutschland und Österreich bei den Index-Werken. Sein Unternehmen ist mit den Marken Index und Traub einer der weltweiten Marktführer bei Drehmaschinen. Aktuell hat das Unternehmen seine Maschinen mit Hilfe eines Designers optisch überarbeitet. Die hochwertige Technologie hat damit ein ansprechendes Äußeres bekommen. Czudaj lädt alle Interessenten vom 28. bis 31. März zum Open House nach Reichenbach. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Der koreanische Werkzeugmaschinenhersteller Hwacheon ist auf dem deutschen Markt in den letzten Jahren gut aus den Startlöchern gekommen. Für die Zukunft wollen Managing Director Christoph Smets (links) und Vertriebsingenieur Steffen Rademacher das Unternehmen noch bekannter machen. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Eine feste Größe in der Werkzeugmaschinenbranche ist Hommel-Geschäftsführer Gisbert Krause. Auch er berichtet von einem vielversprechenden Jahresauftakt und ist besonders stolz auf sein Team. Die Insolvenz der Mutterhauses Wollschläger im letzten Jahr hatte keinerlei Auswirkungen auf den Geschäftsverlauf. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Gabriele Urhahn ist Leiterin Marketing und Kommunikation bei GF Machining Solutions. Hier ist sie neben der Senkerodieranlage Form S 350 der Marke AgieCharmilles zu sehen. Diese Maschine soll neue Maßstäbe bei der Oberflächenqualität und der Detailgenauigkeit setzen. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Der Präzisionswerkzeughersteller Iscar ist ein israelisches Vorzeigeunternehmen und gehört dem Investor Warren Buffet. Hier die deutsche Geschäftsführung: In der Mitte Hans-Jürgen Büchner (Geschäftsführer D-A-CH), links Günter Szerencsés (Leiter Vertrieb Deutschland) und CTO Erich Timons. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Dichtes Gedränge auf dem Iscar-Messestand. Gezeigt wurden neueste Präzisionswerkzeuge für Drehen und Fräsen mit höchster Effizienz. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Auf der Intec gab es reichlich Gelegenheit für den intensiven Austausch zwischen Hersteller und Kunden. Hier ein Eindruck vom Messestand des italienischen Fräsmaschinenherstellers Breton. - Bild: Messe Leipzig

  • Intec, Leipzig

    Am Abend des ersten Messetags wurde im Rahmen der Gala der Intec und Z 2017 der Intec-Preis 2017 vergeben. Produktion-Redakteur Sebastian Moser ist Mitglied der Jury. - Bild: Messe Leipzig

  • Intec, Leipzig

    Der US-amerikanische Werkzeugmaschinenhersteller Haas Automation ist mit seinen relativ günstigen Maschinen im Flächenmarkt sehr erfolgreich. Firmeninhaber Gene Haas besitzt ein eigenes Formel 1 Team. Hier ist Managing Director Jens Thing vor einem Rennwagen zu sehen. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Frauen erobern den Maschinenbau: Hier Josephine Prietzel, Marketingleiterin bei dem Unternehmen Jörg Wappler Werkzeugmaschinen vor einem Bearbeitungszentrum des koreanischen Herstellers Doosan. Das Messe-Motto des Unternehmens war "Automation trifft Effizienz". - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Ist in der Metallbearbeitungsbranche bekannt wie ein "bunter Hund": Klaus Peter Egger, Mediaberater für die Zeitschrift "Produktion" beim Verlag Moderne Industrie. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Ein Vertreter der Kühlschmierstoff-Zunft ist Malte Krone, Leiter Marketing und Produktmanagement bei Oemeta Chemische Werke. Größtes Kundensegment des Unternehmens ist die Automobilbranche. Dabei geht es schwerpunktmäßig um die Zerspanung von Bauteilen für den Antriebsstrang. Sollte die Elektromobilität den Durchbruch schaffen, steht sein Unternehmen für großen Herausforderungen. Der Grund: Für Elektroantriebe werden deutlich weniger Bauteile benötigt, die spanend bearbeitet werden. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Michael Schedler ist Marketingleiter bei der Schweizer Starrag Group und steht hier vor einem Bearbeitungszentrum der Marke Heckert. Er berichtet, dass sein Unternehmen im vergangenen Jahr bei den Auftragseingängen einen neuen Rekord erzielte. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Charmante Vertreterin ihres Landes: Seyda Yildiz Sarica, Assistant Expert beim Verband Turkish Machinery. Die Türkei ist europaweit die sechsgrößte Maschinenbaunation und möchte die Verbindungen nach Deutschland weiter ausbauen. In der Türkei hat der Verband rund 8.000 Mitgliedsfirmen. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Der japanische Werkzeugbauer Mazak ist im Werkzeugmaschinenbau ein Branchenriese. Auf der Intec präsentierte Mazak diese roboterbasierte Automatisierungslösung für Drehmaschinen. - Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Maschinenbau "mit Herz": Vertriebstechniker Stefan Zimmermann präsentierte anhand dieses Modells einige Lösungen aus der Antriebstechnologie. Reiff Technische Produkte ist mit einem Sortiment von über 140.000 Artikeln einer der größten Händler für technische Lösungen.- Bild: Produktion

  • Intec, Leipzig

    Utz Fehlau ist Key Account Manager Sägewerkzeuge beim japanischen Branchenriesen Amada. Das Unternehmen ist besonders stark in der Blechbearbeitung, die aber auf der Intec eher ein Randthema ist. Hier steht Fehlau vor einer Abkantpresse neuester Bauart. Auch für diese Maschinen gibt es passende Automatisierungslösungen. - Bild: Produktion

9. Deutscher Maschinenbau-Gipfel

Der Maschinenbau gilt als die Leitbranche und das Aushängeschild der deutschen Industrie. Doch auch die starke Branche bleibt von geopolitischen Ereignissen Protektionismus, Brexit oder länderübergreifenden Spannungen nicht unbehelligt.

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