Effizienz in der Fertigung steigern

Die Fertigungstechnik sieht sich ständig neuen Herausforderungen ausgesetzt. Der Energieeinsatz gehörte lange Zeit nicht dazu. Vor dem Hintergrund explosionsartig steigender Energie- und Rohstoffpreise trat jedoch die Frage in den Vordergrund: „Wie können wir unsere Prozesse effizienter gestalten?“ Antworten verspricht die AMB, internationale Ausstellung für Metallbearbeitung, die vom 9. bis 13. September 2008 auf der Neuen Messe Stuttgart beim Stuttgarter Flughafen. Der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken VDW, ideeller Träger der AMB, konnte kürzlich erneut Rekordzahlen seiner Branche vorlegen und rechnet sogar damit, diese im laufenden Jahr nochmals toppen zu können. Deutlich machte VDW-Präsident Carl Martin Welcker die sich ändernden Ansprüche an die Produktionstechnik am Beispiel Automobilindustrie und ihrer Zulieferer. Gerade die Automobilindustrie unterhält heute ein globales Netz von Produktionsstätten. „Ziele wie Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit, Zukunftsfähigkeit der eingesetzten Fertigungstechnik und kürzere Lebenszyklen der hergestellten Produkte rücken bei den Abnehmern in den Fokus. Zudem hat die Automobilindustrie hohe technische und technologische Anforderungen, die aus den Fertigungseinrichtungen das Maximum herausholen“, so Welcker. Die Antworten der Branche auf diese Herausforderungen lauteten: neue Maschinen- und Fertigungskonzepte, Standardisierung und Modularisierung der Produkte sowie neue Fertigungstechnologien.

Wie intelligente Systeme aussehen können, mit denen sich der Energieverbrauch von Maschinen ohne Leistungseinbußen, höhere Kosten oder Komplexitätszuwachs reduzieren lässt, wird im Rahmen der AMB 2008 auch auf der Tagung des Fertigungstechnischen Kolloquiums (FtK) erörtert. Veranstalter des FtK ist die Universität Stuttgart mit ihren Partnerinstituten der Fraunhofer Gesellschaft. Sie stellen am 10. und 11. September 2008 bei ihrem traditionellen wissenschaftlichen Kolloquium neueste Trends und Ergebnisse vor. Erarbeitet werden dort beispielsweise Lösungen für eine zukünftige „Ecomation“ = ökonomische und gleichzeitig ökologische Automatisierung. Vertreter der Steuerungs- und Automatisierungstechnik diskutieren intelligente Systeme, mit denen sich der Energieverbrauch von Maschinen ohne Leistungseinbußen reduzieren lässt, gleichzeitig aber Kosten und auch die Komplexität möglichst nicht steigen.

Live lässt sich die „Zerspanung von Morgen“ auf der HSC/HPC-Sonderschau der AMB erleben. Unter Leitung des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt zeigen rund 25 Aussteller in Halle 5 die neuesten Entwicklungen der Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungszerspanung (HSC/HPC). Auch dort bildet das Thema Energieeffizienz in der Produktion einen Schwerpunkt. Steigende Energiekosten zwingen den Anwender in der spanenden Fertigung zur Erhöhung der Energieproduktivität, hat das PTW erkannt. Trends und Potenziale demonstrieren Komponentenhersteller und Werkzeugmaschinenhersteller als Systemintegratoren. Damit wenden sie sich sowohl an das Management im Produktionsunternehmen als auch an Meister, Techniker und Entwicklungsingenieure. Eine Vortragsveranstaltung am vierten Messetag (Freitag, 12.09.2008) ergänzt die Sonderschau. Referenten der ausstellenden Unternehmen informieren über aktuelle Themen und Trends rund um die Zerspanungstechnologie.

Am PTW ist man dem Energieverbrauch auf den Grund gegangen, wie Stefan Rothenbücher, einer der Organisatoren der Sonderschau, erläutert: „Im verarbeitenden Gewerbe machen die Energiekosten bereits 5,3 Prozent der Gesamtkosten aus.“ Man sei in der spanenden Fertigung weit davon entfernt, „vorhandene energieeffizientere Alternativen flächendeckend einzusetzen“. So zeigten Lebenskostenanalysen, dass die Aufwendungen für Energie oder Druckluft durchaus annähernd so viel kosten können wie ungeplante Stillstände. Am PTW führte man dazu eine Beispielrechung an einem einspindlingen Bearbeitungszentrum durch. Die Instandhaltungskosten bei einem Zweischichtbetrieb betragen etwa 9.500 Euro im Jahr. Im gleichen Zeitraum schlagen die Energiekosten mit 8.800 Euro zu Buche, für Druckluft sind zwischen 1.000 und 4.500 Euro fällig.

“Werkzeugmaschinenhersteller bestätigen uns, dass das Thema Energieeffizienz schon seit Jahren bei der Entwicklung von Maschinen berücksichtigt wird“, sagt Stefan Rothenbücher. Sie würden aber auch zugeben, dass die energiebedarfsbezogene Optimierung der Maschinen „nicht im Fokus der Entwicklungsziele stehen“. Fazit: Hersteller wie Grob und Herme halten Einsparungspotenziale von zehn bis 15 Prozent für durchaus realistisch. Den größten Brocken machen dabei die Standby-Verbräuche der Maschinen aus, während die Antriebstechnik als nahezu ausgereizt gilt.

Potenzial für effizienteres Zerspanen bietet seit gut zwei Jahrzehnten die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) und nun auch sein jüngerer Bruder, das Hochleistungszerspanen (HPC). Bei letzterem liegt das Augenmerk weniger auf der Jagd nach neuen Geschwindigkeitsrekorden von Antriebsspindeln und Vorschüben, sondern auf dem zerspanten Volumen pro Zeiteinheit, also der eigentlichen Aufgabe der Bearbeitung. Auch hierzu einige Zahlen: Ziel der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung war eine Reduktion der Hauptzeiten. Was dabei etwas aus dem Blick geriet, waren die Nebenzeiten. Die blieben ziemlich konstant und machen mittlerweile im Schnitt etwa 60 Prozent der Fertigungszeiten aus, wie man am PTW festgestellt hat. HPC zielt deshalb auf das Optimieren des gesamten Fertigungsprozesses. Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele, Leiter des PTW: „Dabei ist es wichtig, dass die Werkzeugmaschinenhersteller als Prozessexperten und Entwicklungspartner für ihre Kunden, aber auch für ihre Komponentenlieferanten auftreten.“ Nur gemeinsam könne der Fertigungsprozess optimal ausgelegt werden.

Besonders stark auf Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbearbeitung hat seit der Jahrtausendwende der Schweizer Hersteller AgieCharmilles mit seiner Mikron-Maschinen gesetzt. Ziel aller Konzepte war dort das besonders wirtschaftliche Fräsen. So lagen beispielsweise der HPM-Baureihe (HPM steht für Hochleistungsfräsen) bereits konzeptionell Überlegungen zugrunde, die wesentliche Anforderungen der Unternehmen zu erfüllen, als da wären: uneingeschränkte Zugänglichkeit der Maschine, die auf die Leistungsanforderungen im HPM Bereich abgestimmten Einzelkomponenten, die Automatisierung durch das Zentrum der Maschine sowie die Auslegung aller Komponenten des gesamten Produktionszentrums auf einen Drei-Schicht Betrieb. HPM heiße Fräsen mit dem Ziel, über das Spanvolumen die geforderte Leistung zu erbringen. Damit verbunden seien sehr spezifische Anforderungen an die Maschine und jede ihrer Komponenten.

Einer der Pioniere für HSC/HPC-Bearbeitung ist die Röders GmbH, Soltau. Dort sei das Thema „Effizienzsteigerung“ ein Dauerbrenner. Vertriebsleiter Dr. Oliver Gossel: „Unsere Entwicklung betreibt eine stetige Weiterentwicklung bezüglich Maschinensteuerung und Steuerung. So werden immer bessere Qualitäten bezüglich Genauigkeit, Oberflächengüte und Bearbeitungszeit erreicht.“ Nicht nur Käufer neuer Maschinen, sondern auch die Bestandskunden profitieren von diesen Weiterentwicklungen, da sie als Update erhältlich seien. Auch auf Hardewareseite gehe die Entwicklung weiter. Als besonderen Meilenstein bezeichnet Dr. Grossel dabei die Einführung von Lineardirektantrieben.

Weiter Informationen finden Sie unter www.amb-messe.de