Der VDMA-Vorsitzende des Fachverbands Präzisionswerkzeuge stand Moderatorin Ina Sabitzer Rede und Antwort: Lothar Horn empfahl Werkzeug-Herstellern wie Anwendern die Hypes wie Digitalisierung oder Additive Fertigung zu nutzen.
Foto: NCFertigung

Präzisionswerkzeuge

Tooling Days: "Jeder Hype ist eine Chance"

E-Mobilität, Additive Fertigung, Industrie 4.0 – das waren die Kernthemen, die auch die gut 150 Teilnehmer der 3. Tooling Days im obersteirischen Kapfenberg nahe Graz beschäftigten.

von Harald Klieber

Warum eigentlich Kapfenberg? Bürgermeister Manfred Wegscheider betonte in seinen Grußworten vor allem das durchschnittliche Wirtschaftswachstum der obersteirischen Vorzeigeregion. Seit 2003 sei Kapfenberg durchschnittlich um 4,1% gewachsen, Wien um nur 1,9%. Kapfenberg hätte sich damit unter den drei stärksten Städten in Österreich etabliert, was auch ein Stück weit von der Politik und den Rahmenbedingungen, wie einem Hightech-Park, sowie den starken Industrieunternehmen wie Böhler, Boehlerit und Pankl getragen sei.

Anstrengungen sind immens

Das ist Status Quo. Worauf es aber ankommt, um auch künftig als Industrieunternehmen erfolgreich zu sein, erklärte der eigens angereiste VDMA-Fachverbands-Vorsitzende Lothar Horn, der zunächst die neuen Werkstoffe zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit thematisierte. Die Anstrengungen für die Werkzeughersteller seien dabei immens, um gleichzeitig auf die Leichtbaukonzepte und ständig neuen Werkstoffkompositionen der Luftfahrt zu reagieren. CFK und Composite würden ständig neue Spezial-Werkzeuge bis runter auf 0,2 mm Durchmesser sowie neue Geometrien oder auch extrem ausbruchsfreie Schneiden fordern.

Ähnlich seien Cobalt-Chrom-Materialien in der Medizintechnik gefragt, würden in der Bearbeitung aber große Herausforderungen für die Werkzeughersteller bedeuten. „Die Werkzeughersteller müssen dabei den ganzen Prozess beherrschen. Um neue Potenziale zu heben, bieten sich momentan auch immer öfter weiterentwickelte Dreh- und Fräs-Technologien an.“ Als Beispiel führte Lothar Horn das Verzahnen auf, das er in seinem Unternehmen mit dem System M279 weiterentwickelt hat und nun konkave und konvexe Zahnflankenformen bis Modul 30 im Vollschnitt mit 250 m/min vc fräst. Indes sieht Lothar Horn das Thema E-Mobilität nicht ganz so kritisch.

E-Mobilität belastet die Umwelt noch mehr

„E-Mobilität, so wie sie heute ist, belastet die Umwelt noch mehr, weil derzeit weder die Batterien noch der Strom wirklich umweltfreundlich erzeugt werden und weil Deutschland auf einen doppelten Strombedarf von rund 150 Mrd. kWh pro Jahr momentan in keiner Weise vorbereitet ist.“ Städte müssten derzeit rund 10 Mrd. Euro investieren, um für die E-Mobilität bereit zu sein.

„Meine größte Angst gilt momentan den Politikern, die die Auswirkungen ihres Tuns nicht überblicken. Das kann schnell und unwiederbringlich viele Arbeitsplätze kosten. Schon deshalb ist es wichtig, dass sich auch die Werkzeughersteller für Hypes, die mehr den je derzeit kommen und gehen, flexibel aufstellen und aus den sich bietenden Chancen auch etwas machen.“

Faktor 4 schneller durch Inconel

Eine derzeit weitere Chance bieten auch die schwer zerspanbaren Werkstoffe. Welche Effekte mit neuen Beschichtungen dafür derzeit erzielbar sind, demonstrierte Oerlikon-Balzers-Experte Dr.Wolfgang Kalss besonders bei der Titan-Bearbeitung. Mit der neuen Schicht BalIQ Tisinos könnte ein VHM-Schaftfräser (25 mm D., 150 mm L.) beispielsweise Ti6Al4V mit 62% weniger Verschleiß schruppen bei 45 m/min vc, 0,2 mm ae und 10 mm ap.

