Die Produktion von Präzisionswerkzeugen wie diesem von Walter hat sich in Deutschland in den letzten Jahren deutlich positiv entwickelt. Auch für 2019 rechnet die Branche mit einem weiteren Wachstum. - Bild: Walter
1. Politische Rahmenbedingungen: Warum sie die Wirtschaft ausbremsen
Deutsche Präzisionswerkzeuge finden häufig den Weg ins Ausland – der Exportanteil an der Produktion liegt bei über 45 Prozent. Zu den größten Exportmärkten gehören unter anderen die USA und China. Deshalb belasten besonders der Handelskrieg zwischen den USA und China, die US-Sanktionen gegen Iran sowie der bevorstehende Brexit die wirtschaftlichen Erwartungen.
"Die weltpolitischen Aussichten haben sich im vergangenen Jahr nicht verbessert", meint Lothar Horn, Vorsitzender des VDMA Präzisionswerkzeuge und Geschäftsführer der Paul Horn GmbH. "Unsere wirtschaftlichen Erwartungen für 2019 sind dennoch gebremst optimistisch."
Doch nicht nur die internationale Situation bereitet den Unternehmern Sorge. Auch die Situation der Wirtschaft innerhalb Deutschlands erfordert dringenden Handlungsbedarf von der Politik. "Wenn wir hier in Deutschland wettbewerbsfähig bleiben wollen, müssen wir endlich mit der Entlastung der Firmen von bürokratischen Hilfstätigkeiten Ernst machen", fordert Lothar Horn.
Als Beispiel nennt er die Umsetzung der DSGVO-Vorgaben, die allein in seinem Unternehmen über 1500 Arbeitsstunden gekostet hat. Ein weiteres Beispiel ist die EU-Entsenderichtlinie, die viel Bürokratie mit sich bringt. Steuern und Abgaben belasten die Unternehmen zusätzlich, besonders bei Familienbetrieben. "Allein die Belastung durch die Erbschaftssteuer gibt den Unternehmen oft keine Möglichkeit einer Nachfolgeregelung ohne Fremdmittel", so Lothar Horn.
2. Elektromobilität: Was aufgrund von E-Autos auf die Hersteller von Präzisionswerkzeugen zukommt
Der Mega-Trend Elektromobilität beschäftigt die gesamte Industrie, auch die Hersteller von Präzisionswerkzeugen. Für Hybridantriebe benötigt die Automobilindustrie neue Werkzeugkonzepte, Bauteile für rein batterieelektrische Fahrzeuge hingegen benötigen weniger Zerspanungswerkzeuge in der Produktion. Dies verursacht eine Marktverschiebung sowohl im Bereich Werkzeugmaschinen als auch bei den Präzisionswerkzeugen, die der VDMA genau beobachtet und in der Studie 'Antrieb im Wandel' darlegt, die aktualisiert wurden wird und sich mit der Mobilität der Zukunft beschäftigt.
Zusätzlich konkurriert die batteriegestützte Elektromobilität mit den Werkzeugherstellern um Rohstoffe. "Die Batterien der Elektrofahrzeuge benötigen wie viele unserer Werkzeuge Kobalt", erklärt Lothar Horn. Es werde erwartet, dass sich der Kobaltbedarf in den nächsten Jahren hochdynamisch entwickelt, was eine große Herausforderung darstellt. "Es wird entscheidend sein, ob es der Bergbauindustrie mittels der Erschließung neuer Projekte und der Erweiterung bestehender Anlagen gelingt, die starke Nachfrage zu bedienen", so Lothar Horn weiter. "Dies könnte gelingen, setzt aber schon bei einem moderaten Wachstum der Nachfrage voraus, dass fast alle Projekte auch mit den heute angekündigten Kapazitäten in Produktion gehen.
Auch die Spanntechnik wird von der Elektromobilität beeinflusst. So werden bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen extrem genaue und gleichzeitig empfindliche zerspante Bauteile benötigt, es muss also mit höchster Präzision gearbeitet werden. "Die zur Herstellung dieser Bauteile benötigten Spannzeuge müssen sensibler sein, um mit reduzierten Anlegekräften arbeiten zu können", erläutert Hans-Joachim Molka, stellvertretender Vorsitzender des VDMA Präzisionswerkzeuge und Vorsitzender der Fachabteilung Spannzeuge. "Die Spannkraft darf nur so hoch sein, wie sie das Bauteil nicht deformiert, aber dennoch sicher gespannt bleibt. Dabei spielt die Simulation von Spannkonzepten eine immer wichtigere Rolle."
Elektromobiltät verändert Fertigungsprozesse
Im Jahr 2030 werden global circa 20 Millionen Einheiten elektrischer Antriebe erwartet - ein Großteil davon wird batterieelektrisch sein. Dies wird einen Wandel in den Herstellungsprozessen von Antriebssystemen hervorrufen.
Laut der Studie "Antrieb im Wandel" des VDMA, werden die Auswirkungen auf die Fertigungsprozesse, die bei konventionellen Antrieben dominieren, erheblich sein. Die Studie prognostiziert, dass beim batterieelektrischen Antrieb von Elektrofahrzeugen die Wertschöpfung im Vergleich zum Mildhybrid um 64 Prozent sinken wird.
Im Gegenzug wird allerdings die Wertschöpfung beim Hybridantrieb um 24 prozent steigen. So soll laut der Studie über alle Antriebstechnologien hinweg auch 2030 ein Wachstum der Wertschöpfung um 1,7 Prozent möglich sein. Hinzu kommt zusätzlich die Batteriezellproduktion für Elektrofahrzeuge, die einen weiteren Faktor für das Wachstum darstellt.
3. Digitalisierung: Warum Big Data und intelligente Prozessregelung wichtig sind
In der Welt der Zerspanung machen Begriffe wie digitaler Zwilling, Cloud und Big Data die Runde, die Arbeit erfährt eine digitale Revolution. In der Metallbearbeitung ist die Digitalisierung stark abhängig von intelligenten Werkzeugen. "Das reicht vom Mitschreiben von Prozessdaten und der automatischen Auswertung von Massendaten im Prozess und das Toolmanagement in der Cloud hin zu sensorischen Werkzeugen", erläutert Lothar Horn.
Gefragt ist aber ebenfalls digitale Messtechnik, die Anwendern einen schnellen, regelnden Eingriff in den Prozess ermöglicht. Auf diese Weise können dann der Verschleiß verringert und Werkzeugbeschädigungen verhindert werden. Im Idealfall lässt sich mit intelligenten Werkzeugen und der passenden Sensorik sogar ein komplett autonomer Prozess inklusive automatischer Prozessregelung realisieren, bei dem beispielsweise Schnittparameter in Echtzeit an den Fräsvorgang angepasst werden.
4. Sensorik: Warum Spannzeuge mit Sensoren ausgestattet werden sollten
Nicht nur bei den Werkzeugen selbst, auch bei den Spannzeugen wird Sensorik in Zukunft eine große Rolle spielen. "Die Industrie 4.0 ist durchgängig nur zu realisieren, wenn moderne Spanntechnik mit Sensorik ausgestattet ist", sagt Hans-Joachim Molka.
In der Spanntechnik ist Sensorik zwar schon seit einiger Zeit verbreitet, allerdings bauen viele der digitalen Lösungen auf unterschiedlichen Technologien auf. Daraus resultiert, dass sie oft nicht miteinander kommunizieren können aufgrund nicht kompatibler Schnittstellen. "Genau darin liegt die Herausforderung", erklärt Hans-Joachim Molka. "Es geht darum, Plattformen zu schaffen, auf denen Spannzeuge unterschiedlicher Hersteller miteinander verlinkt sind und in einem Gesamtsystem kommunizieren können."
Diese Standards werden für die Hersteller und Anwender von Spanntechnik zunehmend wichtiger werden. Deswegen führt der VDMA rege Normungsaktivitäten aus, zum Beispiel um die Werkstückspanntechnik zu standardisieren.
5. Additive Fertigung: Wie sich der 3D Druck in die Prozesskette einfügt
Additive Technologien eröffnen in der Fertigung von Präzisionswerkzeugen neue Möglichkeiten – sowohl konstruktiv, aber auch in Bezug auf Materialien und Einsatzgebiete. Dabei sollte die additive Fertigung allerdings nicht als vollwertiger Ersatz für die Zerspanung gesehen werden, sondern als ein Teil der Prozesskette. "Obwohl der additive Herstellungsprozess immer weiter voranschreitet und Einzug hält, ist in den meisten Fällen noch eine zerspanende Nachbearbeitung notwendig", beschreibt Lothar Horn. "Zum Beispiel um Passungen und Oberflächengüten in der richtigen Qualität zu erhalten."
Im Bereich der Spannzeuge bringen die Entwicklungen in der additiven Fertigung neue Herausforderungen mit sich. "Es bedarf nun Spanntechnik, die genau angepasst ist auf die Nachbearbeitung der additiv gefertigten Teile", erklärt Hans-Joachim Molka. Außerdem werden an Spannkomponenten, die in der additiven Fertigung eingesetzt werden, höhere Anforderungen an die Staubbeständigkeit des Systems gestellt.
Das sind die größten Werkzeugmaschinen-Hersteller Europas
Zerspanende Werkzeugmaschinen sind in der Industrie unverzichtbar. Die deutschen Hersteller punkten mit hochpräzisen und verlässlichen Maschinen. Doch wo stehen sie im europäischen Vergleich? Das sind die fünfzehn umsatzstärksten Unternehmen Europas.
6. Prozessoptimierung: Warum Prozess-Know-how wichtiger wird
Elektromobilität, Digitalisierung und additive Fertigungsverfahren verlangen nach neuen Prozessen, doch auch vorhandene Technologien werden kontinuierlich weiterentwickelt. "Bei den Prozessen gibt es bei unseren Kunden nicht nur den anhaltenden Trend hin zu innovativen neuen Lösungen, sondern auch zur Verlagerung vorhandener Prozesse auf Universalmaschinen", schildert Lothar Horn. "Die Integration vorhandener Technologien schreitet weiter voran, beispielsweise das Schleifen auf Bearbeitungszentren."
Zusätzlich werden vorhandene Prozesse weiterentwickelt. Als Beispiele nennt Lothar Horn das Speed-Forming, das Wirbeln und das Nutstoßen. Mit neuen, optimierten Werkzeugen sollen hier die Standzeiten erhöht werden und somit Zeiteinsparungen realisiert werden.
10 Werkzeuge, die Zerspanungsverfahren revolutionieren, finden Sie in dieser Bildergalerie:
Ein Drehwerkzeug ersetzt mehrere Werkzeuge: Mit High Dynamic Turning und den FreeTurn-Werkzeugen von Ceratizit soll es möglich sein, alle Außendrehoperationen mit nur einem einzigen Werkzeug auszuführen. Statt mit einem festen Anstellwinkel zum Werkstück soll künftig die Frässpindel genutzt werden, um einen dynamischen Winkel am Werkstück zu erzeugen (High Dynamic Turning). Das FreeTurn-System besteht aus einer Werkzeugaufnahme, einem schlanken Schaft und einer mehrschneidigen Wendeschneidplatte, deren Schneiden unterschiedliche Eigenschaften haben – sogar unterschiedliche Beschichtungen und Schneidstoffe sind möglich. - Bild: Ceratizit
Schlichten und Polieren in einem Arbeitsgang: Die Cut&Form-Fräser von Emuge Franken verfügen über eine spezielle Werkzeug-Geometrie, die es ermöglicht, beim Besäumen von Bauteilen bei der Schlichtbearbeitung polierte Oberflächen herzustellen. Jeder Werkzeugschneide der Cut&Form-Fräser folgt ein Drücksteg, der spanlos das Material verdichtet und über diese Glättung eine polierte Oberfläche mit Rauheitskennzahlen von N1 bis N3 erzeugt. Dadurch kann ein zusätzlicher Arbeitsgang mit oft aufwendiger maschineller oder manueller Nacharbeit entfallen. So lassen sich Fertigungskosten und Produktionszeiten reduzieren. - Bild: Emuge Franken
Schruppfräser für ein extremes Zeitspanvolumen: Der RF 100 Speed P von Gühring ist für die Bearbeitung von Stahl, hochfestem Stahl und Guss angepasst. Sein 48°-Spiralwinkel mit ungleicher Schneidenteilung erlaubt einen weichen, ruhigen Schnitt und eine hohe Laufruhe. Das reduziert die Maschinenbelastung und erhöht die Volumenleistung. Dank der Geometrie und Verschleißfestigkeit des Werkzeugs konnte auf einer Chiron FZ 16 five axis ein Zerspanrekord erzielt werden: 1 000 cm3 Stahl (16MnCr5) in 60 s. - Bild: Gühring
Tonnenfräsen verkürzt Schlichtzeiten und erhöht Oberflächengüten: Das Tonnenfräsen, auch Parabolic Performance Cutting (PPC) genannt, ist eine Weiterentwicklung des Vollradiusfräsens. Das besondere Merkmal der Garant PPC-Tonnenfräser der Hoffmann Group ist gebogene Hauptschneide und der so vergrößerte Wirkradius. Im Vergleich zu Vollradiusfräsern erzielen sie einen bis zu neun Mal größeren Zeilensprung oder eine bis zu 80 Mal bessere Oberflächengüte. - Bild: Hoffmann Group
Speed Forming macht das Herstellen von Nuten produktiver: Basierend auf dem System Supermini Typ 105, hat Horn Werkzeuge entwickelt, die das Fertigen von schmalen und tiefen Nuten produktiver macht. Das mit diesen Werkzeugen mögliche Speed-Forming-Verfahren ist eine spezielle Art des Hobelns. Ähnlich wie beim Nutstoßen verfährt das Werkzeug auf einer programmierten Bahn bei fest ausgerichteter Werkzeugspindel. Im Vergleich zum Nutfräsen sind kürzere Bearbeitungszeiten möglich, da die Tropfenform des Supermini-Systems höheren Belastungen standhält als die üblichen Nutfräser. - Bild: Horn
Leistungsstark Schruppen in Superlegierungen: Mit dem Harvi Ultra 8X von Kennametal können pro Minute 328 cm3 Ti-6Al-4V entfernt werden, und das bei einer Standzeit von 60 min pro Schneide. Dies ist der besonderen Konstruktion des Fräsers zu verdanken: Der Fräser verfügt über doppelseitige Wendeschneidplatten mit positivem Spanwinkel, eine Helix-Geometrie, eine AlTiN+TiN-PVD-Beschichtung und eine aufschraubbare Kegelflansch-Aufnahme. - Bild: Kennametal
Wirbeln statt Schleifen für eine beschleunigte Bearbeitung: Gewindeprofile bei Kugelrollgewinden werden häufig mittels Schleifen erzeugt. Mit dem Wirbeln geht es schneller, wozu Mapal ein spezielles Werkzeugsystem in Ringform enwickelt hat. Es ist mit PcBN-Profilschneidplatten und einer PcBN-Schneidplatte, die die Fasen erzeugt, bestückt. Je nach Durchmesser kommen unterschiedlich viele Profilplatten zum Einsatz. Gespannt werden die nach innen gerichteten Schneidplatten über ein komplexes System. Spezielle Luftdüsen ermöglichen eine optimale Spanabfuhr. - Bild: Mapal
Deutlich erhöhte Standzeiten bei gehärteten Werkstoffen: Die Jabro Mini JM100 Fräser von Seco bieten erhöhte Standzeiten bei der Bearbeitung von Werkstoffen der ISO-Gruppe H und erfordern so weniger Werkzeugwechsel. Damit trägt die Produktfamilie signifikant zur Produktivitätssteigerung bei. Möglich macht dies eine konische Freilegung der Fräser, die die Werkzeugstabilität erhöht. Die Radiustoleranz von ± 5 µm und die engen Rundlauftoleranzen erlauben zeitgleich ein hohes Maß an Präzision, aufwendige Nacharbeiten können so entfallen. - Bild: Seco
Verdreifachter Vorschub beim Schlichten: Anstatt den Freiwinkel immer größer und damit die Schneidkante schärfer zu machen, besteht die Idee der Xtra-tec-XT-Fräser von Walter darin, den Freiwinkel zu verkleinern und den Spanwinkel zu erhöhen. Die Auflagefläche der Wendeschneidplatte vergrößert sich so um 34 %. Beim Semi-Schlichten einer Turbinenschaufel konnte die Vorschubgeschwindigkeit mehr als verdreifacht werden – von 1 399 auf 4 775 mm/min. Bisher sind Eckfräser und ein Planfräser erhältlich, weitere Werkzeuge der Serie folgen. - Bild: Walter
Diamantfräser für besonders geringe Toleranzen: Einen neuen Maßstab bei Mikropräzisionswerkzeugen zur Kupferbearbeitung setzt Zecha mit den diamantbeschichteten Iguana-Fräsern. Die Kugel-, Torus- und Schaftfräser sind Mehrschneider im kleinen Durchmesserbereich von 0,4 bis 3 mm. Mithilfe der Laserbearbeitung werden scharfe Schneidkanten auf mehrschneidige CVD- beschichtete Vollhartmetallwerkzeuge übertragen – ohne die Härte und Festigkeit der Diamantschicht zu verändern. Besonders dabei sind die bei geschlossener Diamantschicht gezielt herstellbaren Schneidkantenradien von 1 μm, welche bisher nur mit Radien oberhalb von 5 μm realisierbar waren. - Bild: Zecha
7. Fachkräftemangel: Wie die Präzisionswerkzeuge-Branche mit dem Mitarbeiter-Mangel umgeht
Der Wachstumsschub im vergangenen Jahr hat am Arbeitsmarkt zu einem zusätzlichen Bedarf an Fachkräften geführt, doch diese zu finden, wird immer schwieriger und es gibt immer mehr offene Stellen. Daher mussten 2018 viele Firmen in der Präzisionswerkzeugbranche mit Überstunden operieren – im Werkzeugbau war es jeder vierte, in der Sparte der Zerspanwerkzeuge waren es sogar die Hälfte aller Betriebe.
"Für 2019 erwarten wir eine leichte Entspannung", berichtet Hans-Joachim Molka. "Es ist allerdings nach wie vor sehr schwierig, qualifizierte Fachkräfte für die Stellenbesetzung zu gewinnen." Dem stimmt auch der Vorsitzende des VDMA Werkzeugbau Marco Schülken zu, der für die momentane Situation auf dem Arbeitsmarkt nur eine Lösung sieht: "Wer nicht selbst ausbildet, hat mittelfristig keine Chance, an Personal zu kommen."
Fachkräftemangel bremst Wachstum
Das größte Sorgenkind der deutschen Werkzeugmaschinen-Hersteller bleibt weiterhin der Fachkräftemangel. Beim Maschinenbau-Barometer der Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PwC gaben 82 Prozent der befragten an, dass der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften das größte Wachstumshindernis darstellt. Dies ist auch bedingt durch die steigenden Aufwände für Personal, die zum primären Kostentreiber werden. Die Maschinenbauer müssen am Arbeitsmarkt regelrecht um die Fachkräfte kämpfen, das treibt die Kosten in die Höhe.
8. Zahlungsmoral: Wie späte Zahlungen dem Werkzeug- und Formenbau schaden
Den Werkzeug- und Formenbau beschäftigt zudem noch ein weiteres Thema: In Ländern wie China und Südafrika ist der Stellenwert des Werkzeugbaus wesentlich höher als in Deutschland. Da dort einheimische Unternehmen vom Staat gefördert werden, leiden deutsche Werkzeugbauten schon länger unter Wettbewerbsverzerrungen. Doch mittlerweile kommen darüber hinaus auch Probleme auf dem deutschen Markt hinzu. „Einige dominante Großkunden auf dem deutschen Markt legen derzeit ein verheerendes Geschäftsgebahren an den Tag“, berichtet Marco Schülken. „Man kann regelrecht von einem Ausbluten der deutschen Werkzeugbauer reden.“ Als Beispiele für schädliche Geschäftspraktiken nennt er die umfangreiche Vorfinanzierung von kundenspezifischen Projekten, Preisnachlässe bei geschlossenen Verträgen als Bedingung für Anschlussaufträge sowie die Abnahmeverweigerung oder -verzögerung als Vorwand, um mit nicht vollständig bezahlten Werkzeugen zu produzieren.
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