Viel Erbauliches hatte das nun scheidende Jahr 2020 nicht in petto. Corona-Krise, regionale Konflikte, US-Wahl-Turbulenzen. Darauf näher einzugehen hieße Eulen nach Athen tragen. Bleibt man im Lande, ist interessant, dass 2020 ein ganz spezielles Merkmal zugedacht war: Es sollte das Jahr sein, an dem eine Million Elektroautos auf unseren Straßen fahren.

Viel Erbauliches hatte das nun scheidende Jahr 2020 nicht in petto. Corona-Krise, regionale Konflikte, US-Wahl-Turbulenzen. Darauf näher einzugehen hieße Eulen nach Athen tragen. Bleibt man im Lande, ist interessant, dass 2020 ein ganz spezielles Merkmal zugedacht war: Es sollte das Jahr sein, an dem eine Million Elektroautos auf unseren Straßen fahren. Die Skepsis war von Beginn an groß, und vor zwei Jahren gestand Angela Merkel ein: Wir schaffen es nicht. Aber der Pfad stimme. 2022 werde man es tatsächlich schaffen.

Dass so viele gern elektrisch fahren würden, wenn es nur genug Ladesäulen gebe, will man nicht so recht glauben. Zwar sprang der Anteil reiner E-Autos an den Neuzulassungen im September und Oktober auf gut acht Prozent, aber das dürfte am Nachschlag bei der Kaufprämie liegen, der aus dem Corona-Topf kommt. Es fehlt einfach die Begeisterung der Kunden. Und Bedarf lässt sich nicht künstlich erzeugen. Weil aber niemand als Klimasünder gelten will, bleiben die Kritiker leise. Insofern sind die Stimmen, die sich in diesem Heft äußern, mutig, wenn sie auf andere Antriebe verweisen, die zukunftsträchtiger sind.

 Fähig, den Wandel im Automobilbau zu meistern, sind die Zerspaner allemal. Das bewiesen jüngst die Hersteller von Präzisionswerkzeugen. Statt traditionell in Schmalkalden trafen sie sich diesmal im Internet,  und zwar beim ›Innovationsforum Präzisionswerkzeuge − IFP 2020‹.  Am 6. November hatte das Online-Format seine Premiere, und das  sehr erfolgreich. Den mehr als 200 Teilnehmern zeigten Marktakteure wie Mapal, Horn, Ceratizit, Sandvik Coromant, Iscar, Gühring und Zecha, wie sie gemeinsam mit Forschern an Tool-Konzepten arbeiten, die schon heute den Bedarf von morgen vorwegnehmen.

Digitale Events wie dieses, und davon gab es 2020 etliche, verleihen der Jahresbilanz eine gewisse versöhnliche Note. Es bleiben dennoch zwölf Monate, die man vergessen kann. Erinnern hingegen sollte man sich daran, dass es genügend Gründe gibt, Weihnachten und den Jahreswechsel freudvoll zu verbringen. Viel Freude wünscht Ihnen das Team der WB Werkstatt und Betrieb. Und Glück für das neue, das bessere Jahr.

Editorial Pfeiffer

Die Sepo AG im schweizerischen Bad Ragaz kombiniert einen modernen Führungsstil mit aktueller Technologie. Mit vier 5-Achs-Bearbeitungszentren von Hermle – zwei davon automatisiert – befriedigt man die Nachfrage nach Bauteilen für die Medizinbranche rund um die Uhr.

Die Erkenntnis, dass ohne den Menschen die beste  Maschine nichts nutzt, hat Oliver Oberdanner,  Geschäftsführer der Sepo AG, zur Unternehmensphilosophie erhoben. Das Potenzial und die Stärken jedes einzelnen zu sehen und zu fördern, ist ein Geheimnis des  Erfolgs von Sepo und mithin Beleg für die Wertschätzung  gegenüber den Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

Ihren Ursprung hat das Schweizer Familienunternehmen in einer kleinen Werkstatt, die Oberdanners Vater 1988 in Bad Ragaz gründete. Hier stellte der gelernte Mechaniker  unter anderem Fischereiartikel her. Das verrät ein Schild am heutigen Firmengebäude, in das Sepo 2006 gezogen ist. »Das war bereits der zweite Umzug in eine größere Halle und wird nicht der letzte sein«, verrät Oliver Oberdanner. Er plant derzeit einen nachhaltigen Neubau, der genügend Platz für Maschinenpark, Kantine, Arbeits- und Ruheräume bietet. »Die moderne Arbeitswelt hat immer weniger mit dem Verständnis von Arbeit der älteren Generation zu tun. Sie will weniger Routine und mehr Verantwortung. Wir fordern unsere Mitarbeiter, geben ihnen im Gegenzug aber auch gewisse Freiheiten und haben Vertrauen in ihre Eigenmotivation«, fasst der Firmenchef zusammen. Dieses Verständnis verfolgt er konsequent, seitdem er zusammen mit seiner Frau Danielle Oberdanner endgültig die Leitung des Unternehmens übernommen hat. »Sie kümmert sich um die administrativen Aufgaben, mir obliegen die Produktion, die Qualitätsthemen und der Kundenkontakt.«

In den vergangenen 32 Jahren ist aus dem Ein-Mann-Betrieb ein Hersteller mechanischer Präzisionsteile geworden, die in der Medizin- und Lasertechnologie, dem Textilmaschinenbau sowie in Audio- und Akustik-Komponenten, in der Elektronikfertigung und in Sportgeräten zum Einsatz kommen. »Der Einstieg in neue Branchen funktionierte nur über die entsprechenden Maschinen«, sagt Oberdanner. So entschied er sich schon 2012 für den Kauf einer 5-Achs-Fräsanlage. »Das 5-Achs-Konzept überzeugte uns, die damals angeschaffte Maschine nicht«, erinnert sich der Firmenchef. »Bei unseren Recherchen sind wir auf Hermle gestoßen. Vor allem das durchweg positive Feedback zur Zuverlässigkeit und zum Service machte uns neugierig.« Einer C 30 U der Maschinenfabrik Berthold Hermle AG, die seit 2014 in Betrieb ist, folgte 2015 eine C 32 U als Ersatz für die problembehaftete 5-Achs-Maschine eines anderen Herstellers. »Wir konnten nicht nur schneller fertigen, da wir statt fünf nur zwei Aufspannungen brauchten, sondern auch präziser. Das brachte uns neue und anspruchsvollere Aufträge ein«, benennt der Geschäftsführer die Vorteile der Hermle-Anlagen. Kapazitätsbedingt investierte er zwei Jahre später erneut in ein Bearbeitungszentrum aus Gosheim: eine C 400 U.

»Auch wenn wir viel investiert haben, die Kosten haben sich schnell amortisiert und die Anlagen sind es Wert«, erklärt Oberdanner. »Mithilfe die Hermle-Maschine konnten wir mehr Aufträge an Land ziehen. Wir profitieren deutlich von der Produktivität, der Maßhaltigkeit und der Qualität«, ergänzt der Geschäftsführer. Das inkludiere auch den Service. »Die Hermle-Techniker sind immer verfügbar und haben  Lösungen und Ersatzteile innerhalb kürzester Zeit parat.« Das sei besonders für ein kleines Familienunternehmen überlebenswichtig. »Steht die Maschine, verlieren wir Aufträge.«

Stillstand ist derzeit kein Thema bei Sepo. Während andere Unternehmen durch die Corona-Krise in die Knie gezwungen wurden, konnten Oliver Oberdanner und sein Team dank der 5-Achs-Präzisionsmaschinen und der Möglichkeit punkten, automatisiert und damit in größeren Stückzahlen zu fertigen. »In die Automatisierung sind wir mit dem HS-flex-System für die C 400 U eingestiegen«, erzählt der Geschäftsführer.  Geplant war das beim Kauf des Bearbeitungszentrums noch nicht. Doch die Anlage lief so gut, dass die Auftragszahlen stiegen und damit Oberdanner eine Automation sinnvoll erschien.