Maßstab sei bei gleichem Standweg für einen Aerospace-Anwender in Japan ein Fräser mit der Oerlikon-Balzers-Beschichtung Balinit Alnova gewesen. Ähnliche Effekte hätte die Bearbeitung von Turbinenschaufeln bei einem Endanwender in Indien gebracht: Wolfgang Kalss berichtet von 150% mehr produzierten Teilen mit einem vierschneidigen 20-mm-HM-Fräser bei 245 m/min vc.

Größte Zerspanungsvorteile erzielte die BalIQ-Tisinos-Beschichtung gegenüber der Balinit Xceed-Beschichtung von Oerlikon Balzers mit einem vierschneidigen Gesenkfräser (16 mm D.). In Inconel 716 wurden bis zu 50 m/min vc gefahren bei 0,035 mm fz, ap 10 mm und zwischen 3 und 10 mm ae, was in Summe die Standzeit um Faktor 4 erhöhte.

Hightech-Sägebänder sparen viel Geld und Zeit

Ähnlich spektakuläre Resultate versprach Wikus-CTO Frank Gresens nicht nur mit Bimetall- und Hartmetall-Sägebändern in schwer zerspanbaren Werkstoffen. „Wikus verfügt nicht nur über das weltweit breiteste Sägeband-Spektrum, sondern bietet dabei auch Hochleistungstechnologie an zum Sägen von Vollmaterial im Querschnittsbereich von 250 bis 700 mm. Unsere Dünnschnitttechnologie bringt dabei bei minimierten Schnittspalten von unter 2 Millimetern hohe Schnittleistungen und extrem gute Standzeiten“, versichert Frank Gresens.

Dass man dabei niemals auf Billigbänder setzen sollte, sondern vor allem auf Hochtechnologie setzen muss, rechnete der CTO anhand von eindrucksvollen Beispielen vor: Etwa beim Sägen von Inconel 718 mit 300 mm Durchmesser und einer Schnittfläche von 707 cm² würde ein Futura-718-Sägeband für gut 330 Euro gegenüber einem Selekta-Band für 145 Euro vor allem mit der Schnittzeit von nur 44,2 Minuten gegenüber 101 Minuten punkten. „Das bringt pro Jahr über 5.400 h weniger Schnittzeit, was sich auf freie Sägekapazitäten von 227 Tagen oder weniger Schnittkosten von über 263.000 Euro summiert. Die Botschaft ist also: Das bessere Band ist viel schneller. Sie machen viel mehr Schnitte pro Jahr, können viel mehr Aufträge abarbeiten. Sie sind viel produktiver.“

Die Formel 1 beim Sägen

Der etwas höhere Invest, so Frank Gresens, sei dabei tatsächlich vernachlässigbar. Doch es geht noch besser. „Die Formel 1 im Sägen heißt bei Wikus Arion, bringt 32 % Schnittspalt-Reduktion und maximale Produktivität. Mit Arion garantieren wir nochmal deutlich höhere Schnittleistungen.“ Was mit herkömmlichem Bimetall-Band 14 min, mit Futura-HM-Band 7 min oder mit dem Futura-Premium-Band noch 4,8 min dauerte, schafft das Arion-Band in 1,8 Minuten. „Formel 1 läuft aber natürlich nicht auf einer herkömmlichen Säge. In Zusammenarbeit mit namhaften deutschen Maschinenherstellern, wie Behringer und Kasto sind sehr präzise Hochleistungssägen u.a. mit Kugelgewindetrieben entstanden. Nur so ist der dafür nötige, absolut gleichmäßige Vorschub realisierbar.“

Additiver Tintenfisch – neue Pulver-Werkstoffe

Spannende Einblicke eröffnete auch Business-Development-Manager Augustin Niavas über die Produktivität der neuesten additiven Maschine von EOS: „EOS hat das EOSM400-4-System auf der IMTS 2016 vorgestellt und gezeigt, welche Produktivität in einem Bauraum von 400x400x400 mm erreichbar ist.“

