Auf der diesjährigen Metav in Düsseldorf präsentierten mehr als 500 Aussteller ihre technologischen Highlights. In der technischen Nachlese finden Sie mehr über aktuelle Trends und nützliche Innovationen.
Neben dem Kernthema Metallbearbeitung wurden Digitalisierung und Vernetzung erneut in einem eigenen Themenpark Industrie 4.0 aufgegriffen. Auch das Konzept aus dem Jahr 2016, die vier Themen additive Fertigung, Medical, Quality und Moulding in speziell dafür eingerichteten Areas in einen besonderen Fokus zu rücken, wurde in diesem Jahr erneut umgesetzt.
Große Bandbreite innovativer 3D-Druck-Verfahren
Die additive Fertigung erhöht die gestalterischen Freiheitsgrade bei der Herstellung von Bauteilen, Werkzeugen und Formen. Neben Anlagen und Softwarelösungen für generative Verfahren wurden auch innovative Bauteile vorgestellt, die durch die Anwendung dieses Verfahrens, beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau, erzeugt werden können.
Die Firma Trumpf Laser- und Systemtechnik aus Ditzingen etwa zeigte gemeinsam mit Kunden und Anwendern unter anderem Kunststoffdruckguss-Werkzeuge mit komplexen Kühlkanälen, die mithilfe konventioneller Verfahren bisher nicht herstellbar waren. Diese neu entwickelten Werkzeuge wurden auf firmeneigenen SLM (Selective Laser Melting)-Maschinen hergestellt. Durch deren verbesserte Kühlwirkung wird in der Serienfertigung von Kunststoff-Spritzgussteilen eine deutlich kürzere Taktzeit erreicht. Die hierdurch gesteigerte Produktivität führt zu einer Kosteneinsparung, die wesentlich größer ist als die herstellungsbedingt höheren Kosten für Werkzeuge und Formen.
Die DMG Mori, Hilden, stellte mit dem Modell Lasertec 30 SLM eine Maschine zur generativen Fertigung von Bauteilen mittels SLM vor, bei der die sonst sehr aufwändige Handhabung des Pulvers deutlich vereinfacht wurde. Ein geschlossener Pulverkreislauf schützt den Maschinenbediener vor Kontakt mit dem Pulver und das Pulver vor Umwelteinflüssen wie etwa Luftfeuchtigkeit. Da sich jede Pulversorte in einer eigenen austauschbaren Einheit befindet, ist ein schneller und kontaminationsfreier Pulverwechsel möglich. Jede einzelne Einheit kann dabei recht einfach ausgetauscht und somit lange Rüst- und Stillstandzeiten der Maschine vermieden werden.
Datenerfassung und Auswertung im Fokus der Industrie 4.0-Lösungen
Die Vernetzung von Werkzeugmaschinen und Überwachung sowie die Auswertung und Darstellung von Maschinendaten stellen nur einen Teil der Lösungen dar, die unter dem Begriff Industrie 4.0 zusammengefasst werden.
Viele Unternehmen aus der Metallbearbeitung stellten ihre Neuentwicklungen im Rahmen der Sonderschau Themenpark Industrie 4.0 vor. Zusätzlich zu den praxisnahen Lösungen, die von den Ausstellern präsentiert wurden, fanden hier spannende Vorträge und Fachdiskussionen rund um die Digitalisierung statt. Auch außerhalb des Themenparks präsentierten zahlreiche Aussteller ihre Konzepte und Lösungen zur Prozessoptimierung aus dem Bereich Industrie 4.0.
Die Firma Gühring aus Albstadt zum Beispiel präsentierte mit ihrer Tool Management Software GTMS v6 eine neue Version der Plattform zur Verwaltung von Werkzeugen in der Produktion. Mithilfe von Seriennummern werden die Werkzeugdaten über den kompletten Lebenszyklus dokumentiert und verwaltet. Eine Integration der Tool Management Software in die bestehende IT-Infrastruktur des Unternehmens wie ERP-, PPS- oder CAD-Systeme ist über Schnittstellen möglich. Die Benutzerfreundlichkeit der Software wurde weiter verbessert. Durch den modularen Aufbau kann das Tool Management System an die jeweiligen Anforderungen des Unternehmens angepasst werden.
