01 2014 motion de by Fritz Studer AG

Motion INTERVIEW STATION TO STATION TALKING HEADS

01.2014 Das Kundenmagazin der UNITED GRINDING Group

Stephan Nell über die Zukunft des Schleifens Die Technologiepräsentationen im Überblick Die Fachvorträge des Symposiums

GRINDING SYMPOSIUM 21. – 23. Mai 2014 Guide zu allen Stationen Alle Vorträge zum Nachlesen

IN DIESER MOTION FINDEN SIE: 3

WELCOME Stephan Nell, CEO der UNITED GRINDING Group,

über das Grinding Symposium

NEWS „Zusätzliche Wertigkeit“: das neue Maschinendesign

im Spiegel der Presse; Symposium in Zahlen; Preisregen für Motion; Motion-Kalender

DIE ZUKUNFT DES SCHLEIFENS Das dritte Grinding Symposium der UNITED GRINDING

VORTRÄGE In 20 Vorträgen, zusammengefasst in fünf Fachkolloquien,

werden Entwicklungen in der Schleifmaschinenbranche und der industriellen Produktion skizziert FACHKOLLOQUIEN I_INTELLIGENTE PRODUKTION Rulebreaker® – durch Regelbrüche Mitbewerber überholen

Group beleuchtet die Trends von morgen und übermorgen

Professionelle Intelligenz Trends in der Schleiftechnologie Mit Fertigungskompetenz zu Innovationen

„DIE REDUKTION DER NEBENZEITEN“ CEO Stephan Nell im Interview über neue Technologien,

II_FLACH- UND PROFILSCHLEIFEN Schnellhubschleifen von Hochleistungskeramiken

innovative Produktionssysteme und darüber, wo derzeit die deutlichsten Effizienzgewinne zu erzielen sind

RazorTec® – effektive Schleifscheibenreinigung Trends in der Schleifwerkzeugentwicklung Auslegung von Schleifwerkzeugen

STATIONEN An 14 Stationen können Besucher des

Grinding Symposiums Technologien in Aktion erleben 01_Effizienter fertigen mit der PROKOS XT 02_Technologie für den Werkzeug- und Formenbau 03_Schleifen von Kurbelwellenlagern 04_Kompetenz beim Innenschleifen 05_Software für Effizienz und Präzision 06_Spitzenlosschleifen im Schrägeinstich 07_Customer Care 08_Für hohe Produktivität 09_Schnell und flexibel 10_Produktivität und Komplettbearbeitung 11_Hochproduktives Schleifen von Wendeschneidplatten 12_Laser- oder Schleiftechnologie? 13_Werkzeugkontrolle durch Tool Measure Interface 14_Effizienz durch neueste Softwarelösungen

III_PRODUKTIONS-RUNDSCHLEIFEN Leistungssteigerung beim Außenrundschleifen

Schwingungen beim spitzenlosen Schleifen Effizienter Kühlschmierstoffgebrauch CBN-Schleifen in der Massenproduktion IV_WERKZEUGSCHLEIFEN Werkzeugschleifen in höchster Präzision

3-D-Lasermaterialbearbeitung Einsatz modernster Messtechnik Vollhartmetall-Hochleistungswerkzeuge V_UNIVERSAL-RUNDSCHLEIFEN Thermisches Verhalten von Werkzeugmaschinen

Neueste Schleif- und Abrichttechnologien Dynamische Stabilität von Schleifmaschinen Rechnergestützte Rundschleifprozesse

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WELCOME

Photo: Kai Müllenhoff

„IHR ERFOLG IST UNSER ERFOLG – IN DIESEM SINNE, WILLKOMMEN BEIM GRINDING SYMPOSIUM.“

LIEBE LESERINNEN UND LESER, Schlagworte, die derzeit sofort fallen, wenn es um industrielle Produktion geht, sind Industrie 4.0 und 3-D-Drucker beziehungsweise additive, mehrdimensionale Fertigungsverfahren. Produktionsmaschinen kommunizieren miteinander und der 3-D-Drucker fertigt komplexe Teile. Die Ingenieure und Softwareentwickler von UNITED GRINDING arbeiten seit Langem an vielen Entwicklungen in Richtung einer vernetzten Produktion.

„Wer von der Zukunft schwärmt, ist umso glaubhafter, wenn er die Realität im Auge behält.“

Doch wer von Industrie 4.0 und 3-D-Druckern spricht, ist umso glaubhafter, wenn er auch die Realität im Auge behält. Und die hält noch einige Fragen bereit: Was bedeutet die bei Weitem noch nicht gegebene Intelligenz des Werkstücks? Wie steht es um den Energieverbrauch einzelner Verfahren? Und welche Oberflächengüte lässt sich wirklich erreichen? Die UNITED GRINDING Group ordnet ihre Arbeit nicht Trends und Schlagworten unter, sondern einem großen Hauptziel. Unsere vornehmliche Aufgabe ist es, SIE, UNSERE KUNDEN, NOCH ERFOLGREICHER ZU MACHEN. Seien wir ehrlich: Entscheidend ist doch stets, das zu produzierende Gut in der höchsten Qualität, in der kürzesten Zeit und mit dem geringsten Ressourcenverbrauch herzustellen. Das gilt gestern, heute und morgen. Bei dieser Aufgabe unterstützen wir Sie. Mit Maschinen in bester Qualität, mit unserem umfassenden Dienstleistungsangebot, mit unserem Know-how – und jetzt, in diesem Frühjahr, mit inspirierenden Stunden auf dem Grinding Symposium. In diesem Sinne freue ich mich, Sie in Thun begrüßen zu dürfen; ICH FREUE MICH AUF DEN AUSTAUSCH MIT

IHNEN UND AUF IHRE ANREGUNGEN. Ich wünsche Ihnen viel Spaß auf dem GRINDING SYMPOSIUM 2014 und bei der Lektüre dieser Sonderausgabe unseres Kundenmagazins Motion!

Stephan Nell, CEO, United Grinding Group AG

IMPRESSUM HERAUSGEBER United Grinding Group AG, Jubiläumsstraße 95, 3005 Bern VERANTWORTLICH Sandro Bottazzo OBJEKTLEITUNG Philippe Selot CHEFREDAKTION Michael Hopp (V.i.S.d.P.) ART DIRECTION Jessica Winter OPERATION MANAGER Niels Baumgarten BILDREDAKTION Julia Peukert AUTOREN Klaus Jopp, Heinz-Jürgen Köhler (Textchef), MerleSophie Röhl, Ira Schoers LAYOUT Tobias Heidmeier, Sandra Rudl HERSTELLUNG Claude Hellweg (Ltg.), Stefanie Albrecht VERLAG UND ANSCHRIFT DER REDAKTION

HOFFMANN UND CAMPE VERLAG GmbH, Harvestehuder Weg 42, 20149 Hamburg, Tel. +49.40.44 188-457, Fax +49.40.44 188-236 GESCHÄFTSFÜHRUNG Christian Breid, Dr. Kai Laakmann, Christian Schlottau ACCOUNT MANAGER Niels Baumgarten LITHO PX2, Hamburg DRUCK Neef-Stumme premium printing, Wittingen. Gedruckt auf FSC®zertifiziertem Papier (FSC® - C 1857)

Alle mit gekennzeichneten Marken sind mindestens in der Schweiz oder in Deutschland als Basismarke registriert und somit berechtigt, das Zeichen zu führen.

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UNITED GRINDIN GRINDING GROUP

NEWS

UNITED GRINDING GROUP

AM PULS DER INNOVATION AUF DER METALLBEARBEITUNGSMESSE EMO im September 2013 stellte die UNITED GRINDING Group das neu entworfene Design ihrer Maschinen vor und präsentierte ihre neue Gruppenmarke. „The Rhythm of Innovation“ lautete das Motto des Events, bei dem Mitarbeiter aus elf Ländern in einem Einspielfilm und Perkussionisten und Tänzer live am Stand für Rhythmus und Power sorgten. Viel Anerkennung gab es in der internationalen Fachpresse. Die zusätzliche Wertigkeit des neuen Designs für den Kunden betonte die „Canadian Metalworking“. Außer der modernen Optik gebe es „eine Reihe zusätzlicher ergonomischer Vorteile“, hob das Fachorgan „maschine + werkzeug“ aus Deutschland hervor. „Neues Image, neues Highlight“, schwärmte „Machine Market“ aus China. Auf besonders großes Interesse stieß die neu auf der Messe vorgestellte STUDER S11. Sie müsse in ihrer Kompaktheit als Überraschung gelten, schrieb der deutsche „MM MaschinenMarkt“. „Das i-Tüpfelchen“, meinte der „SSM Schweizer Maschinenmarkt“, „ist ihr modernes Aussehen, mit dem sie die Produktionshallen der Zulieferer aufwertet.“ Die S11 sei nicht nur die Antwort auf die Bedürfnisse der Anwender, schrieb das thailändische Info-Portal „Thai PR“, „sondern setzt mit ihrer Kompaktheit auch neue industrielle Standards.“

Das neue Design der Maschinen garantiert optimale Ergonomie und Bedienbarkeit

„DAS NEUE DESIGN KOMMT ABER NICHT NUR IN MODERNER OPTIK DAHER. ES BIETET EINE REIHEERG ONOMISCHER VORTEILE.“ maschine + werkzeug, Deutschland

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GRINDING SYMPOSIUM

SYMPOSIUM IN ZAHLEN 900 min

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Trends und Innovationen der Schleifmaschinenbranche und produzierenden Industrie – vorgetragen von 20 namhaften Experten aus der ganzen Welt.

16 294 m

misst das Messegelände der ThunExpo, auf dem das Symposium stattfindet. Sieben Prozent der Fläche nehmen die Stationen, zwölf Prozent das Cateringzelt ein.

4 SPRACHEN werden auf dem Grinding Symposium gesprochen. Vorträge und Technologiepräsentationen werden auf Deutsch, Englisch, Französisch oder Italienisch gehalten und simultan in die jeweils anderen Sprachen übersetzt.

3 Tage dreht sich in Thun alles um die Hartfeinbearbeitung.

174,9 t

PREISREGEN FÜR „MOTION“ „HERAUSRAGEND“, urteilte die Jury bei den

US-amerikanischen Spotlight Awards über das Kundenmagazin der UNITED GRINDING Group und vergab Silber. „Motion“ überzeuge mit klarer Struktur, relevanten Inhalten und kreativem Layout, so die Jury. Das Magazin behauptete sich gegen eine internationale Konkurrenz von über 1500 Unternehmensmedien. Zwei weitere Auszeichnungen in Wettbewerben für Unternehmenskommunikation konnte das Magazin 2013 gewinnen. Bei den Galaxy Awards gewann „Motion“ eine lobende Erwähnung und wurde mit dem GOOD DESIGN Award beim gleichnamigen Design-Wettbewerb ausgezeichnet.

UNITED GRINDING GROUP

MOTION-KALENDER

bringen zusammen alle Maschinen auf die Waage, die auf dem

Symposium präsentiert werden. Darunter sind mehrere Weltneuheiten.

154 Technologie-Präsentationen an den 14 Stationen des Grinding

Symposiums zeigen Besuchern Anwendungslösungen – live vor Ort.

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JULI 2014 14.– 17.7.2014 EASTPO, SHANGHAI, CHINA WWW.EMTE-EASTPO.COM

SEPTEMBER 2014 1.– 5.9.2014 CIEME, SHENYANG, CHINA WWW.CIEME.ORG.CN

8.– 13.9.2014 IMTS, CHICAGO, USA WWW.IMTS.COM

16.– 20.9.2014 AMB, STUTTGART, DEUTSCHLAND WWW.MESSE-STUTTGART.DE/AMB

OKTOBER 2014 30.9.– 4.10.2014 Bi-MU, MAILAND, ITALIEN WWW.BIMU.IT

7.– 12.10.2014 TATEF, ISTANBUL, TÜRKEI WWW.TATEF.COM

NOVEMBER 2014 30.10.– 4.11.2014 JIMTOF, TOKIO, JAPAN WWW.JIMTOF.ORG

18.– 21.11.2014 PRODEX, BASEL, SCHWEIZ WWW.PRODEX.CH

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UNITED GRINDING GROUP

RUBRIK

DIE ZUKUNFT DES SCHLEIFENS

Photo: Schweizfotos.com / Christoph Graf / Aeropix

Auf dem Grinding Symposium vom 21. – 23. Mai 2014 im schweizerischen Thun diskutiert die UNITED GRINDING Group mit ihren Kunden und mit externen Experten über die Schleifmaschinenbranche von morgen. Im Mittelpunkt stehen die Entwicklung innovativer Fertigungsmethoden wie Lasertechnologien und Konzepte voll vernetzter Produktion

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um dritten Mal lädt die UNITED GRINDING Group ihre Kunden zum Grinding Symposium ein. An den drei Veranstaltungstagen sind Vorträge von 20 renommierten Schleif- und Fertigungsexperten aus der UNITED GRINDING Group sowie aus Forschung und Wirtschaft zu erleben. Darin werden zum einen Szenarien zur Zukunft des Schleifens entworfen, zum anderen die Möglichkeiten innovativer industrieller Produktion abseits des eigentlichen Schleifprozesses skizziert. Ergänzt wird dieser eher theoretische Zugang zu den Zukunftsthemen durch praktische Vorführungen. An 14 Stationen sind verschiedene Innovationen der UNITED GRINDING Group in Aktion zu erleben. Bei diesen Technologiepräsentationen werden neue Maschinen vorgestellt: etwa die JUNG JE600 für höchste Oberflächengüte im Formen- und Werkzeugbau oder die SCHAUDT CrankGrind zum Hochgeschwindigkeitsschleifen von Kur-

THUN-EXPO: ZWISCHEN SEE UND BERGEN Photo: Thun Expo

Das Veranstaltungszentrum Thun-Expo liegt im Westen der Stadt zwischen Schlossberg und Thuner See. Drei Säle wird das Grinding Symposium belegen, einen für das Fachkolloquium mit seinen Vorträgen, einen für die Technologiepräsentationen und einen fürs Beisammensein und den Austausch der Besucher (Foto, rechts).

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UNITED GRINDING GROUP

INTERVIEW

„ENTSCHEIDEND IST DER ERFOLG UNSERER KUNDEN“ Von Laser bis 3-D-Druck: Im Interview spricht Stephan Nell, CEO der UNITED GRINDING Group, über die Relevanz neuer Technologien für die Schleifmaschinenherstellung und die wahren Erneuerungs- und Einsparpotenziale in der Branche

belwellen. Auch Software können die Kunden in Thun erleben. Vorgestellt werden unter anderem 13 innovative Features von STUDER und die Schnittstelle Tool Measure Interface, die bei der WALTER HELITRONIC Schleif- mit Messsoftware verbindet. Die Kombination aus Hard- und Software, aus Servicethemen und Fragestellungen aus der Peripherie des Schleifens steht für den ganzheitlichen Ansatz der UNITED GRINDING Group. „Kunden erfolgreich machen“, nennt CEO Stephan Nell denn auch das oberste Ziel seiner unternehmerischen Aktivitäten. „Es geht darum, das Teil, das der Kunde herstellen muss, in der höchsten Qualität, in der kleinstmöglichen Zeit, mit dem kleinstmöglichen Ressourcenverbrauch zu produzieren.“ Dafür werden nicht immer Hightech-Lösungen eingesetzt, manchmal geht es auch um eine verbesserte Zugänglichkeit der Maschine, wie bei der STUDER S11. „Oft sind es die einfachen Dinge, die Optimierungspotenzial zeigen“, so Nell. Der Veranstaltungsort des Symposiums am Thuner See ist zugleich der Hauptsitz der Fritz Studer AG. Auch in der Ortswahl spiegelt sich die Philosophie der UNITED GRINDING Group wider. „Das europäische Qualitätsversprechen“, so Stephan Nell, „wollen wir auch auf internationalen Märkten einlösen. Wenn man mit schweizer oder deutscher Qualität werben kann, ist das in der Welt sicher kein Nachteil.“ Ihre Kunden findet die UNITED GRINDING Group aber auf allen Märkten der Welt. „Es ist uns wichtig“, betont Stephan Nell, „dass wir eine lokale, kundennahe Organisation aufbauen, die die Sprache und die Kultur des Kunden versteht. Unseren Service, die Unterstützung des Poduktionsprozesses beim Kunden, wollen wir lokal anbieten.“ 8

„Wir freuen uns darauf, gemeinsam mit Ihnen in Thun die Zukunft der Branche zu diskutieren“, schreiben Sie auf der Homepage zum Grinding Symposium. Wie sieht die Zukunft der Branche aus? Wohin entwickelt sie sich? Stephan Nell: Wenn wir das schon wüssten, müssten wir es nicht mehr diskutieren. Es gibt viele Trends, aber eine klare Richtung kann man bisher nicht absehen. Stichworte sind sicher Industrie 4.0 und 3-D-Drucker. Außerdem greifen wir auf dem Grinding Symposium auch Themen abseits der eigentlichen Hartfeinbearbeitung auf: Wie gehe ich Themen an, wie generiere ich Ideen, wie gehe ich mit Innovationen um? Beim Stichwort Industrie 4.0 ist ja nie ganz klar, wovon man spricht. Wie kann man das für die Schleifmaschinenbranche definieren? Stephan Nell: Eines der Hauptthemen ist die Vernetzung der Produktion. Die Hauptherausforderung aus meiner Sicht ist, dass das Werkstück, das unterwegs ist in der Produktion, Informationen dabei haben muss. Es muss wissen, in welchem Anarbeitungszustand es sich befindet und welcher

IM GESPRÄCH STEPHAN NELL Stephan Nell (46) kam 2003 als Vertriebsleiter zu STUDER. 2005 rückte er dort in die Geschäftsführung auf. Seit 2012 ist er CEO der United Grinding Group AG.

Bearbeitungsschritt als nächster kommt. Die heutigen Maschinen, ihre Steuerung und Software, können die Informationen verarbeiten, das ist nicht das Problem. Die Frage ist, wie gebe ich dem Werkstück diese Informationen mit? Setzt sich der Siegeszug der 3-D-Drucker in der Branche fort? Wird drucken das neue Schleifen? Stephan Nell: Nein, das wird es nicht werden. Generisch erzeugte Teile haben nie die Oberflächengüte wie geschliffene. Der Prozess ist diesbezüglich limitiert durch die Korngrößen, durch den Durchmesser des Laserstrahls – sie können gar nicht so feine Oberflächen herstellen. Von daher wird es das Schleifen nicht ersetzen. Es wird einen Einfluss haben, indem das 3-D-Drucken den weltweiten Werkzeugverbrauch

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beeinflusst – und Werkzeuge werden nun mal geschliffen. Außerdem ist heute der Energieverbrauch der 3-D-Drucker noch viel zu hoch. Daher wird sich das Verfahren meiner Meinung nach in naher Zukunft nur bedingt durchsetzen. Mittlerweile gibt es futuristische Instrumente zur Instandhaltung, Stichwort: Augmented Reality, virtueller Raum. Welche Rolle spielen solche Technologien bei UNITED GRINDING? Stephan Nell: Wir haben bei STUDER schon vor Jahren die virtuelle Maschine entwickelt. Das ist ein riesiger Aufwand und die Vorteile, die es im Vergleich zur heutigen Simulation bringt, sind vernachlässigbar. Wir können jeden Maschinenraum simulieren und jedes Teil aufbringen, Crashtests fahren. Der Vorteil der virtuellen Maschine ist so klein, dass sich die Kosten nicht rechnen. Für Schulungszwecke entwickeln wir in diese Richtung, für die Produktion derzeit noch nicht.

Photos: Kai Müllenhoff

Wie sind die Innovationsprozesse bei UNITED GRINDING in der Gruppe organisiert? Stephan Nell: Bei jeder unserer Unternehmensmarken gibt es eine Innovationsabteilung, deren Mitarbeiter sich mit nichts anderem beschäftigen als mit der Frage, wie der Fertigungsprozess von übermorgen aussieht. Wir steuern über die Entwicklungsbudgets den Wert, der nur für Innovationen verwendet wird. Um nicht Gefahr zu laufen, in guten Zeiten keine Zeit und in schlechten Zeiten kein Geld zu haben für Innovation. Es gibt dann Projekte wie die Laser-Entwicklung bei EWAG, die längst nicht nur EWAG betrifft. Solche Projekte werden oft in gruppenübergreifender Zusammenarbeit durchgeführt. Eine Firma ist bei der Entwicklung im Lead, aber dahinter findet immer der Austausch zwischen den Technologien statt und die Erkenntnisse kommen natürlich jeder Technologie zugute. Das ist einer der Vorteile, die wir als UNITED GRINDING haben und nutzen. Wo sehen Sie die entscheidenden Innovationspotenziale beim Schleifen? Stephan Nell: Früher ging es vor allem darum, den Schleifprozess optimal zu gestalten. Heute sind die Prozesse teils schon ausgereizt. Es gibt immer wieder Innovationen auf der Maschinenseite oder von Scheibenherstellern oder Kühlmittellieferanten. Auch durch höhere Steifigkeiten bei Maschinen sind höhere Abtragsleistungen möglich. Aber ich glaube, die wesentlichen

„ÜBER DEN GANZEN LEBENSZYKLUS EINER MASCHINE VERSUCHEN WIR DEN KUNDEN IMMER SO OPTIMAL ZU UNTERSTÜTZEN, DASS ER MÖGLICHST EFFIZIENT PRODUZIEREN KANN.“ Stephan Nell

Sprünge, die jetzt kommen, liegen in der Reduktion der Nebenzeiten. Nicht nur dadurch, dass Maschinen besser und schneller umrüstbar sind. Auch etwa durch Kombinationsbearbeitung auf einer Maschine kann man ganze Logistikketten einsparen. Eine MÄGERLE-Maschine von heute zum Beispiel, das ist im Prinzip keine Schleifmaschine mehr, das ist ein Schleifbearbeitungszentrum, das auch fräsen, drehen und bohren kann. Es gibt Projekte, in denen die

Anzahl der im Produktionsprozess involvierten Werkzeugmaschinen deutlich reduziert werden kann – durch die Kombination der Bearbeitungstechnologien auf unseren Maschinen. Das bedeutet Vorteile bei der Investition, beim Platzbedarf und in der Logistik: Sie müssen nicht eine große Zahl von Maschinen bedienen und beschicken. Das sind alles Bereiche, in denen Sie massiv Zeit reduzieren können. Da liegen dann die richtigen Sprünge in der Produktivität. Motion 01. 2014

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UNITED GRINDING GROUP

INTERVIEW

mein Kunde? Wie lebt er? Wie sind seine Produktionsprozesse? Was ist für ihn richtig? Darum kümmern sich in der UNITED GRINDING Group mehr als 450 Mitarbeiter im After-Sales-Bereich rund um die ganze Welt.