Entwickelt würde bei EOS aber in alle Richtungen: Hardware mit Fokus auf erhöhter Autonomie und Prozessgeschwindigkeit; neue Werkstoffe zur Verbesserung der Dauerfestigkeit und für bessere Materialpaarungen; sowie die Software zur Verbesserung von Datenfluss bis Monitoring. Dazu kommt die Integration in Produktionszellen mit dem Partner GFMS. Vorzeige-Projekte sind derzeit eine Zusammenarbeit mit Audi in Richtung kleinerer Serien und Werkzeuge sowie mit GE Aviation, woraus die ersten „fliegenden“, additiv gefertigte Einspritzdüsen für Triebwerke entwickelt wurden.

Was sich demgegenüber auf der additiven Materialseite tut, erklärte R&D-Manager Harald Leitner. Mit drei Pulver-Werkstoffen zum additiven Drucken sei Böhler Edelstahl derzeit am Markt. Voraussetzung sei dabei die Kohlenstofffreiheit der Stähle, um die dem additiven Prozess nahestehende Schweißbarkeit gut zu gewährleisten. „Kalt- und Schnellarbeitsstähle sind derzeit nur bedingt druckbar, aufgrund ihres hohen C-Gehaltes. Um die Verarbeitung von Werkzeugstählen hinsichtlich Porosität, Riss- und Bindefehlern in den Griff zu kriegen, müssen wir aber entweder vorheizen oder Werkstoffe entwickeln, die sich möglichst einfach verdrucken lassen und dabei die Eigenschaften von klassischen Werkzeugstählen aufweisen.“ Letztlich, so Harald Leitner, muss sich das Anforderungsprofil der Maschinen noch stark ändern oder es müssen neue Rezepturen und Materialen entwickelt werden – um doch noch irgendwann Werkzeuge drucken zu können.

Digitalisierung ist Chance – zweite Phase gewinnen

Entwarnung gab unterdessen Markus Tomaschitz, Vordenker und HR Director der AVL List GmbH, für das Zusammenspiel von „Mensch und Industrie 4.0“. Weder die zunehmende Digitalisierung noch Google & Co. oder Amerika werden die vielfach in Horrorszenarien angedrohte, komplette Neustrukturierung der Arbeitswelt herbeiführen. Und bis 2030 würden auch nicht 47% der Arbeitsplätze verloren gehen. Deshalb sei es viel wichtiger, nicht auch noch die zweite Phase der Digitalisierung zu verschlafen.

„Die erste Phase haben wir verschlafen. Die zweite Phase wird Europa gewinnen. Wir müssen uns nur auf unsere Originalität besinnen. Nicht adaptieren, sondern Original bleiben. Und ohne unsere und neue Daten, kann auch die beste Digitalisierung nicht funktionieren.“ Wichtig sei, so Markus Tomaschitz, dass die europäische Industrie die Digitalisierung als Chance begreift. Denn Digitalisierung sei natürlich komplex. Aber mit Komplexität können Europa und speziell die deutschsprachigen Länder nach Einschätzung von Markus Tomaschitz viel besser umgehen als das standardisierte Amerika. Großer Pluspunkt sei das europäische Bildungssystem, das aber weiterentwickelt und flexibilisiert werden müsste.

Größere Platte halbiert Fräszeit

Worauf es dennoch beim Fräsen von schwer zerspanbaren Werkstoffen ankommt, erklärte André Feiel, Segmentleiter Drehen und Fräsen bei Boehlerit. „Wenn Sie richtig Kosten sparen wollen, dürfen Sie nicht die Werkzeugkosten ins Auge fassen, die nur 3 bis 5% der Kosten verursachen – Sie müssen die Produktivität erhöhen. Heißt: den Prozess schneller machen.“

Das, so André Feiel, sei effektiv erreichbar mit innovativen, besseren Werkzeugen, die meist auch noch neue, viel schnellere Bearbeitungsstrategien mitbringen. „Optimierte Hochleistungsprozesse erlauben maximale Vorschübe und damit kürzeste Bearbeitungszeiten.“ Mit den so minimalen Maschinenlaufzeiten lassen sich viel mehr Aufträge pro Tag auf einer Maschine realisieren. Dass es funktioniert, erklärt André Feiel anhand eines Projektes in der Luftfahrtindustrie, wo lediglich ein größerer 63er Fräser mit wesentlich größeren Platten eingesetzt wurde.

Damit konnte die Schnitttiefe verdoppelt und die Bearbeitungszeit von 240 auf 150 min reduziert werden. „Das hat zwar nur pro Stunde 45 Euro gespart. Übers Jahr hat sich das aber auf den Wert einer kleinen Eigentumswohnung summiert“, berichtet André Feiel, wie man durch kleine Dinge, große Effekte erreichen kann.

Entwickeln mit exaktem Tool Health Monitoring

Aber was passiert eigentlich beim Fräsen? Wie hoch sind die Werkzeugbelastungen? Wie man mit diesen neuen Erkenntnissen bessere Werkzeuge entwickeln kann, deutete unterdessen Projektmanager Dr. Thomas Klünsner vom Materials Center Leoben Forschung GmbH an. Dabei sei die Betrachtung von mechanischen und thermomechanischen Belastungen wesentlich.

„Klar ist, dass auch die plastische Verformung zur Schädigung der Schneidkante beiträgt. Um den gesamten Prozess sauber zu analysieren und die Schadensmechanismen zu verstehen, machen wir unser Tool Health Monitoring. Ziel des Forschungsprojektes ist es, dass wir die messbaren Größen interpretieren und adaptive Prozesskontrolle betreiben können.“

ATS statt MMS: Zerspanung nahezu gefühlt trocken

Dass Minimalmengenschmierung nicht gleich MMS ist, erklärte Rother-Technologie-Geschäftsführer Reiner Rother. Denn sein 2009 entwickeltes und auf den Markt gebrachtes Aerosol-Trockenschmiersystem ATS unterscheidet sich nicht nur namentlich vom MMS-System. Es liefert kleinere Öltröpfchen, die mit 0,1 bis 0,5 µm zwar noch keine Nanotröpfchen seien, aber bis 45.000 min-1 garantiert an der Schneide ankommen. Großer Vorteil des ATS-Systems sei, dass der Zerspanungsprozess nahezu gefühlt trocken abläuft. Ganz wichtig sei dabei, so Reiner Rother, dass das Rother-System wirklich auch ganz kleine Kühlkanäle bedienen kann. „Öl ist auch nicht gleich Öl. Da haben wir nichts dem Zufall überlassen und die von uns verwendeten Öle für unser Aerosol mit einem namhaften Hersteller entwickelt.“

Gleiches würde auch für das 2012 zum Patent angemeldete und gemeinsam mit Kooperationspartnern wie Ott-Jakob entwickeltes Cryolub-System gelten, bei dem Rother durch Beimengung von -78 °C kaltem CO2 den Prozess an der Schneide direkt kühlen kann. „Wenn Sie ATS und Cryolub gleichzeitig nutzen, sehen Sie zwar einen Nebel, der aber nur durch die Feuchtigkeit der Umgebungsluft und die Kühlwirkung des CO2 erzeugt wird, wenn unser Aerosol aus der Schneide kommt. Interessant dabei ist, dass unser System gegenüber dem vielfach in Tests eingesetzten Stickstoff mit -180°C die deutlich bessere, höhere Kühlleistung bringt und das Werkzeug mit unserem System idealerweise auch nicht zu viel Temperatur beim Prozess verliert“, erklärt Reiner Rother die seiner Erfahrung nach idealen Fräsbedingungen.

Drehzahlsynchron-Schleifen

Die Tooling Days 2017 beendete Prof. Dr. Franz Haas, Vorstand des Instituts für Fertigungstechnik der TU-Graz mit dem Thema ‚Funktionale Oberflächen durch Adaptive Grinding und Drehzahlsynchron-Schleifen‘. Demnach sei besonders das Drehzahlsynchron-Schleifen als neues Finish-Verfahren für komplexe 3D-Unrundgeometrien als innovativ und produktiv zu sehen, da bereits 3D-Unrund-Teile im Einstechschleifen schleifbar sind, konkave Nocken-Profile fertigbar, die gesamte Nockenwelle mit allen Nocken in einem Fertigungsschritt fertig geschliffen werden kann und funktionale Oberflächen realisierbar sind.

www.boehlerit.com

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