Christian Simon, Gebietsverkaufsleiter der Hermle (Schweiz) AG, erinnert sich: »Innerhalb eines Jahres nach dem Kauf kam Sepo mit der Anfrage auf uns zu, ob die C 400 U auch nachträglich automatisiert werden könne.« Eine Anfrage, die allein aufgrund der Platzverhältnisse vor Ort nicht einfach umzusetzen war. »Es war kompliziert, aber nicht unmöglich. Wir haben die Maschine um ein HS-flex-System mit zwei Speichermodulen erweitert«, ergänzt Simon. Laut Oberdanner hat Hermle die Aufgabe bestens erfüllt – und war lobenswerterweise auch immer zur Stelle, wenn es durch Anwendungsfehler zu kurzen Ausfällen kam. »Seitdem bei uns jedoch der Lernprozess abgeschlossen ist, läuft die Anlage einwandfrei«, ergänzt der Unternehmer. Die Bedienung erfolgt über die Hermle-eigene Software HACS (Hermle Automation Control System). Sie berechnet Laufzeiten und Werkzeugbedarf im Vorfeld und stellt relevante Daten wie Arbeits- und Ablaufpläne, Bedieneraufgaben und Werkzeugtabellen übersichtlich dar. »Die intuitive Bedienung bedeutet für uns weniger organisatorische Stillstände«, bestätigt Oberdanner.

Mit der HS-flex-Automation kann Sepo bis zu 40 Paletten zu je 240 × 320 mm für die bedienerlose Fertigung vorbereiten. »Zu 70 Prozent bearbeiten wir jedoch deutlich kleinere Rohlinge«, stellt Oberdanner fest. Aus dieser Beobachtung heraus entschied er, in eine kleinere Maschine zu investieren und orderte 2018 eine C 12 U, das kompakteste BAZ der Hermle-High-Performance-Line, und kombinierte es mit dem Robotersystem RS05. »Wir hatten bereits im Vorfeld Aufträge für eine achtzigprozentige Auslastung der Maschine, das hat die Entscheidung natürlich positiv beeinflusst«, erzählt er. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass die Auftragsverwaltung über die gleiche Software wie beim HS-flex-System läuft. Indem das Sepo-Team die HACS-Software schon kannte, lief die Inbetriebnahme der Roboterlösung zügig und ohne Probleme ab.

Dank der Roboter-Automation kann Oberdanner Präzisionsteile in Serie fertigen – auch bedienerlos über Nacht und am Wochenende. Das kommt Sepo gerade in der aktuellen Situation zugute. »Wir haben den Zuschlag für einen umfassenden Auftrag für die Fertigung von Komponenten für  Beatmungsmaschinen bekommen. Hier macht sich die Dynamik der Maschine bemerkbar, die schnell und mit perfekten Übergängen fräst«, betont Oberdanner. Zehn bis 20 Prozent der Rohlinge sind aus Kunststoff, der Rest zumeist aus Aluminium. Die Laufzeit pro Teil liegt je nach Größe und Geometrie zwischen einer Minute und 1,5 Stunden. Allen Teilen gleich ist, dass sie am Ende die höchsten Ansprüche an Präzision und Optik erfüllen.

Durch den plötzlichen Mehrbedarf an medizinischen Geräten und der damit gestiegenen Auftragslage musste Sepo sogar Mitarbeiter einstellen. »An qualifizierte Fachkräfte zu kommen ist auch in der Schweiz nicht einfach. Vor der Pandemie war es nahezu unmöglich. Doch auch hier haben die Hermle-Maschinen einen positiven Effekt. Mit einem modernen Maschinenpark wecken wir zum einen das Interesse junger Arbeitskräfte und zeigen zum anderen, dass es hier Entwicklungspotenzial für jeden einzelnen gibt«, erklärt Oberdanner – den »Spirit der Hermle«, wie er es nennt. Doch er weiß, dass die Technik nicht alleine entscheidet: »Ein respektvoller Umgang, Hilfsbereitschaft und Gleichberechtigung sind für ein motiviertes Team essenziell.« Aktuell arbeiten 33 Leute bei Sepo – 2018 waren es zwölf.

»In den vergangenen Jahren haben wir uns wahnsinnig schnell entwickelt. Einen relevanten Anteil daran tragen auch die Hermle-Anlagen«, fasst der Firmeninhaber zusammen. Dank der hohen Präzision und Maßhaltigkeit konnte Sepo neue Kunden gewinnen, durch die Automatisierung größere Auftragsvolumina annehmen. »Die Qualität der 5-Achs-Bearbeitungszentren, gepaart mit dem Service und der Automationslösung aus einer Hand, gibt uns die Sicherheit, den Ansprüchen unserer Kunden garantiert gerecht zu werden.«

Der Autor Udo Hipp ist Marketingleiter bei Hermle in Gosheim.

Mit der C 32 U ersetzte Oliver Oberdanner seine erste 5-Achs-Maschine, die immer wieder Probleme bereitete

Eine große Herausforderung war die Erweiterung der C 400 U um das HS-flex-System mit zwei Speichermodulen. Die Bedienung erfolgt intuitiv über HACS, der Hermle-eigenen Software zur  intelligenten Auftragsverwaltung

Mit der neuen Automatisierung, aus einer Hand realisiert durch Hermle, kann die Sepo AG auch Präzisionsteile in Serie fertigen

Zwischen einer Minute und 1,5 Stunden lang bearbeitet die  C 12 U die Werkstücke

 Oliver und  Danielle Oberdanner führen die Sepo AG in zweiter Generation

Sepo fertigt zum Großteil Aluminium-Komponenten, die im Anschluss teilweise schwarz eloxiert, oder, für den Einsatz in Lasermaschinen, vergoldet werden

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Sepo AG CH-7310 Bad Ragaz Tel. +41 81 3027363 <a href="http://www.sepo.ch">www.sepo.ch</a>

5-Achs-Bearbeitungszentren

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Bearbeitungszentren

Automatisierungstechnik

Seit 1993 produziert und seit 2001 entwickelt Audi Hungaria in Györ Antriebe für die Audi AG und weitere VW-Gesellschaften. Heute deckt man den kompletten Automobil-Fertigungs- prozess ab. Ein Lieferant von Gewindewerkzeugen für die Produktion ist Emuge-Franken.

Rund zwei Millionen Antriebe und fast 165 000 Autos hat die Audi Hungaria Zrt. 2019 im ungarischen Györ produziert. 70 Prozent der Motoren waren Drei- und Vierzylinder- und rund 20 Prozent Sechszylinder- Otto- und -Dieselmotoren. Auf Fünf-, Acht- und Zehnzylindermotoren entfielen etwa zwei Prozent, auf elektrische Achsantriebe schon etwa acht Prozent.

 Gefertigt werden fünf Otto- und drei Dieselmotorvarianten sowie eine E-Antrieb-Familie mit 63 bis 470 kW Leistung. Aktuell werden in Györ der Audi TT Coupé, der Audi TT Roadster sowie der Audi Q3 und der Audi Q3 Sportback gefertigt. 2019 kamen die Modelle Q3 mit elektrifiziertem Antriebstrang hinzu (Hybrid-Technologie).

Teil der Produktpalette ist ein 3,0- Liter-V6-Benzinmotor, der zuerst im Audi S5 und im RS5 verbaut wurde, nun aber auch im Porsche Macan, im VW Touareg und in diversen S- und  RS-Modellen von Audi. Die Produktion dieses TFSI-Motors startete 2016 auf einer komplett neuen Fertigungslinie.

Innovatives Punch-Tap-Gewinden wurde von Beginn an integriert

 Als ein Bearbeitungsschritt in dieser Linie wurde dort von Beginn an das  Gewindeformen mit dem Verfahren Punch Tap von Emuge-Franken integriert. Dem waren detaillierte Unter- suchungen zum Verfahren vorausgegangen. Nachweise zur Qualität sowie zur statischen, dynamischen und  Dauerfestigkeit gehörten ebenso dazu, wie Untersuchungen zur Montierbarkeit und zur Montagefestigkeit bis hin zu den Laufeigenschaften und zur Freigabe des kompletten Motors.

