WZL- und IPT-Direktor Prof. Christian Brecher über die Herausforderungen im Werkzeugmaschinenbau

„Unterschiedliche Verfahren wachsen weiter zusammen“

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Welche Veränderungen sowohl auf die Hersteller als auch auf die Nutzer von Werkzeugmaschinen zukommen, das sagt Prof. Christian Brecher. Er gehört den Direktorien des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen an.

Herr Prof. Brecher, wie werden sich Werkzeugmaschinen künftig verändern?

Die deutsche Werkzeugmaschinenindustrie ist hervorragend in der Lage, individuell und bedarfsgerecht auf Kundenwünsche einzugehen. Technologisch erfordert dies flexible Informations- und Fertigungssysteme. In diesem Zusammenhang sind auch hybride Systeme interessant, die verschiedene Technologien in einer Maschine in sich vereinen. Wichtig ist dabei die Automatisierung, die so konzipiert sein muss, dass sie auch für kleinere Unternehmen erschwinglich und wirtschaftlich ist. Zudem wird das Thema Energie- und Ressourceneffizienz eine immer größere Rolle spielen.
Sehen Sie neue Fertigungstechnologien?
Am Markt sind bereits Bearbeitungszentren, die das klassische Drehen, Fräsen und Bohren oder das Drehen und Schleifen in einer Maschine integrieren. Einen neuen und erweiterten Ansatz, den wir im Rahmen unseres Exzellenzclusters ‚Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer‘ erforschen, beschäftigt sich mit der prozesstechnischen Integration des Lasers in ein Bearbeitungszentrum zum Strukturieren, Auftragsschweißen und Härten. Bis auf das Strukturieren lassen sich diese Prozesse auch von zusätzlichen Handlingsystemen, etwa Robotern, realisieren. Es gibt viele Beispiele die zeigen, dass unterschiedliche Verfahren weiter zusammen wachsen. Vor dem Hintergrund einer verstärkten Kundenorientierung mit geringeren Losgrößen eine interessante Entwicklung.
Welche Anforderungen kommen dadurch auf die Maschinenhersteller zu?
Sicherlich müssen sie ihre Rolle als Systemanbieter weiterentwickeln und stärken. Die Kunden wollen nicht mehr nur das reine Produkt Maschine, sondern eine Systemlösung für eine Fertigungsaufgabe, die auch die Auslegung, die Prozessqualifizierung und die Prototypenfertigung des Produkts mit den geforderten Eigenschaften umfasst. Darin sehe ich eine große Chance für deutsche Anbieter. Mit ihrer Systemkompetenz können sie sich weiterhin Alleinstellungsmerkmale erarbeiten.
Wie lassen sich all diese Aspekte unter einen Hut bringen?
Das nachhaltige Erschließen und Umsetzen von Rationalisierungspotenzialen im Entwicklungsprozess erfordert unternehmensinterne und -externe Standards. Nur mit intelligenten Modulbaukästen, standardisierten Schnittstellen und performanten Steuerungsnetzwerken lassen sich erprobte Module kostengünstig und bedarfsgerecht zu einem robusten System kombinieren. Natürlich gilt es hinsichtlich Umsetzungsgrad und -geschwindigkeit genau abzuwägen, was jeweils langfristig sinnvoll ist.
Über die Energieeffizienz von Fertigungssystemen wird seit etwa zwei Jahren verstärkt gesprochen. Wie ist der Stand?
Gerade die deutschen Hersteller sind hier nicht schlecht aufgestellt. Lange Zeit wurde das allerdings nicht in die breite Öffentlichkeit getragen. Zweifellos bietet dieser Bereich aber noch Optimierungspotential. Erste Verbesserungen sind durch konstruktive aber auch organisatorische Maßnahmen ohne großen Aufwand zu erzielen. Hier ist vielfach gesunder Ingenieursverstand gefragt. Will man jedoch in den Grenzbereich des technologisch Machbaren vorstoßen, dann kosten diese Maßnahmen natürlich auch Geld.
Sind die Anwender bereit, für eine sparsamere Maschine mehr zu bezahlen?
Die Umsetzung höherer Energieeffizienz ist insbesondere für viele kleinere und mittelständische Unternehmen eine große Herausforderung. Vielfach sind die Energiekosten in den Gemeinkosten versteckt, damit nicht transparent ausgewiesen und schlussendlich nur indirekt zu ermitteln. Gemeinsam mit der Industrie müssen wir als Forschungsinstitute dafür Sorge tragen, dass die Energiekosten von Maschinen und Fertigungsprozessen transparent bilanzierbar werden. Dann lässt sich schnell verdeutlichen, was sich rechnet und was nicht.
Welches Einsparpotenzial sehen Sie durch effizientere Nutzung der Energie?
Hier sehe ich durchaus einen signifikanten Stellhebel. Abhängig von der jeweiligen Anwendung halte ich einen um bis zu 25 Prozent geringeren Energieverbrauch in absehbarer Zeit für durchaus realistisch.
Heißt das: Abkehr von Hochleistungsmaschinen, hin zu sparsameren Modellen?
Definitiv nicht. Hier ist eine differenzierte Sichtweise gefragt. Wir sollten noch mehr darauf achten, welche Fertigungslösung bei einer bestimmten technologischen Bearbeitungsaufgabe minimale Stückkosten verspricht. Der deutsche Maschinenbau ist als Innovationstreiber nach wie vor gefordert, die physikalischen Grenzen von Komponenten und Anlagen zu erforschen. Nur so können auch wir unsere technologische Expertise weiter ausbauen. Gleichzeitig müssen wir diese Kompetenz aber auch dazu nutzen, den jeweils optimalen Kompromiss zwischen Leistung, Robustheit und Wirtschaftlichkeit zu finden.
Geraten die deutschen Hersteller damit nicht noch stärker in den Wettbewerb mit Anbietern, die von der Basis der Leistungspyramide nach oben drängen?
Die asiatischen Anbieter haben in den letzten Jahren technisch sowie technologisch stark aufgeholt und viel dazu gelernt. Ich bin davon überzeugt, dass es deutschen Anbietern mit ihrem Maschinen- und Prozesswissen möglich sein sollte, neben Spitzenprodukten auch Systeme gezielt und intelligent zu vereinfachen um dadurch mehr Skaleneffekte zu erschließen. Dies sollte uns in der Art gelingen, dass die am Markt angebotenen Systeme nach wie vor sehr robust sind und eine hohe Verfügbarkeit bieten. Wer eine Werkzeugmaschine ‚Made in Germany‘ kauft, erwartet einfach eine hohe Qualität sowie technische Raffinesse. Das ist vor dem Hintergrund des Lean-Gedankens aber kein Widerspruch.
Wenn wir etwas weiter in die Zukunft blicken, welche Themen werden die Werkzeugmaschinen-Branche beschäftigen?
Sehr spannend ist für uns die Frage, wie sich den Systemen zukünftig mehr ‚Intelligenz‘ einhauchen lässt. Stichworte sind hier die Anwendung von Modellen aus der Informatik, die für den Maschinenbau angepasst wurden, sowie Möglichkeiten, das Engineering von Anlagen zu beschleunigen und somit Einzelaspekte der Kognitionsforschung für den Maschinenbau umzusetzen. Die alltägliche Praxis in Unternehmen steckt allerdings hier noch in den Kinderschuhen. Die wesentliche Herausforderung dabei liegt in der Entwicklung adäquater Modelle, mit denen sich ein System über alle Disziplinen hinweg beschreiben lässt. Das erfordert eine völlig neue Strukturierung, Beschreibung und Verarbeitung von Modellen, Daten und Informationen zur Laufzeit. Ich gehe davon aus, dass bei uns in Aachen in drei bis fünf Jahren ein Prototyp für eingeschränkte Anwendungen mit überschaubarer Komplexität lauffähig sein wird.

Hybridmaschine integriert Fräsen und Lasern
Im Rahmen des von der deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Exzellenzclusters ‚Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer‘ entwickeln das Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen (WZL) und das Aachener Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) gemeinsam mit der Tuttlinger Chiron-Werke GmbH & Co. KG ein hybrides Bearbeitungszentrum. Die Bezeichnung ‚hybrid‘ bezieht sich dabei sowohl auf eine prozesstechnische Integration verschiedener Technologien – in diesem Fall Fräsen und Lasern – als auch die steuerungstechnische Integration unterschiedlicher dezentraler Funktionseinheiten,
  • der Werkzeugmaschine (NC)
  • des Roboters (RC),
  • eines Faserlasers,
  • eines Laserscanners von Arges
  • und eines Drahtvorschubsystems.
Das Konzept ermöglicht komplexe Prozessketten in einer Aufspannung abzuarbeiten, beginnend beim Fräsen aus einem Rohteil bis hin zum Laserhärten, Strukturieren und Laser-Auftragschweißen.
Auf Basis einer Standardbaureihe entwickelten die Forscher gemeinsam mit dem Maschinenhersteller eine mechanisch optimierte Anlage sowie die steuerungstechnisch zusätzlich erforderlichen Abläufe und Funktionseinheiten. Nach erfolgreicher Vorabnahme der Maschine, erfolgen derzeit die mechatronische Integration der am IPT entwickelten Laserbearbeitung sowie die softwaretechnischen Vorbereitungen für die Abnahme des Gesamtsystems. Eine weitere Herausforderung ist die bauteilspezifische CAM-Planung und die damit einhergehende Aufteilung des Prozesses auf die Teilsysteme.
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