Stephan Nell

Eines der Versprechen von UNITED GRINDING ist die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Kunden. Wie wollen Sie die heute und in der Zukunft erreichen? Stephan Nell: Wir wollen dem Kunden nicht nur eine Maschine verkaufen, sondern Know-how. Das beginnt bei der Anfangsberatung: Wie sehen die Prozessschritte aus, wie ist die Wertschöpfungskette gestaltet und wie der Ablauf des Schleifprozesses? Weiterhin bieten wir Unterstützung oder Training der Mitarbeiter an. Wir haben Akademien eingerichtet, in denen wir Kundenmitarbeiter ausbilden und in die Lage versetzen, die eingesetzte Technik optimal zu nutzen und Grenzen auszutesten. Durch vorbeugende Instandhaltung versuchen wir den Kunden bei der Optimierung der Gesamtanlageneffektivität zu unterstützen und ungeplante Maschinenstillstandszeiten zu verhindern. Da erfassen wir viele Daten der Maschinen, damit wir voraussagen können, wann was getauscht werden müsste, damit man Wartungen geplant durchführen kann. Wenn der Kunde ein anderes Teil bearbeiten will, bieten wir Umrüstungsunterstützung an. Über den gesamten Lebenszyklus einer Maschine versuchen wir den Kunden immer so optimal zu unterstützen, dass er möglichst effizient produzieren kann. Wie arbeiten Sie im Bereich der datengestützten Kundenbetreuung? Stephan Nell: Das ist ein Riesenaufwand. Sie müssen viele Daten sammeln und auswertbar machen. Das hat natürlich 10

auch einen Datenschutzaspekt: Je mehr Daten Sie haben, desto näher kommen Sie unter Umständen auch an Produktionsgeheimnisse des Kunden. Das ist natürlich eine schwierige Grenze und kann nur im Austausch und mit dem Einverständnis des Kunden erfolgen. Wie sichert die Gruppe ihre Fertigungskompetenz? Stephan Nell: Fertigungskompetenz – das ist eines der wichtigen Elemente in unserem PuLs®-Programm. PuLs® steht für Präzision und Leidenschaft und das ist unsere Unternehmensphilosophie. Dabei geht es um das Vermeiden von Verschwendung, um optimierte Prozesse und um die Ausbildung unserer Mitarbeiter. Für unsere Fertigungsprozesse bedeutet dies, weltweit in unserer Industrie die Benchmark zu setzten. Und wenn Sie das konsequent verfolgen, heißt das, Sie müssen sich ständig verbessern. „Close to the customer“, „zero distance“ – das sind Schlagworte, die eine neue Kundennähe beschreiben. Was bedeutet Nähe zum Kunden für Sie? Wie stellen Sie die her? Können dabei digitale Technologien helfen? Stephan Nell: Digitale Techniken machen es sicher möglich, dass wir uns online auf eine Maschine zuschalten können. Das hilft sicher, aber das alleine reicht nicht. Nähe hat auch damit zu tun, dass wir auf den Märkten vor Ort sind, auf denen unsere Kunden agieren. Nähe ist einerseits die geografische und andererseits die kulturelle Nähe, also zu verstehen: Was will

Ein anderes Thema, das mit Innovation zu tun hat und direkt zum Symposium führt: Einer der Referenten hat den Begriff des Rulebreakers® geprägt. Wo war die UNITED GRINDING Group ein solcher Regelbrecher? Stephan Nell: In der Vergangenheit gab es Entwicklungen, die richtungsweisende Innovationen waren. Die gesamte Industrie wurde etwa beeinflusst vom Schleifkopf mit mehreren Scheiben und der ersten CNC-gestützten Maschine. Das hat wirklich etwas verändert, da gab es große Umbrüche. Im Moment kann ich mir vorstellen, dass Laser so etwas wird, aber das Potenzial dieser Technologie steckt noch in den Anfängen. Zum Abschluss: Wie sind Ihre Erwartungen an das Symposium, wie sieht Ihre persönliche Planung aus? Stephan Nell: Ich werde da sein, und zwar für Kunden, weniger für das Symposium. Ich will möglichst viel Zeit mit Kunden verbringen, mit ihnen reden und hören, was sie sich von uns wünschen. Das ist eine Chance, Kunden aus der ganzen Welt zu sehen. Schön wäre, wenn die Kunden nach Hause gehen und sagen, das hat mir etwas gebracht. Was mir noch wichtig ist: Es geht nicht nur ums Schleifen. Wir bieten auch Themen an, die nichts mit dem Schleifen zu tun haben – sondern mit Optimieren, mit Besserwerden in den unterschiedlichsten Bereichen. Und das ist ja das, was wir uns auf die Fahne geschrieben haben: Wir wollen unsere Kunden erfolgreich machen. Und so hoffen wir, dass wir unseren Kunden einen Mehrwert bieten können. Interview: Michael Hopp

Photo: Kai Müllenhoff

„ES GEHT DARUM, VERSCHWENDUNGEN ÜBER DIE GANZE PROZESSKETTE ZU VERMEIDEN – PuLs® IST UNSERE ANTWORT DARAUF.“

Inwieweit wirkt diese dann gewonnene Kundennähe auf die Innovationskraft zurück? Stephan Nell: Je näher Sie den Kunden sind, desto besser verstehen Sie die Kunden auch und es findet ein Austausch über deren Bedürfnisse statt. Das hilft, Innovationen auch für andere Kulturkreise zu gestalten, die wir aus eigenem Antrieb vielleicht so nicht sehen. Auch die S11 ist so entstanden.

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SCHLEIFRING GRUPPE

RUBRIK

STATION

EFFIZIENTER FERTIGEN MIT DER PROKOS XT

TECHNOLOGIE FÜR DEN WERKZEUGUND FORMENBAU

SCHLEIFEN VON KURBELWELLENLAGERN

KOMPETENZ BEIM INNENSCHLEIFEN

SOFTWARE FÜR EFFIZIENZ UND PRÄZISION

SPITZENLOSSCHLEIFEN IM SCHRÄGEINSTICH

CUSTOMER CARE

FÜR HOHE PRODUKTIVITÄT

SCHNELL UND FLEXIBEL

PRODUKTIVITÄT UND KOMPLETTBEARBEITUNG

HOCHPRODUKTIVES SCHLEIFEN VON WENDESCHNEIDPLATTEN

LASER- ODER SCHLEIFTECHNOLOGIE?

WERKZEUGKONTROLLE DURCH TOOL MEASURE INTERFACE

EFFIZIENZ DURCH NEUESTE SOFTWARELÖSUNGEN

Photo: ALIMDI.NET / Stefan Huwiler

An 14 Stationen sind Technologien in Aktion zu erleben – von Hard- und Software bis zu einem umfassenden Servicekonzept

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UNITED GRINDING GROUP

01 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK Kombinationsbearbeitung: schleifen, bohren und fräsen in einer Aufspannung Reduzierung von Rüst- und Nebenzeiten durch CAD/CAM-Kopplung schneller Werkzeugwechsler mit 24 Stationen Automatisierung durch Roboteranbindung möglich höchste Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit durch Siemens-Steuerung

„DIE CAD/CAMKOPPLUNG TRÄGT WESENTLICH ZUR REDUZIERUNG DER RÜST- UND NEBENZEITEN BEI.“ Arne Hoffmann, Blohm Jung GmbH

EFFIZIENTER FERTIGEN MIT DER PROKOS XT KÜRZERE DURCHLAUFZEITEN, ein geringerer

Einrichtaufwand und automatisierte Arbeitsprozesse sorgen für mehr Effizienz im Fertigungsprozess. Positiv beeinflusst werden können diese Produktionskenngrößen mit dem neuen Komplettbearbeitungszentrum PROKOS XT. Es vereint Technologien wie das Schnellhubschleifen, das Tiefschleifen sowie das Bohren und Fräsen mit einem neuen, richtungsweisenden Softwarepaket für die CAD/CAM-Kopplung. Das Ergebnis: eine effiziente Produktionslösung nicht nur für die Bearbeitung von Turbinenschaufeln. Mit der neuen Softwarelösung können Anwender Schleif-, Bohr- und Fräsoperationen zunächst am PC entwickeln, simulieren und einer Kollisionsprüfung unterziehen, bevor das Programm an die Maschine überspielt wird. Die Software unterstützt außerdem die bewährte BLOHM-Zyklenprogrammierung. Dieser Funktionsumfang ist bislang einzigartig. Die Software erlaubt dem Bediener, Technologieparameter wie Schnittaufteilung oder Abrichtzeitpunkt wie gewohnt direkt an der Maschine zu ändern.

Bei Bedarf können diese Änderungen an das Programm zurückgespielt und alle Technologiedaten in der CAM-Werkzeugdatenbank abgelegt werden. Mit der neuen Softwarelösung werden Fehler bei der Programmerstellung vermieden, die zu einem Schaden an der Maschine führen können. Das Einfahren der Maschine wird beschleunigt. In Verbindung mit dem zukunftsweisenden Spannkonzept GreenCap® und einer zusätzlichen Rundachse kann die PROKOS zu einer Sechs-Achs-Maschine ausgebaut werden, die ideal für die Bearbeitung von Turbinenlaufschaufeln in einer Aufspannung geeignet ist. Ebenfalls an Station 1 des Grinding Symposiums zu erleben ist RazorTech® – das neuartige Verfahren zum Abrichten und Reinigen von Schleifscheiben in prozessabhängigen Intervallen, das den Schleifscheibenverbrauch um bis zu 30 Prozent reduziert. KONTAKT arne.hoffmann@blohmjung.com

Photo: Kai Müllenhoff

Die Simulation des Programms in der Auslegungsphase ermöglicht frühzeitig eine realistische Aussage über die zu erwartenden Prozesszeiten

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02 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK höchste Präzision und Oberflächengüte maximale Flexibilität große Werkstückvielfalt Handräder für die manuelle Zustellung der Achsen Kurzhubfunktion mit 330 Hüben auf 25 Millimetern Länge

TECHNOLOGIE FÜR DEN WERKZEUG- UND FORMENBAU „DIE NEUEN MASCHINEN DER MARKE JUNG BIETEN MAXIMALE FLEXIBILITÄT UND PRÄZISION FÜR DEN WERKZEUG- UND FORMENBAU.“ Thomas Mank, Blohm Jung GmbH

MIT ZWEI NEUEN BAUREIHEN knüpft JUNG

nahtlos an die Erfolge der Vergangenheit an: Die J-Serie als CNC-Maschine auf Basis der bekannten JUNG-Oberfläche umfasst aktuell zwei Baugrößen: die J600 mit einem Arbeitsraum von 600 x 300 Millimetern und die J800 (800 x 400). Auf dem Grinding Symposium wird erstmals auch die neue JE600 vorgestellt. Sie ist die erste Maschine der neue JE-Baureihe mit EasyProfileSteuerung. Beide Maschinenvarianten lassen sich mit den Abrichtsystemen aus dem Zubehör von BLOHM und JUNG individuell ergänzen. Egal für welche Kombination sich der Anwender entscheidet: Höchste Präzision und beste Oberflächengüte gepaart mit einem anwenderfreundlichen Bedienkonzept garantieren ein erfolgreiches Arbeiten. Eine entscheidende Voraussetzung für exzellente Oberflächenqualität sind die besonders reibungsarmen hydrodynamischen Gleitführungen EasySlide, mit denen die Maschinen ausgestattet sind. Sie garantieren hervorragende Dämpfungseigenschaften und eine große Laufruhe.

Hochpräzise Kugelgewindetriebe ermöglichen hohe Beschleunigungen, 300 Hübe pro Minute und Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 50 Metern pro Minute und schaffen so die Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb. Die präzise mechanische Bauweise der Maschinen ist Garant für dauerhaft erstklassige Schleifergebnisse. „Der Anwender kann sicher sein, dass die Werkstücke, die er auf den neuen JUNG-Maschinen bearbeitet, genau seinen Erwartungen entsprechen – auch ohne ständige Zwischenkontrollen“, erklärt Thomas Mank, Gebietsverkaufsleiter bei JUNG. Die Maschinen bieten speziell beim Einrichten ein hohes Maß an Ergonomie. Zwei unabhängig voneinander bedienbare elektronische Handräder erleichtern den Arbeitsgang. Das für die J-Serie optional erhältliche Kopf-Profilabrichtgerät PA-K37 mit seiner automatischen Werkzeugjustage gewährleistet einen uneingeschränkt nutzbaren Schleifbereich. KONTAKT thomas.mank@blohmjung.com

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UNITED GRINDING GROUP

03 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK Doppelkreuzschlitten für höchste Produktivität Schleifgeschwindigkeiten bis 200 m/s Granitan®-Maschinenbett für hohe thermische Stabilität und dynamische Dämpfung bewährte StuderGuide®-Führung auf der Z-Achse verschleißfreie, vibrationsdämpfende, hydrostatische Führungen auf den X-Achsen optimale Maschinenergonomie

SCHLEIFEN VON KURBELWELLENLAGERN MIT DER CRANKGRIND stellt SCHAUDT

erstmals eine Maschine zum Hochgeschwindigkeitsschleifen von Kurbelwellen vor, das als Königsklasse im Bereich des Präzisionsschleifens gilt. Die jahrzehntelangen Erfahrungen im Unrundschleifen sind in den neuen Maschinentyp eingeflossen, der nun seine Weltpremiere auf dem Grinding Symposium erlebt. Die Maschine ist mit einem Doppelkreuzschlitten ausgestattet, bei dem jeder der Schlitten unabhängig vom anderen bewegt werden kann. Die Schlitten verfügen über jeweils eine Z-Achse und eine hochdynamische X-Achse, die für das Einstech- und Längsschleifen von Kurbelwellenhaupt- und -hublagern optimiert sind. Zudem sind sie mit je einer großen Schleifscheibe von 600 Millimetern Durchmesser ausgerüstet, die über einen Hochleistungsdirektantrieb verfügt. So ist eine Synchronbearbeitung von benachbarten Haupt- und Hublagern

möglich und die Bearbeitungszeit wird deutlich reduziert. Die CrankGrind ist auf dem bewährten Granitan®-Maschinenbett aufgebaut und bietet sowohl eine hohe thermische Stabilität als auch eine sehr gute dynamische Dämpfung. Die Grundlage für hochpräzise, stabile Schleifprozesse bilden die optimierte Maschinenbasis und die erprobte Führung StuderGuide® auf der Z-Achse, eine Kombination aus einer hydrodynamischen Gleitführung und einer hydrostatischen Führung. Auf den X-Achsen, die mit Linearmotoren ausgerüstet sind, kommen hydrostatische Führungen zum Einsatz, die die Magnetkräfte verschleißfrei aufnehmen und damit eine sehr flache Führung zulassen. KONTAKT daniel.mavro@schaudtmikrosa.com

„BEI DER ENTWICKLUNG DER CRANKGRIND HABEN WIR NEBEN DER HOHEN FUNKTIONALITÄT UND PRODUKTIVITÄT VOR ALLEM AUCH AUF BESTMÖGLICHE ERGONOMIE GEACHTET.“ Daniel Mavro, Schaudt Mikrosa GmbH

Weltpremiere: Die neue CrankGrind schleift Hauptund Hublager in höchster Präzision und mit kürzesten Bearbeitungszeiten

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04 DIE VORTEILE DER S141 AUF EINEN BLICK Werkstücklänge bis 1300 Millimeter Werkstückgewicht bis 250 Kilogramm große Auswahl an Schleifspindeln und Abrichtvorrichtungen optimierte Ergonomie

Photo: Guy Jost

Geballte Kompetenz beim Innenschleifen: STUDER präsentiert gleich drei Maschinen, die das ganze Spektrum bis zu großen Werkstücken abdecken

KOMPETENZ BEIM INNENSCHLEIFEN SEINE GESAMTE EXPERTISE im Bereich Innenschleifen demonstriert STUDER an der Station 4 des Grinding Symposiums. Bereits erfolgreich eingeführt sind die S110 als kompakte, flexible Einstiegsmaschine und die CT960 als Allroundmaschine mit Vier-Spindelrevolver und Messtaster. Die Besonderheit der S110 ist ihr technisches Konzept, bei dem das Werkstück auf dem Kreuzschlitten verfahren wird. Die auf dem Maschinensockel fest montierten Schleifspindeln stehen dagegen still. Diese Variante ermöglicht einen besonders hohen Bedienkomfort. Der Spindelaufbau lässt sich an die Kundenwünsche anpassen und es können bis zu drei Schleifspindeln linear angeordnet werden. Die deutlich größere CT960 hat eine B-Achse mit Direktantrieb, die von plus

6 1 Grad bis minus 91 Grad schwenkbar ist und so den Einsatz in verschiedenen Arbeitsbereichen ermöglicht. Besonders erfolgreich ist die Maschine beim Schleifen von sehr harten Materialien wie Hartmetall (HM) und Keramik. Erstmalig präsentiert STUDER auf dem Symposium die neue S141, die das umfangreiche Portfolio in Richtung größerer Werkstücke abrundet. Sie bietet auf dem Schwenktisch Platz für Teile bis 1300 mm Länge und 400 mm Durchmesser und einem maximalen Gewicht von 250 Kilogramm. Der positionierbare Schwenktisch arbeitet zwischen minus 10 Grad und plus 15 Grad. Die Maschine ist wahlweise mit bis zu vier Innenspindeln (Durchmesser bis 140 Millimeter) auf einem Revolver mit

Direktantrieb ausgerüstet. Bis zu zwei Außenspindeln mit Scheiben bis zu 300 Millimetern sind einsetzbar. Zudem hat sie ein oder zwei Klappabrichter. Nach Bedarf werden diese mit Diamanten oder Abrichtturbinen (Abrichtspindeln) ausgestattet. Für das genaue Einstellen und Spannen der langen Teile wurden neue Setzstöcke entwickelt. Das neue Maschinendesign ist ergonomisch optimiert und ermöglicht einen äußerst guten Zugang für einfachstes Einrichten. KONTAKT michel.rottet@studer.com

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Photo: Guy Jost

SOFTWARE FÜR EFFIZIENZ UND PRÄZISION

Viele neue Features: STUDER hat seine Software in vielen Bereichen verbessert und ausgebaut

DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK StuderWINtraining – Ausbildung für STUDER-Maschinen am eigenen PC StuderTechnology – Unterstützung zur Auslegung von Schleifprozessparametern StuderGRIND – Programme für Schleifmaschinen offline erstellen, während die Maschinen weiter produzieren StuderSIM – Simulationssoftware, um den Schleifprozess bis ins Detail nachzustellen

INSGESAMT 13 SOFTWARE-FEATURES zur Steigerung von Effizienz und Präzision präsentiert STUDER auf Station 5 des Grinding Symposiums. Mit der Funktion „Scheibenabdruck“ (StuderDress) lässt sich direkt aus der Werkstückzeichnung ein Abdruck für das Schleifscheibenprofil erstellen – und damit viel Zeit sparen. Die Funktion „A-Achse-Gewindeschleifen“ ermöglicht es, Gewinde mit viel größeren Steigungswinkeln zu schleifen als bisher. Damit können auch Kugelgewinde, mehrgängige Gewinde und Schnecken bearbeitet werden. Mit „StuderWINtraining“ lassen sich am eigenen PC Schulungen durchführen. Das Feature „StuderTechnology“ zur Auslegung von Schleifprozessparametern gibt dem Anwender die Möglichkeit, sich mit den besten Schleifern zu messen – unabhängig von der eigenen Erfahrung. Es steht serienmäßig auf allen Maschinen mit StuderWIN zur Verfügung. Zusammen mit der neuen S11 kommt die vereinfachte Bediensoftware StuderWINfocus auf den Markt, die auf das Thema Hochproduktion fokussiert ist. Sie

trägt zur sicheren Programmierung und effizienten Nutzung der Maschine bei und erlaubt eine einheitliche Programmierung der verschiedenen Systeme. Mit dem Modul „Messwerkzeuge“ können aktive Messtaster neu als Messwerkzeuge definiert und damit für verschiedene Einsatzzwecke frei programmiert werden. Mit dem Offline-Programmiersystem StuderGRIND lassen sich bequem vom Büro aus Programme für STUDER-Schleifmaschinen erstellen, ohne dass in dieser Zeit die Maschine stillsteht. Das Tool bietet außerdem Unterstützung bei der Erstellung von Werkstückzeichnungen, bei der Zeitund Kostenberechnung sowie der Auftragsbearbeitung und verspricht so Effizienzsteigerungen um bis zu 50 Prozent. Unter der Bezeichnung StuderSIM wurde eine Simulationssoftware entwickelt, mit der hochpräzise Innenkonturen und Radien bei der Herstellung von Matrizen gelingen. KONTAKT erhard.kaempf@studer.com

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06 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK höchste Präzision Produktivitätsvorteil durch Mehrfachproduktion flexible technologische Einsatzmöglichkeiten standardisierte Automatisierungslösungen einfache Programmierung durch optimierte Bedienoberfläche

„DIE KRONOS S 250 REALISIERTS PITZENWERTE IN TAKTZEIT UND WIRTSCHAFTLICHKEIT.“ Karsten Otto, Schaudt Mikrosa GmbH

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SPITZENLOSSCHLEIFEN IM SCHRÄGEINSTICH DIE KRONOS S 250 von MIKROSA, deren

neueste Generation auf dem Grinding Symposium präsentiert wird, besticht durch ihr einzigartiges Maschinenkonzept mit zwei Kreuzschlittensystemen auf der Schleif- und Regelscheibenseite. Das erlaubt neben dem Durchgangs- und Einstechschleifen auch die Kombination mehrerer Arbeitsoperationen in einer Maschine. Die Spindeleinheit kann um sechs Grad schräg gestellt werden. So wird das gezielte Maßschleifen von Durchmesser und Stirnfläche in nur einer Operation möglich. Egal welches Schleifverfahren, die Kreuzschlitten mit digitalen Antrieben gewährleisten hohe Präzision bei großer Dynamik. Die Anzahl der benötigten Achsen wird von sechs auf vier reduziert bei gleichzeitig erhöhter Bearbeitungsflexibilität. Für eine hohe thermische Stabilität und optimale Schwingungsdämpfung sorgt dabei das bewährte Maschinenbett aus Granitan®.

Ein weiteres Highlight der Maschine ist das Abrichten der Schleif- und Regelscheiben über vier CNC-Achsen im Zentrum auf Werkstückebene. Dadurch wird eine höhere Profilgenauigkeit erzielt und die temperaturbedingte Verlagerung der Schlittensysteme sowie der sich darauf befindlichen Spindeln kompensiert. Die besonderen Fähigkeiten der KRONOS S 250 demonstriert MIKROSA beim Schleifen von symmetrischen Tonnenrollen mit sphärischer Stirnfläche in Doppelproduktion im Schrägeinstich. Selbst bei den ballischen Formen, die als anspruchsvollste Schleifarbeit gelten, zeigt die Maschine höchste Präzision im Mikrometerbereich bei gleichzeitig hoher Produktivität. Damit ist die KRONOS S 250 für kleine und mittlere Serien im Durchmesserbereich bis zu 40 Millimetern ideal geeignet. KONTAKT karsten.otto@schaudtmikrosa.com

Mit zwei Kreuzschlittensystemen auf der Schleifund Regelscheibenseite: die KRONOS S 250

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CUSTOMER CARE

DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK weltweit über 50 HelpLines mehr als 250 Servicetechniker in der Nähe der Kunden über 450 Customer-Care-Mitarbeiter in der UNITED GRINDING Group besserer Kontakt zu den Kunden durch Techniker aus ihrem unmittelbaren Umfeld bessere Kenntnisse über Sprache, Mentalität und Gebräuche der Kunden

„WIR SCHICKEN KEINE SERVICETECHNIKER IN DIE WELT HINAUS. WIR WOLLEN DIE WELT ZU UNS EINLADEN.“ Marco Vallesi, Customer Care, Fritz Studer AG

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Klassenraum nachempfunden – sollen also nicht nur die eigenen Servicetechniker, sondern auch Techniker aus den Handelsvertretungen und direkt von großen Kunden ausgebildet werden.