Dass Gewinde heute in Györ bevorzugt geformt werden, gehört zu den grundsätzlichen Strategien der Audi Hungaria Zrt. Außerdem wird zunehmend mit Minimalmengenschmierung (MMS) gearbeitet. Hauptgründe dafür, dass Audi die Punch-Tap-Technologie in die Linie integrierte, waren die Spanfreiheit des Verfahrens und die mögliche Zeit- und Energieeinsparung.  Speziell beim Punch Tap kommt hinzu, dass der Werkzeugweg im Vergleich zum klassischen Gewindeformen oder -schneiden deutlich kürzer ist und so massiv Zeit eingespart wird. Aufgrund des kurzen Werkzeugwegs werden  zudem im Gewindezyklus maximal  90 Prozent Energieeinsparung erzielt.

Bei jedem der 200 Gewinde  wird 0,7 s Fertigungszeit eingespart

Mit dem Punch-Tap-Tool werden die beiden Zylinderköpfe sowie das Zylinderkurbelgehäuse des V6 bearbeitet. Beide Bauteilgruppen bestehen aus Aluminiumguss unterschiedlicher  Legierung. So bestehen die Zylinderköpfe aus AlSi7Cu0,5Mg, die Kurbel- gehäuse jedoch aus AlSi8Cu3. Zu formen sind an beiden Komponenten überwiegend M6-Gewinde. Am kompletten Motor sind es fast 200. Es gibt jeweils eine separate Fertigungslinie,  in die das Gewinden auf G320- und G520-Bearbeitungszentren der Firma Grob mit Siemens-Steuerung eingetaktet ist. Wie allgemein beim Gewinden, ist auch hier eine Flankentoleranz von 6H sicherzustellen; der Gewindekern ist in 7H zu realisieren. Beide Vorgaben werden mit dem Punch Tap sicher  eingehalten, und das gilt auch für die Anforderungen an die Oberflächen- qualität. Dabei steht für das Formen der unterschiedlich tiefen Gewinde  eine nutzbare Gewindetiefe bis 3 × D zur Verfügung. Weil das Werkzeug  stabil gespannt werden muss, hat  Emuge-Franken für den Punch Tap den Werkzeughalter PT-Synchro entwickelt.

Die Punch-Tap-Technologie stellt neben dem klassischen Gewindebohren, -formen und -fräsen eine weitere originäre Technologie zur Herstellung von Innengewinden dar. Vergleicht man den Werkzeugweg des Punch Tap mit dem herkömmlicher Gewindebohrer oder -former, fällt er bei einem M6-Gewinde mit 15 mm nutzbarer Gewindetiefe rund 15-mal kürzer aus. Daraus resultiert eine Zeiteinsparung im Gewindezyklus von bis zu 75 Prozent.

 Der Punch Tap fährt im ersten Schritt helikal in das Werkstück ein und erzeugt vor dem eigentlichen Gewinden eine Helikalnut bei simultaner Einführung des Werkzeugs auf Gewindetiefe. Im zweiten Schritt wird dann durch die spezielle Zahngeometrie über eine halbe Drehung in einem Schritt das Gewinde geformt, bevor das Werkzeug  im dritten Schritt wieder herausfährt. So ergibt sich im Vergleich zu konventionellen Verfahren eine Verkürzung des Werkzeugwegs um 90 Prozent. Die letztlich realisierte Zeitersparnis hängt vom konkreten Gewinde ab.

 »Bei Audi haben wir pro Gewinde 0,7 Sekunden im Vergleich zum konventionellen Gewindeformen eingespart«, berichtet Attila Bugár, im Bereich Technologieentwicklung tätig  sowie mit der Entwicklung der Punch-Tap-Technologie und der Standzeit- optimierung in den Fertigungslinien befasst. »Je nach Gewindetiefe wurde die Prozessdauer von 1,3 auf 0,6 oder von 1,2 auf 0,5 Sekunden reduziert.«

2016 hatte Audi auf der AMB verkündet, dass man die Fertigung des V6 mit dem Punch Tap startet. Seither wurden Werkzeug und Prozessführung systematisch optimiert. Zum Beispiel die Warmbehandlung des Schnellschneidstahls, um so die Härte und die Zähigkeit zu harmonisieren. »Optimiert wurden aber auch die Geometrie, die Beschichtung und das Finishing«, sagt Christian Beer, Entwicklungsingenieur bei Emuge-Franken. »Beschichtungstests etwa hatten belegt, dass die  AlSi8Cu3- und AlSi7Cu0,5Mg-Legierungen ein abweichendes Verschleißverhalten zeigen. Für die Zylinderkopfbearbeitung wurde daher in der Folge eine TiN-Beschichtung zum Einsatz  gebracht, für das Kurbelgehäuse eine  TiAlN-Schicht mit speziellem Finish.«

Auch ohne Kühlschmierstoff  wird prozesssicher gefertigt

Mit der Implementierung des Punch Tap machte Emuge-Franken den Prozess auch MMS-sicher. War das Verfahren bis dahin vor allem mit Emulsion praktiziert worden, sollte die junge Technologie nun erstmals mit MMS  in Serie aufgesetzt werden. »Für den Punch Tap benötigen wir eine gute Schmierung, weil alle Gewindezähne zugleich im Eingriff sind und folglich ein hohes Drehmoment auftritt«, nennt Audi-Experte Peter Kopton, Erfinder von Punch Tap, den Knackpunkt. »Schnell stellte sich jedoch heraus,  dass der Punch Tap auch unter diesen Bedingungen prozesssicher arbeitet. Das Fazit: Der Punch Tap funktioniert mit MMS sehr robust in der Serie und bringt hohe Standmengen.« Die Erklärung dafür sei, dass das Werkzeug einen sehr kurzen Arbeitsweg zurücklegt. Bei dieser halben Gewindedrehung würden keine Aufschweißungen an den Gewindezähnen entstehen. Zugleich sei der Druck auf den Einzelzahn hoch, sodass sich eine große Umformzone ausbildet; das wirkt Aufschweißungen entgegen.

Spitzenstandmengen erreicht von bis zu 250 000 Gewinden

Seit vier Jahren wird nun in Györ der V6-Motor in Serie gefertigt, von Beginn an mit Punch Tap − prozesssicher und mit ausgereifter Standzeit. Aktuell werden mit einem Werkzeug im Zylinderkopf 200 000 Gewinde geformt; beim Zylinderkurbelgehäuse sind es 90 000. »Und das mit einem HSS-Werkzeug«, so Nándor Nárai, technischer Berater bei Emuge-Franken Hungaria.

 Das Ende der Entwicklung sei das allerdings nicht. So erwäge man für das Gehäuse eine Anhebung der Gewindeanzahl auf 120 000. Die Tests dazu  wurden schon abgeschlossen, und es  ist sicher, dass sich 120 000 Gewinde formen lassen. »Die Diskussion ist momentan, ob die Linie dafür umgestellt wird«, berichtet Zsolt Hulik, der für die Optimierung der Toolstandzeit an der Fertigungslinie Zylinderkurbelgehäuse V6 Otto EA839 zuständig ist. Dazu  Csaba Bittmann: »Im Zylinderkopf sind Spitzenstandzeiten von 250 000 Gewinde keine Ausnahme.« Csaba Bittmann begleitet die Absicherung der Werkzeugstandzeit an der parallelen Zylinderkopf-Fertigungslinie.

Als neues Verfahren eingeführt, hat sich Punch Tap als hocheffiziente Technologie für die Massenproduktion erwiesen, die in anspruchsvollem Umfeld prozesssicher läuft und lange Stand- zeiten bringt. »Das Verfahren ermöglicht die genannten Zeit- und damit  Investitionseinsparungen, und der laufende Betrieb verursacht keine höheren Kosten als ein konventionelles Werkzeug«, schätzt Kopton ein. Nach vier Jahren in der Serie präsentiere sich das Punch-Tap-Verfahren aktuell mit einem deutlich höheren Technologiestatus.