Unter dem Namen Heller4Industry bietet der Werkzeugmaschinenhersteller Gebr. Heller Maschinenfabrik, Nürtingen, eine Plattform zur erweiterten Auswertung der Maschinendaten an, die sich durch eine bedienerorientierte, webbasierte Benutzeroberfläche auszeichnet. Die Plattform bietet die Möglichkeit, die (Verschleiß-)Zustände von Achsen, Spindeln oder weiteren Baugruppen zu überwachen und rechtzeitig vor Überschreiten eines kritischen Wertes zu melden. Anhand dieser Informationen kann ein verschlissenes Lager oder eine Kugelrollspindel bestellt und ausgetauscht und somit ein Ausfall der Maschine vermieden werden. Weiterhin können Prozessdaten über die Plattform ausgewertet und zur Optimierung der Prozesse genutzt werden.
Deutliche Fortschritte in Automatisierungs- und Handhabungstechnik
Nicht nur die Bearbeitung der Bauteile, auch das Be- und Entladen der Werkzeugmaschinen sowie das Spannen der zu bearbeitenden Werkstücke sind wichtige Aspekte der Metallbearbeitung. Neben innovativen Automatisierungstechniken standen auch hierfür neue Technologien aus dem Bereich der Handhabungs- und Spanntechnik im Fokus. Das Ziel: die Prozesse sicherer, effizienter und wirtschaftlicher zu gestalten.
Die Firma Handling-Tech aus Steinbronn beispielsweise präsentierte sich als Spezialist für flexible Automationssysteme, die autark oder als Erweiterungen für Maschinen angeboten werden. Das Unternehmen stellte eine Roboterzelle vom Typ ecoZ vor, die das ansonsten kosten- und zeitintensive manuelle Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen automatisiert. Ein auf die Handhabungsaufgaben angepasster Greifer und Prismenaufnahmen in der Ablagestation sorgen dafür, dass sowohl zylindrische als auch kubische Werkstücke sicher gehandhabt werden. Bei den Systemen wird ein besonderer Fokus auf flexible Einsatzmöglichkeiten gelegt, was die Automation auch für Kleinserienproduktionen wirtschaftlich macht. Die Bestückung der Roboterzelle kann über ein Schubladensystem außerhalb des Sicherheitsbereiches erfolgen, so dass unterbrechungsfrei be- und entladen werden kann.
Sicherheitstechnik im Maschinen- und Anlagenbau
Die Firma Euchner, Leinfelden-Echterdingen, reagiert mit einer modular aufgebauten Gate Box auf die Anforderungen der Kunden nach individuellen Lösungen für die Absicherung von Schutztüren. Mit der MGB2 hat Euchner das Konzept einer multifunktionalen Gate Box weiterentwickelt, die es den Kunden ermöglicht, die Funktionen der Box individuell auf ihre spezifischen Bedürfnisse und Gegebenheiten anzupassen. In das Zuhaltemodul können zwei so genannte Submodule mit jeweils bis zu drei Bedienelementen über die Montageplatte integriert werden. Der Austausch eines Moduls ist selbst bei laufendem Betrieb möglich (Hot-Plug-fähig). Neben dem Zuhaltemodul besteht das System aus einem Griffmodul zum Öffnen der Schutztür. Über ein Busmodul kann die Einbindung in ein Bus-System über Profinet/Profisafe erfolgen.
Intelligent Spannung aufbauen
Im Bereich Spanntechnik stellte die Firma Schunk, Lauffen am Neckar, neue Systeme zur Handhabung und zum Spannen von Werkstücken und Werkzeugen vor. Neue, flach aufbauende Nullpunktspannmodule mit einer höheren Steifigkeit sorgen für eine erhöhte Stabilität und reduzierte Schwingungsempfindlichkeit während der Bearbeitung der Werkstücke. Als weitere Neuheit stellten die Lauffener die Hydrodehnspannfutter Tendo Slim 4ax vor. Sie entsprechen in den äußeren Abmessungen der schlanken Warmschrumpfkontur nach DIN 69882-8, bieten aber im Vergleich zu Schrumpfaufnahmen zusätzliche Vorteile wie Schwingungsdämpfung, einfache Handhabung und kurze Rüstzeiten.
Werkzeugmaschinen – smart und innovativ
Die Spinner Werkzeugmaschinenfabrik, Sauerlach, stellte mit ihrem Fünf-Achs-Präzisions-Bearbeitungszentrum VC1650-5A eine kompakte Maschine mit großem Arbeitsraum aus, in dem Werkstücke bis etwa 800 mal 800 mal 800 Millimeter fünfachsig bearbeitet werden können. Der trotz dieser Größe relativ geringe Platzbedarf der Maschine wird laut Spinner unter anderem über ein neuartiges Abdeckungskonzept der Führungsbahnen erreicht. Der Aufstellplatz wurde auf diese Weise gegenüber vergleichbaren Maschinen um dreißig Prozent verringert. Je nach Anwendungsgebiet kann das Bearbeitungszentrum mit einer Spindel für die Schwerzerspanung mit bis zu 464 Newtonmeter Drehmoment oder mit einer Spindel für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Drehzahlen von bis zu 18.000 Umdrehungen pro Minute konfiguriert werden.
