DER KONSTRUKTEUR 9/2021

WERKZEUGMASCHINEN

WERKZEUGMASCHINEN Professor Denkena ist Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover und ehemaliger Präsident der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP) QUO VADIS WERKZEUGMASCHINENBAU? Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover steht für praxisnahe Forschung und Wissensvermittlung auf verschiedenen Ebenen der Produktionstechnik. Ein großer Trend im Bereich der Werkzeugmaschinen sind u. a. digitale Technologien. In einem Interview mit Professor Denkena nehmen wir die aktuellen Entwicklungen genauer unter die Lupe und zeigen, welche Herausforderungen sie für Konstrukteure in der Industrie mit sich bringen. INTERVIEW SPECIAL NICOLE STEINICKE: Herr Prof. Denkena, als Leiter des IFW blicken Sie auf eine Branche mit langjähriger Tradition zurück. Was hat sich in den letzten Jahren am meisten verändert? PROF. DENKENA: Es gibt tatsächlich sehr viele Veränderungen in der Produktion. Neben den kurzfristigen Anforderungen an die Produktionsprozesse und an Werkzeugmaschinen, die beispielsweise durch die Pandemie bedingt sind, gibt es eine deutliche Erweiterung hin zur Ökologie. Früher haben wir ausschließlich auf Qualität, Wirtschaftlichkeit und Liefertreue der Produktion geschaut. Hierdurch gibt es deutliche Veränderungen, die auch Konstrukteure berücksichtigen müssen. NICOLE STEINICKE: Welche Rolle spielt die Digitalisierung in der Werkzeugmaschinenindustrie, die ja eher als konservativ eingestuft wird. PROF. DENKENA: Ja, das stimmt. Die Branche ist eher konservativ. Diese Eigenschaft ist aus meiner Sicht aber auch gut begründet, denn Werkzeugmaschinen müssen 24/7 zuverlässig funktionieren. Dies ist ein deutlicher Unterschied zu anderen Konstruktionen, beispielsweise zu PKW. Digitalisierung ist aktuell ein starker Entwicklungstrend, der dafür sorgen kann, dass die Maschinen mit ihrer über- und untergeordneten Peripherie Informationen austauschen und sich zukünftig auch an geänderte Randbedingungen anpassen. Aber diese Vorteile dürfen wir uns nicht durch Zugeständnisse an anderer Stelle erkaufen. NICOLE STEINICKE: Ich glaube für viele Werkzeugmaschinenhersteller steht nicht mehr ausschließlich die Maschine im Vordergrund, sondern auch die Einbettung in Produktionsprozesse. Kommen hier nicht die Potenziale durch vernetzte und digitalisierte Lösungen zum Tragen? Oder anders gefragt: Wie werden Werkzeugmaschinen künftig arbeiten? PROF. DENKENA: Das autonome Fahren ist in aller Munde und moderne Fahrzeuge verfügen über tolle Assistenzsysteme, die das Fahren sicherer und komfortabler machen. Über Navigationssysteme werden wir unterstützt, ein Ziel besonders schnell, auf kurzem Weg oder ökologisch vorteilhaft zu erreichen. Bei Wissenschaftlern aus dem Bereich Werkzeugmaschinen 74 DER KONSTRUKTEUR 2021/09 www.derkonstrukteur.de

WERKZEUGMASCHINEN gilt deshalb als sicher, dass sich ähnliche Entwicklungen auch in unserem Bereich vollziehen werden. Stand heute sind wir noch sehr weit von Autonomie in der Produktion entfernt. NICOLE STEINICKE: Vor welchen fertigungstechnischen Herausforderungen stehen Komponentenhersteller heute? PROF. DENKENA: Tatsächlich sehe ich da sehr viele. Eine wichtige ist sicherlich die zunehmende Variantenvielfalt in der Fertigung und die abnehmenden Losgrößen. Die Komponentenhersteller suchen deshalb Maschinen, die sich mit geringstem Aufwand rüsten lassen oder dies idealerweise per Steuerung selbst durchführen. NICOLE STEINICKE: Sicher gibt es auch völlig neue Ansätze in der Metallbearbeitung, die noch in der Entwicklungsphase sind. Ein Beispiel ist die teilautonome Fertigung. Können Sie uns dies näher erläutern? PROF. DENKENA: Natürlich! Wir arbeiten beispielsweise seit einigen Jahren daran, dass Maßabweichungen bei der Zerspanung durch die Maschine erkannt und selbständig ausgeglichen werden. Hierzu verwenden wir neue strukturintegrierte Sensoren und modellgestützte Algorithmen. Andere Arbeiten fokussieren Prozessüberwachungssysteme, die nicht mehr zeitaufwändig parametriert werden müssen. Mit Partnern aus der Wirtschaft arbeiten wir auch bereits an der Umsetzung. NICOLE STEINICKE: Welche Rolle spielen diese Entwicklungen für Konstrukteure und Entwickler? Denn die schnellen technischen Veränderungen im Zusammenhang mit Industrie 4.0 verlangen doch sicher auch neue Kompetenzen. PROF. DENKENA: Grundsätzlich wird es auch weiterhin darum gehen, die mechanischen Eigenschaften von Werkzeugmaschinen, wie die statischen und dynamischen Steifigkeiten oder das thermische Verhalten, günstig zu gestalten. Allerdings brauchen die Hersteller auch kreative Köpfe für Sensorik und Steuerungstechnik, die Zerspanprozesse im Detail verstehen und im Team mit anderen die oben skizzierten Ansätze entwerfen und bis zur Serienreife bringen. INNOVATIONEN AKTIV MITGESTALTEN Das IFW beschäftigt sich mit sämtlichen Aspekten der spanenden Fertigungstechnik: vom Zerspanprozess über die Maschinenentwicklung bis zur Fertigungsplanung. Das Spektrum reicht von der Grundlagenforschung bis hin zu experimentellen, theoretischen und simulationsgestützten Methoden. Unternehmen können sich beispielsweise im Rahmen von Verbundprojekten als aktive Forschungspartner mit eigenem Forschungsauftrag oder auch als Begleiter eines Projekts einbringen und so an zukunftsweisenden Entwicklungen teilhaben. Zudem können Interessenten – gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) – ihre Forschungsaktivitäten im IFW bündeln: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF). Als Forschungsauftrag und Dienstleistungsprojekte entwickelt das IFW auch maßgeschneiderte Lösungen für Unternehmen. NICOLE STEINICKE: Welchen Stellenwert hat die Datenerfassung und -analyse für Werkzeugmaschinenhersteller? PROF. DENKENA: Dies sind ganz integrale Befähiger für die obengenannten Entwicklungstendenzen, egal ob sie konventionelle Steuerungstechnik betreiben oder ob sie sich einer der vielen KI-Methoden bedienen. NICOLE STEINICKE: Das Erreichen der Klimaziele ist auch für Werkzeugmaschinenhersteller ein wichtiges Thema. Wie denken Sie kommen wir in Richtung Effizienz einen Schritt weiter? PROF. DENKENA: Hier stellen wir eine deutlich zunehmende Motivation der Werkzeugmaschinenhersteller fest. Bei dem CO 2 -Fußabdruck der Maschinenproduktion hat einer der großen deutschen Werkzeugmaschinenhersteller bereits die DIE GROSSEN FERTIGUNGSTECH- NISCHEN HERAUSFORDERUNGEN SIND DIE ZUNEHMENDE VARIANTEN- VIELFALT IN DER FERTIGUNG UND DIE ABNEHMENDEN LOSGRÖSSEN CO 2 -Neutralität erreicht. Aber auch bei der Anwendung der Maschinen gibt es noch extrem hohe Potenziale, beispielsweise in der bedarfsgerechten Steuerung der Maschinenperipherie wie Kühlschmierstoffanlagen, Kühleinrichtungen oder ähnlichem. Die Forschung hat viele dieser Potenziale bereits aufgezeigt. NICOLE STEINICKE: Werfen wir noch einen Blick in die Maschine, in der hydraulische Spannsysteme zunehmend durch pneumatische oder elektrische ersetzt werden. Welche Entwicklungen spielen eine zunehmend wichtige Rolle? PROF. DENKENA: Insbesondere die elektrischen Spannsysteme sind interessant, denn einiges spricht gegen Hydraulik. Im IFW haben wir beispielsweise schon vor mehreren Jahren ein hochinnovatives und sehr leistungsfähiges elektrisches Spannsystem entwickelt und in Langzeitversuchen getestet. Leider musste dieses aufgrund der höheren Systemkomplexität teurer angeboten werden als ein vergleichbares hydraulisches System. Aus diesem Grund hat sich die Innovation leider nicht durchgesetzt. Ich vermute deshalb sehr stark, dass wir in der Breite noch viele Jahre mit Hydraulik leben werden. NICOLE STEINICKE: Werfen wir noch einen Blick in die Zukunft. Woran wird in kurzen Sätzen gerade geforscht – am IFW und/oder gemeinsam mit Partnern aus der Industrie? PROF. DENKENA: Ein sehr großes Thema ist die Anwendung von künstlicher Intelligenz in Werkzeugmaschinen. Hierbei ist mir aber immer wichtig zu betonen, dass wir zunächst die „low hanging fruits“ dieser Technologie ernten müssen, um uns danach schrittweise zu den komplexeren Themen vorarbeiten zu können. Das Interview führte Dipl.-Ing. (FH) Nicole Steinicke, Chefredakteurin. Bilder: Aufmacher czdistagon@rambler.ru – stock.adobe.com, Porträt 01 IFW www.ifw.uni-hannover.de www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2021/09 75