Den Weg dorthin hat Emuge-Franken von Beginn an begleitet. Bis heute steht ein Techniker in Györ als Ansprechpartner zur Verfügung. Peter Kopton: »Die enge Zusammenarbeit zeigt sich auch in einer Entwicklungspartnerschaft, bei der wir neue Bohr- und Gewindeverfahren entwickeln.  Aktuelles Beispiel ist Taptor, eine neue Gewindetechnologie, die einen Spiral- mit einem Gewindebohrer vereint und so eine massive Einsparung an Bearbeitungszeit ermöglicht.«

 Dietmar Hechtle, Leiter Technisches Büro bei Emuge-Franken, stimmt zu: »Die enge Partnerschaft und Offenheit hat diese Entwicklung überhaupt erst ermöglicht. Der Kunde ist unsere Inspiration. Er zeigt uns, welche Bauteile in den nächsten fünf bis zehn Jahren bearbeitet und welche Werkzeuge dafür benötigt werden. Bei Audi führte diese Zusammenarbeit zu einer innovativen Technologieentwicklung.

Mit dem Gewinde- former Punch Tap von Emuge-Franken fertigt die Audi AG in ihrem  ungarischen Werk Györ die Gewinde zweier V6-Motor-Komponenten bis zu 75 Prozent schneller als bisher

In der Fertigung dieses 3,0-Liter-Sechszylinder-TFSI-Motors spielt die Gewinde-Innovation ihre Stärken aus

 Ungefähr 200 M6-Gewinde werden in die zwei  Zylinderköpfe und das Kurbelgehäuse eines jeden Motors mit Punch Tap prozesssicher eingebracht, und das mit einer Toleranz 6H beim Flanken-  und 7H beim  Kerndurchmesser

Dietmar Hechtle (rechts), Emuge-Franken: »Vom Schneidstoff über die Geometrie und die Beschichtung bis hin zur Finish- bearbeitung haben wir den Punch Tap in mehreren Stufen für die Serienfertigung optimiert«

Prozesssicherheit geht vor: Christian Beer, Entwicklungsingenieur bei Emuge-Franken, prüft den Verschleißzustand eines Punch-Tap-Werkzeugs

Das Team in Györ (von links): Csaba Bittman und Zsolt Hulik (Audi Hungaria Zrt.), Nándor  Nárai (Emuge-Franken), Attila Bugár (Audi Hungaria Zrt.) und Peter Kopton (Audi AG)

Hauptartikel

Audi Hungaria Zrt. H-9027 Györ Tel. +36 96 66 1000 <a href="http://www.audi.hu/de/">www.audi.hu/de/</a>

Emuge-Werk Richard Glimpel GmbH & Co. KG 91207 Lauf Tel. +49 9123 186-0 <a href="http://www.emuge-franken.com">www.emuge-franken.com</a>

Dr.-Ing. Michael Hobohm ist freier Fachjournalist in Bad Endorf <a href="mailto:info@hobohm-tt.de">info@hobohm-tt.de</a>

Gewindewerkzeuge

Präzisionswerkzeuge

Automotive

Fahrzeugbau

Mehr als je zuvor sehen sich die Hersteller von Präzisionswerkzeugen Veränderungen in ihrem wichtigen Kundensegment der Automobilhersteller gegenüber. Doch sie reagieren darauf und passen sich mit Kreativität, Innovationskraft und Marktorientierung dem künftigen Bedarf an.

Wer sich zum Autokauf entschlossen hat, dem stellt sich in puncto Antrieb nicht mehr wie früher nur die Frage, ob das Fahrzeug einen Diesel- oder einen Benzinmotor haben soll. Vielmehr hat er nun zahlreiche Auswahlmöglichkeiten.

In Deutschland und Europa steht zurzeit die Elektromobilität im Fokus. Aber ist sie die Lösung der Probleme, die zum Teil Verbrennungsmotoren verursachen? Denn auch Elektroautos sind nicht frei von CO2. Neben dem Ausstoß bei der Fertigung entstehen in fast allen EU-Ländern erhebliche CO2-Emissionen durch das Aufladen der Akkus mithilfe des Stroms aus dem nationalen Produktionsmix. »Da auch batterie- betriebene Elektromobilität deutliche Schwächen hat, ist dieses Antriebskonzept meiner Meinung nach nur eine Übergangslösung«, sagt Lothar Horn, Geschäftsführer der Paul Horn GmbH. »Länder und Unternehmen, überwiegend im asiatischen Raum, haben mittlerweile erkannt, dass Wasserstoff als Brennstoffzelle sowie synthetische Kraftstoffe, die CO2-neutral eingesetzt werden können, eher das Potenzial haben, eine langfristige Lösung zu sein.«

Im Automobilbau ist neben der Stückzahlentwicklung der Wandel zu hoch effizienten Motoren und Hybridkonzepten ein wesentlicher Aspekt. Hierfür fragt diese Branche neue Werkzeugkonzepte nach. Da rein batterieelektrische Fahrzeuge aber weniger Werkzeuge in der Fertigung benötigen, steht fest, dass sich das Bearbeitungsverhältnis deutlich verändern wird.

 Hintergrund ist die Komponentenvielfalt. Hatten bisherige Antriebskonzepte rund 4000 Bauteile, beschränkt sich ein rein elektrisches Antriebskonzept auf etwa 320. Bei Hybridlösungen hingegen steigen die nötigen Bauteile mengenmäßig an, und auf Hybridfahrzeuge wird in naher Zukunft ein wachsender Anteil an der Gesamtheit aller Pkw entfallen. Das Bearbeitungsvolumen wird also mittelfristig zunehmen.

Es bleibt die Frage, wie sich der Komponentenwegfall ausgleichen lässt. Lothar Horn: »Es ergibt in erster Linie grundsätzlich Sinn, sich breiter und dadurch auch branchenunabhängiger aufzustellen. Im Bereich Zerspanung gibt es eine Vielzahl von Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, den Maschinenbau, die Chemie, die Medizintechnik sowie den Werkzeug- und Formenbau. Daher ist es auch eine strategische Entscheidung, in welche Richtung man sich entwickelt beziehungsweise entwickeln möchte. Hybride Lösungen führen zu mehr Zerspanung; rein batteriebetriebene Antriebslösungen benötigen deutlich weniger Zerspanung als bisher.«

Werkzeughersteller sollten sich  breiter aufstellen als bisher

Angesichts von Motor-Effizienzsteigerungen mittels Turboladern aus hochwarmfesten Werkstoffen sowie Hybridisierung ist es sinnvoll zu prüfen, ob man hier durch Sonderwerkzeuge Leistungssprünge in der Fertigung erreicht.

 Auch neue Möglichkeiten der Zerspanung, zum Beispiel das Wälzschälen, kommen zum Tragen. Dieses Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen ist seit über 100 Jahren bekannt. Eine breitere Anwendung findet es aber erst, seit Bearbeitungszentren und Universalmaschinen mit voll synchronisierten Spindeln und verfahrensoptimierter Software die Anwendung dieser komplexen Technologie ermöglichen. Sie ist jedoch keine reine Lösung für die Elektromobilität, sondern findet eine breite Anwendung auch im Bereich Aerospace und in weiteren industriellen Branchen.

Die batteriegestützte Elektromobilität mit ihren aktuellen Lithium-Ionen-Akkus hat aber noch einen weiteren  Effekt. Die Batterien brauchen, wie etwa Hartmetallwerkzeuge auch, das Element Kobalt. Das größte Wachstum  bezüglich wieder aufladbarer Batterien entfällt mit Abstand auf Anwendungen in der E-Mobilität, aber auch die Speicherung regenerativer Energien sowie mobile Applikationen wirken sich steigernd auf die zukünftige Nachfrage aus.

Aktuell gehen Prognosen des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA) auf lange Sicht von einer weltweit steigenden Jahresproduktion an Pkw aus. Das Zerspanvolumen ist dabei antriebsabhängig.