Photos: David Schweizer

DER NEUESTE STAND DER MASCHINENENTWICKLUNG

EINE UMFASSENDE VISION vom Customer Care hat die UNITED GRINDING Group entwickelt. Da die Lösungen immer komplexer werden und die Unternehmer der Gruppe in immer größerem Ausmaß global agieren, ist der Service für den Kunden direkt vor Ort von besonderer Bedeutung. Deshalb widmet das Grinding Symposium diesem Feld eine eigene Station. Um die Bedürfnisse von Märkten und Kunden zu erfüllen, wird es in Zukunft nicht länger darum gehen, Techniker aus Deutschland oder der Schweiz in alle Welt zu schicken, damit sie Wartung, Instandhaltung, Reparaturen oder Software-Updates übernehmen. „Unsere Idee besteht vielmehr darin, dieses veraltete Prinzip umzudrehen. Wir wollen die Welt zu uns einladen“, erklärt Marco Vallesi, Customer Care, Fritz Studer AG. Voraussetzung dafür ist der Aufbau von Akademien in den Unternehmen der UNITED GRINDING Group, die die Ausbildung der Servicetechniker entsprechend den Anforderungen vor Ort übernehmen. An dieser speziellen Schule – Station 7 des Grinding Symposiums ist nicht ohne Hintersinn zum Teil einem

„Wenn wir die lokalen Servicetechniker zum Beispiel aus Singapur zu uns holen, hat das viele Vorteile, denn sie kennen die Eigenarten ihrer Kunden viel besser“, so Vallesi. Für die Akademien soll ein Kurssystem entwickelt werden, das auf bestehende Fähigkeiten aufsetzt und zugleich Wissen auf dem neuesten Stand der Maschinenentwicklung vermittelt. Auf diese Weise entsteht ein Jahresplan an Schulungen, der alle Notwendigkeiten abdeckt. Wie sagte schon Henry Ford: „Erfolg besteht darin, dass man genau die Fähigkeiten hat, die im Moment gefragt sind.“ Das gilt natürlich auch für die Vermittlung der Fähigkeiten. Die Akademien stellen für eine umfassende Ausbildung die Infrastruktur und vor allem das Lehrpersonal, eigene Maschinen sowie zusätzliche Exponate zur Verfügung. Die Schulungen sind dabei als fortlaufender Prozess zu verstehen. Sie bauen aufeinander auf und decken dabei den gesamten Bereich – aufgeteilt auf drei verschiedene Levels – von Grundkenntnissen bis zum Expertenwissen ab. Die Themen sind zunächst technisch abgeleitet, beschäftigen sich also mit den Kernkompetenzen im

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Service-Know-how wie Fehlersuche und -analyse. Ergänzt werden sie von allgemeineren Inhalten wie Sicherheit, Organisation oder Kundenbetreuung. Damit will die UNITED GRINDING Group eine neue Art der Kundennähe herstellen und zugleich drei Trends begegnen: der zunehmenden Komplexität der Maschinen, dem fortschreitenden Technikermangel und der höheren Personalfluktuation.

SCHWERPUNKTE DER AKADEMIEN Die Arbeit an den Akademien im Sinne des Customer Care steht unter den Überschriften Skillsmanagement und Wissensmanagement. Mit dem Skillsmanagement wird der Ausbildungsstand, das Wissen jedes einzelnen Mitarbeiters, aber ebenso das von externen Kräften festgestellt, um daraus die Ausbildungsstrategie abzuleiten und die Fähigkeiten des Einzelnen weiter zu verbessern. Beim Wissensmanagement geht es um den einfachen Zugang zu Know-how und dessen Sicherung, welches durch Pensionierung und Abwanderung von Mitarbeitern bedroht ist. Weitere Aufgaben sind die Wissensverbreitung, die durch neue Anlagen und Technik notwendig ist, sowie die Wissensverlagerung, um das Wissen zu verbreitern und Expertenwissen auf zusätzliche Köpfe zu verteilen. KONTAKT marco.vallesi@studer.com

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08 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK S11 – äußerst kompakte Bauweise, hohe Produktivität, hohe Ergonomie, einfache Automatisierung S22 – vielfältige Schleifmöglichkeiten STUDER-WireDress®|– revolutionäre Abrichttechnik für CBN-/ Diamantschleifscheiben

FÜR DIE FERTIGUNG GROSSER SERIEN wie auch für die Bearbeitung von Kleinserien mit hoher Flexibilität bietet STUDER immer wieder Maschinen mit außergewöhnlicher Performance an. Auf dem Grinding Symposium demonstriert der Hersteller die Leistungsfähigkeit seiner Maschinen mit der neuen S11, die erstmals auf der EMO vorgestellt wurde, und mit der bewährten S22, die seit Neuestem mit der revolutionären Abrichttechnik für CBN-/Diamantschleifscheiben, WireDress®, ausgerüstet ist. Dank ihrer kompakten Bauweise ist die S11 besonders für kleine Werkstücke hochproduktiv. Auf weniger als 1,8 Quadratmetern Stellfläche arbeitet sie effizient und zuverlässig. Trotzdem ist die Zugänglichkeit optimal gewährleistet. Eine Schleifscheibe mit 500 Millimetern Durchmesser sorgt für besondere Leistungsdichte. Erstmals präsentiert STUDER die S11 auf dem Grinding Symposium in der HSG-Version für das Hochgeschwindigkeitsschleifen (HSG). Eine zweite S11 ist mit einer Dornschleifvorrichtung für die Großproduktion von Düsenkörpern ausgerüstet.

Bei der S22 steht das Kundenwerkstück mittlerer Größe in der Massenfertigung im Fokus. Bisher bietet die Maschine schon ein breites Spektrum an Bearbeitungsmöglichkeiten wie Rundschleifen, Formen- und Gewindeschleifen, Hochgeschwindigkeitsschleifen oder Heavy-Duty-Anwendungen mit 160 Millimeter breiten Schleifscheiben. Weltweit einzigartig und zudem patentiert ist WireDress®, die neue Möglichkeit zum Abrichten von metallgebundenen Diamantschleifscheiben. Damit ist erstmals eine Profilierung der Scheiben möglich; bisher konnte allenfalls eine Konditionierung durchgeführt werden. Die neue Abrichttechnik wurde von STUDER im Rahmen eines schweizweiten Forschungsprojektes initiiert. Mit diesen Highlights haben beide Maschinen ihre Performance nochmals gesteigert. KONTAKT albert.inniger@studer.com

Photo: Guy Jost

Auf dem Grinding Symposium präsentiert STUDER zwei S11 für die Automobilindustrie; eine zur Bearbeitung der Kontur von Turbowellen mit HSG und eine zur effizienten Bearbeitung von Düsenkörpern

FÜR HOHE PRODUKTIVITÄT

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09 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK StuderGuide®-Führungsbahnsystem hochpräzise Achsantriebe mit Linearmotoren extrem schneller Direktantrieb der B-Achse über 30 Grundvarianten durch bis zu vier Außen- und Innenschleifspindeln automatisch schwenkbare A-Achse

Für Großes geeignet: Auf der neuen STUDER S41 können Werkstücke von bis zu 250 Kilogramm Gewicht bearbeitet werden

DIE S41, die neue Universal-Rundschleif-

maschine von STUDER, hat gleich in mehrfacher Hinsicht Power. Mit dem revolutionären StuderGuide®-Führungsbahnsystem, hochpräzisen Achsantrieben mit Linearmotoren und dem extrem schnellen Direktantrieb der B-Achse ist ihre Bearbeitungsgeschwindigkeit vergleichbar „mit dem Tempo eines Dragsters“, erklärt STUDER-Experte John Richard. Im Gegensatz zu den „Raketen auf Rädern“ kann die S41 aber auch im Bereich von einem Zehntel Mikrometer stoppen. Sie „verkraftet“ große Werkstücke bis zu einem Maximalgewicht von 250 Kilogramm und ist für Spitzenweiten von 1000|respek-

Photo: Guy Jost

SCHNELL UND FLEXIBEL

„DIE S41 KANN NAHEZU ALLES – VON EINFACHEN UNIVERSELLEN AUFGABEN BIS HIN ZU KOMPLEXEN MASSGESCHNEIDERTEN LÖSUNGEN.“ John Richard, Fritz Studer AG

tive 1600 Millimetern sowie Spitzenhöhen von 225 beziehungsweise 275 Millimetern ausgelegt. Wichtigste Komponente zur Bearbeitung ist der Schleifspindelstock mit integrierter B-Achse. Dieser schwenkt automatisch und ermöglicht den Einsatz von bis zu vier Schleifscheiben. Werkstücke können so in nur einer Aufspannung komplett bearbeitet werden. Besondere Stärke zeigt die S41 bei der Vielfältigkeit: Kombinationen aus bis zu vier Außen- oder Innenschleifspindeln ergeben über 30 Grundvarianten, die keine Kundenwünsche offen lassen. Zum effizienten und hochpräzisen Gewindeschleifen bietet STUDER auf der

S41 eine automatisch schwenkbare A-Achse an, deren Schwenkwinkel plus/ minus 15 Grad beträgt. Je nach Modell gibt es Ausführungen für das Innenschleifen sowie für die Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit Standard und Hochgeschwindigkeit für das Außenschleifen. Wenn vom Kunden gewünscht, kann die S41 sogar mit zwei A-Achsen ausgestattet werden. Die positions- und geschwindigkeitsgeregelte C-Achse ermöglicht außerdem das Schleifen von Formen und Gewinden. KONTAKT john.richard@studer.com

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10 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK kundenspezifische Anpassungen durch Baukastensystem hohe Präzision dank vorgespannter hydrostatischer Führungssysteme Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und hohe Lebensdauer

PRODUKTIVITÄT UND KOMPLETTBEARBEITUNG DIE MÄGERLE MFP 50 vereint kompaktes

Design, Flexibilität und Leistung. Das Fünf-Achs-Präzisionsschleif- und Bearbeitungszentrum wurde speziell für die Mehrseiten- und Komplettbearbeitung komplexer Werkstücke wie Turbinenleitschaufeln für Flugzeugtriebwerke in einer Aufspannung entwickelt. Hohe Achsgeschwindigkeiten sowie ein schneller Werkzeugwechsel garantieren minimale Nebenzeiten und eine hohe Produktivität. Der integrierte Werkzeugwechsler der MFP 50 bestückt die Hochleistungsspindel mit dem für die jeweilige Bearbeitungsaufgabe erforderlichen Werkzeug. Dazu zählt neben Schleifscheiben, Bohr- und Fräswerkzeugen auch ein Messtaster zur automatischen Durchführung von Qualitätskontrollen. Die hochpräzise Zwei-Achsen-NC-Kombination aus einer Schwenkachse und einer integrierten Rundachse erfüllt hohe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen. Die Spannvorrichtung der Leitschaufel ist auf einem Nullpunktspannsystem montiert und somit für einen automatisierten Betrieb vorbereitet.

SICHER UND EFFIZIENT Ein über zwei Achsen gesteuertes Über-

kopfabrichtsystem richtet die Schleifscheiben kontinuierlich ab. Damit sind höchste Zerspanleistung und Profiltreue selbst bei schwer zerspanbaren Werkstoffen garantiert. Das intelligente Konstruktionsprinzip sorgt zudem für die maximale Ausnutzung des Schleifscheibendurchmessers und damit für signifikante Kosteneinsparungen. Somit verbindet die MFP 50 Fertigungsqualität und -sicherheit mit großer Kosteneffizienz. Auch die optimierte Kühlschmierstoffzufuhr trägt zur hohen Produktivität der MFP 50 bei. Optional erhältlich sind außerdem ein dynamisches Auswuchtsystem für Schleifscheiben und eine Werkzeugüberwachung mit einem umfangreichen Softwarepaket. MÄGERLE präsentiert die MFP 50 anlässlich des Grinding Symposiums an Station 10: Dazu zeigt das Team verschiedene fünfachsig-simultane Schleif- sowie Bohr- und Fräsoperationen an der Leitschaufel eines Flugzeugtriebwerks. KONTAKT hans.seifert@maegerle.com

Stark in der Turbinenindustrie: die MFP 50

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HOCHPRODUKTIVES SCHLEIFEN VON WENDESCHNEIDPLATTEN

INSERT LINE AUF EINEN BLICK hohe Produktivität durch HSM-Peripherieschleif-Technologie Linearantriebe & hydrostatische Führungssysteme garantieren höchste Präzision integrierte 3-D-Simulation

COMPACT LINE AUF EINEN BLICK neues, benutzerfreundliches, ergonomisches Design Spannsystem mit Plug-and-playSchnittstelle flexible Sechs-AchsenAutomatisierungslösung

Highspeed-Umfangschleifen von Wendeschneidplatten – bis zu 70 Prozent schneller auf der INSERT LINE

Die vielseitige COMPACT LINE mit Fünf-Achs-Kinematik und ProGrind-Software – ideal zum Schleifen von Wendeschneidplatten

UM HOHEN ANFORDERUNGEN an Flexibilität

und Geschwindigkeit bei der Bearbeitung von Wendeschneidplatten gerecht zu werden, bietet EWAG mit den Werkzeugschleifmaschinen COMPACT LINE und INSERT LINE ideale Lösungen an. Die vielseitige und wirtschaftliche COMPACT LINE wurde speziell für das flexible Schleifen von Wendeschneidplatten unterschiedlicher Materialien entwickelt. Die Torque- und Linearantriebe des Bearbeitungscenters gewährleisten eine dynamische Fünf-Achs-Kinematik und garantieren präzise Schleifergebnisse. Selbst komplexe Werkzeuggeometrien lassen sich dank 3-D-Simulation mit der innovativen Software ProGrind erstellen. Optimierte Spannsysteme mit einer Plug-and-play-Schnittstelle sorgen dabei für kurze Rüstzeiten und präzise Schleifergebnisse. Die kompakten Maße der Maschine und ihre ergonomische Gestaltung sorgen für eine hohe Benutzerfreundlichkeit.

PRODUKTIVITÄT NEU DEFINIERT Schnelligkeit ist das Charakteristikum der

INSERT LINE. Sie erlaubt das flexible Hochgeschwindigkeits-Umfangschleifen von Wendeschneidplatten in kürzester Fertigungszeit und liefert dabei exzellente Oberflächengüte und Präzision. Linearantriebe gepaart mit hydrostatischen Führungen garantieren höchste Dynamik und heben die einzigartige Produktivität der INSERT LINE auf ein neues Niveau. Die Antriebs- und Steuerungstechnologie (basierend auf dem STUDER-Unrundschleifen) kombiniert das Wendeschneidplattenschleifen mit dem Peripherieschleifen. Die daraus resultierende Linienberührung zwischen Schleifscheibe und Werkstück verkleinert die Kontaktzone, ermöglicht eine verbesserte Kühlschmiermittelzufuhr und reduziert somit die Wärmeeinbringung. Deutlich höhere Vorschubwerte bei konstanter Scheiben-

belastung und somit eine Steigerung der Produktivität durch Reduzierung der Schleifzeit bis zu 50 Prozent – das ist das Ergebnis dieser innovativen HSM-Technologie (High Speed Machining = Hochgeschwindigkeitsschleifen). Die Integration eines Sechs-AchsenRoboters unterstützt die hohe Produktivität bei beiden Maschinen. Dieser wird mit Optionen wie Palettenwechsler oder Reinigungsstation beziehungsweise „Vision System“ optimal unterstützt. Dazu kommt auch das neu entwickelte Messsystem (IP-M), welches das flexible Messen und Orientieren von Wendeplatten direkt in der C-Achse in noch kürzeren Taktzeiten erlaubt. KONTAKT thomas.fischer@ewag.com

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12 EWAMATIC LINEAR AUF EINEN BLICK Sechs-Achs-Kinematik mit neuer NUMFlexium-Steuerung ausgerüstet neu mit wartungsarmen, dynamischen Linearmotor-Antrieben in X-, Y-, Z-Achse Software ProGrind und NUMROTOplus

LASER LINE ULTRA AUF EINEN BLICK Fünf-Achs-Kinematik mit Fanuc-Steuerung leistungsstarker Pikosekundenlaser zur Bearbeitung aller gängigen Schneidstoffe eingängige Software LaserPro3D

Die LASER LINE ULTRA ist ausgerüstet mit Fünf-AchsKinematik und drei überlagerten optischen Achsen

LASER- ODER SCHLEIFTECHNOLOGIE? Prädestiniert für die Bearbeitung superharter Werkstoffe: die EWAMATIC LINEAR

„UNSERE MASCHINEN GARANTIEREN EIN PLUS AN PRODUKTIVITÄT.“ Thomas Fischer, Ewag AG

ZWEI NEUE MASCHINENKONZEPTE für die Bearbeitung von Wendeschneidplatten und rotativen Werkzeugen aus modernen, superharten Werkstoffen präsentiert EWAG mit der EWAMATIC LINEAR und der LASER LINE ULTRA. Die neue, hochproduktive EWAMATIC LINEAR ist mit einer Sechs-Achs-Kinematik sowie mit wartungs- und verschleißarmen Direct-Drive-Antrieben ausgestattet. Damit ist sie für die höchst präzise Bearbeitung superharter Werkstoffe wie HM, PKB und PKD wie geschaffen. Neben dem kraftgesteuerten Schleifen sorgen ein extrem schneller, sternförmiger Sechsfach-Scheibenwechsler sowie kundenoptimierte Spannstationen für höchste Produktivität. Speziell zum Herstellen und Nachschärfen von rotationssymmetrischen Werkzeugen kann der Anwender die EWAG-Schleifsoftware ProGrind optional mit der etablierten Softwarelösung NUMROTOplus koppeln. Der neuen LASER LINE ULTRA mit ihrer einzigartigen Fünf-Achs-Kinematik, den überlagerten drei optischen Achsen und dem Ultrakurzpuls-Laser ist keine

Geometrie zu komplex und kein Werkstoff zu hart. In einer Aufspannung bringt sie selbst Diamantwerkstoffe wie MCD, CVD-D oder PKD in die gewünschte Form. Die erreichten ausbruchsfreien Kantenschartigkeiten liegen dabei unter drei Mikrometer. Damit eröffnet die LASER LINE ULTRA neue Anwendungsmöglichkeiten für moderne Schneidwerkstoffe, die bisher mit konventionellen Verfahren nicht oder nur begrenzt bearbeitet werden konnten. Die Programmierung der Maschine erfolgt über die Software LaserPro3D mit CAD/CAMPlug-in. Für die Bearbeitung von komplexen 3-D-Strukturen werden die Werkzeuggeometrien in einem gängigen 3-D-Datenformat eingelesen und in einzelne Abtragsschichten zerlegt. Bearbeitungsstrategie sowie Scannerparameter für den Schichtabtrag lassen sich definieren und in einer Bearbeitungsdatei ablegen. Die Integration eines Sechs-Achsen-Roboters sorgt bei bei den Maschinen für eine hohe Produktivität. KONTAKT thomas.fischer@ewag.com

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13 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK drei einfache Prozessschritte keine Programmierkenntnisse in der Messsoftware QCM erforderlich volle Integration von Schleif- und Messmaschine Reduktion von Nebenzeiten rückführbare Messergebnisse gleichbleibende Qualität und weniger Ausschuss

WERKZEUGKONTROLLE DURCH TOOL MEASURE INTERFACE

Photos: Robert Westrich

DIE NEUE SCHNITTSTELLE Tool Measure

Interface (TMI) von WALTER verbindet die Schleifsoftware HELITRONIC TOOL STUDIO mit der Messsoftware QCM. In HELITRONIC TOOL STUDIO geschriebene Dateien können in QCM gelesen werden. Damit erlaubt TMI die vollständige Integration von Schleif- und Messmaschine – unabhängig von den verwendeten Maschinentypen. Der Anwender erzeugt das Messprogramm bereits beim Anlegen der Werkzeug-Identnummer in der Schleifsoftware. Dazu nutzt er den Messpunkt-Wizard in HELITRONIC TOOL STUDIO. In diesem Plug-in werden die zu messenden Parameter angeklickt. Das Ergebnis ist ein 3-D-Bild von dem Werkzeug, an dem alle Messpunkte visualisiert sind. Diese Daten speichert das Programm als XML-Datei und importiert sie in die Messsoftware. Dabei erzeugt sie automatisch das neue Messprogramm, das umgehend verwendet werden kann. Zum Start der automatischen Messung aller Parameter reicht ein Knopfdruck. Das Ergebnis der Messung kann wiederum zur Korrektur des Schleifprogramms genutzt werden. Die Erzeugung

des Messprogramms erfordert keine Programmierkenntnisse. Die vollautomatische Messung ist bedienerunabhängig. MANUELLE EINFLÜSSE ELIMINIEREN „TMI eliminiert den manuellen Einfluss bei

der Erstellung der Messprogramme und spart damit Zeit sowie personelle Ressourcen“, erklärt Ulrich Brändle, der zuständige Produktmanager bei WALTER. „Die Anschaffungskosten amortisieren sich selbst bei einfachen Werkzeuggeometrien bereits nach wenigen Messzyklen.“ WALTER demonstriert die Funktion der neuen Schnittstelle auf dem Grinding Symposium an Station 13. Dazu wird ein Werkzeug auf der HELITRONIC VISION 400 geschliffen und auf der HELICHECK PLUS vermessen. Die Verbindung zwischen den beiden Maschinen kann in der Praxis wahlweise über Kabel, WLAN oder USB-Stick hergestellt werden. KONTAKT ulrich.braendle@walter-machines.com

Das neue Tool Measure Interface sorgt für rückführbare Messergebnisse und damit für gleichbleibend hohe Teilequalität

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14 DIE VORTEILE AUF EINEN BLICK Feedrate Optimizer: bis zu 40 Prozent Schleifzeit sparen durch Optimierung der Vorschubgeschwindigkeit Quality Assurance: gleichbleibende Qualität der Werkzeuge unabhängig vom Standort Sketcher: CAD-Zeichnungen erstellen, Werkzeuge designen, Werkzeug-Identnummern programmieren und Werkzeuge schleifen mit einer einzigen Software

EFFIZIENZ DURCH NEUESTE SOFTWARELÖSUNGEN ZAHLREICHE FAKTOREN beeinflussen die

Dauer des Schleifprozesses und die Produktqualität. Mit den innovativen Erweiterungen der Schleifsoftware HELITRONIC TOOL STUDIO bietet WALTER seinen Kunden jetzt drei Optionen, diese Faktoren hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit zu optimieren. Der Feedrate Optimizer sorgt für deutliche Zeitersparnis durch die automatische Optimierung der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit. So lässt sich beispielsweise die Schleifzeit für einen dreischneidigen Standardfräser mit zwölf Millimeter Durchmesser und 40 Millimeter Länge durch wenige Mausklicks um 26 Prozent verkürzen. Die Kalkulation der Vorschubgeschwindigkeit erfolgt anhand dem Prozess zugrunde liegender Daten wie Vorschub, Schnittgeschwindigkeit und Scheibeneigenschaften. Dank konstanter Scheibenbelastung sind Scheibenbruch oder ein Mehrverschleiß des Scheibenbelags ausgeschlossen. GLEICHBLEIBENDE QUALITÄT Für global agierende und produzierende

Unternehmen ist es von entscheidender Bedeutung, dass ihre Produkte zuverlässig eine gleichbleibend hohe Qualität aufweisen – egal, wo sie gefertigt werden.