Die Index-Werke, Esslingen, hatten für die Besucher der Messe unter anderem den CNC-Mehrspindeldrehautomat MS16C Plus aufgebaut. Sechs in der Spindeltrommel integrierte, fluidgekühlte Motorspindeln bilden das Kernstück dieser flexiblen Maschine, die eine stufenlose Drehzahlregelung ermöglicht, welche so für jede Spindellage auch im Schnitt noch angepasst werden kann. Über angetriebene Werkzeuge und C-Achsen sind Prozessschritte wie beispielsweise das Schräg- und Querbohren sowie außermittiges Bohren oder Konturfräsen möglich. Als Steuerung kommt die neue Index C200 sl zum Einsatz, die auf der Siemens S840D Solution Line-Steuerung basiert. Sie wird über einen berührungsempfindlichen Bildschirm bedient. Über das iXpanel Bedienkonzept können alle für den Bediener relevanten Daten wie Zeichnungen, Auftragsdokumente, die Maschinendokumentation oder auch Wartungsintervalle auf dem Bildschirm angezeigt werden.
Die Citizen Machinery Europe, Esslingen, zeigte ein innovatives Verfahren, um den Spanbruch bei der Drehbearbeitung von langspanenden Werkstoffen zu verbessern. Bei der Bearbeitung von Kunststoffen, Messing oder Automatenstahl ohne Zusätze von spanbrechenden Legierungsbestandteilen wie Blei kommt es bei der Drehbearbeitung oft zu langen Wirr- und Wendelspänen. Abhilfe schafft das von Citizen vorgestellte Low frequency vibration cutting (LFV), bei dem durch eine oszillierende Werkzeugbewegung in Vorschubrichtung die Späne definiert gebrochen werden. Das Verfahren kann bei nahezu allen Teile-Geometrien sowie unterschiedlichen Werkstoffen zum Einsatz kommen und ein Entfernen von langen Spänen bei Maschinenstillstand überflüssig machen. Die Maschinen werden von Citizen mit speziell für die oszillierende Bewegung und dadurch entstehende Belastungen ausgelegten Antrieben und Spindeln angeboten.
Moderne Werkzeuge im Fokus
Die Firma Paul Horn, Tübingen, stellte Werkzeugsysteme zum Wälzschälen von Innenverzahnungen, Steckverzahnungen sowie Innenprofilen vor, mit denen deutlich kürzere Prozesszeiten als beim Verzahnungsstoßen erreicht werden. Die Werkzeuge sind auf dafür optimierten Dreh-Fräszentren rüstbar, so dass die Dreh- und Verzahnungsoperationen in einer Aufspannung erfolgen können. Im Durchmesserbereich bis zwanzig Millimeter sind die Werkzeuge als Vollhartmetall-Werkzeuge, ab einem Schneidkreisdurchmesser von zwanzig Millimeter als Werkzeuge aus HSS mit Hartmetall-Wechselkopf erhältlich.
Mit der HPR400 plus stellte die Mapal Dr. Kress, Aalen, eine mehrschneidige Reibahle vor, bei der die eingesetzten Wendeschneidplatten einfach vor Ort beim Kunden gewechselt werden können. Kosten für einen Transport zum Hersteller, Umlaufbestand und Wiederaufbereitungskosten können hierdurch gesenkt werden. Die eingesetzten Wendeschneidplatten haben vier Schneiden, so dass der Schneidstoff optimal genutzt werden kann. Durch eine sehr hohe Genauigkeit des Plattensitzes von plus/minus ein Mikrometer in Kombination mit einer Toleranz der Wendeschneidplatten von plus/minus zwei Mikrometer entfällt ein Einstellen des Werkzeuges nach dem Wechsel der verschlissenen Schneiden, die Stückkosten können so deutlich reduziert werden. Erhältlich sind die Reibahlen laut Mapal ab einem Durchmesser von fünfzig Millimeter.
Neues aus der Moulding Area
In der Moulding Area präsentierten Firmen aus dem Werkzeug- und Formenbau ihre Produkthighlights. Der Einsatz neuer Werkstoffe und innovativer Werkzeugkonzepte versprechen höhere Präzision und gesteigerte Produktivität.