Zudem zeigen die VDMA-Studien, dass Hybridfahrzeuge (Mild Hybrid und Plug-in-Hybrid) in Zukunft vermutlich einen größeren Anteil einnehmen werden als rein batteriebetriebene Fahrzeuge, was zu einem erhöhten Zerspanvolumen führt. »Bis es zu einer langfristigen Lösung im Antriebsstrang kommt, bleiben dem Endkunden eine Vielzahl an Auswahlmöglichkeiten – einschließlich moderner Diesel- und Benzinmotoren«, so Lothar Horn. »Moderne Diesel- und Benzinmotoren haben auch künftig noch großes Potenzial.«

Als Beispiel für aktuelle Anforderungen soll im Folgenden eine sogenannte Parksperre dienen. Dabei handelt es sich um ein relativ komplexes Werkstück, das mit einer Stückzahl  von 350 000 im Jahr hergestellt wird. Fertigungsmittel ist eine 12-Stationen-Rundtaktmaschine RT100-12 des Schweizer Herstellers Pfiffner.

Vier Produktionsschritte mit Werkzeugen aus einer Hand

An den 56 mm langen Rohteilen aus 16MnCr5 (50 mm Durchmesser) werden folgende Bearbeitungsarten durchgeführt: Stechdrehen, Schruppfräsen der Tasche, Außenkonturdrehen, Ausdrehen, Bohren, Nutfräsen, Fräsen  der Fasen, Fräsen der Schlüsselfläche, Schrupp- und Schlichtfräsen einer  Tasche sowie Zirkularfräsen eines Hinterstichs und einer Freisetzung. Die Taktzeit beträgt etwa 50 s; damit gehört die Parksperre zu den zeitintensiveren Bauteilen auf Rundtaktmaschinen. Nachfolgend wird auf vier ausgewählte Produktionsschritte näher eingegangen, die mit Werkzeugen aus dem Portfolio der Paul Horn GmbH, Tübingen, realisiert werden.

Als erstes entsteht eine radiale Bohrung mithilfe eines Vollhartmetall-(VHM-)Bohrers Typ DDP mit 8,8 mm Durchmesser. Der Bohrer ist ausgelegt für Bohrungstiefen von 3 × D, 5 × D und 8 × D sowie für universelle Anwendungen, und das bevorzugt bei nicht legierten Stählen, Stahlguss und legierten Stählen bis 1000 N/mm2 Zugfestigkeit. In allen Versionen hat das Werkzeug eine innere Kühlmittelzufuhr. Des Weiteren ist eine Variante ohne Innenkühlung erhältlich. Der VHM-Bohrer mit Kegelmantelanschliff hat ab 5 × D doppelte Führungsfasen, um die Bohrungsqualität zu erhöhen. Der zweite Schritt: das Freisetzen in derselben Bohrung mittels Zirkularfräsen. Die Fräservariante DCN − sie ist für die Nutbearbeitung konzipiert − hat einen Arbeitsbereich im Schneidkreisdurchmesser von 4,0 bis 10 mm und eignet sich für Nutbreiten von 0,5 bis 3 mm. Speziell beim Bauteil Parksperre ist eine Variante mit z = 4, einem Schneidkreisdurchmesser von 8 mm und einer Schneidbreite von 2 mm im Eingriff.

Der dritte Produktionsschritt ist die Bearbeitung einer Tasche auf der Mantelfläche mit dem VHM-Frässystem DP. Hier fährt man beim Schruppen eine Rampenstrategie, das heißt, es wird über eine Schräge zugestellt. Aufgrund einer Schafttoleranz von h5, einer Durchmessertoleranz von h9 und einer Rundlaufgenauigkeit von 0,01 mm sind die Werkzeuge auch für das Bearbeiten von Präzisionsteilen sehr gut geeignet.

 Die Sorte TF2K, eine TiAlN-Schicht, erhöht durch das präzise abgestimmte Verhältnis von Härte und Druckeigenspannung die Stabilität der Schneidkanten. Das Schlichten der Tasche übernimmt die VHM-Fräservariante Typ DPT, die sich durch eine scharfkantige Schneidkante auszeichnet und eine sehr hohe Oberflächengüte erzeugt.

Das Bearbeiten eines Einstichs in der Außenkontur ist dann der vierte Schritt. Dabei kommt die modulare Kassettenschnittstelle 220 zum Zug. Sie ermöglicht die Kombination von Quadrat-, Rundschaft-, HSK-T-, PSC- und KM-Aufnahmen mit Kassetten der verschiedenen Horn-Stechsysteme. Ihre typischen Merkmale sind außer der Modularität eine große Stabilität und eine hohe Wechselgenauigkeit der Kombination Kassette/Halter. Der Grundkörper für das Bearbeiten der Parksperre ist mit einem Polygonschaft ausgelegt. Der Einstich in der Außenkontur des Werkstücks wird dabei mit einer Schneidplatte Typ S229 mit 3 mm Breite und einer .31er-Geometrie erzeugt.

So lässt sich festhalten: Rundtaktmaschinen mit einer der Bearbeitungsaufgabe bestmöglich angepassten Ausrüstung mit Präzisionswerkzeugen sind in der Großserien- und Massenfertigung von Automobil-Zulieferteilen eine Lösung, die Fertigern den entscheidenden Vorsprung in diesem Marktsegment verschaffen kann.

Für die Zusammenstellung dieses umfassenden Produktportfolios an Präzisionswerkzeugen galt der Bedarf von Herstellern und Zulieferern der Automobilbranche als Maßstab

Am Beispiel des Komplettbearbeitungsprozesses dieser Pkw-Parksperre auf  einem Rundtaktautomaten von Pfiffner  lassen sich die Fähigkeiten der Werkzeuge gut demonstrieren

Schruppen einer Tasche der Parksperre auf einem Rundtaktautomaten mit dem Horn-Frässystem DP. Das nachfolgende Schlichten wird ebenfalls von diesem Werkzeug ausgeführt

Lothar Horn, Geschäftsführer der Paul Horn GmbH in Tübingen

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH 72072 Tübingen Tel. +49 7071 7004-0 <a href="http://www.phorn.de">www.phorn.de</a>

Entgraten

Oberflächentechnik

Mechanisches Bearbeiten manuell

Auf dem Werkzeugsektor schlummert viel Einsparpotenzial, das mittels Automatisierung und Digitalisierung erschlossen werden kann, zum Beispiel mit Werkzeugausgabesystemen. Bei ihrer Einführung sollten Anwender eine ganzheitliche Systemlösung im Blick haben.

Viele Unternehmen haben ihre Produktion inzwischen wieder gesteigert, doch sie arbeiten  unter erschwerten Bedingungen, denn es müssen strenge Hygienevorschriften eingehalten werden. Immer mehr  Betriebe stellen deshalb Werkzeugausgabeautomaten in ihren Produktionshallen auf. Diese geben Präzisionswerk- zeuge und persönliche Schutzausrüstung jederzeit und kontaktlos an die Mitarbeiter aus und senken damit das Infektionsrisiko. Gleichzeitig ermöglichen sie es, die Beschaffungsprozesse zu verschlanken und die Versorgungssicherheit dank 24/7-Betrieb zu erhöhen. Doch wie findet man ein passendes System? Ab wann rechnet es sich? Und wie ist es zu einem ganzheitlichen Toolmanagement-System erweiterbar?

Um ein passendes Werkzeugaus- gabesystem auszuwählen, sollte zuerst ein detaillierter Anforderungskatalog erstellt werden. Ist beispielsweise  geplant, kleinere Werkzeuge auszugeben, bietet sich ein Einzelentnahmesystem mit vielen kleinen Fächern an. Bei Systemen der Ausführung Garant Tool24 PickOne beispielsweise lassen sich verschiedene Fachgrößen für den individuellen Bedarf auswählen, damit der Platz optimal ausgenutzt werden kann. Doch nicht nur die Größe der Artikel spielt eine Rolle, sondern auch deren Gewicht. Hartmetallwerkzeuge sind zum Beispiel sehr schwer,  sodass der Schrank in der Lage sein muss, für die Einlagerung solcher Artikel eine entsprechend hohe  Befüllungslast zu tragen.

Karussellsysteme sind besonders stabil. Weil sich die Ausgabe- artikel nicht wie in Spiralsystemen verhaken können, ergibt sich ein Plus an Betriebssicherheit. Neben diesen Kriterien gilt es zusätzlich ergonomische Aspekte zu berücksichtigen. Leuchtanzeigen und eine automatische Entriegelung des Entnahmefachs beispielsweise erleichtern den Mitarbeitern die Orientierung und ermöglichen eine schnelle Entnahme. Eine entscheidende Rolle spielt außerdem die Steuerungssoftware des Ausgabeschranks. Sie sollte die notwendigen Funktionalitäten und Schnittstellen zu anderen Systemen mitbringen und einfach zu bedienen sein.

Durchgängige Lösungen werden immer öfter angestrebt

Letztendlich werden die Mitarbeiter das System nur dann nutzen, wenn sie schnell und intuitiv damit arbeiten können. Das gilt auch für die Administration und für Auswertungen. Abfragemöglichkeiten wie ›ausgeliehene Artikel‹, ›im System gesperrte Artikel‹ und eine ›Renner-Penner-Liste‹ erleichtern die Verwaltung genauso wie Funktionalitäten zum einfachen Export von Reportings. Auch eine Schnittstelle zum ERP-System sollte nicht fehlen, damit der Schrank bei Unterschreiten von Meldebeständen nicht nur eine Benachrichtigung an die Einkaufsabteilung ausgibt, sondern bei einer entsprechenden Konfiguration gleich eine Bestellung an den Lieferanten schicken kann. Erfahrungsgemäß lassen sich die Beschaffungsprozesse  so um bis zu 75 Prozent beschleunigen.

 Für Fertigungsbetriebe, die zusätzlich ein Pufferlager oder ein größeres Hauptlager betreiben, ist außerdem  eine Schnittstelle zu Lagerhaltungssystemen wie Kardex-Remstar-Liftsystemen und Umlaufregalen interessant. Dadurch entsteht eine durchgängige, automatisierte Lösung – von der Bestellung über die Disposition und die Artikel-Ausgabe bis ins Lager und zur Nachbestellung. Die Option, beliebig viele Schränke zu einem Gesamtsystem zusammenzuschließen und die Daten zentral zu verwalten, ist für viele Fertigungsunternehmen ebenfalls attraktiv.

Um zu berechnen, ab wann sich ein Werkzeugausgabesystem lohnt, hat die Hoffmann Group einen Prozesskostenrechner entwickelt. Dieser vergleicht die Betriebskosten einer klassischen Werkzeugausgabe mit jenen eines Werkzeugausgabesystems. Dabei werden folgende Kosten beleuchtet: durch Entnahme- und Suchzeiten entstehende Arbeitskosten, Kosten für den Unterhalt und die Besetzung der zentralen Werkzeugausgabe, Kosten aufgrund von Maschinenstillstandzeiten sowie Wiederbeschaffungskosten für eingelagerte Artikel.

 Für die Einzelfallbetrachtung wird der Prozesskostenrechner mit unternehmensspezifischen Daten ›gefüttert‹. Mithilfe dieses transparenten Rechenwegs lassen sich die Amortisationszeit sowie konkrete Einsparmöglichkeiten für ein Werkzeugausgabesystem detailliert und individuell berechnen.

Mit der Einführung eines Werkzeugausgabesystems ist der Grundstein für ein ganzheitliches Toolmanagement-System gelegt. Manche Werkzeugausgabesysteme bringen dazu bereits eine Schnittstelle zu einer passenden Software mit. Mit einer Toolmanagement-Software lassen sich die Werkzeuge sowie deren Zustand in der Produktion in Echtzeit nachverfolgen – vom CAM-System über die Werkzeugausgabe und das Voreinstellgerät bis zur Werkzeugmaschine.

 Um den physischen Aufenthaltsort der Werkzeuge jederzeit feststellen zu können, kennzeichnet man jedes Werkzeug mit einem individuellen RFID-Chip. Dann werden die Chip-Nummern gemeinsam mit weiteren Infos in einer zentralen Datenbank erfasst. Die Datensätze reisen fortan mit den Werkzeugen durch die Produktion und werden stetig aktualisiert. So entsteht ein Überblick über alle Tools beziehungsweise deren digitale Zwillinge in Echtzeit.

 Der komplette Werkzeugbedarf wird so planbarer, der Lagerbestand optimiert, und die Such- und Nebenzeiten verkürzen sich. Zusätzlich werden Fehler beim Zusammenbau von Werkzeugen und bei der Datenübertragung vermieden, denn die Lösung alarmiert umgehend, wenn etwa am Voreinstellgerät ein Toleranzbereich überschritten wird. Gibt es ferner eine Schnittstelle zur Maschine, werden die Werkzeug- parameter vom Voreinstellgerät dorthin übertragen. Die manuelle Dateneingabe entfällt, und die Fehlerquote sinkt.

Die Software sollte zudem flexibel erweiterbar sein und Spielraum für künftige Anpassungen auf dem Weg zur digitalen Fabrik bieten. Auch für KMUs gibt es praxistaugliche Lösungen. Ein Beispiel ist Connected Manufacturing von der Hoffmann Group. Diese schlanke, übersichtliche Software bietet alle für KMU wichtigen Kernfunktionalitäten und kann schnell implementiert und ohne Schulung intuitiv bedient werden. Der Kunde muss die Software nicht kaufen. Er mietet sie nur und entscheidet monatlich, ob er sie weiternutzen möchte. Connected Manufacturing wird bald um einen Werkzeugkonfigurator und eine ERP-Schnittstelle ergänzt und stetig weiterentwickelt. Eine Schnittstelle zum Warenausgabesystem Garant Tool24 ist vorhanden.

Das Fazit: Die Einführung einer automatisierten Werkzeugausgabe ermöglicht es nicht nur, die neuen Hygienevorschriften einzuhalten, sondern auch die Beschaffungsprozesse zu verschlanken und dadurch die Kosten zu senken. In Verbindung mit einer passenden Toolmanagement-Software entsteht ein ganzheitliches System, das eine stetige Überwachung der Werkzeuge, eine Senkung der Fehlerquote und in der Folge weitere Einsparungen ermöglicht. W

Integriert in den Fertigungsprozess, schaffen Ausgabe- und Lagerhaltungssysteme eine durchgängige, automatisierte Lösung.  Mittels Toolmanagement-Software können Werkzeuge in der Produktion zusätzlich nahtlos verfolgt werden

Die Steuerungssoftware eines Werkzeugausgabeschranks sollte umfassende Reportingfunktionalitäten und Schnittstellen zu anderen Systemen mitbringen

 Mithilfe einer App berechnet die Hoffmann Group die Prozesskosten für einen Werkzeugausgabeautomaten individuell für jedes Unternehmen

Hoffmann SE 81241 München Tel. +49 89 8391-0 <a href="http://www.hoffmann-group.com">www.hoffmann-group.com</a>

Bruno Jentner ist Fachbereichsleiter bei der Hoffmann Group in München <a href="mailto:b.jentner@hoffmann-group.com">b.jentner@hoffmann-group.com</a>

Toolmanagement

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

Werkzeugmess-, -wucht und -voreinstellgeräte

Beschichten von Metallkreissägeblättern

Mit der richtigen Schicht besser abschneiden

Welche Beschichtungen steigern die Leistung und Wirtschaftlichkeit beim Sägen schwer zerspanbarer Werkstoffe? Zu dieser ungeklärten Frage liefern Versuche von Oerlikon  Balzers am Fraunhofer IPA in Stuttgart erste Antworten.

In vielen Fertigungsketten spielt das Sägen eine Rolle, etwa zum Trennen von Rohmaterial oder zum Zuschneiden von Halbzeugen. Zwar geht es dabei unterm Strich um eine Vielzahl von Anwendungen und Werkstoffen. In Sachen Werkzeugbeschichtungen beherrschen jedoch immer noch die bekannten goldenen Schichten auf Titanbasis die Sägeszene. Aus dieser Sicht gibt es für schwer zerspanbare Werkstoffe noch viel Nachholbedarf, um wirtschaftliche Lösungen zu etablieren – und das bei gleichzeitig steigenden Ansprüchen.

Auch die Sägetechnik ist inzwischen unterwegs zu Hochperformance-Bereichen, um die in der Fertigungskette geforderten Taktzeiten und Zerspanungsvolumina gewährleisten zu können und möglichst geringe Kosten pro Schnitt zu erreichen. »HSC-Bearbeitung hält hier verstärkt Einzug, das zeigt sich auch in unseren Projekten«, sagt Moritz Kolb vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Das Fraunhofer IPA, eines der größten Institute der Fraunhofer-Gesellschaft, beschäftigt nahezu 1000 Mitarbeiter.

Im Bereich der Säge- und Trenntechnologie ist es eine der führenden Forschungseinrichtungen in Deutschland und deshalb der richtige Partner für den Oberflächenspezialisten Oerlikon Balzers, um einen weißen Fleck von der Landkarte der Sägeanwendungen zu tilgen.

»Wir wollten die Performance ausgesuchter Beschichtungen beim Sägen schwer zerspanbarer Werkstoffe testen und vergleichen, um unsere Produkte entsprechend anpassen und Anwendern Optimierungsempfehlungen geben zu können. Und wir kennen keinen, der dies vorher getan hat«, erläutert Rico Fritzsche, Segmentmanager Zerspanung bei Oerlikon Balzers.

Die daraus hervorgegangenen Tests und Ergebnisse haben daher Novitätscharakter. Das Fraunhofer IPA führte dazu ›Einzahn-Modellversuche‹ durch, bei denen ein Kreissägeprozess auf Prüfstandsniveau nachgebildet wurde (Bild 1). Die Modellversuche ermöglichten eine beschleunigte Verschleißuntersuchung, indem die Prozesskinematik, die Schneidenbelastung, das  Eingriffsverhältnis und die Spanbildung aus einem Realprozess an einzelnen Werkzeugschneiden simuliert wurden.

Basierend auf einer Einstechdrehoperation wurde jeweils eine einzelne herausgetrennte Sägeblattschneide gegen ein rotierendes, rechtwinkliges Werkstück zugestellt, wobei der unterbrochene Schnitt wie im realen Sägeprozess abgebildet wird (Bild 2). Im Rahmen dieser Prüfstandversuche wurden Vorschub- und Schnittkräfte sowie Veränderungen der Schneidengeometrie und des  Verschleißes an neun Messpunkten je Standweg gemessen. Die Schneidengeometrie blieb für alle gesägten Werkstoffe gleich.

 Im Visier standen insbesondere zwei schwer zerspanbare Werkstoffe: 1.4501 Duplex-Stahl (X2CrNiMoWCuWN) sowie Inconel 718, die dem häufig eingesetzten Vergütungsstahl 42CrMo4 als Referenz gegenübergestellt wurden. Diese Werkstoffe hatte Oerlikon Balzers im Vorfeld gemeinsam mit Kunden ausgewählt.

Als Herausforderer brachte Oerlikon Balzers Aluminium (Al)-basierte Beschichtungen ein (2 × AlTiN, 2 × AlCrN), darunter die auf Hochleistungs-Sägeprozesse zugeschnittene und bereits etablierte Benchmarkschicht Balinit  Alcrona Pro (in Grafiken: AlCrN 1).  Referenzpartner dafür war ein TiN-Produkt. »Für die Beschichtungen und ihre Tests haben wir seit 2018 unsere Prozesse ganzheitlich optimiert und speziell auf Sägeblätter abgestimmt – von der Vorbehandlung, über die Beschichtung bis hin zur Nachbehandlung«,  informiert Klaus Springer, Technischer Kundenberater von Oerlikon Balzers.

Hauptkriterium bei der Bewertung der Testergebnisse war die im jeweiligen Versuch sinnvolle Verschleißgrenze,  gemessen als Verschleißmarkenbreite (VB), und welchen Standweg das Werkzeug bis zu diesem Einsatzlimit erzielen konnte. Um die Werkstücke hinterher eingehend visuell untersuchen und vergleichen zu können, wurden die Versuche nicht bis zum vollständigen Schneidenbruch gefahren.

Zu den Resultaten: Schon die Tests mit dem 1.4501 Duplex-Stahl waren richtungsweisend für die Performance der Beschichtungen mit Blick auf schwer zerspanbare Werkstoffe (Bild 3). Die TiN-Schicht schied hier bereits nach einem Standweg von 7,5 m aus (VBmax = 207 µm). Die besten Ergebnisse erzielten die Schichten mit hohen Aluminium-Anteilen. So wies Balinit Alcrona Pro lange Zeit die geringsten VB-Werte auf (VBmax ≈ 205 µm) und wurde erst nach 17,5 m Standweg aus dem Rennen genommen. Besser bewährte sich letztlich nur die Schicht AlTiN 2, die nach 20 m das Feld räumen durfte (VBmax ≈ 158 µm).

Auch bei den Tests mit Inconel 718 (Bild 4) schnitten Al-basierte Schichten buchstäblich am besten ab, allen voran das Produkt AlTiN 1 mit einem Standweg von 20 m (VBmax ≈ 635 µm). Ihre Allrounder-Qualitäten zeigte erneut die Schicht Balinit Alcrona Pro (15 m bei VBmax ≈ 587 µm), die auch in diesem Test zu den Besten zählte. Dagegen musste das TiN-Produkt schon nach 10 m (VBmax ≈ 468 µm) passen. Im Vergleich erzielte das TiN-Produkt einzig im Referenztest mit 42CrMo4 bessere Ergebnisse, wenn auch wieder als Schlusslicht. Bei dieser Standardanwendung blieben die Werte aller Testkandidaten dicht beieinander, wobei der  Spitzenreiter Balinit Alcrona Pro hieß.

Für Moritz Kolb stellten die teils deutlichen Unterschiede der Testwerte von 30 bis 40 Prozent beim Sägen von schwer zerspanbaren Werkstoffen keine Überraschung dar. Und die Vertreter von Oerlikon Balzers hatten ebenso das gute Abschneiden der Al-basierten Schichten erwartet, zumal mit Balinit Alcrona Pro (Bild 5) ein solches Produkt bereits erfolgreich im Markt steht. »Wir wissen jetzt allerdings sehr viel besser, wo wir stehen«, urteilt Rico Fritzsche. »Unsere besten Resultate sind ein Beleg dafür, dass wirtschaftliches Sägen mit noch mehr Performance schon jetzt eine Option ist, und dass wir auf dem richtigen Weg sind, auch mit unseren Prozessverbesserungen. Unsere Prozesse können wir nun durch die wissenschaftlich fundierte Untersuchung noch gezielter für das Sägen anpassen und exaktere Empfehlungen für die Anwender bieten.« Und sein Kollege Klaus Springer ergänzt: »Aus unserer Sicht ist es erstmals gelungen, für das Sägen Verschleißverläufe und Standwege darzustellen. Vergleichende Untersuchungen in diesem Kontext, zumal für verschiedene Werkstoffe, gab es bisher noch nicht. Für die Praxis heißt das: Sägeblatthersteller und Anwender müssen sich heute nicht mehr mit einem TiN-Sägeblatt und dessen begrenzter Leistung und Wirtschaftlichkeit für anspruchsvolle Werkstoffe und hohe Zerspanvolumina zufriedengeben.«

Die Prüfstandversuche am Fraunhofer IPA basierten auf einer Einstechdrehoperation, wobei eine einzelne herausgetrennte Sägeblattschneide gegen ein rotierendes Werkstück im unterbrochenen Schnitt zugestellt wurde

Für die Einzahnversuche, im Rendering links der Versuchsaufbau mit gelber Schneide, wurden aus einem Sägeblatt Segmente mit einzelnen Schneiden per Wasserstrahl herausgetrennt (Rendering rechts)

3 Verschleißverlauf bei der Bearbeitung des Werkstoffs X2CrNiMoWCuWN

Verschleißverlauf bei der Bearbeitung des Werkstoffs Inconel 718

An jedem Messpunkt dokumentieren Probenbilder den Verschleiß visuell: Hier eine mit Balinit Alcrona Pro beschichtete Schneide nach dem Sägen von Duplexstahl (1.4501) bei 12,5 m Standweg 

Oerlikon_Hauptartikel

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) 70569 Stuttgart Tel. +49 711 970-1800 <a href="http://www.ipa.fraunhofer.de">www.ipa.fraunhofer.de</a>

Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH 55411 Bingen Tel. +49 6721 793-0 <a href="http://www.oerlikon.com/balzers/de">www.oerlikon.com/balzers/de</a>

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Die SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH versorgt Branchen wie die Energietechnik, die Textilindustrie, den Maschinenbau und die Luftfahrt mit kundenspezifische Antriebslösungen. Seit 2015 weisen DMG-Mori-Maschinen mit Celos-Steuerung den Weg in die digitale Zukunft.

Mit einer mechanischen Werkstätte für Zahnräder und Lohnverzahnung im sächsischen Glashütte begann 1919 die Geschichte der heutigen SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH. Nach dem Krieg plante Fritz Hopf den Umzug in seine Heimat, er landete jedoch im bayerischen Nördlingen und eröffnete dort eine Uhrenfertigung.

In den 50er-Jahren hat die SPN Schwaben Präzision ihre Fertigung auf Präzisionsbauteile umgestellt und erste Getriebe entwickelt, womit das Unternehmen seine weltweite Bekanntheit erlangte und erfolgreich am Markt etabliert ist. Heute entwickeln und fertigen über 300 Mitarbeiter kundenspezifische Antriebslösungen für die Energietechnik, Textilindustrie, den Maschinenbau und zunehmend auch die Luftfahrtindustrie.

Die breit aufgestellte Produktion wurde seit 2015 um mehrere Werkzeugmaschinen von DMG Mori erweitert: eine Drehfräsmaschine CTX beta 1250 TC 4A,  eine Universaldrehmaschine CTX beta 800, ein 5-Achs-BAZ DMU 40 eVo, ein Horizontal-BAZ NHX 4000 und eine Universaldrehmaschine CLX 450.

›Maßarbeit mit Leib und Seele‹ ist ein Leitsatz, den die SPN Schwaben Präzision beim Erstellen kundenindividueller Antriebslösungen lebt. Für Rainer Hertle, Technischer Geschäftsführer der SPN Schwaben Präzision, leiten sich daraus auch die Kernwerte des Unternehmens ab: »Wir stehen für individuelle Kundenorientierung, Präzision und Verlässlichkeit.«

Die Wünsche der Kunden sind trotz unterschiedlichster Branchen sehr ähnlich ausgeprägt. So geht es in der Textilindustrie um eine hohe Lebensdauer und Wartungsfreundlichkeit. Im  Bereich Luftfahrtindustrie – seit 2017 hat das Unternehmen eine Luftfahrt-Zertifizierung nach DIN EN 9100 –  stehen höchste Sicherheitsstandards im Fokus. »Wir produzieren beispielsweise Getriebe für die Landeklappen oder Fahrwerksteile – durchweg sicherheitsrelevante Komponenten«, so Stefan Ohmüller, bei SPN zuständig für Produktionstechnologien. »Celos  ermöglicht unseren Mitarbeitern eine optimale und einfache Bedienung, eine durchgängige Vernetzung mit der CAM- Abteilung und der Arbeitsvorbereitung sowie den Technologien Drehen und Fräsen.«

Die ersten DMG-Mori-Maschinen kauften die Nördlinger 2015 – zunächst eine DMU 40 eVo, dann eine CTX beta 1250 TC 4A. Ein ausschlaggebendes Kriterium war unter anderem eine einheitliche Bedienoberfläche. »Somit ist es für unsere Mitarbeiter einfacher, mehrere und vor allem unterschiedliche Maschinen zu bedienen«, so Stefan Ohmüller. Auf der CTX beta 1250 TC 4A bearbeitet ein Zerspanungsmechaniker aus dem Bereich Fräsen komplexe Werkstücke wie Roboterhandachsen oder Hohlräder. Für optimale Fräsleistung verfügt die CTX beta 1250 TC 4A über eine ›compactMaster‹-Drehfrässpindel mit 20 000 min-1 und 120 Nm.

Elementarer Bestandteil der SPN-Antriebslösungen sind unterschiedlichste Verzahnungen. Diese werden größtenteils auf speziellen Verzahnungsmaschinen hergestellt. Bei Kapazitätsengpässen greift das Team seit 2017 zusätzlich auch auf die CTX beta 1250 TC 4A zurück. »Damals haben wir die Maschine mit den DMG-Mori-Technologiezyklen ›gearMill‹ und  ›gearSkiving‹ nachgerüstet. So können wir die Verzahnungen kurzfristig, schnell und mit hoher Präzision herstellen«,  erklärt Stefan Ohmüller. Zudem habe man auf der CTX beta 1250 TC 4A die Möglichkeit, Zahnräder in einem Arbeitsgang komplett zu bearbeiten.

Ihren Fräsbereich hat die SPN Schwaben Präzision 2018 durch eine NHX 4000 verstärkt, ebenfalls mit der App- basierten Bedienoberfläche Celos. Überzeugt hat Stefan  Ohmüller die hohe Produktivität des Horizontal-BAZ: »Dank des Palettenwechslers können wir die Maschine hauptzeitparallel rüsten. Die Paletten können wir mit zwei Türmen und unterschiedlichen Spannmitteln bestücken, sodass wir in der Lage sind, mehrere Artikel gleichzeitig zu bearbeiten. Ganz nebenbei bemerkt, verfügt die speedMaster-Spindel über 36 Monate Gewährleistung und das ohne Stundenbegrenzung.«

Modernstes Equipment auch für die Ausbildung

Die jüngste Anschaffung ist eine CLX 450 für die Ausbildungswerkstatt. »Zum einen können wir unseren Nachwuchs von Anfang an mit modernen Werkzeugmaschinen vertraut machen«, findet Stefan Ohmüller. »Zum anderen arbeiten wir in der Ausbildung produktionsorientiert, wobei uns eine Universaldrehmaschine optimal unterstützt.« Der Spindelantrieb mit 426 Nm und 4000 min-1 sowie die Y-Achse seien nur zwei Beispiele für die Ausstattung der CLX 450. Werkstückdurchmesser bis 400 mm und ein Z-Achs-Verfahrweg von 830 mm bieten Platz für eine breite Bauteilpalette.

Die Komplettbearbeitung auf der CTX beta 1250 TC 4A oder auch das hauptzeitparallele Rüsten der NHX 4000 sind zwei Bausteine im Rahmen einer umfassenden Prozessoptimierung bei SPN. 2013 wurde das Lean Management eingeführt, 2016 die Produktionsfläche auf 9000 m2 erweitert, um die ehemals zwei Standorte unter einem Dach zu vereinen. »Die Wertströme folgen einem gerichteten Materialfluss und sind in segmentierten Prozessketten organisiert«, erklärt Rainer Hertle. Das 100-jährige Jubiläum sei außerdem der richtige Zeitpunkt gewesen, um nach vorne zu schauen: »Mit dem Projekt ›SPNgoes 4.0‹ stellen wir uns den Herausforderungen der Digitalisierung. Von der Kundenakquise über die Fertigung bis zur Logistik werden wir unsere Abläufe digital und möglichst automatisiert gestalten.«

Dank Celos haben die Mitarbeiter von SPN Schwaben Präzision durchgängigen und schnellen Zugriff auf alle fertigungsrelevanten Informationen

Verzahnungen sind elementare Bestandteile der SPN-Antriebslösungen: hier ein 3-stufiges Präzisions-Kegelradgetriebe inklusive Mediendurchführung für einen Roboter

Sehen die Zukunft digital: Rainer Hertle, Technischer Geschäftsführer der SPN Schwaben Präzision (links) und Stefan Ohmüller, Leiter Produktionstechnologie

DMGMori_Hauptartikel

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH 86720 Nördlingen Tel. +49 9081 214-0 <a href="http://www.spn-drive.de">www.spn-drive.de</a>