Mit Quality Assurance bietet WALTER jetzt eine Software-Erweiterung, die dies gewährleistet. Sie eliminiert den Einfluss von Bediener und Maschine, indem sie die Abweichungen eines aktuellen 3-D-Werkzeugmodells von dem unternehmensweit an allen Standorten maßgeblichen Referenz-3-D-Modell visualisiert. Die Anpassung der Parameter am aktuellen Modell erfolgt dann manuell. Mit der zentralen Softwareerweiterung Sketcher können Anwender CAD-Zeichnungen in HELITRONIC TOOL STUDIO erstellen, Werkzeuge designen, Werkzeug-Identnummern programmieren und Werkzeuge schleifen – und dabei Zeit sparen. Werkzeugsimulation und CAD-Daten sind verknüpft. Änderungen einzelner Parameter im Schleifprogramm werden sofort in der Simulation sichtbar und in die CAD-Zeichnung übernommen – doppelte Eingaben sind nicht mehr erforderlich. Die Bedienung erfolgt intuitiv über Icons. KONTAKT torsten.woerner@walter-machines.com

„UNSERE SOFTWAREOPTIONEN OPTIMIEREN SCHLEIFZEIT UND WERKZEUGQUALITÄT.“ Torsten Wörner, Walter Maschinenbau GmbH

Die Software-Erweiterung Quality Assurance sichert die Produktqualität durch Vergleich und Visualisierung

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TALKING HEADS In 20 Vorträgen werden innovative Entwicklungen in der Schleifmaschinenbranche und der industriellen Produktion vorgestellt 28_SVEN GÁBOR JÁNSZKY Rulebreaker®: Wie Sie durch Regelbrüche den Mitbewerber überholen

Photo: Schweizfotos.com / Jan Geerk

30_PROF. DR. GUNTER DUECK Professionelle Intelligenz 32_PROF. DR. BEREND DENKENA Trends in der Schleiftechnologie 34_PROF. DR. JOSEF REISSNER Mit Fertigungskompetenz zu Produkt- und Prozessinnovationen 36_FLORIAN HEITMÜLLER Schnellhubschleifen von Hochleistungskeramik 38_PETER OPPELT RazorTec® – wirtschaftliche Schleiftechnologie mit effektiver Schleifscheibenreinigung 40_UDO MERTENS Trends in der Schleifwerkzeugentwicklung 42_DR. HOLGER PÄTZOLD, DR. ERDMANN KNÖSEL Produktivitätssteigerung durch Auslegung von Schleifwerkzeugen

46_KARSTEN OTTO Schwingungen beim spitzenlosen Schleifen 48_DR. DIRK FRIEDRICH Effizienter Kühlschmierstoffgebrauch in Schleifmaschinen 50_DR. THOMAS MAGG Neue Konzepte für minimale Schleifkräfte beim CBN-Schleifen in der Massenproduktion 52_PROF. DR. WILFRIED SAXLER Werkzeugschleifen – ein Prozess höchster Präzision 54_PROF. DR. CLAUS EMMELMANN 3-D-Lasermaterialbearbeitung – Chancen und Herausforderungen für die Schleiftechnik 56_OLIVER WENKE Technologieführerschaft durch Einsatz modernster Messtechnik 58_PROF. DR. DIRK BIERMANN Entwicklungen zur effizienten Herstellung von Vollhartmetall-Hochleistungswerkzeugen 60_PROF. DR. KONRAD WEGENER Energieeffizienz und thermisches Verhalten von Werkzeugmaschinen 62_DR. FRANK FIEBELKORN Neueste Schleif- und Abrichttechnologien für den Einsatz hochharter Schleifmittel 64_DR. SEVERIN HANNIG Dynamische Stabilität von Schleifmaschinen – Potenziale und Risiken 66_ERHARD KÄMPF Rechnergestützte, praxisgerechte Auslegung von Rundschleifprozessen

44_PROF. DR. EKKARD BRINKSMEIER Leistungssteigerung beim Außenrundschleifen

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GRINDING SYMPOSIUM

21. MAI 2014, 14:00 UHR

SVEN GÁBOR JÁNSZKY

RULEBREAKER®: WIE SIE DURCH REGELBRÜCHE DEN MITBEWERBER ÜBERHOLEN SHORT SUMMARY

Rulebreaker® zerstören bestehende Systeme und schaffen so Innovation und neue Märkte. Um Ihr Unternehmen zu schützen, müssen Sie regelmäßig Ihr Geschäftsmodell und Ihre Kompetenzen kritisch hinterfragen. Anfällig für Regelbrüche sind vor allem Branchen, die sich lange nicht verändert haben und in denen es Monopole gibt. Wenn Sie einen Regelbruch erkennen, nutzen Sie die Chance und werden Sie selbst zu einem Rulebreaker®

WAS MACHEN JENE MENSCHEN ANDERS, die unsere Welt verändern? Sie denken anders! Sie suchen nach Regeln, die sie bewusst oder unbewusst, aber immer mit Leidenschaft verletzen. Rulebreaker® haben eine besondere Bedeutung für unsere Wirtschaft: Sie sorgen für neue Technologien und Produkte, neue Partner und Netzwerke. Sie übertreten Grenzen, sie stören gewohnte Modelle, brechen mit bekannten Regeln und schaffen neue Märkte. Und sie bringen nicht nur Neues, sie zerstören auch Altes. Wirkliche Innovation bedeutet die Störung funktionierender Geschäftsmodelle, verteilter Märkte, traditioneller Branchen und etablierter Netzwerke!

WIE UNTERNEHMEN ZU REGELBRECHERN WERDEN Es ist ein beliebtes Bild, das in der Managementliteratur immer wieder Verwendung findet: das Unternehmen als großes Schiff. Konzerne und multinationale Unternehmen halten sich sogar oft für Supertanker. Diese sind groß, schwerfällig und haben viele fähige Experten an Bord, die in einer strengen Hierarchie arbeiten. Ihre Kapitäne sind gut ausgewählt und ausgebildet, lassen sich gut beraten und treffen weise Entscheidungen. Wenn Sie als Manager eines Unternehmens glauben, dass Sie ein großes Schiff steuern, dann habe ich Verständnis dafür, dass Ihnen der Gedanke Unbehagen bereitet, einen Rulebreaker® an Bord zu holen. Doch wer hat Ihnen eigentlich gesagt, dass Sie Tankerkapitän sind? Haben Sie nicht mehrere Schiffe unter Ihrer Flagge und sind vielmehr Flottenadmiral? Dann besitzen Sie die besten Voraussetzungen, es den erfolgreichen Rulebreakern® nachzumachen.

SIE MÜSSEN SICH SELBST KANNIBALISIEREN! Die Wahrheit aller Markteroberungen durch große Unternehmen ist: Sie müssen ihr eigenes Geschäftsmodell angreifen! Doch das gelingt niemals im eigenen Unternehmen. Warum wurde der Düsenantrieb für Flugzeuge nicht von den Propellerantriebsherstellern erfunden? Warum entwickelten nicht die Füllfederhalterhersteller 28

den Kugelschreiber? Warum wird die Musikindustrie nicht durch Musiklabel revolutioniert und die Buchbranche nicht durch Verlage? Es liegt in der Natur der Dinge, dass die großen, etablierten Unternehmen nicht danach streben, sich selbst anzugreifen. Dies tun kleine Firmen, oftmals aus den Nachbarbranchen. Doch wieso haben diese Angreifer überhaupt eine Chance, gegen das Establishment zu gewinnen? Die Antwort lautet: Weil die verteidigten Unternehmen sich zu gut in ihren Märkten auskennen. Sie verhindern Innovation durch ihre Kompetenz. Davon betroffen sind vor allem jene Branchen, deren Rahmenbedingungen sich schnell ändern. Diese meist ungewollten Veränderungen führen dazu, dass bei den Kunden neue Bedürfnisse entstehen oder alte neu bedient werden können. Erforderlich dafür sind neue Technologien und Geschäftsmodelle.

KOMPETENZ ALS HEMMNIS Exakt an dieser Stelle wird für die etablierten Verteidiger ihre Kompetenz zum Hemmnis: Sie haben viel Zeit und Geld in deren Aufbau investiert und verhindern Innovation durch ihre Kompetenz in alten Technologien und Geschäftsmodellen. Dabei verkennen sie, dass deren Wert sich nicht nach dem eingeflossenen Investment, sondern nach der aktuellen Lösungsqualität im Markt bemisst. Entsprechend beharren sie auf ihren immer nutzloser werdenden Kompetenzen und verzögern oder verhindern damit neue Geschäftsmodelle. Für die angreifenden Rulebreaker® hingegen wird ihre weitgehend naive, aber intelligente Vorgehensweise zum Vorteil gegenüber dem Establishment. Ihr mentaler Vorteil: Da sie nicht ihr halbes Arbeitsleben damit verbracht haben, sich diese Kompetenzen zu erwerben, messen sie den alten Geschäftsmodellen und deren obsolet gewordenen Kompetenzprofilen keinen Wert bei. Ganz im Gegenteil: Rulebreaker® lieben und forcieren jene radikalen Innovationen. Für etablierte Unternehmen ist es wichtig, die drohenden Regelbrüche ihrer Branche und uneroberte Märkte frühzeitig zu identifizieren. Dafür

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Illustrations: Uli Knörzer

INTELLIGENTE PRODUKTION

SVEN GÁBOR JÁNSZKY ist ein deutscher Trendforscher und Strategiecoach. Der 41-Jährige ist unter anderem Präsident des Verwaltungsrates der 2b AHEAD ThinkTank AG in St. Gallen

„ES GIBT MÄRKTE, IN DENEN ES SCHLECHT IST, ZU VIEL KOMPETENZ ZU HABEN. DAVON BETROFFEN SIND VOR ALLEM BRANCHEN, DIE SICH SCHNELL ÄNDERN.“ Sven Gábor Jánszky

gibt es natürlich kein Patentrezept. Doch es lassen sich durchaus Muster von Branchenkonstellationen erkennen, die geradezu nach Regelbrüchen verlangen. Es sind vor allem jene Branchen anfällig, in denen seit langer Zeit keine Veränderungen mehr passiert sind und in denen monopolartige Strukturen herrschen. Ganz besonders erfolgversprechend sind disruptive Innovationen in Bereichen, die heute noch nach den alten Zunft- oder Standesregeln funktionieren. Doch egal in welcher Branche Sie tätig sind, es sind zehn Signale, auf die Sie achten müssen:

1. Signal: hohe Margen und „Fettschichten“ bei Dienstleistern 2. Signal: überwiegend rationale Nutzenargumentation 3. Signal: emotionslose Lieferanten-Abnehmer-Verhältnisse in Commodity-Märkten 4. Signal: Massenprodukte für subjektive Erwartungshaltungen 5. Signal: weitgehend individualisierte Märkte 6. Signal: Märkte mit Versorgungscharakter 7. Signal: Märkte, die auf Informationsherrschaft basieren 8. Signal: Provisionsmärkte versus Honorarmärkte 9. Signal: auseinanderlaufende Entwicklungen in benachbarten Branchen 10. Signal: Dreiecksverhältnis zwischen Verkäufer, Nutzer und Bezahler

haben neue Märkte entdeckt, ganze Branchen an den Rand des Abgrunds gebracht, Millionen verdient und mit eigenen Händen unsere Welt verändert. Der Preis dafür: ein Leben als Balanceakt, Rückschläge, drohender Bankrott, Morddrohungen und ein Leben lang das rastlose Gefühl, noch nicht am Ziel zu sein.

GEMEINSAMKEITEN IM DENKEN Selbstverständlich lassen sich die Rulebreaker®Strategien nicht vollständig kopieren. Sie sind einzigartig, weil die Branchen, in denen sie funktionieren, höchst unterschiedlich sind, weil Technologie hier eine große, da eine kleine Rolle spielt, weil Konkurrenz hier monolithisch und dort dispers ist. Und doch gibt es Gemeinsamkeiten zwischen allen Regelbrüchen. Diese liegen im Denken der handelnden Akteure. Als Zukunftsforscher und Innovationsberater wollte ich wissen, ob wir „Normale“ von den besten Innovatoren etwas lernen können? Ob jeder von uns zum Rulebreaker® werden kann? Die Antwort ist: ja! Rulebreaking ist eine Anleitung zum Besser-Machen, zum Grenzen-Überschreiten und zum Welt-Verändern! Fangen Sie heute damit an! Ich wünsche Ihnen große Erfolge!

DIE REGELN DER RULEBREAKER® Was geschieht, wenn Sie einen drohenden Regelbruch erkennen? Dann haben Sie die seltene Chance, diesen selbst voranzutreiben, einen neuen Markt zu erobern und in diesem die Regeln zu bestimmen. Sie haben die Chance, Ähnliches zu tun wie jene faszinierenden Menschen, die ich während meiner Recherchen getroffen habe: ein Finanzmanager, der die Bank der Zukunft entdeckt! Ein Reeder, der den Kreuzschifffahrtsmarkt neu erfindet! Ein Immobilienmakler, der gegen die ganze Branche aufsteht und viele andere mehr. Sie Motion 01. 2014

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GRINDING SYMPOSIUM

21. MAI 2014, 14:45 UHR

PROF. DR. GUNTER DUECK

PROFESSIONELLE INTELLIGENZ SHORT SUMMARY

Intelligenz im Sinne von Sprachkompetenz, Merkfähigkeit und logischem Denken reicht in der heutigen Wirtschaft nicht mehr aus. Nötig ist eine ganzheitliche Intelligenz des Gelingens, eine Intelligenz, die dafür sorgt, dass alles klappt. In Wirtschaft und Gesellschaft entsteht eine tiefgehende Spaltung in Premium und Commodity, in Hochwertiges und Massenware. Was im Premium-Bereich gefragt ist, sind Professionals, die selbstständig in großen Netzwerken arbeiten.

WAS IST INTELLIGENZ? Als „Fähigkeit zur Anpassung

an neuartige Bedingungen und zur Lösung neuartiger Probleme“ definierte sie 1911 Professor William Stern. Der Psychologe entwickelte erste Intelligenztests und erfand dabei auch den Begriff des Intelligenzquotienten, kurz IQ. Dieses 100 Jahre alte Konzept verwenden wir heute noch. Und wir messen Intelligenz in IQ-Tests, die Fähigkeiten wie Sprachkompetenz, Merkfähigkeit und logisches Denken abfragen. Den Anforderungen der modernen Wirtschaft wird dieses IntelligenzKonzept aber lange schon nicht mehr gerecht.

WEIT WEG VOM BERUF Intelligenz, wie wir sie landläufig verstehen, ist wertvoll, keine Frage – aber längst nicht alles. Schlau sein allein ist nicht genug. Intelligenz wird oft als hart, emotionslos, unpersönlich, abstrakt und seelenlos kritisiert – weil am rein Intelligenten vieles, vieles fehlt! Wir nutzen nur die Intelligenz rund um Mathematik, Logik und Sprache. Alles, was ein Intelligenztest von uns will, ist befremdlich weit weg von dem, was im Beruf heute in immer höherem Ausmaß entscheidet. Will ich heute wissen, wie die Preisstaffelung einer Versicherung gestaltet ist oder wie sich eine indische Technologie-Aktie bislang entwickelt hat, schaue ich das im Internet nach. Schnell, einfach, kostenlos und ohne dass ich dabei eine Art von Beratung bräuchte.

EXPERTEN VERLIEREN IHREN MACHTVORTEIL Standardisierte Dienstleistungen fallen in der Internet-Gesellschaft weg oder werden auf andere Ebenen verlagert. Impfungen führt statt des Arztes der Impfspezialist durch – der ist billiger, hat geringere Wartezeiten und alle Impfstoffe vorrätig. Klassische Frontalvorlesungen zu Grundlagenthemen? Die lässt ein rhetorisch geschulter Professor auf Video aufzeichnen – dann kann sie sich jeder Student wann, wo und wie oft er will online anschauen und der Professor hat mehr Zeit für wertvolle Forschungsaufgaben. Sogenannte Experten wie Ärzte, Finanzberater oder auch Professoren verlieren ihren Machtvorteil. Wissen ist Macht? 30

Das war mal. Es gibt kein Herrschaftswissen mehr. In Wirtschaft und Gesellschaft entsteht eine tiefgehende Spaltung in Premium und Commodity, in Hochwertiges und Massenware. Der CommodityBereich wird abgedeckt durch technologische Lösungen oder spezielle Dienstleister. Was im Premium-Bereich gefragt ist, sind Professionals, die selbstständig in großen Netzwerken arbeiten. Das Kompetenzprofil dieser Professionals bedeutet eine völlig andere Professionalität als die noch vor zehn Jahren verlangte. Wir müssen nichts mehr abarbeiten, wir haben sich stetig wandelnde Prozesse zu steuern und komplexe Probleme zu lösen. Professionalität im Wissenszeitalter erfordert eine andere Art von Intelligenz. Wir brauchen eine Intelligenz des Gelingens, eine Intelligenz, die dafür sorgt, dass alles klappt. Gleich auf welcher Hierarchiestufe eines Unternehmens wir arbeiten, steht unsere unternehmerische Persönlichkeit immer stärker im Vordergrund.

SUMME VON TEILINTELLIGENZEN Um diese Entwicklung aktiv mitzugestalten, brauchen wir viele verschiedene Formen von Intelligenz, die in ihrer Summe unsere Professionelle Intelligenz ausmachen:

IQ – die normale Intelligenz des Verstandes: planen, ordnen, formulieren EQ – die emotionale Intelligenz des Herzens und der Zusammenarbeit, andere verstehen, Teamfähigkeit VQ – die vitale Intelligenz des Instinktes und des Handelns: Durchsetzungsfähigkeit, Bauchgefühl, die Bereitschaft, Risiken einzugehen AQ – die Intelligenz der Sinnlichkeit (attraction) und der instinktiven Lust und Freude: Sinn für Schönheit, Ästhetik, Verzauberung, etwas an den Mann/die Frau bringen können CQ – die Intelligenz der Kreation (creation) oder der intuitiven Neugier: Liebe zu Innovation, entfesseltes Denken MQ – die Intelligenz der Sinnstiftung

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INTELLIGENTE PRODUKTION

PROF. DR. GUNTER DUECK Der Mathematikprofessor und ehemalige Chief Technology Officer von IBM ist einer der führenden Experten Deutschlands für Fragen der Wissensgesellschaft

„WISSEN IST MACHT? DAS WAR MAL. ES GIBT KEIN HERRSCHAFTSWISSEN MEHR.“ Gunter Dueck

(meaningfulness) und der Intuition: Sinn für ethisch Wertvolles, weltrettende Konzepte, Ehrenamtlichkeit Professionelle Intelligenz ist je nach Beruf eine jeweils andere harmonische Komposition dieser Einzelintelligenzen. Mag die Zusammenstellung auch zwischen Branchen und Berufen differieren – um als Führungskraft oder Mitarbeiter wirklich professionell zu sein und ein hohes Niveau des Kennens und Könnens erreichen zu können, ist die Entwicklung sämtlicher Teilintelligenzen unerlässlich.

UNTERNEHMEN SUCHEN FACHKRÄFTE Ebenso entscheidend ist die maßvolle Entwicklung der Faktoren, denn eine zu starke Ausprägung einzelner Intelligenzen kann unerwünschte, störende Folgen haben: Ein zu hoher IQ (Intelligenz des Verstandes) mag zu Besserwisserei führen; ein zu hoher EQ (emotionale Intelligenz) macht möglicherweise anfällig dafür, ausgenutzt zu werden; ein zu hoher VQ (vitale Intelligenz) kann Rücksichtslosigkeit oder Machtgier auslösen. Erst das ausgewogene Zusammenspiel der Intelligenzen stellt sicher, dass professionelles Arbeiten gelingen kann. Über diese übergreifende Professionelle Intelligenz verfügen nur wenige. Deshalb klagen Arbeitgeber inmitten eines Meeres von verzweifelten Arbeitssuchenden, dass es keine geeigneten Fachkräfte mehr gebe und der Arbeitsmarkt leergefegt sei. Deshalb suchen Unternehmen verzweifelt nach Leuten, die über den Tellerrand schauen, die zu verschiedenen Sichten fähig sind, die aus irgendwelchen Ressourcen immer noch etwas zu zaubern vermögen

ERZIEHUNGS- UND BILDUNGSSYSTEME

Digital Natives zeichnen sich dadurch aus, dass sie Dinge einfach ausprobieren, zügig entscheiden und bei Fehlschlägen einfach von vorne anfangen. Scheitern ist keine Schande, sondern ein Lernerlebnis. Auch das müssen viele erst noch für sich entdecken. Auch unsere Erziehungs-, Bildungs- und Managementsysteme eilen dieser Entwicklung nur hinterher. Oft wird beklagt, aber nichts dagegen getan, dass Kinder nicht motiviert sind, dass Schüler nicht schon fertig als lernwillige Persönlichkeiten in der Schule erscheinen und dass die Mitarbeiter nicht professionell genug sind. Unverdrossen wird nur die Bildung auf der Basis des klassischen IQ eingetrichtert. Das Fachkönnen steht allein im Vordergrund, dazu kommt eine Unmenge von Verhaltensregeln. Kreativität, Wille, Kundenfreundlichkeit, Innovativität, Begeisterung, Führungsfähigkeit oder Teamfähigkeit werden gefordert, aber nicht gefördert oder herangebildet.

WANDEL DER MENSCHHEITSGESCHICHTE Uns allen fehlt immer noch das Verständnis dafür, dass die jetzige Internetrevolution eine ebenso große Wandlung in der Menschheitsgeschichte einleitet wie der Buchdruck nach Gutenberg. Die Verfügbarkeit des Wissens in Büchern trug über die Jahrhunderte dazu bei, dass die Menschen aufgeklärt wurden. Wir erlebten das Zeitalter der Aufklärung (im Englischen „Enlightenment“, Erleuchtung), in dem unsere heutigen Bildungsbegriffe maßgeblich geprägt wurden. Durch das Internet ist das Wissen nicht nur im Prinzip da, sondern immer und überall für jeden leicht verfügbar. Wir tragen fast die ganze Welt digital im Smartphone in unserer Hosen- oder Handtasche herum. Das Internet klärt uns nicht nur auf, es befähigt uns! Das einstige Enlightenment wird nun erweitert zum Empowerment.

Die Arbeitswelt leistet noch erheblichen Widerstand gegen die Umbrüche, die das Internet mit sich bringt, und gegen die Vorstellungen der Digital Natives, die geprägt sind von der Offenheit neuen Technologien gegenüber und dem Wunsch nach engagierter, erfüllender Teilhabe. Motion 01. 2014

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GRINDING SYMPOSIUM

21. MAI 2014, 15:30 UHR

PROF. DR. BEREND DENKENA

TRENDS IN DER SCHLEIFTECHNOLOGIE SHORT SUMMARY

Für Pumpen, Turbinen und im Fahrzeugbau wird unter dem Aspekt der Energieeffizienz das Oberflächen-Design zur Schlüsseltechnologie. Denkbar ist der Einsatz innovativer Ansätze wie bionischer Mikrostrukturen zum OberflächenDesign. Um die Fertigung selbst energieeffizienter auszulegen, werden zahlreiche Ansätze verfolgt, etwa die Optimierung der Kühlschmierstoffversorgung und der Einsatz neuer Antriebskonzepte oder neuer Werkzeuge.

IM FOKUS AKTUELLER DISKUSSIONEN stehen die Themen alternde Gesellschaft, Ökologie, Mobilität, Individualisierung sowie Urbanisierung. Die diskutierten Themen haben tiefgreifende Folgen für die Fertigungstechnik, da hierdurch neue Märkte entstehen, alte Märkte verschwinden und andere Schwerpunkte gelegt werden. Von Bedeutung für die Fertigungstechnik sind insbesondere das zunehmende Durchschnittsalter der Bevölkerung sowie das steigende Bewusstsein für ökologische Aspekte. Die alternde Gesellschaft hat zur Folge, dass die Nachfrage nach medizinischen Produkten ansteigt und somit der Anteil schwer zu zerspanender Materialien zunimmt. Um die hohe Nachfrage befriedigen zu können, müssen die bisherigen Fertigungsverfahren bezüglich Produktivität und Automatisierbarkeit weiterentwickelt werden.

ENERGIEEFFIZIENZ DER FERTIGUNG Das steigende Bewusstsein für die ökologischen Aspekte des menschlichen Handelns wirkt sich sowohl direkt als auch indirekt auf die Fertigungstechnik aus. Als direkte Folge wird nun neben der Wirtschaftlichkeit auch die Energieeffizienz der Fertigung betrachtet. Um die Fertigung energieeffizienter auszulegen, werden zahlreiche Ansätze wie die Optimierung der Kühlschmierstoffversorgung und der Einsatz neuer Antriebskonzepte oder neuer Werkzeuge verfolgt. Neben diesen direkten Folgen gibt es eine ganze Reihe indirekter Folgen, da der Markt energieeffiziente Produkte benötigt. Das kann beispielsweise bei Strömungsmaschinen wie Pumpen oder Turbinen, aber auch im Fahrzeug beobachtet werden. Im Bereich des Pumpen- und des Triebwerkbaus wird hoher Aufwand getrieben, um den Wirkungsgrad weiter steigern zu können. Hierdurch nimmt die Komplexität der zu erzeugenden Oberflächen zu. Die Fahrzeughersteller setzen hochentwickelte Motorentechnik ein, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Zugleich steigen die Ansprüche an Komfort und Motorleistung. Um diesen steigenden Anforderungen an Produkte und Bauteile gerecht zu werden, ist

das Oberflächen-Design die Schlüsseltechnologie. Durch eine Steigerung der Oberflächengüte werden Reibungsverluste verringert, mittels eingebrachter Mikrostrukturen zusätzliche Funktionen implementiert und dank der Modifikation der Randzone Lebensdauersteigerungen realisiert. Vor dem Hintergrund häufig verwendeter hochharter und schwer zerspanbarer Materialien ist die Schleiftechnologie von besonderer Bedeutung. „Oberflächen nach Maß“ können nur gefertigt werden, wenn das notwendige Prozessverständnis vorliegt und somit in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstoffs und der Zielgeometrie der Oberfläche die richtigen Werkzeuge in Kombination mit der richtigen Prozessstrategie zum Einsatz kommen. Im Rahmen dieses Beitrags werden Herausforderungen vorgestellt und Ansätze für die Wahl des richtigen Werkzeuges und der idealen Prozessstrategien diskutiert. Darüber hinaus wird im Ausblick aufgezeigt, wie durch die geschickte Verknüpfung von Werkzeug- und Strategieauslegung auch innovative Lösungsansätze zur Effizienzsteigerung von Produkten realisiert werden können.

EIGENSCHAFTEN DES SCHLEIFWERKZEUGES Die Eigenschaften des Schleifwerkzeuges beeinflussen maßgeblich das Einsatzverhalten, die Oberflächengüte, die Bauteilrandzone sowie die Produktivität. Die Schleifscheibeneigenschaften werden bestimmt durch die Art des Schneidstoffs, Korngröße sowie Kornkonzentration und Bindungseigenschaften. Für die Bearbeitung sprödharter Materialien wird überwiegend Diamant als Schneidstoff verwendet. Die dazugehörige Bindung muss so gewählt werden, dass das gesamte Potenzial des Korns genutzt wird. Metall als Bindungsmaterial besitzt hierbei das größte Potenzial, um die Leistungsfähigkeit von Diamantschleifscheiben weiter zu steigern. Metallische Bindungen sind verschleißfest, temperaturbeständig und besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit. In Kombination mit einer porösen Struktur lässt sich ein „kühler“ Schliff realisieren. Dieser ermöglicht eine deutliche Steigerung der

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INTELLIGENTE PRODUKTION

Druckeigenspannungen. Um beim Schleifen eine hohe Oberflächengüte mit einem Ra im Bereich von 0,1 μm fertigen zu können, muss eine geringe Korngröße verwendet werden. Durch die Reduktion der Korngröße nehmen jedoch die Kornoberfläche und damit auch die Kornhaltekraft ab. Über gezielt angepasste Sinterparameter kann diesem Effekt jedoch entgegengewirkt werden.

PROZESSSTRATEGIEN

leitet das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) am Produktionstechnischen Zentrum der Leibniz Universität Hannover

„DER DEMOGRAFISCHE WANDEL UND DAS STEIGENDE BEWUSSTSEIN FÜR ÖKOLOGISCHE ASPEKTE SIND VON BEDEUTUNG FÜR DIE FERTIGUNGSTECHNIK.“ Berend Denkena

Natur

EFFIZIENZ DURCH FREIGEFORMTE OBERFLÄCHEN Strömungsrelevante Oberflächen sind zur weiteren Steigerung der Effizienz frei geformt, wobei die Strömung über eine Freiformfläche gekrümmt ist. Durch den Einsatz von Mikrokörnungen in einer Metallbindung und angepassten Sinterparametern können die geforderten Strukturdimensionen schleiftechnisch hergestellt werden. Durch den Einsatz von Fünf-Achs-Schleifstrategien können Werkzeugwege erstellt werden, die das Schleifen von geschwungenen Mikrostrukturen auf Freiformflächen erlauben. Hierzu muss die Schleifscheibengeometrie an Werkzeugbahnradius und Werkstückkrümmungen angepasst werden.

Verdichterschaufel

[University of Florida]

Fräsen

Ideale Riblets Geschliffene Riblets s = 120 μm h= 60 μm

s = 120 μm h= 70 μm

s = 60 μm

s = 55 μm

h = 30 μm

h = 23 μm

s = 20 μm

s = 21 μm

h = 10 μm

h = 9 μm

30 μm

Fünf-Achs-Schleifen

PROF. DR. BEREND DENKENA

Nach der Wahl der richtigen Schleifscheibeneigenschaften ist die Auslegung der richtigen Schleifstrategie entscheidend für ein gezieltes Oberflächen-Design. Aus ästhetischen Gründen, zur Optimierung von Strömungsflächen oder durch neue Anwendungen wie keramische Knieimplantate nimmt der Anteil von zu bearbeitenden Freiformflächen zu. Zur wirtschaftlichen Erzeugung hoher Oberflächengüten in Verbindung mit einer geringen Formtoleranz an Freiformflächen bedarf es des Einsatzes geeigneter Schleifstrategien. Durch das Anstellen der Schleifscheibe in beziehungsweise orthogonal zur Vorschubbewegung und die oberflächennormale Bearbeitung können im Vergleich zur Drei-Achs-Bearbeitung konstante Eingriffsbedingungen und somit eine höhere Formgenauigkeit sowie eine größere Zerspanleistung realisiert werden. Durch das Anstellen der Schleifwerkzeuge in Vorschubrichtung wird außerdem die Bauteilrauheit deutlich reduziert, da Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit nicht in die gleiche Richtung weisen und der Einfluss der Schleifscheibentopografie abnimmt. Im Bereich der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide ist die Fünf-Achs-Bearbeitung längst Stand der Technik und in der Industrie weit verbreitet. Das Fünf-Achs-Schleifen ist zurzeit nur als Nischenlösung vertreten, die explizit für den Anwendungsfall ausgelegt ist. Die verwendeten CAD/CAM-Programme sind bisher für die geometrisch bestimmte Zerspanung ausgelegt. Die Verwendung dieser Software für die Fünf-Achs-

Schleifbearbeitung bringt einige Probleme mit sich. So ist die Auflösung der Programme für die Schleifbearbeitung nicht ausreichend. Als Folge können die Werkzeugwege ungewollte Wendepunkte oder nicht definierte Punkte enthalten, woraus beim Schleifen Konturfehler resultieren. Darüber hinaus vernachlässigen die CAD/CAM-Programme den Werkzeugverschleiß und gehen von idealen anstatt den nach dem Abrichten vorliegenden Werkzeuggeometrien aus. Die Berücksichtigung von Verschleiß beziehungsweise tatsächlicher Werkzeugform würde eine Steigerung der Konturgenauigkeit ermöglichen. Bei optimaler Kombination von angepassten Schleifscheibeneigenschaften und Schleifstrategie ist auch der Einsatz innovativer Ansätze wie bionische Mikrostrukturen zum Oberflächen-Design möglich. Bionische Strukturen wie Riblets, die von der Struktur von Haifischhaut abgeleitet sind, reduzieren wandnahe Reibung um bis zu zehn Prozent. Beim Einsatz in Strömungsmaschinen wie Pumpen, Gasturbinen oder Triebwerken kann der Wirkungsgrad damit deutlich gesteigert werden. Die Mikrostrukturen haben eine Weite von bis zu 20 μm und eine Höhe von 10 μm und müssen in Strömungsrichtung angeordnet sein.

Durch den Einsatz von Fünf-Achs-Schleifstrategien können Werkzeugwege erstellt werden, die das Schleifen von geschwungenen Mikrostrukturen auf Freiformflächen erlauben

Schleifen

Mikrostrukturieren

0,6 mm 0 -0,3-0,6 30 μm

Krw/73601© IFW

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GRINDING SYMPOSIUM

21. MAI 2014, 16:15 UHR

PROF. DR. JOSEF REISSNER

MIT FERTIGUNGSKOMPETENZ ZU PRODUKT- UND PROZESSINNOVATIONEN SHORT SUMMARY

Um Innovationen zu entwickeln und umzusetzen, ist für ein Unternehmen ein solider Wissensraum unerlässlich. Der Wissensraum des Unternehmens sollte mit Kundenwissen angereichert werden, das idealerweise im AfterSales-Service gewonnen werden kann. Die Aufteilung des Wissens in Werkstück-, Werkzeug- und Maschinenwissen ist sinnvoll. Entscheidendes Wissen liefert die automatisierte Überwachung des Prozesses.

NICHT NUR ÜBER DEN LANGFRISTIGEN ERFOLG eines Unternehmens, auch über das kurzfristige Überleben entscheidet die Fähigkeit, Innovationen schnell zu entwickeln und umzusetzen. Zur Innovation durch Geistesblitze gehört die Vorstellung, dass es sich dabei um den großen Knall der Vorstellungskraft handelt. In Wirklichkeit muss man jedoch einen strukturierten Wissensraum mithilfe von vier kognitiven Operationen durchsuchen:

Wir verwenden ein dreistufiges, präskriptives Lernmodell: den bekannten Learning Cycle.

Umherschweifen bedeutet, die Möglichkeiten ausgiebig zu erkunden. Aufspüren heißt, dass man nach Hinweisen fahndet, die in eine bestimmte Richtung führen. Umdenken heißt, ein Problem aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Abrücken bedeutet, sich von Ansätzen zu verabschieden, die nicht weiterführen.

Im Zentrum der UNITED GRINDING Group steht das Schleifwissen. Wir wollen es hirngerecht als semantisches Netz (ein Modell aus der Kognitionspsychologie zur Repräsentation von Wissen) darstellen; die Wissensspeicherung im Langzeitgedächtnis erfolgt dabei in Form von Knoten (Prozesse und Eigenschaften) und (assoziativ verbindenden) Kanten. Rohteilgeometrie und Geometrie des Werkzeuges sowie Zustellung, WZ- und Schnittgeschwindigkeit erzeugen Schleifspannungen. Sie werden beeinflusst durch Plastifizierung, Verfestigung und Reibung. Schleifspannungen bewirken einen Werkstofffluss, der für die Maß- und Formfehler sowie für die Rauigkeit verantwortlich ist. Dazu gehört auch die Randzonenbeeinflussung mit den Eigenspannungen, Brandflecken, Schleifrissen und Rattermarken. Auch Spanbildung sowie Korn- und Binderverschleiss gehören zur Verantwortung des Werkstoffflusses.

DEN WISSENSRAUM VERGRÖSSERN Seinen eigenen Wissensraum durch Wissen des Kunden anzureichern ist sicher sinnvoll, wird aber leider oft durch eine Reihe psychologischer und struktureller Barrieren behindert. Daher werden üblicherweise nur die Bedürfnisinformationen des Kunden via Marketing in die Forschungs- und Entwicklungsabteilung des Maschinenherstellers transferiert. Der Schlüssel für eine radikale Verbesserung ist jedoch der Transfer von Kundenwissen. Der Königsweg der Branche führt somit über den After-Sales-Service. Ein innovatives Unternehmen stellt Wissen über den cloud-gestützten After-Sales-Service in Form von Handbüchern, Bedienungsanleitungen, E-Books und Technologierechnern zur Verfügung. In nicht allzu ferner Zukunft kommen noch Schleifsimulatoren hinzu. Der Kunde liefert Wissen, indem er ein Problem geschlossen mit eindeutigen Ist/ Soll-Kriterien definiert und sich im Endnutzerportal in Foren austauscht. Erst die richtige Anwendung von Wissen führt zur Kompetenz. Wenn die richtige Anwendung immer wieder reflektiert wird, entsteht mit der Zeit eine Expertise. Aber wie erreichen wir die geforderte hohe Fertigungskompetenz?

Stufe 1: Erwerb von Wissen Stufe 2: Die Anwendung von Wissen in der virtuellen Fabrik führt zum Können. Stufe 3: Das erfolgreiche physische Schleifen im industriellen Umfeld führt zur Kompetenz.

VERSCHIEDENE ARTEN DES WISSENS Da für uns die Wissensanwendung von zentraler Bedeutung ist, macht die Aufteilung des Schleifwissens in Werkstück-, Werkzeug- und Maschinenwissen Sinn. Das Werkstückwissen umfasst Spanbildung, Randzonenschädigung, Schleiftribologie, Simulation und Überwachung des Prozesses sowie Schleifbarkeit. Das Werkzeugwissen beinhaltet Schleifscheiben, Konditionierung, Korn- und Binderverschleiss; Instandhaltung gehört zum Maschinenwissen. Beim Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden werden die Schneiden durch Hartstoffkörner gebildet, welche irregulär gestaltet und in einer Bindung fixiert sind. Zur Durchführung

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INTELLIGENTE PRODUKTION

PROF. DR. JOSEF REISSNER war von 1976 bis 2004 Leiter des Instituts für Virtuelle Produktion beziehungsweise für Umformtechnik an der ETH Zürich

einer Zerspansimulation braucht es Stoffdaten für Formänderungsgeschwindigkeiten von mehr als 105 s-1, eine thermisch-mechanische Kopplung, eine robuste Netzneugenerierung sowie die Möglichkeit einer erhöhten Netzdichte direkt am wichtigen Bereich vor der Schneide. Eine fast unlösbare Aufgabe ist die Ermittlung von Kontaktdaten. Mit dem Eingriff eines einzelnen Korns lassen sich – abhängig von der Eingriffstiefe, der Schnittgeschwindigkeit und der Lage der Spanfläche des Korns zur Schleifrichtung – die Abtragsmechanismen Mikrospanen-Schälspanen, Mikrospanen-Fliessspanen, Mikropflügen und Mikrofurchen simulieren. Rauigkeit, Schleifrisse und Schleifbrand können nur simuliert werden, wenn gleichzeitig viele Körner eingreifen. Der große Durchbruch bei der Finite-Elemente-Methode im Schleifen steht noch bevor.

PRÄVENTIVE QUALITÄTSSICHERUNG

„INNOVATIONEN ENTSTEHEN DURCH GEISTESBLITZE BEIM DURCHSUCHEN EINES STRUKTURIERTEN WISSENSRAUMES.“ Josef Reissner

In der modernen Produktionstechnik gehört die präventive Qualitätssicherung zu den ambitioniertesten Durchbruchstrategien. Schon Ende der 70er-Jahre forderte der Q-Papst Juran (1904|–| 2008) „Qualität von Anfang an“. Durch verbesserte Qualität auf allen Prozessstufen wurden die Durchlaufzeiten kürzer und die Kosten niedriger. Die letzte Korrektur in Bezug auf Nullfehler muss daher immer beim Echtzeit-Schleifen stattfinden. In der Schleiftechnik werden werkstückseitige Messsysteme verwendet, die ortsfest Messgrößen erfassen. Um die direkte Messung der Prozessgrößen zu ersetzen, nutzt man dabei Messverfahren zur Erkennung indirekter Prozessmerkmale. Bei verschiedenen Anwendungen kommen piezoelektrische Kraftmessplatten zum Einsatz, die im direkten Kraftfluss zwischen Werkstück und Aufspanntisch angeordnet sind. Die nicht so empfindlichen DMS werden für die Kraftmessung weit verbreitet angewendet. Eine Messgröße, die zwar nicht direkt die Schleifkräfte erfasst, den Zustand des Schleifprozesses aber gut repräsentiert, bietet die Körperschallanalyse. Voraussetzung ist allerdings die nahe Anordnung des Sensors. Die Industrie verwendet AE-Signale vorwiegend zur Anschnitterkennung sowie zum Verkürzen der Leerlaufphasen und zum visuellen Abricht- und Schleifprozessmonitoring durch den Maschinenbediener. Zum Teil werden die Anschnitterkennung und die visuelle Prozessüber-

wachung auch über die elektrisch aufgenommene Leistung an der Schleif- oder Werkstückspindel sowie an der Zustellachse ermittelt. Kraftsensoren können diesen Zweck ebenfalls erfüllen. Ein Inprozess-Regelkreis ist hier in den meisten Fällen nicht möglich. Gute Wuchtsysteme können die Restunwucht der Schleifscheibe automatisch auf ein Minimum reduzieren. Enge Durchmesserund Längenmaßtoleranzen werden heute in der Serienfertigung mit Inprozess-Messsteuerungen eingehalten. Zusätzlich versucht man, Informationen werkzeugseitig aus rotierenden (Schleif-)Werkzeugen zu gewinnen. Diese Messgrößenerfassung ist besonders anspruchsvoll, da die Prozess-Messgrößen in unmittelbarer Umgebung der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück zu bestimmen sind. Dadurch wird die Sensorik zu einem Teil des verschleißenden Werkzeugs. Mit den in die „sensible Schleifscheibe“ integrierten Sensoren können zentrale Parameter wie Kraftund Temperaturverteilung auf der Schleifscheibe direkt am Prozess erfasst werden. Durch Kombination der örtlich gemessenen Werte für Kraft und Temperatur lassen sich Rückschlüsse auf den Zustand der Schleifscheibe (etwa aktuelle Geometrie) ermitteln.

DIE NULLFEHLERSCHLEIFMASCHINE Aber auch die Ausfallzeiten müssen minimal sein. Das ist nur mit einer zustandsorientierten Werkzeug- und Maschineninstandhaltung möglich. Potenzielle Fehlerquellen sind frühzeitig ausfindig zu machen und anstehende Wartungsarbeiten passend in den Produktionszyklus zu integrieren. Die Schwingungsüberwachung ist die sicherste Methode zur Früherkennung mechanischer Schäden an der Maschine. Dabei besteht die Möglichkeit, selbstlernende Algorithmen zu verwenden. Für die Nullfehlerschleifmaschine benötigt man zuerst die in der Maschine messbaren Geometrie- und Stoffparameter der Rohteile zur Prozesssimulation. Im zweiten Schritt wird durch eine adaptive Prozessregelung die Nullfehlerqualität erreicht. Dies geschieht mittels Inprozess-Messung der fremd- und selbsterregten Schwingungen, der geometrischen Formfehler wie Rundheit am drehenden Werkstück sowie des Schleifscheibenzustands durch Prozesstemperaturmessung und/oder Prozesskräftemessung. Motion 01. 2014

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GRINDING SYMPOSIUM

22. MAI 2014, 09:30 UHR

FLORIAN HEITMÜLLER

SCHNELLHUBSCHLEIFEN VON HOCHLEISTUNGSKERAMIKEN SHORT SUMMARY

Mittels Schnellhubverfahren kann die Effizienz des Schleifprozesses keramischer Komponenten signifikant gesteigert werden. Durch die erhöhten Vorschubgeschwindigkeiten lassen sich die Bearbeitungskräfte signifikant reduzieren. Erhöhte Scheibenumfangsgeschwindigkeiten führen|zu|besseren|Oberflächengüten.

FÜR DIE WIRTSCHAFTLICHE HERSTELLUNG KERAMISCHER FUNKTIONS- UND PRÄZISIONSBAUTEILE ist der Einsatz

hochleistungsfähiger, aber kostenintensiver Diamantschleifscheiben zwingend erforderlich. Bei der Wahl der Prozess-Stellgrößen wie Zustellung, Vorschub- und Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit greifen Anwender meist auf eher konservative Werte zurück, die in der Folge niedrige Zeitspanungsvolumina und damit geringe Produktivität bedingen. Gründe dafür sind einerseits die bei Überbeanspruchung zum Sprödbruch neigenden Materialeigenschaften der Keramik und die im Vergleich zu konventionellen oder CBNSchleifscheiben zeitintensiven Konditionierprozesse der eingesetzten Diamantschleifscheiben. Daraus resultiert auch die Zurückhaltung vieler Schleiftechnologen, erhöhte Zeitspanungsvolumina bei gleichzeitig erhöhtem Werkzeugverschleiß zu akzeptieren, da nachgelagerte Abrichtprozesse die hauptzeitbezogenen Produktivitätssteigerungen häufig überkompensieren. Darüber hinaus weisen Schleifprozesse mit Diamantschleifscheiben durch die auftretenden Verschleißmechanismen ein gesteigertes Risiko für instationäres Prozessverhalten auf. Das heißt, die metallisch oder kunstharzgebundenen Werkzeuge müssen meist in festen Intervallen geschärft werden, um ausreichend Kornüberstand aufzuweisen, was wiederum Zeitaufwand und Kosten verursacht.

BEISPIEL: SCHNELLHUBSCHLEIFEN Als Alternative können keramische Bindungen eingesetzt werden, die sich einfacher abrichten lassen, allerdings aufgrund der geringeren Kornhaltekräfte und spröden Brucheigenschaften deutlich schneller verschleißen. Trotz kontinuierlicher Weiterentwicklungen der Schleifwerkzeuge, -verfahren und Konditionierprozesse trägt der Schleifprozess innerhalb der Wertschöpfungskette zur Herstellung keramischer Funktions- und Präzisionsbauteile stark zur Preisbildung bei, wodurch sich mögliche Einsatzgebiete oftmals aus wirtschaftlichen Gründen für große Stückzahlen nicht erschließen lassen. Am Beispiel des Schnellhubschleifens kann gezeigt werden, welche Möglichkeiten bestehen, 36

sowohl hochproduktiv als auch prozesssicher keramische Komponenten unter Einsatz geeigneter Prozess-Stellgrößen zu bearbeiten.

DEMONSTRATORBAUTEIL AUS SILIZIUMNITRID Zur Darstellung der Potenziale des Schnellhubprofilschleifens wurde am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der Technischen Universität Berlin ein Demonstratorbauteil aus Siliziumnitrid in kürzester Zeit ohne Unterbrechung und messbaren Verschleiß bei absolut konstantem Prozessverlauf geschliffen. Vor dem Hintergrund der einstellbaren Abtrennbedingungen ergeben sich Fragestellungen nach:

den sinnvollen Prozess-Stellgrößen für eine prozesssichere Hochleistungsbearbeitung, der wirtschaftlichen Konditionierung, der Einsatzmöglichkeit hochkonzentrierter Schleifscheiben, der Oberflächenausprägung der geschliffenen Randzonen und nach möglichen Potenzialen durch erhöhte Schnittgeschwindigkeiten und gedämpfte Trägerkörper. Am IWF konnte in technologischen Untersuchungen zur Ermittlung der grundlegenden Abtrennund Verschleißmechanismen festgestellt werden, dass zur wirtschaftli chen Bearbeitung eine Grenzspanungsdicke prozessseitig nicht überschritten werden sollte, da sonst – wie bei konventionellen keramisch gebundenen Schleifmitteln – überproportionaler Verschleiß durch kaskadenartigen Kornausbruch auftreten kann. Dieses Verschleißverhalten konnte bei maximalen Vorschubgeschwindigkeiten vw = 180 m/min beobachtet werden. Für die wirtschaftliche Bearbeitung bieten sich hingegen mittlere Vorschubgeschwindigkeiten um vw = 100 m/min bei erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten von vs = 120 m/s an. Innerhalb dieser Bereiche sind zum einen die positiven Einflüsse erhöhter Vorschubgeschwindigkeiten in

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FLACH- UND PROFILSCHLEIFEN

Form von reduzierten Bearbeitungskräften bei gleichzeitig unterkritischem Verschleißverhalten nutzbar. Dabei sind G-Verhältnisse von weit über 1000 mm³/mm³ möglich. Zum anderen führen die erhöhten Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeiten aufgrund der höheren kinematischen Schneidenzahl über den gesamten Zerspanprozess zu deutlich besseren Oberflächengüten im mittleren Vorschubbereich vw = 105 m/min bei gleichzeitig erhöhtem Zeitspanungsvolumen. In den durchgeführten Untersuchungen konnte die Belastungsgrenze der eingesetzten Schleifscheibe mit einer Konzentration von C100 bei einem bezogenen Zeitspanungsvolumen Q’w = 90 mm³/mms ab einer Werkstückgeschwindigkeit vw = 138 m/ min festgestellt werden. FLORIAN HEITMÜLLER arbeitet als Oberingenieur am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der Technischen Universität Berlin

„SCHNELLHUBSCHLEIFEN BIETET DIE MÖGLICHKEIT, PRODUKTIV UND PROZESSSICHER KERAMISCHE KOMPONENTEN ZU BEARBEITEN.“ Florian Heitmüller

DOSIERTE VORSCHUBGESCHWINDIGKEIT Aus wirtschaftlicher Perspektive scheint es sinnvoll, nicht unbedingt die an der Werkzeugmaschine maximal verfügbaren Vorschubgeschwindigkeiten auszunutzen. Die berechnete Einzelhubdauer ts, zusammengesetzt aus Tischbeschleunigung, konstanter Vorschubgeschwindigkeit beim Überschliff und Abbremsen, fällt zunächst mit steigender Vorschubgeschwindigkeit ab, da der Anteil konstanter Vorschubgeschwindigkeit beim Schleifen am Gesamthubweg noch groß ist. Mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit nehmen allerdings die benötigten Anteile der Beschleunigungsphasen deutlich zu und überkompensieren den Nutzen im Schleifbereich. Zugrunde gelegt wurde hier die real bei den Schleiftests vorliegende Beschleunigung des Maschinensystems aw ≈ 25 m/s². Wird diese Zeit bei der Berechnung des bezogenen Zeitspanungsvolumens berücksichtigt, wird deutlich, dass dieses mit steigender Vorschubgeschwindigkeit nur degressiv zunimmt. Werden zudem Parameterkombinationen aus Zustellung und Werkstückgeschwindigkeit mit konstantem bezogenen Zeitspanungsvolumen betrachtet, führt die Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit sogar zu einer merklichen Verringerung des realen Zeitspanungsvolumens. Dadurch wird deutlich, dass der wirtschaftliche Nutzen besonders bei hohen Zeitspanungsvolumina vorliegt, das Schnellhub-

schleifen demnach eher zum Schruppen geeignet ist. Vor dem Hintergrund bewusst veränderter Abtrennmechanismen durch deutlich gesteigerte Vorschub- und Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeiten im Vergleich zu üblicherweise vielfach eingesetzten Prozessparametern für die Fertigung keramischer Bauteile muss geklärt werden, inwiefern durch das Schnellhubverfahren möglicherweise eine Randzonenschädigung in die Werkstücke eingebracht wurde. Hierzu wurde am IWF analysiert, ob es durch die mit steigender Vorschubgeschwindigkeit zunehmend spröde Spanbildung zu erhöhter Risseinbringung und somit zu steigender Schädigungstiefe am Werkstück kommen kann. Mithilfe von Querschliffen wurde ein qualitativer Überblick über Schädigungen gewonnen. Eine Tendenz hinsichtlich einer Abhängigkeit zur Vorschubgeschwindigkeit oder zum Zeitspanungsvolumen konnte nicht festgestellt werden. Die gefundenen Risse zeigten ausschließlich laterale Formen parallel zur Oberfläche verlaufend, die aus mechanischer Sicht als unkritisch einzustufen sind. Kritische transversal verlaufende Risse wurden nicht gefunden. Auch bei einem maximalen bezogenen Zeitspanungsvolumen von Q’w = 90 mm³/mms konnte keine signifikante Schädigung der Randzone im Vergleich zu tief-, konventionell pendelgeschliffenen oder polierten Oberflächen nachgewiesen werden. Einschränkend ist hinzuzufügen, dass die beschriebene Analysemethode nur lokal angewendet werden kann und somit nicht generell Schädigungsrisse ausgeschlossen werden können. Weitere messtechnische Untersuchungen wie Eigenspannungsanalysen sind für die Zukunft geplant.

KOMPLEXITÄT KANN REDUZIERT WERDEN Unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Abrichtprozess, Abrichtwerkzeug und Prozessparametern lassen sich stationäre Prozesse mit G-Verhältnissen weit über 1000 mm³/mm³ erreichen. Die Weiterentwicklung von Bindungen und Abrichtwerkzeugen führt dazu, dass die hohe Komplexität beim Abrichten mit verschiedenen Strategien und Werkzeugen auf verfügbare CNC-Programme mit einem Abrichtwerkzeug reduziert werden kann.

Profilschliff von GPSN ohne Abrichtunterbrechungen (aus dem Vollmaterial 100 x 100 x 6 mm3)

αy=45°

5 mm rp = 0,4 mm

4 mm

Am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der Technischen Universität Berlin wird ein Demonstratorbauteil aus Siliziumnitrid geschliffen

Schleifscheibe: D46, C100, ker. Bindung

Prozessparameter: ae vs vw Vw

= 10 μm = 120 m/s = 105 m/min = 29 208 mm3

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GRINDING SYMPOSIUM

22. MAI 2014, 10:15 UHR

PETER OPPELT

RAZORTEC® – WIRTSCHAFTLICHE SCHLEIFTECHNOLOGIE MIT EFFEKTIVER SCHLEIFSCHEIBENREINIGUNG SHORT SUMMARY

Effektive Schleifscheibenabrichtung kann Schleifleistungen zu Höchstleistungen optimieren. Das RazorTec®-Verfahren garantiert einen exakten Schliff ohne Randzonenschädigung. Es reduziert dabei den Schleifscheibenverbrauch um bis zu 30 Prozent. Durch kontinuierliche Scheibenreinigung kann der Schleifscheibenverschleiß deutlich reduziert werden.

DIE SCHLEIFSCHEIBENREINIGUNG, auch Ausspülung

oder Jet-Cleaning genannt, ist prinzipiell schon seit etwa 40 Jahren bekannt. Insbesondere bei langspanenden und schwer zerspanbaren Werkstoffen war und ist sie eine Hilfe zur Prozessoptimierung. Durch die Entwicklung des CD-Prozesses (CD: continuous dressing = kontinuierliches Abrichten) wurde die Schleifscheibenreinigung zunächst überflüssig, da hierbei ausreichend kontinuierlich abgerichtet wird. Für eine weitere Steigerung der Zeitspanvolumina bei CD-Prozessen oder bei Prozessen ohne kontinuierliches Abrichten gewinnt die Schleifscheibenreinigung jedoch wieder erheblich an Bedeutung. Zu solchen Hochleistungsprozessen zählen beim Plan- und Profilschleifen das Tiefschleifen mit Intervall- oder kontinuierlichem Abrichten sowie das Schnellhub-Pendelschleifen. Durch effektive Scheibenreinigung lassen sich heute zum Beispiel bei Nickelbasislegierungen bezogene Zeitspanvolumina bis zu 200 mm³/mm∙s erreichen. Die eingesetzten Parameter und Einstellgrößen bei der Verwendung einer Schleifscheibenreinigung zum Ausspülen der Schleifscheibenporen mit Kühlschmierstoff sind über einen sehr langen Zeitraum nicht infrage gestellt worden.

WISSENSCHAFTLICHE FORSCHUNGSARBEIT Am Institut für Werkstofftechnik IWT in Bremen und bei der Blohm Jung GmbH in Hamburg wurden in den letzten Jahren umfangreiche Untersuchungen zur Optimierung von Prozessen mit Schleifscheibenreinigung durchgeführt. Die untersuchten Einflussgrößen waren im Einzelnen:

Strahlgeschwindigkeit Staudruck/Düsenabstand Aufpralldruck/Düsenabstand Schleifkräfte mit und ohne Reinigung Scheibenverschleiß mit und ohne Reinigung Düsenwinkel Druck an der Düse Ein weiterer Fokus bei den Untersuchungen lag auf dem Vergleich verschiedener Düsenausführun38

gen hinsichtlich ihrer Reinigungswirkung. Interessanterweise hat eine Rotordüse, wie sie auch bei Hochdruckreinigern als sogenannte „Dreckfräse“ verwendet wird, deutlich schlechtere Ergebnisse erzielt als eine Flach- oder Flachstrahldüse.

HOHE REINIGUNGSWIRKUNG Für die Untersuchung des Aufpralldrucks wurden spezielle Druckmessfolien verwendet, in denen abhängig vom Aufpralldruck kleine Farbkugeln zerplatzen und eine Färbung der Folie hervorrufen. Die Farbintensität dient hierbei als direktes Maß für die Höhe des Aufpralldrucks. Schleifversuche bewiesen die hohe Bedeutung dieses Parameters: je höher der Aufpralldruck, desto besser die Reinigungswirkung an der Schleifscheibe. Der Staudruck hingegen, der direkt vor der Düse am größten war, ist für die Reinigungswirkung von untergeordneter Bedeutung. Bei direkten Vergleichen von Schleifoperationen mit und ohne Scheibenreinigung erzielt man mit Reinigungsdüsen deutlich niedrigere Schleifkräfte, einen geringeren Schleifscheibenverschleiß und ein höheres umsetzbares bezogenes Zeitspanvolumen ohne Randzonenschädigung. Hinsichtlich der Bewertung unterschiedlicher Reinigungsdüsenausführungen und Reinigungsdrücke zeigt sich deutlich, dass nicht eine große Kühlschmierstoffmenge und ein hoher Druck, sondern eine gezielt dosierte Zuführung die besten Ergebnisse liefert. Auch der Abstand der Reinigungsdüse zur Schleifscheibe, der früher möglichst klein gehalten wurde, ist ein wichtiger Parameter. Die sinnvollen Abstände in Verbindung mit einer optimalen Düse liegen im Bereich zwischen 30 und 80 Millimeter zur Schleifscheibe. Um den technologischen Nutzen möglichst breiten Anwendungsbereichen zur Verfügung zu stellen, wurde bei der Blohm Jung GmbH eine neue automatische Kühlmitteldüsennachführung entwickelt, die auch die einfache Adaption einer effektiven Reinigungsdüse ermöglicht. Hierbei wurde das in der PROKOS bewährte Prinzip eines Parallelogramm-Gestänges weiter ausgebaut. Damit werden die Düsen bei kleinerer Schleifscheibe

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FLACH- UND PROFILSCHLEIFEN

nicht nur an den Schleifscheibenradius angepasst, sondern auch etwas dichter an die Kontaktzone geführt, was für den wandernden Eingriffspunkt beim Gleichlaufschleifen wichtig ist. PETER OPPELT Der studierte Werkzeugmaschinen- und Fertigungstechniker ist Leiter Verkauf Europa der Blohm Jung GmbH

„BEI CD-PROZESSEN ODER BEI PROZESSEN OHNE KONTINUIERLICHES ABRICHTEN KOMMT DER SCHLEIFSCHEIBENREINIGUNG EINE ERHEBLICHE BEDEUTUNG ZU.“

TECHNOLOGISCHE RAHMENBEDINGUNGEN Optional können die Düsen mittels eines Drehstrom- oder eines Servomotors angetrieben werden. Der Servomotor ermöglicht auch die Ansteuerung der Düsen im Bahnschleifbetrieb. Zusätzlich gibt es die Option, die Düsen in Z-Richtung, also in Richtung der Schleifspindelachse, automatisch zu verfahren. Das ermöglicht beim Einsatz von Satzschleifscheiben, die nacheinander eingesetzt werden, das Positionieren der Düsen individuell zur jeweiligen Schleifposition und spart etwa 50 Prozent Kühlmitteldurchsatz. Diese Düsennachführung wird heute optional bei allen PLANOMAT- und PROFIMAT-Maschinen mit großem Erfolg eingesetzt. Ohne eine weitere Optimierung der Schleifscheibenspezifikationen wäre die mögliche Steigerung der Zerspanrate nicht so hoch ausgefallen. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in einer sehr sauberen und sehr scharfen Schleifscheibe für den Schruppprozess. Das Schleifkorn muss nach dem Abrichten eine hohe Schärfe aufweisen, die in Verbindung mit der Scheibenreinigung möglichst

lange erhalten bleibt. Das macht bei vielen Prozessen das kontinuierliche Abrichten überflüssig. Für prozessparalleles Abrichten bietet sich jetzt der IPD- Prozess an (interval plunge dressing). Bei den Prozessen mit separatem Abrichten zwischen den Schleifzyklen ist das SchnellhubPendelschleifen besonders hervorzuheben. Hierbei wird prozessbedingt der Wärmeeintrag in das Werkstück durch die hohe Vorschubgeschwindigkeit von circa 120 m/min minimiert. In Verbindung mit einer effektiven Scheibenreinigung wurden damit die eingangs schon erwähnten Q’w-Werte bis zu 200 mm³/mm∙s bei Nickelbasislegierungen an realen Bauteilen und nicht nur an Testmaterialblöcken erreicht.

KEINE RANDZONENWIRKUNG In Verbindung mit einer effektiven Schleifscheibenreinigung können Schleifprozesse mit konventionellen Schleifmitteln (Korund, Siliziumkarbid) zu Höchstleistungen optimiert werden, die bisher nur den hochharten Schleifmitteln vorbehalten waren. Dabei verbindet RazorTec® eine sehr scharf abgerichtete Schleifscheibe, die im Prozess sauber bleibt, mit einem kühlen Schliff ohne Randzonenschädigung bei zusätzlich geringstem Schleifscheibenverbrauch.

Aufgabenstellung des Forschungsvorhabens am IWT in Bremen: sichere, leistungsfähige Schleifprozesse durch eine effiziente Schleifscheibenreinigung von Zusetzungen

Peter Oppelt

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GRINDING SYMPOSIUM

22. MAI 2014, 11:00 UHR

UDO MERTENS

TRENDS IN DER SCHLEIFWERKZEUGENTWICKLUNG SHORT SUMMARY

Mit porösen metallischen und keramischen Hochleistungsbindungen für Diamant- und CBN-Schleifwerkzeuge kann individuell auf Kundenwünsche reagiert werden. Metallische Bindungen entwickeln geringe Schleifkräfte und sind leicht abzurichten. Keramisch gebundene Bindungssysteme bieten enorme Vorteile hinsichtlich geringer Nebenzeiten. Weitere Potenziale eröffnen sich durch die Verwendung eines Trägerkörpers aus CFK oder den Einsatz einer Formrolle mit unterbrochenem Belag.

SCHLEIFEN HAT ALS ENDBEARBEITUNGSVERFAHREN in den

letzten 25 bis 30 Jahren einen bemerkenswerten Wandel vollzogen. Noch in den 80er-Jahren des letzten Jahrtausends wurde Schleifen fast ausschließlich dort angewendet, wo die geforderten Arbeitsgenauigkeiten durch andere Fertigungsverfahren in wirtschaftlich vertretbarem Umfang nicht mehr erreicht werden konnten. Aufgrund sich permanent ändernder Konstellationen im Rahmen einer fortschreitenden Globalisierung mit Aspekten wie knapper werdenden Rohstoffen und einem veränderten Umweltbewusstsein ergaben sich fast zwangsläufig veränderte Forderungen des Marktes. Der Druck, beständig effizienter und kostengünstiger zu fertigen, setzte eine Entwicklung in Gang, die zu verbesserten Maschinenkonzepten sowie schnelleren Steuerungs- und Messsystemen führte.

TREND ZU HOCHLEISTUNGSSCHLEIFMITTELN Insbesondere der rasant wachsende Trend hin zum Einsatz der Hochleistungsschleifmittel CBN und Diamant war entscheidend für diese Entwicklung. Als Folge mussten anwendungstechnisch adaptierte Kühlsysteme und leistungsfähigere Kühlschmiermitteln mit deutlich verbesserten Kühl- und Schmiereignungen zur Verfügung gestellt werden. Letztlich bekamen Härte und Zerspanbarkeit des Werkstückstoffes einen stetig geringer werdenden Einfluss auf die Zerspanbarkeitsgrenze. Beschleunigt wurde diese Entwicklung zudem durch das Schleifen mit immer höheren Schnittgeschwindigkeiten. Letztlich war es möglich, nun auch gehärtete sowie schwer zu zerspanende Werkstoffe mit hohen Zeitspanvolumina durch Schleifen zu bearbeiten. Ein Abtrag, der bis dato durch Zerspanung mit geometrisch definierter Schneide im nicht gehärteten, gut spanbaren Zustand durchgeführt wurde. Bei Schleifwerkzeugen standen in der Vergangenheit immer wieder Forderungen nach Steigerungen der Zerspanleistung und Bauteilqualität im Vordergrund. Diese Forderungen sind im Laufe der letzten Jahre nicht ersetzt, wohl aber ergänzt

worden. Heute stehen insbesondere Werkzeuge mit gesteigerten Standmengen sowie geringeren Nebenzeiten im Fokus, sei es beim Rüsten der Werkzeuge wie auch beim Abrichten. Derartige Forderungen können nur bei einer ganzheitlichen Betrachtung des Systems „Schleifwerkzeug“ erfüllt werden.

OPTIMALES SCHLEIFWERKZEUG Je nach schleiftechnischer Anwendung gilt es jeweils das optimale Schleifwerkzeug zu spezifizieren. CBN- und Diamantwerkzeuge sind aufgebaut aus einem relativ dünnwandigen Schleifbelag, der auf einem Trägerkörper aufgebracht ist. Beim Schleifen im Hochgeschwindigkeitsbereich mit Schnittgeschwindigkeiten von derzeit bis zu 200 m/s gilt Stahl nach wie vor als StandardWerkstoff für die zu verwendenden Trägerkörper. Gerade beim Kurbelwellenschleifen mit immer größeren Werkzeugdurchmessern von 1000 Millimetern und mehr stellt das damit verbundene höhere Gewicht der Werkzeuge für das Schleifspindelsystem wie auch für die Handhabung eine ungleich höhere Herausforderung dar. Ein für Trägerkörper alternativer Werkstoff sind kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK), die eine Reihe interessanter Eigenschaften aufweisen.

HOCHPORÖSE METALLISCHE BINDUNG In der Werkzeugindustrie war es noch vor wenigen Jahren ohne Weiteres möglich, mit einer einzigen Schleifscheibenspezifikation eine Vielzahl etwa von Hartmetallen zu bearbeiten. Dies ist aufgrund der Entwicklung ständig neuer Qualitäten kaum mehr möglich. Werkzeuge mit einer extremen Spezialisierung hinsichtlich des zu zerspanenden Werkstückstoffes gelten heute als Standard. Zusätzlich werden vermehrt Forderungen nach Schleifwerkzeugen laut, die nicht nur geringere Schleifkräfte aufweisen, sondern die vor allem auch extrem leicht abzurichten sind. Diese Forderungen zu erfüllen und dabei gleichzeitig eine hohe einstellbare Porosität aufzuweisen – das sind die Forderungen an ein solches modernes Schleifwerkzeug.

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FLACH- UND PROFILSCHLEIFEN

UDO MERTENS seit 1989 im Hause SaintGobain Diamantwerkzeuge GmbH & Co. KG tätig. Er verantwortet den Bereich Produktmanagement und Produktentwicklung für keramisch gebundene CBN- und Diamantwerkzeuge für Europa

KERAMISCHE HOCHLEISTUNGSBINDUNG Keramisch gebundene Bindungssysteme haben insbesondere hinsichtlich geringer Nebenzeiten enorme Vorteile. Werkzeuge mit diesem Bindungssystem lassen sich sehr gut abrichten; eine Eigenschaft, die sie für automatisierte Prozesse prädestiniert. Forderungen nach Steigerungen von Leistungsmerkmalen wie einem höheren bezogenen Zeitspanvolumen einerseits, aber auch hinsichtlich deutlich mehr geschliffener Komponenten je Abrichtzyklus andererseits sind permanente Ansprüche des Marktes.

CNC-GESTEUERTE FORMROLLEN

„NOTWENDIG IST DIE GESAMTHEITLICHE BETRACHTUNG DES SYSTEMS SCHLEIFWERKZEUG.“

In einer flexibel gehaltenen Fertigung gilt für moderne Abrichtwerkzeuge vor allem eines: Sie müssen universell einsetzbar sein. Prädestiniert hierfür sind insbesondere CNC-gesteuerte Formrollen. Moderne Versionen weisen einen geschlossenen, senkrecht zur Rotationsachse mehrschichtig und in Richtung der Drehachse einschichtig angeord-

neten Belag auf. Eine interessante Variante stellt die Ausführung einer Formrolle mit unterbrochenem Belag dar. Durch eine derartige Ausführung wird bei ansonsten konstant gehaltenen Abrichtparametern eine höhere Wirkrautiefe der Schleifscheibe erzielt, woraus verminderte Schleifkräfte resultieren. Als Nebeneffekt wird dabei auch die Profilgenauigkeit erhöht.

AUF KUNDENWÜNSCHE REAGIEREN Mit der breiten Palette der nunmehr zur Verfügung stehenden porösen metallischen und keramischen Hochleistungsbindungen für Diamant- und CBN-Schleifwerkzeuge kann individuell auf den jeweiligen Kundenwunsch reagiert werden. Ob Klein- oder Großserie, das Einsparungspotenzial bei diesen Werkzeugen ist enorm und steigt mit zunehmender Anpassung. Durch die Verwendung eines Trägerkörpers aus CFK oder den Einsatz einer Formrolle mit unterbrochenem Belag eröffnen sich weitere Potenziale.

Schleifscheibe aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit CBN-Belag

Udo Mertens

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GRINDING SYMPOSIUM

DR. HOLGER PÄTZOLD, DR. ERDMANN KNÖSEL

22. MAI 2014, 11:45 UHR

PRODUKTIVITÄTSSTEIGERUNG DURCH AUSLEGUNG VON SCHLEIFWERKZEUGEN SHORT SUMMARY

Schleifwerkzeuge mit der kleinsten Energieumsetzung pro abgeschliffenem Werkstückvolumen haben den höchsten technologischen Gebrauchswert.

ES IST EIN ALLGEMEINES ANLIEGEN, durch günstige

Auslegung von Schleifwerkzeugen und Anwendung optimaler Schnittparameter bei Schleifprozessen die Produktivität bei Einhaltung der Werkstückqualitätskriterien wesentlich zu steigern oder diese gleichzeitig auch noch zu erhöhen. An einem Beispiel aus der industriellen Praxis soll gezeigt werden, wie durch Nutzung des Erfahrungsschatzes eines Schleifscheibenherstellers die Qualität der Schleifwerkzeuge gezielt erhöht werden kann.

PROBLEMSTELLUNG Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen einem optimal geführten Schleifprozess und dessen spezifischem Schleifenergieminimum. Eine Neuauslegung der Schleifscheibenspezifikation kann Produktivitätserhöhungen ermöglichen.

Durchzuführen war eine schleiftechnisch gleichzeitige Bearbeitung zweier vorgefräster Außenflächen in einem Zyklus. Der Prozess ist so zu führen, dass die bereits gefertigte Zentralbohrung sowie die beiden Außenflächen keinerlei thermische Schädigungen aufweisen und keine Maßabweichungen auftreten. Das Ziel war die Steigerung der Produktivität auf mehr als das Doppelte. Zur Realisierung der geforderten Bearbeitung beider Außenflächen in einem Zyklus wurden zwei Schleifscheiben auf einer Achse angeordnet. Es wird das Verfahren Umfangsstirnschleifen im Gleichlauf angewendet. Die Zustellung der Schnitttiefe ap erfolgt in axialer Richtung.

THEORETISCHE GRUNDLAGEN Bei der technologischen Gütebewertung eines Schleifprozesses für alle Umfangsschleifverfahren wird nach 1), 3) und 4) (siehe Literaturhinweise) von dem Grundansatz ausgegangen, dass ein Schleifprozess eine umso höhere Güte aufweist, je geringer der Energieumsatz pro abgeschliffenem Werkstückvolumen ist. Es ist zu erwarten, dass bei Verringerung des Energieumsatzes auch thermische Oberflächenschädigungen reduziert werden. Diese Betrachtungsweise setzt die Messung der leistungsbezogenen Schnittkraft voraus. Mit dem Bezug der umgesetzten Energie auf das abgeschliffene Werkstückvolumen erhält man die mittlere spezifische Schleifenergie pro gespantem Volumen als eine Gütebewertungsgröße. Der Versuchsaufbau beinhaltet eine 3-D-Kraftmesstechnik am Werkstück mit entsprechender 42

Auswerteelektronik. Die Störeinflüsse auf die Kräfte durch den starken Kühlschmierstoffstrahl wurden nach vorheriger Messung rechentechnisch eliminiert.

SERIENSCHLEIFSCHEIBE ALS REFERENZWERKZEUG Es wurde versucht, durch technische Veränderungen bei Einhaltung der folgenden Restriktionen die Produktivität zu steigern:

Oberflächenrauheit Formtoleranzen Lagetoleranzen keine Randzonenschädigung keine Kreisformabweichung der bereits bearbeiteten Zentralbohrung Ohne Erfolg blieben:

eine Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit zum schnelleren Wandern der Wärmquelle, ein vergrößerter Nebenfreiwinkel von bisher zwei Grad auf fünf Grad, eine Optimierung des mittels einer angetriebenen Diamantrolle realisierten Konditionierens durch nachträgliches Schärfen und eine Verbesserung der Kühlschmierbedingungen. Als einziger Weg, das Ziel der Produktivitätserhöhung zu erreichen, bleibt im Folgenden nur noch der Weg einer Neuauslegung der Schleifscheibenspezifikation. Mit der Serienschleifscheibe als Referenzwerkzeug wurde ein spezifisches Grenzzeitspanungsvolumen von 63,3 mm³/mms nachgewiesen.

NEUE AUSLEGUNG VON SCHLEIFSCHEIBENSPEZIFIKATIONEN Bekannterweise ergeben sich zur Veränderung der Schleifscheibenspezifikation die Variationen am Korn, an der Bindung und am Gefüge. Bei beiden neuen Schleifscheiben, die als Probescheiben

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FLACH- UND PROFILSCHLEIFEN

bezeichnet werden, wurde ein größeres CBNKorn verwendet; der Porenraum wurde um circa zehn Prozent erhöht und der Bindungsanteil um etwa fünf Prozent gesteigert. Beide Probescheiben wurden mit einer keramischen Bindung ausgelegt. Die Probeschleifscheibe 1 erhielt eine glasig wirkende Bindung und die Probeschleifscheibe 2 eine eher elastisch wirkende Bindung.

SPEZIFISCHE SCHLEIFENERGIE

ist Director Technology im Unternehmensbereich Motorsysteme der Schaeffler Technologies in Herzogenaurach

„FÜR DEN ANWENDER IST ES WICHTIG ZU WISSEN, IN WELCHEM SCHNITTPARAMETERBEREICH EINE SCHLEIFSCHEIBE IHRE OPTIMALEN TECHNOLOGISCHEN GEBRAUCHSWERTE ENTFALTET.“ Holger Pätzold

ZUSAMMENFASSUNG Ein an der TU Dresden entwickeltes Verfahren zur technologischen Gebrauchswertermittlung von Schleifwerkzeugen für alle Umfangsschleifverfahren mittels der spezifischen Schleifenergie wurde erprobt. Damit wurde der direkte Zusammenhang zwischen einem optimal geführten Schleifprozess und dessen spezifischem Schleifenergieminimum an einem Beispiel nachgewiesen. Die technologischen Möglichkeiten ließen ausschließlich die Neuauslegung der Schleifscheiben zu. Mit einer der untersuchten Schleifscheiben konnte die Produktivität auf das 2,5-Fache gesteigert werden, was mit dem gewählten Kriterium spezifische Schleifenergie korreliert. Ein Schleifwerkzeug mit der kleinsten Energieumsetzung pro abgeschliffenem Werkstückvolumen hat den höchsten technologischen Gebrauchswert.

140 000 Serienschleifscheibe Ws / cm3 maximale spezifische Schleifenergie ecmax

DR. HOLGER PÄTZOLD

Die Abbildung zeigt deutliche Unterschiede in der spezifischen Schleifenergieumsetzung. Jede Schleifscheibe hat, wie nach 1), 3) und 4) zu erwarten, ein anderes spezifisches Schleifenergieminimum. Damit wird deutlich, wie wichtig es für den Anwender ist zu wissen, in welchem Schnittparameterbereich eine Schleifscheibe ihre optimalen technologischen Gebrauchswerte entfaltet. Die Serienschleifscheibe hat ihr spezifisches Schleifenergieminimum von 11 000 Ws/cm³ bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 Prozent und war damit optimal eingesetzt. Abweichend verhält sich Probescheibe 2, wo das angezeigte spezifische Schleifenergieminimum 10 000 Ws/cm³ bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 250 Prozent zu liegen kommt und damit ein Zeitspanungsvolumen 137 mm³/mms erreicht wird. Beachtlich dabei ist aber auch, dass vermutlich Probescheibe 2 ihr eigentliches spezifisches Schleifenergieminimum erst bei einer – nicht ausgewiesenen – weiteren Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit erreicht.

Der Favorit ist Probescheibe 1 mit einem spezifischen Schleifenergieminimum von 8000 Ws/cm³ bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 250 Prozent und einem Zeitspanungsvolumen 157 mm³/ mms. Damit steigt die Produktivität um das 2,5-Fache. Außerordentlich bedeutsam ist bei diesen Betrachtungen die Tatsache, dass auch bei der beachtlich gesteigerten Produktivität die Bauteilqualität gewährleistet wird. Oder anders ausgedrückt: Nur eine spezifische Schleifenergie von circa 8000 Ws/cm³ liefert im vorliegenden Fall qualitativ hochwertige Bauteile.

Probescheibe 1 Probescheibe 2

100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 0

100

relative Vorschubgeschwindigkeit vf

250

Verlauf der maximalen spezifischen Schleifenergie

Literatur: 1) Künanz, K.; Knösel, E.; Franke, A. Diagnose zur Bewertung des Leistungsvermögens von Schleifwerkzeugen. Industrie Diamanten Rundschau 32, Nr. 3, 1998 2.) Werner, G. Schleifscheibenspezifikation und Werkstückstoff als bestimmende Merkmale für anwendbare Schnittgeschwindigkeiten und Zeitspanvolumina. Jahrbuch „Schleifen, Honen, Läppen und Polieren“, Vulkan Verlag Essen, 1979 3) Knösel, E. Der Schleifdruck als bestimmende Größe für Oberflächendefekte an Hochleistungskeramik. Jahrbuch „Schleifen, Honen, Läppen und Polieren“, Vulkan Verlag Essen, 1993 4) Künanz, K.; Knösel, E.; Nikodemus, J. Gütebewertung der Schleifscheiben und des Schleifprozesses mittels der Konstanten einer modifizierten Kraftgleichung. Jahrbuch „Schleifen, Honen, Läppen und Polieren“, Vulkan Verlag Essen, 1997 5) Knösel, E. Arbeitsbericht zum Projekt „Verfahrensgestaltung Flächenschleifen an der Innentasse F-346 101.32-0061“ für die Stufe I und II im Auftrag der INA SCHAEFFLER KG. TU Dresden 16.12.2005

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05.05.14 11:48

GRINDING SYMPOSIUM

22. MAI 2014, 14:00 UHR

PROF. DR. EKKARD BRINKSMEIER

LEISTUNGSTEIGERUNG BEIM AUSSENRUNDSCHLEIFEN SHORT SUMMARY

Die Verbesserung der Produktivität kann durch eine Verringerung des Schleifleistungsbedarfs sowie durch eine Verbesserung des Wärmehaushaltes in der Kontaktzone erreicht werden. Weitere Möglichkeiten zur Steigerung der Prozessleistung bieten sich im Einbau eines selbstoptimierenden Kühlschmierstoffzufuhrsystems. Der Einsatz elastisch gebundener Schleifwerkzeuge verbessert die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften des Bauteils.

DIE GEGENWÄRTIGE ENTWICKLUNG der Schleifmaschi-

nen entspricht den stetig steigenden Anforderungen an die Makro- sowie Mikrogeometrie und Randzoneneigenschaften gefertigter Bauteile. Ziel sind gleichbleibende Arbeitsergebnisse und Produktionszeiten bei sinkenden Produktionskosten. Folgende Ansätze dazu wollen wir vorstellen:

die Vermeidung thermischer Schädigungen am Werkstück durch neue Techniken zur Prozessüberwachung, die prozessgesteuerte und bedarfsgerechte Kühlschmierstoffzufuhr und den Einsatz neuartiger Werkzeugkonzepte zur Erzielung höchster Oberflächengüten. Aktuelle Forschungsaktivitäten am Institut für Werkstofftechnik (IWT) in Bremen befassen sich mit der Steigerung des Zeitspanvolumens beim Schleifen, was jedoch in den meisten Fällen durch unerwünschte thermische Schädigung der Werkstückrandzone limitiert wird. In der Vergangenheit gab es zahlreiche Untersuchungen, die sogenannte Schleifbrandgrenze mithilfe ausgewählter Prozessgrößen zu identifizieren. Die entscheidende Prozessgröße ist dabei die Kontaktzonentemperatur, deren Ermittlung durch die schlechte Zugänglichkeit des Schleifspalts und die für das Schleifen charakteristischen großen Schnittgeschwindigkeiten technisch schwer realisierbar ist. Hierzu wurde ein werkzeugseitiges Temperaturmesssystem entwickelt, in das zur Messung der Kontaktzonentemperaturen Infrarotsensoren eingesetzt wurden. Die gemessenen Daten werden zu der in die Schleifscheibe integrierten Recheneinheit geführt, die eine Verarbeitung der Messdaten sowie deren Übertragung via Bluetooth an eine externe Anzeigeeinheit gewährleistet. Die Aussagekraft des beschriebenen Temperaturmesssystems wurde anhand von Außenrundschleifversuchen an ausgewählten Modellwerkstücken sowie in ersten Industrieversuchen verifiziert. Die weiteren Forschungsarbeiten haben zum Ziel, die Beeinflussung der Werkstückrandzone während des Schleifprozes-

ses als Abhängigkeit zwischen der Kontaktzonentemperatur und der Kontaktzeit zu untersuchen. Die Prozessgrößen werden dabei maßgeblich von den eingestellten Stellgrößen (Zustellung, Werkstückvorschubgeschwindigkeit, Schnittgeschwindigkeit der Schleifscheibe) und Systemgrößen (Schleifscheibenspezifikation, Werkstückmaterial) beeinflusst. Die Ergebnisse sollen zukünftig in sogenannte Randzonendiagramme einfließen, welche an die Zeit-Temperatur-Diagramme aus der klassischen Wärmebehandlung angelehnt sind. Mithilfe dieser Diagramme sollen die resultierenden Randzoneneigenschaften als Folge der zeitlich begrenzten Temperaturbelastung des Werkstoffs während der Schleifoperation bewertet werden.

SELBSTOPTIMIERENDE KSS-ZUFUHR Neben der Ermittlung von Randzonendiagrammen soll das beschriebene Temperaturmesssystem zukünftig als Bestandteil eines selbstoptimierenden Kühlschmierstoffzufuhrsystems (KSS-System) genutzt werden, welches die aktuelle Düsenposition sowie den Volumenstrom und die Austrittgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffs entsprechend der beobachteten Prozessgrößen variiert. Dieses System soll es ermöglichen, die KSS-Zufuhrbedingungen in Abhängigkeit von der gegebenen Kombination Stellgrößen und Systemgrößen zeitnah und automatisiert anzupassen. Dies kann zur wesentlichen Verkürzung der aufwendigen Einrichtarbeiten und letztendlich zur Leistungssteigerung beim Schleifprozess beitragen. Aus wirtschaftlicher Sicht wurde im Rahmen umfangreicher Untersuchungen ein besonderer Fokus auf den Reinigungseffekt des KSS gelegt, welcher die Lebensdauer des Schleifwerkzeugs, die damit verbundenen Werkzeugkosten sowie die Häufigkeit der Abrichtverfahren wesentlich beeinflusst. Während der Untersuchungen wurde festgestellt, dass eine zusätzliche Reinigungsdüse zur deutlichen Abnahme des Zusetzungsgrades und dadurch zur Senkung der verbrauchten Schleifenergie beitragen kann. Das Zusetzungsverhalten der Schleifscheibe und die resultieren-

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29.04.14 18:07

PRODUKTIONS-RUNDSCHLEIFEN

PROF. DR. EKKARD BRINKSMEIER ist Direktor der Hauptabteilung Fertigungstechnik der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) in Bremen

de Reinigungswirkung in Abhängigkeit von der Prozessauslegung wurden mithilfe eines optischen Messsystems, genannt „GrindingVision“, quantifiziert. Durch den Einsatz einer Reinigungsdüse konnte unter optimierten Reinigungsbedingungen eine deutliche Senkung der bezogenen Schleifleistung sowie der resultierenden, in die Werkstückrandzone eingebrachten Eigenspannungen und des radialen Scheibenverschleißes festgestellt werden. Mithilfe der eingestellten Schleifwerkzeugreinigung wurde folglich eine Steigerung der Prozessleistung von Q’w = 30 mm³/ (mm*s) auf 50 mm³/(mm*s) prozesssicher und ohne thermische Schädigung der Werkstückrandzone erreicht. Da sich die bereits abgeschlossenen Forschungsarbeiten im Wesentlichen auf einen Flachschleifprozess konzentriert haben, befassen sich die gegenwärtigen Untersuchungen mit der Übertragung und Verifizierung dieser Ergebnisse für einen Außenrundschleifprozess.

ASPEKTE DER KSS-WAHL

„EINE ZUSÄTZLICHE REINIGUNGSDÜSE TRÄGT ZUR DEUTLICHEN ABNAHME DES ZUSETZUNGSGRADES UND DADURCH ZUR SENKUNG DER VERBRAUCHTEN SCHLEIFENERGIE BEI.“ Ekkard Brinksmeier

Die Effektivität der Wirkungen des KSS während des Schleifprozesses kann außerdem durch die Wahl eines geeigneten Kühlschmierstoffs weiter gesteigert werden. Als wichtiger Faktor ist hier unter anderem das tribologische Verhalten des Schleifkorns während des Eingriffs ins Werkstückmaterial zu betrachten, das mit der Wahl eines geeigneten KSS im engen Zusammenhang steht. Hierzu durchgeführte Untersuchungen haben sich mit dem Einsatzverhalten eines CBNSchleifkorns befasst. Dabei hat sich gezeigt, dass der Einsatz von Esterölen im Vergleich zu Emulsionen im Allgemeinen mit niedrigeren Reibkräften verbunden ist, was auch geringere Werkstückmaterialanhaftungen und dadurch einen geringeren Kornverschleiß zur Folge hat. Mit erhöhter Viskosität des Esteröls konnten kleinere Schleifkraftverhältnisse festgestellt werden. Im Gegensatz dazu weist das System Schleifscheibe-Werkstück-KSS beim Einsatz von höher viskosen Esterölen erhöhte Normalkräfte sowie erhöhte Temperaturen in der Werkstückrandzone auf. Um ein optimales Arbeitsergebnis wirtschaftlich zu erreichen, muss man diesen zwei entgegenwirkenden Effekten durch die optimale Wahl der KSS-Eigenschaften gerecht werden.

(Rz < 1 μm) die Induzierung erwünschter Druckeigenspannungen (50 – 200 MPa) in der Werkstückrandzone ermöglichen. Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass der tatsächliche Materialabtrag während des Schleifprozesses wesentlich von der radialen Vorspannung des Systems Schleifscheibe-Werkstück sowie vom Scheibenverschleiß abhängt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die elastische Verformung des Schleifscheibengefüges, die im Vergleich zu konventionellen keramisch gebundenen Schleifscheiben vielfach höhere Werte betragen kann. Die entsprechenden Oberflächengüten werden bisher meistens durch feinkörnige keramisch gebundene Schleifscheiben erzeugt, was unter anderem eine erhöhte Schleifbrandgefahr bedeutet. Diese kann durch den Einsatz einer porösen keramisch gebundenen Schleifscheibe zusammen mit einer elastisch gebundenen Schleifscheibe wesentlich vermindert werden. Außerdem ermöglicht das poröse Gefüge der keramisch gebundenen Schleifscheibe eine Erhöhung der Zerspanleistung während der schleifenden Bearbeitung. Die bereits erwähnten Anforderungen an zukünftige Bearbeitungsprozesse lassen sich durch die Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse in Form von prozessunterstützenden Überwachungssystemen in der Werkzeugmaschine beziehungsweise in der Werkzeugmaschinenperipherie erfüllen. Eine Verbesserung der Oberflächen- sowie der Randzoneneigenschaften des Bauteils kann durch den Einsatz elastisch gebundener Schleifwerkzeuge zusammen mit den keramisch gebundenen Schleifwerkzeugen erreicht werden. Das elastisch gebundene Schleifwerkzeug kann dabei an der gleichen oder an einer separaten Schleifspindel montiert werden. Weitere Möglichkeiten zur Steigerung der Prozessleistung beim Schleifen bieten sich im Einbau des beschriebenen selbstoptimierenden KSS-Zufuhrsystems und in der Implementierung eines Werkzeugreinigungssystems in das KSSZufuhrsystem. Da es sich bei den beschriebenen Forschungsarbeiten um laufende Projekte handelt, können in der Zukunft noch weitere Umsetzungsmöglichkeiten erwartet werden.

WIRTSCHAFTLICHE ERZEUGUNG HÖCHSTER OBERFLÄCHENGÜTEN Eine Leistungssteigerung von Schleifprozessen ist jedoch nicht nur in Verbindung mit der Verkürzung von Prozesshauptzeiten zu sehen, sondern kann auch bedeuten, die Wirtschaftlichkeit bei der Erzielung hoher Oberflächengüten durch neue Prozesstechnologien und neuartige Werkzeugkonzepte zu steigern. Demzufolge beschäftigen sich aktuelle Arbeiten mit dem Einsatz elastisch gebundener Werkzeuge beim Schleifen, welche neben der Erreichung höchster Oberflächengüten

Position der Reinigungsdüse während des Schleifprozesses

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29.04.14 18:07

GRINDING SYMPOSIUM

22. MAI 2014, 14:45 UHR

KARSTEN OTTO

SCHWINGUNGEN BEIM SPITZENLOSEN SCHLEIFEN SHORT SUMMARY

Unerwünschte Schwingungen im Schleifprozess sind ein unkalkulierbares Risiko für den Anwender. Eine Analyse der Schwingungsursache ist die Voraussetzung für deren zielgenaue Beseitigung. Eine Reduzierung der Ratterneigung wird durch ein ausgeglichenes dynamisches Maschinenverhalten erreicht. Schwingungen durch unterbrochenen Schnitt stellen eine besondere Herausforderung beim spitzenlosen Schleifen dar. Einen entscheidenden Beitrag zur Vermeidung von Schwingungen bieten Software-Lösungen zur Prozesssimulation. Dabei ist es unerlässlich, den gesamten Produktionsablauf zu untersuchen.

MASSE UND KLASSE – in der Fertigung treffen ex-

treme Ansprüche aufeinander. Es sind oft riesige Produktionsmengen zu bewältigen, zugleich müssen sich Prozesssicherheit und Bauteilqualität kontinuierlich verbessern. Störungen in der hochsensiblen und großvolumigen Produktion sind teuer. Beispiel „unerwünschte Schwingungen im Schleifprozess“: Sie beeinträchtigen die Bauteilqualität, senken die Ausbringung, reduzieren die Standzeit der Werkzeuge und verkürzen die Maschinenlebensdauer – ein unkalkulierbares Risiko für jeden Anwender. Dass sich diese Art von Prozessstörung gezielt vermeiden lässt, verdeutlichen die Schleifspezialisten von SCHAUDT und MIKROSA in Leipzig. Die Analyse der Schwingungsursache ist dabei die Voraussetzung für deren zielgenaue Beseitigung mit intelligenten Lösungen. Am Ende stehen spitzenlose Schleifprozesse mit Hochleistungsdaten.

ZWEI ARTEN VON SCHWINGUNGEN Bei Prozessschwingungen wird die Sollbewegung zwischen Schleifscheibe und Werkstück von einer periodischen Störbewegung überlagert. Das führt unter bestimmten Bedingungen zu Welligkeitsausbildungen auf der Werkstückoberfläche. Verantwortlich dafür sind eine schwingfähige Maschinenstruktur sowie eine zeitabhängige Kraftoder Weganregung. Je nach Art der Erregung unterscheidet man zwischen selbst- und fremderregten Schwingungen. Auslöser für fremderregte Schwingungen sind zum Beispiel äußere Störkräfte wie Erschütterungen, die über das Fundament eingeleitet werden. Die Maschine schwingt in ihrer Eigenfrequenz aus. Bei unseren Maschinen kommen Granitan®Maschinenbetten zum Einsatz, die für ein schnelles Ausschwingen sorgen. Aber auch Unwuchten, Lagerfehler, wechselnde Zerspanungskräfte oder ein unterbrochener Schnitt sind Ursachen für fremderregte Schwingungen. Der häufigste Auslöser für selbsterregte Schwingungen ist der Schleifprozess selbst. Verantwortlich dafür ist der sogenannte Regenerativeffekt. Dieser wird durch das wiederholte Eintre-

ten einer im Schleifprozess erzeugten Welligkeit in die Kontaktzone verursacht. Das führt zu eigenfrequenten Schwingungen der Maschinenstruktur. Der Regenerativeffekt kann sowohl am Werkstück als auch am Werkzeug auftreten.

KOMPLEXE URSACHENANALYSE Wie findet man die Schwingungsursache heraus? Ein systematisches Vorgehen führt direkt zum Ziel. Zuerst wird die Maschine abgeschaltet. Schwingt sie weiter, sind dafür äußere Störkräfte verantwortlich. Bei auftretenden Schwingungen im Leerlauf der Maschine kommen als Ursache Maschinenelemente wie Lager, Riemen oder auch Unwuchten in Betracht. Schwingt die Maschine nur im Bearbeitungsprozess, ist eine Messung der Schwingfrequenz erforderlich. Mithilfe einer harmonischen Analyse lassen sich die auftretenden Polygonformen am Werkstück bestimmen. Die Messungen müssen mit geänderter Werkstückdrehzahl wiederholt werden. Gleiche Polygonform und/oder geänderte Schwingfrequenz weisen auf eine fremderregte Schwingung hin, zum Beispiel durch unterbrochenen Schnitt. Bleibt hingegen die Schwingfrequenz gleich und/oder ändert sich die Polygonform, handelt es sich um eine selbsterregte Schwingung.