Die Hasco Hasenclever, Lüdenscheid, zum Beispiel stellte als Neuerung im umfangreichen Programm der modular aufgebauten Normalien den vergüteten Werkzeugstahl 1.2714HH vor. Er weist laut Hasco eine besonders gute Formstabilität und Zähigkeit auf, aber auch optimierte Bearbeitungseigenschaften bezüglich der Zerspanung bei einer Härte von maximal 400 HB. Als weitere Vorteile wurden die hohe Maßstabilität und Verschleißfestigkeit, sehr gute Polier- und Ätzeigenschaften sowie die Möglichkeit des Nitrierens und Beschichtens bei Temperaturen bis zu 510 Grad Celsius genannt.
Die Firma Knarr aus Helmbrechts beschäftigt sich seit Jahren mit der Konzeption, Konstruktion und Herstellung von Werkzeugen und Formen für Kunststoffspritzgussteile. Eine besondere Herausforderung besteht hierbei in der Fertigung von Teilen mit Hinterschneidungen oder Gewinden. Um Teile mit Gewinden vom Kern zu lösen, bietet die Firma Knarr die Werkzeuge mit einem so genannten Einfallkern an, bei dem der Mittelkern nach dem Spritzgießen zusammengezogen wird, um die Teile in kürzester Zeit vom Werkzeug abstoßen zu können. Diese Werkzeuge werden von der Firma Knarr individuell und artikelbezogen konstruiert und ermöglichen eine deutliche Reduzierung der Taktzeit.
Messtechnik und Qualität im Visier
Auch über die Quality Area hinaus fanden sich auf der Messe zahlreiche innovative Produkte zur präzisen Vermessung von Werkzeugen und Bauteilen.
Die Spezialisten für Prüf- und Messtechnik von Zoller, Pleidelsheim, stellten die Universal-Messmaschine für Zerspanungswerkzeuge vom Typ genius 3s aus. Diese ermöglicht über ihre fünf CNC-gesteuerten Achsen die vollautomatische Vermessung von Werkzeugen. Die Messabläufe und zu messenden Werkzeugmerkmale werden in einem fotorealen Eingabedialog festgelegt. So können beispielsweise Merkmale wie Span-, Frei- oder Drallwinkel über eine Checkbox ausgewählt und vermessen werden. Aber auch der Nut- und Spanraum können kontaktlos gescannt werden.
Die Firma Renishaw aus Pliezhausen zeigte mit dem Equator-Prüfgerät eine Möglichkeit der Prozessüberwachung in der Produktionsumgebung, bei der Werkstücke wiederholgenau und thermisch unempfindlich geprüft werden können. Das flexible Prüfgerät kann sowohl manuell, als auch automatisiert bestückt werden. Die Daten können nach dem Prüfvorgang direkt zur Aktualisierung der Werkzeugkorrekturen an die Maschine übermittelt werden.
Fazit: Hohe Bauteilqualität bei optimierter Produktivität
Auf der Metav 2018 waren zahlreiche zukunftsweisende technologische Highlights und Neuerungen zu sehen, die für vielfältige Innovationen genutzt werden können. So kommen beispielsweise neue Anwendungen und Entwicklungen im Zusammenhang mit der additiven Fertigung im Werkzeug- und Formenbau zum Einsatz, um verbesserte Geometrien und Anordnungen von Kühlkanälen in den Werkzeugen zu realisieren. Die gewonnene Gestaltungsfreiheit kann ebenfalls für die Entwicklung von Präzisionswerkzeugen genutzt werden.
Die Messe zeigte darüber hinaus, dass Digitalisierung und ständige Verfügbarkeit von Maschinendaten weiterhin von zahlreichen Unternehmen vorangetrieben wird. Die vorgestellten cloudbasierten Softwarelösungen sollen jederzeit einen einfachen und sicheren Zugang zu den Daten ermöglichen. Die Digitalisierung sorgt auch in den Bereichen der Medizintechnik sowie der Qualitätssicherung und der Messtechnik für eine Steigerung der Produktivität, beispielsweise mittels effektiverer Messabläufe. In Kombination mit technologischen Entwicklungen können Digitalisierung und Vernetzung in Zukunft zudem Flexibilität und Präzision noch weiter erhöhen und so die hohe Bauteilqualität, die insbesondere in der metallbearbeitenden Industrie gefordert ist, auch bei optimierter Produktivität sicherstellen.
(Autor: Jan Nickel, Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund)