05.10.2006 | Autor / Redakteur: Bernhard Kuttkat / Bernhard Kuttkat
Nur mit Innovationen können deutsche Werkzeugmaschinenhersteller ihre Spitzenposition auf den Weltmärkten sichern – so die vorherrschende Tenor der Vorträge auf den Tübinger Schleiftagen.
Welche Entwicklungen treiben die Leistungsfähigkeit künftiger Werkzeugmaschinen voran? Wie können deutsche Werkzeugmaschinenhersteller ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern? Antworten darauf gaben die Tübinger Schleiftage, veranstaltet von der Walter Maschinenbau GmbH. In einem abgewogenen Mix aus Theorie und Praxis zeigten Referenten den Teilnehmer Weiterentwicklungspotenzial auf.
„Weil hinsichtlich der Steigerung technischer Leistungsdaten eine Sättigung zu beobachten ist und sich die Leistungsdaten von Werkzeugmaschinen angleichen, ist für die Hersteller eine Differenzierung über technische Leistungsparameter schwierig“, betonte Prof. Dr. Christian Brecher, Direktor des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen. Er machte auch deutlich, das zukünftig Asien der Kernmarkt für Werkzeugmaschinenhersteller sein wird. Das Stammgeschäft in Europa und den USA stagniert. Und China kann zu einem ernstzunehmenden Wettbewerber im mittleren und unteren Technologiesegment werden.
Was also können deutsche Werkzeugmaschinenhersteller tun, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und auszubauen? Welche Entwicklungen sollten vorangetrieben werden, um vor allem China als potenziellen Konkurrenten auch künftig Paroli bieten zu können? „Technologie- und Innovationsvorsprünge in Zusammenarbeit mit Anwendern, Zulieferern und Forschungseinrichtungen bilden die Basis für einen erfolgreichen Werkzeugmaschinenbau in Deutschland“, konstatierte Brecher. Seiner Auffassung nach sollte mehr als bisher bei der Entwicklung von Werkzeugmaschinen der Systemgedanke im Vordergrund stehen. „Dabei ist eine konsequente Fokussierung auf bedarfsgerechte Maschinenkonzepte mit innovativen Komponenten und auf die Verhältnismäßigkeit der technisch innovativen Lösungen unumgänglich“, so Brecher.
Entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit sei das Gesamtpaket aus Maschine, Technologie und Service. Charakteristisch für Hightech-Maschinen sind seiner Meinung nach eine toleranzsichere Produktion am Maximum des technisch Möglichen, die Einheit von Prozess und Maschine, Adaptronik und IT-Integration, intelligenter, konfigurierbarer und modularer Aufbau sowie fehlertolerante Mensch-Maschine-Schnittstellen. Zielführend seien die Trends im Werkzeugmaschinenbau zu bedarfsgerechten Maschinenkonzepten, leistungsfähiger Maschinen- und Prozesssimulation, innovativen Maschinenkomponenten sowie zu Diagnose und Maschinenüberwachung.
„Neuere Simulationsmethoden wie die Mehrkörpersimulation unter Einbeziehung der Antriebstechnik unterstützen die effiziente Entwicklung von bedarfsgerechten und auf die Bearbeitungsaufgaben abgestimmte Maschinen“, so Brecher. Solche Simulationssysteme vereinfachen nicht nur die belastungsgerechte Auslegung von Komponenten und Maschinen, sondern reduzieren auch das Entwicklungsrisiko.
Ein weiterer „Leistungsträger“ im Werkzeugmaschinenbau ist innovative Steuerungssoftware. Das verdeutliche Leopold Schenk, Geschäftsführer der GE Fanuc Automation CNC Deutschland GmbH, Neuhausen, anhand des sogenannten Nano-CNC-Systems, das mit neuester Servo-Technik eine Nano-Interpolation der Achsbewegung ermöglicht und aufgrund der Nurbs-Interpolation für hochgenaue Oberflächen bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten sorgt. Als weitere Merkmale nannte er kurze Interpolationszeiten, eine Blockvorausschau von 1000 Böcken sowie eine Blockbearbeitungszeit von 0,4 s.
Hohe Anforderungen an Hochpräzisions-Fräsmaschinen und Werkzeuge stellt die Bearbeitung von Miniatur-Bauteilen, wie Dirk Oberschmidt, Gruppenleiter Mikroproduktionstechnik des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik, Berlin, anhand einiger Daten zeigte: „So erfordern die Mikrofräswerkzeuge hochtourige Spindeln mit Drehzahlen bis 300 000 min−1, einer Rundlaufabweichung ≤1 µm und hoher radialer Steifigkeit. Fertigungstoleranzen von ≤2 µm setzen Positionierabweichungen ≤1 µm und Wegmesssysteme mit Auflösungen von 0,01 µm voraus.“ Das staatlich geförderte Verbundprojekt Micu-Tool habe zum Ziel, neue Mikrozerspanwerkzeuge und Simulationssoftware zu entwickeln.
„Wegen immer kleineren Mikrowerkzeugen werden die Anforderungen an die Messmittel größer“, stellte Oliver Wenke, Leiter Entwicklungszentrum Messtechnik der Walter Maschinenbau GmbH, Tübingen, fest. Schneidendurchmesser von 0,1 mm seien heutzutage schon keine Seltenheit mehr. Anzustreben sei eine Komplettmessung aller zu messenden Parameter. „Ohne höchstgenaue Messtechnik ist die Fertigung von präzisen Mikrowerkzeugen für den Hersteller theoretisch nicht möglich“, so Wenke. Was moderne Messmaschinen zu leisten vermögen, erläuterte er am Beispiel der Walter Helicheck Plus. Das Optikkonzept dieser Messmaschine mit zwei Kameras für 400-fach (8:1) und 50-fach (1:1) Vergrößerung erfasst die Werkzeuggeometrie per Auflicht, Durchlicht und Stirnlicht, sowohl von üblichen Standardwerkzeugen als auch von Mikrowerkzeugen.
Großen Einfluss auf die Genauigkeit beim Fertigen oder Messen hat das thermische Verhalten der Maschinen. „Bis zu 80% der Abweichungen an Werkzeugmaschinen werden heutzutage durch thermisch bedingte Verformung verursacht“, konkretisierte Dr. Utz-Volker Jackisch, Geschäftsführer der Epucret Polymertechnik GmbH & Co. KG in Wangen. Epucret-Ingenieure sind dabei, durch das Eingießen von Temperatursensoren und Temperierelementen und deren regelungstechnische Kopplung ein „intelligentes“ Maschinenbett aus Mineralguss zu entwickeln.
„Ziel sind Mineralgussbetten als neuartige Struktursysteme, die auf äußere thermische Veränderungen selbst optimierend reagieren, bevor genauigkeitsrelevante Verformungen auftreten“, erklärte Jackisch. Er erläuterte die Vorteile dieses adaptronischen Ansatzes im Vergleich zu herkömmlichen thermokompensatorischen Maßnahmen: “Sensoren und Aktoren sind integraler Bestandteil der tragenden Struktur. Thermische Bedingte Verformungen werden nicht nachträglich kompensiert, sonder verhindert. Es erfolgt eine selbständige und autonome Anpassung an veränderte thermische Randbedingen.“
Seit eineinhalb Jahren wird ein Demonstrator betrieben. Versuche mit einer Störgröße (Wärmequelle von 40° C) direkt über einer Führungsfläche führten zu keiner thermisch bedingten Verformung am Demonstrator. „In der nächsten Entwicklungsstufe werden an realen Maschinenbetten unserer Kunden Temperaturverteilungen gemessen und mit berechneten Ergebnissen verglichen, wird die thermisch bedingte Verformung analysiert, damit wir weitere Untersuchungen durchführen können, die es uns ermöglichen, derartige intelligente Maschinenbetten zur Marktreife zu entwickeln“, so Jackisch.
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