GEZIELTE DÄMPFUNG Wie können Schwingungen vermindert, vermieden oder beseitigt werden? Folgende Maßnahmen reduzieren die Ratterneigung des Gesamtsystems: Durch den Einbau von Dämpfungssystemen wie Hilfsmassendämpfern lassen sich Eigenfrequenzen deutlich reduzieren oder sogar vermeiden. „Weiche“ Schleif- und Regelscheiben, etwa mit Gummibindungen, nutzen das Schwanenhalsprinzip (dämpfendes Element im Kraftfluss der Maschine) aus. Das Nachgiebigkeitsverhalten des Gesamtsystems wird deutlich ausgeglichener.

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29.04.14 18:09

PRODUKTIONS-RUNDSCHLEIFEN

KARSTEN OTTO ist Leiter Technik der Schaudt Mikrosa GmbH

Eine Reduzierung der Kontaktlänge von Werkstück und Regelscheibe vermindert besonders bei sehr langen Werkstücken die Ratterneigung. Resonanzstellen wirken aufgrund der höheren Kontaktnachgiebigkeit deutlich gedämpfter. Die Drehzahlvariation des Werkstücks vermindert beziehungsweise verhindert das Auftreten von Regenerativeffekten. Eine schnittfreudige Schleifscheibe reduziert die Kräfte im Schleifspalt, sodass keine strukturellen Überlastungen auftreten. Das bedeutet, Schleifscheiben dürfen nicht zu fein abgerichtet oder gar verschlissen sein. Verschleißfreie und spielfreie Lagerstellen garantieren schwingungsfreies Abrichten bei rotierenden Abrichtwerkzeugen.

AUFGABE FÜR SPEZIALISTEN

„ES SIND OFT RIESIGE PRODUKTIONSMENGEN ZU BEWÄLTIGEN, ZUGLEICH MÜSSEN SICH PROZESSSICHERHEIT UND BAUTEILQUALITÄT KONTINUIERLICH VERBESSERN.“ Karsten Otto

Eine große Herausforderung beim spitzenlosen Schleifen ist der Umgang mit Schwingungen durch unterbrochenen Schnitt. Ein typisches Beispiel sind Werkstücke mit Unterbrechungen am Umfang wie Bohrungen, Nuten oder Verzahnungen. Hier wird das Werkstück selbst zum „Erreger“, da sich die bei der Rotation entstehenden „Schwingungsimpulse“ nicht vermeiden lassen. Der Fokus liegt deshalb auf der Reduzierung der Auswirkungen. Erste Maßnahme ist die Kontaktbeseitigung der betroffenen Werkstückbereiche mit Regelscheibe und Auflageschiene. Da dies meistens nicht ausreicht, kommt bei MIKROSA die Software „Heureeka“ zum Einsatz. Damit lässt sich der geometrische Stabilitätsindex für jede Polygonform sehr einfach bestimmen. Dabei gilt: Je höher der Wert – desto besser wird die jeweilige Polygonform abgebaut. Ziel ist es, eine geometrische Schleifspalteinstellung vorzunehmen, bei welcher die Polygonform (durch die Unterbrechungen entstanden) besonders gut abgebaut wird. Oft reicht schon die Änderung der Höhenlage des Werkstücks aus. Einfache Maßnahme – große Wirkung.

PERFORMANCE IM VORFELD BERECHNEN Dass gerade die Weiterentwicklung von Simulationssoftware in diesem Bereich neue Möglichkeiten eröffnet, liegt nahe. Deshalb wurde eine Software (Prototyp im Test) zur Prozesssimulation entwickelt – ein Berechnungswerkzeug, mit dem sich bereits sehr frühzeitig die Prozessstabilität des gesamten Schleifprozesses bestimmen lässt. Viele Faktoren fließen dabei mit ein: Einstellungen der Schleifgeometrie, technologische Prozessund Dynamikeinstellungen (etwa der Nachgiebigkeitsfrequenzgang der Maschine) – und auch die Unwucht der Schleifscheibe und die Rohteilqualität werden mit in die Berechnung einbezogen.

Der Ansatz reicht deshalb weit über das Problem Schwingungen hinaus. Systematisch werden genau jene Parameter bestimmt, welche die maximale Prozesssicherheit bei einem spitzenlosen Schleifprozess garantieren – lange bevor die Maschine beim Kunden produziert. Anders gesagt: Die vorhandene Maschinenleistung wird optimal genutzt. Davon profitiert die Wirtschaftlichkeit des gesamten Produktionsprozesses.

DEN GESAMTEN PRODUKTIONSABLAUF IM BLICK Vor diesem Hintergrund wird deutlich, welche herausragende Bedeutung das Thema Prozesssicherheit hat. Bei SCHAUDT und MIKROSA wird der gesamte Produktionsablauf für ein Kundenwerkstück geplant und realisiert. Dazu gehören alle Prozesse, von der Zu- und Abführung der Werkstücke über deren Vermessung bis hin zur spezifischen Auslegung des spitzenlosen Schleifprozesses. Am Ende stehen schlüsselfertige und hocheffiziente Produktionslösungen – und das natürlich ohne störende Schwingungen.

1.000 μm

1 2

90° 180°

0°

270°

Gauß 50 % Regeneratives Rattern – Ausbildung einer Polygonform am Werkstück

0.500 μm

1 2

90° 180°

0°

270°

Gauß 50 % Stabiler Schleifprozess – keine Ausbildung einer dominanten Polygonform am Werkstück

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05.05.14 11:44

GRINDING SYMPOSIUM

22. MAI 2014, 15:30 UHR

DR. DIRK FRIEDRICH

EFFIZIENTER KÜHLSCHMIERSTOFFGEBRAUCH IN SCHLEIFMASCHINEN SHORT SUMMARY

Die gesamte KSSPeripherie macht einen wesentlichen Anteil an den Energiekosten eines Metall verarbeitenden Unternehmens aus. Werkzeugmaschinen verbrauchen teilweise bis zu 50 Prozent unnötige Kühlschmierstoffmengen, wohingegen die produktivitätsrelevanten Stellen in der Maschine oftmals unterversorgt sind.

IN EUROPA MACHEN KÜHLSCHMIERSTOFFBEZOGENE KOSTEN bis zu 16 Prozent der Herstellkosten aus.

Das heute bekannte hohe Einsparpotenzial wurde bisher als „irrelevant“ eingestuft, da die KSS-Versorgungskosten in den Fertigungsgemeinkosten der Produktionsstätten verbucht waren und somit keiner konkreten Kostenstelle (Maschine, Fertigungsgruppe) zugeordnet wurden. Zudem sah man in diesem Themenfeld aufgrund fehlender technischer Verbesserungsmöglichkeiten beziehungsweise Sachkenntnis keine Einsparpotenziale. Auch die Hersteller von Werkzeugmaschinen konzentrierten sich weniger intensiv auf die „Lowtech“-Komponenten ihrer Maschinen, die für die KSS-Versorgung nötig waren. Das gesamte KSS-Versorgungsthema wurde über viele Jahre hinweg aufgrund seines „Klempner-Charakters“ nicht als Alleinstellungsmerkmal im technischen Wettbewerb betrachtet.

ANTEIL AN ENERGIEKOSTEN In einem Coolant Audit wird die Maschine auf ihre aktuellen Verbrauchswerte untersucht. Es wird herausgefunden, wie viel wo verschwendet wird und ob die Bearbeitungsstelle unterversorgt ist. Damit lassen sich die jährlichen kühlschmierstoffbezogenen Kosten um ein beträchtliches Maß reduzieren.

Die Vorgaben einiger Länderregierungen, den Ausstoß an CO2 bis zum Jahre 2020 um 30 Prozent zu senken, führte zu einer gewissen Sensibilität im Umgang mit Kühlschmierstoffen. Man erkannte, dass die gesamte KSS-Peripherie einen wesentlichen Anteil an den Energiekosten eines Metall verarbeitenden Unternehmens ausmachte. Die Größe und energetische Auslegung eines solchen KSS-Systems geht direkt einher mit der Menge an Kühlschmierstoff, die in Werkzeugmaschinen benötigt wird. Zunehmend stellte man sich die Frage, wie viel KSS denn für welche Maschine, welches Bauteil und vor allem bei welchem Fertigungsverfahren benötigt wird. Die Antworten blieben aus. Werkzeugmaschinen verbrauchen teilweise bis zu 50 Prozent unnötige Kühlschmierstoffmengen in Bettspülungen und in Bauteilreinigungen, wobei die produktivitätsrelevanten Stellen (Kontakt Werkzeug – Bauteil) in der Maschine oftmals unterversorgt sind. Die Maschine kann nicht an ihren Leistungsgrenzen arbeiten. Maximalproduktivitäten und geringste Taktzeiten werden nicht erreicht, da eine ausreichende Kühlung nicht gewährleistet wird. Daraus resultiert ein dringender

Informationsbedarf. Wie viel Kühlschmierstoff fließt wohin und wie viel wird an welcher Stelle zu welchem Zeitpunkt aus welchem Grund benötigt? Mit dem nachfolgend beschriebenen Ansatz „Coolant Audit“ der Firma Grindaix GmbH aus Deutschland gelingt es, alle KSS-bezogenen Einsparpotenziale eines Metall verarbeitenden Betriebes kurzfristig zu identifizieren, in einen direkten Zusammenhang mit der zukünftig zunehmend wichtiger werdenden Kenngrößenabhängigkeit CO2 / kWh und Euro zu bringen und dem Kunden konkrete Umbaumaßnahmen seiner Maschine zu empfehlen beziehungsweise diese umzusetzen.

KSS-GEBRAUCH OHNE PRODUKTIONSNUTZEN Rohrleitungen, Ventile und Düsen werden oftmals unwissentlich verschwenderisch ausgelegt und weisen zu viele unnötige Widerstände wie Winkel, Drosseln, zu geringe Durchmesser und Verjüngungen auf. Dies führt zu unnötigen Verschwendungen und Produktivitätseinbußen! Die Versorgungen an den einzelnen Verbrauchsstellen innerhalb einer Produktionsmaschine sind oft gänzlich unbekannt. In den meisten Anwendungen existieren keine Anforderungskriterien an die Druckversorgung und die Durchflussmenge der Düsen zur Kühlung des Fertigungsprozesses. Dies begrenzt die Produktivität einer Maschine enorm. Frei nach dem Motto „Viel hilft viel“ werden Rohrdurchmesser nach Gefühl verdoppelt und Pumpen falsch dimensioniert. Die Folge: Produktivitätsverluste durch Unterversorgung der Bearbeitungsstelle bei gleichzeitig massiver Verschwendung an den Sekundärverbrauchern. Insgesamt ein viel zu hoher kostenrelevanter Gebrauch an Kühlschmierstoff ohne Produktivitätsnutzen.

WAS GENAU GESCHIEHT BEI EINEM COOLANT AUDIT? Keine Seltenheit: bis zu 20 000 Euro jährliche Betriebskosteneinsparungen je Maschine, wenn beispielsweise ein einziger Liter des Kühlschmierstoffumlaufvolumens jährliche Betriebskosten in Höhe

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05.05.14 11:50

PRODUKTIONS-RUNDSCHLEIFEN

DR. DIRK FRIEDRICH Der studierte Fertigungstechniker ist Geschäftsführer der Grindaix GmbH, die er 2005 in Aachen gründete

„DAS KSS-VERSORGUNGSTHEMA WURDE ÜBER VIELE JAHRE HINWEG NICHT ALS ALLEINSTELLUNGSMERKMAL IM TECHNISCHEN WETTBEWERB BETRACHTET.“

von 200 Euro erzeugt und in nur einer Maschine ohne hohe Investitionen (ROI < 12 Monate) über 100 Liter/Minute Versorgungsvolumen eingespart wurden. Die Prozessrobustheit der Fertigungsverfahren darf dabei in keiner Weise vermindert werden! Dies ist eine ganz klare Kundenforderung. In den meisten Fällen werden die Robustheiten sogar erhöht, da die Bearbeitungsstelle besser versorgt wird und die Sekundärverbraucher wesentlich effizienter KSS gebrauchen. In einem Coolant Audit in der Metall verarbeitenden Produktion wird die Maschine auf deren aktuelle Verbrauchswerte untersucht und es wird in kürzester Zeit exakt herausgefunden, wie viel wo verschwendet wird und ob die Bearbeitungsstelle unterversorgt wird. Der Einsatz dauert insgesamt sechs Stunden je Maschine, jedoch unter einer Stunde innerhalb der Maschine, sodass möglichst wenig Produktionszeit verloren geht. Die gesamte Kühlschmierstoffperipherie von Maschinen wird vermessen, dokumentiert und mittels modernster Technik schnell und praktisch analysiert. Für eine Maschine ist nach nur fünf Tagen eine konkrete Aussage über das Maß der Verschwendungen und möglichen Produktivitätseinbußen machbar. Innovative Messmethoden in Kombination mit einer eigens entwickelten Hightech-Softwarelösung finden Einsatz bei den Grindaix-Auditoren vor Ort in der Produktion. Dabei werden mechanische Systeme wie Leitungen oder sonstige Bestandteile Ihres KSS-Systems nicht beschädigt.

MASCHINE WIRD OPTIMIERT UND UMGEBAUT Beim Coolant Design wird für alle Fertigungsanforderungen eine gerechte und effiziente Kühlschmierstoffversorgung vollständig ausgelegt. Dabei werden alle Aggregate wie KSS-Filtrationen, Pumpen und Rohrleitungssysteme bedarfsgerecht zusammengestellt und KSS-Düsensysteme für die Werkzeugmaschine entwickelt. Jedes Düsensystem beinhaltet im besten Fall eine Drucksensorik, mittels der die Austrittsmenge und die KSS-Austrittsgeschwindigkeit überwacht werden kann. Basis hierfür ist die für jede Düse individuell generierte Kennlinie, die das Verhältnis von KSSTyp/KSS-Druck/KSS-Durchflussmenge und KSSAustrittsgeschwindigkeit dokumentiert. Somit weiß man bei Verwendung solcher Systeme stets, wann an welcher Stelle wie viel Kühlschmierstoff mit welcher Austrittsgeschwindigkeit bei welcher Bearbeitungsaufgabe in der Maschine sinnvoll einzusetzen ist. Auditergebnisse sind auf baugleiche Maschinen direkt und ohne Zusatzkosten übertragbar. Coolant Audits müssen also nicht für jede Maschine durchgeführt werden.

BETRÄCHTLICHE KOSTENREDUKTION Die Summe der KSS-Einsparungen an allen Maschinen reduziert die jährlichen kühlschmierstoffbezogenen Kosten um ein beträchtliches Maß. Kühlschmierstofffiltrationsanlagen können nach diesem Service für mehr Maschinen genutzt werden als zuvor oder bei Neuinvestitionen gezielter (Größe, Typ …) angepasst werden, womit Investitionskosten gesenkt werden.

Dirk Friedrich

Abb. 1: Druckerhöhungsstation zur bedarfsgeregelten KSS-Versorgung

Abb. 2: Steuerungsbox zur KSS-Regelung

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05.05.14 11:50

GRINDING SYMPOSIUM

22. MAI 2014, 16:15 UHR

DR. THOMAS MAGG

NEUE KONZEPTE FÜR MINIMALE SCHLEIFKRÄFTE BEIM CBN-SCHLEIFEN IN DER MASSENPRODUKTION SHORT SUMMARY

Strukturierungsmethoden führen zu einer Absenkung der Kontaktzonentemperatur. Dem Zusammenspiel von Schleifbelag und Grundkörper kommt eine entscheidende Bedeutung zu. Die Laserstrukturierung superharter Schleifbeläge gestattet es, Hochgenauigkeitsforderungen in der Massenproduktion prozesssicher zu beherrschen. CBN-Schleifen mit strukturierten Schleifbelägen ermöglicht auch bei biegeweichen Werkstücken eine Zeitersparnis von bis zu 30 Prozent.

STRUKTURIERTE SCHLEIFBELÄGE kombinieren zerspanungstechnische und hydrodynamische Vorteile; im Zusammenwirken mit optimierten Schleifscheibengrundkörpern können erhebliche Wirtschaftlichkeitssteigerungen erreicht werden.

SCHNEIDENDE UND REIBENDE SCHLEIFKÖRNER Schleifen ist das Abtrennen von Werkstoff mit geometrisch unbestimmten Schneiden. Die Unbestimmtheit bedingt, dass neben den Schneiden, die Werkstoff abtragen, auf einem Schleifwerkzeug auch viele Schneiden existieren, die nur über die Werkstoffoberfläche reiben und so unerwünschte Kräfte und Hitze erzeugen. Da das Abtragen von Werkstoff ja erst ab einer Mindesteindringtiefe beginnt, besteht insbesondere bei abrichtbaren CBN-Schleifbelägen die Gefahr, dass, abhängig von den Abrichtbedingungen, durch viele Einzelschneiden auf einheitlicher Höhe der Anteil der reibenden Körner ebenfalls hoch ist. Dadurch wird der Schneidenabstand ein wesentlicher Parameter zur Beeinflussung der Eindringtiefe und damit auch des Verhältnisses schneidender zu reibender Schleifkörner.

zu erhöhen und schon dadurch eine Absenkung der Kontaktzonentemperatur zu erreichen. Bei der Auslegung von Makro-Strukturen muss jedoch beachtet werden, dass die Schleifkörner nach der Lücke nicht überlastet beziehungsweise die Bindungsfestigkeit oder Kornhaltekraft nicht überschritten werden. Die Freisparungen beziehungsweise Strukturierungen bewirken zusätzlich eine signifikante Verbesserung der Aufnahme- beziehungsweise Verdrängungsfähigkeit des Schleifbelages gegenüber dem Kühlschmierstoff. Insbesondere die Laserstrukturierung weist wegen ihrer tiefen geradlinigen Bohrungen gegenüber der Porosität den Vorteil auf, dass bei biegeweichen Werkstücken zum prozesssicheren Erreichen eng tolerierter Fertigmaße schneller auf das Endmaß gefahren werden kann. Diese Art der Strukturierung stellt somit einen wichtigen Schritt in die Richtung dar, Schleifbeläge nicht nur nach zerspanungstechnischen, sondern auch nach hydrodynamischen Gesichtspunkten auszulegen. Diese Auslegung superharter Schleifbeläge gestattet es, die neuesten Hochgenauigkeitsforderungen in der Massenproduktion prozesssicher zu beherrschen, wie:

STRUKTURIERTES SCHLEIFWERKZEUG Makro-Struktur, Mikro-Struktur und Porosität sind Strukturierungsmethoden zur Beeinflussung des Schneidenabstandes. Als Makro-Struktur seien hier flache Nuten mit Millimeter-Abmessungen, als Mikro-Struktur Laserbohrungen mit 0,3 Millimeter Durchmesser und als Porosität die natürliche oder durch Porenbildner erzeugte Porosität eines keramischen Schleifbelages bezeichnet. Gegenüber der Erhöhung der Porosität besitzt die Mikro-Struktur den Vorteil, dass die Grundfestigkeit der Bindung und die Kornhaltekraft ein höheres Niveau aufweisen können und damit eine höhere Standzeit ermöglichen. Da die Körner nach einer Lücke immer tiefer in den Werkstoff eindringen als die Körner in der ungestörten Reihe, sind Strukturierungsmethoden ein geeignetes Mittel, den Anteil der schneidenden gegenüber den reibenden Schleifkörnern

das Einhalten geometrischer Toleranzen bis in den sub-μm-Bereich, das Herstellen von Oberflächenrauheiten mit sehr engen Toleranzbändern, das schädigungsarme Schleifen wärmeempfindlicher Bauteile und die Reduzierung von Oberflächenwelligkeiten (im sub-μm-Bereich nach FFTAnalyse). Nicht nur beim Thema Welligkeiten kommt neben der Auslegung des Schleifbelages und dem präzisen Einhalten von Schleifparametern der Wahl des Scheibengrundkörpers eine entscheidende Bedeutung zu. Der aktuelle Entwicklungsstand gestattet hier durch die Verwendung faserverstärkter Werkstoffe (CFK) die Auslegung leichter, hochfester Trägerkörper, die zusätzlich in Richtung hoher

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05.05.14 11:51

PRODUKTIONS-RUNDSCHLEIFEN

DR. THOMAS MAGG ist Leiter der Entwicklung der Diamant-Gesellschaft Tesch GmbH in Ludwigsburg

Dämpfung oder hoher Seitensteifigkeit optimiert werden können. Das volle Potenzial lässt sich hier natürlich nur dann erschließen, wenn Schleifbelag und Grundkörper gemeinsam entwickelt und aufeinander abgestimmt werden.

REALISIERTER PROZESS

„STRUKTURIERTE SCHLEIFBELÄGE UND OPTIMIERTE SCHLEIFSCHEIBENGRUNDKÖRPER GARANTIEREN ZUSAMMEN ERHEBLICHE WIRTSCHAFTLICHKEITSSTEIGERUNGEN.“

Am Beispiel eines Hochleistungsschleifprozesses zum Schleifen von Nockenwellenlagern auf einer Schleifmaschine vom Typ KRONOS dual sollen die Fähigkeiten aktuell verfügbarer CBNSchleifscheiben verdeutlicht werden. Die Besonderheit dieses Prozesses liegt darin, dass trotz der Anwendung der hochproduktiven CenterlessSchleifbearbeitung die Werkstück-Bezugsachse erhalten bleiben soll. Diese Aufgabe wurde durch das Anschleifen der Welle zwischen Spitzen – bis der Rundlauf der Lager zu dieser Achse hergestellt ist – und anschließendes Fertigschleifen der Lager im Centerless-Einstechschleifen gelöst.

ZEITERSPARNIS DURCH CBN-SCHLEIFEN Der empfindlichste Prozessschritt gegenüber Schleifkräften ist dabei das nicht abgestützte Anschleifen zwischen den Spitzen mit einer Gesamteingriffsbreite von etwa 150 Millimetern. Der Vorteil des CBN-Prozesses gegenüber dem Prozess mit konventionellen Schleifscheiben lässt sich eindrucksvoll daran ablesen, dass sowohl die Schleifzeit zwischen Spitzen um circa 20 Prozent als auch die spitzenlose Zeit um 25 – 30 Prozent reduziert werden konnte. Zur Bearbeitung der vollständig montierten Nockenwelle kommt eine Multi-Wheel-Scheibe zum Einsatz, wobei die Regelscheibe für den Centerless-Prozess in gleichartiger Weise aufgebaut ist. Optimierte CBN-Schleifscheiben der neuesten Generation müssen hierfür – ausreichend steife Spindellagerung vorausgesetzt – nicht in jedem Fall einen CFK-Grundkörper aufweisen.

Thomas Magg

CBN-Schleifscheibensatz für die Centerless-Schleifmaschine KRONOS dual (oben und rechts). Links: CBN-Multi-Wheel-Scheibe mit CFK-Grundkörper

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GRINDING SYMPOSIUM

23. MAI 2014, 09:30 UHR

PROF. DR. WILFRIED SAXLER

WERKZEUGSCHLEIFEN – EIN PROZESS HÖCHSTER PRÄZISION SHORT SUMMARY

Die Qualitätsanforderungen an den Schneidwerkzeugmechaniker hinsichtlich Qualität, Maßtoleranz, Lage- und Formtoleranzen sowie an die Oberflächengüten steigen ständig. Die Kombination unterschiedlicher Technologien wie Bohren, Reiben, Senken und Entgraten in Multifunktionswerkzeugen reduziert die Nebenzeiten. Werkzeughersteller und Werkzeugschleifbetriebe können über eine neu entwickelte Schnittstelle Daten in einem standardisierten Format austauschen.

DIE HAUPTABSATZMÄRKTE der Schleifbetriebe des

FDPW – Fachverband Deutscher Präzisions-Werkzeugschleifer – sind Branchen, die mit der Metallzerspanung, der Holz- und Kunststoffbearbeitung sowie der Papierverarbeitung zu tun haben. Der FDPW umfasst das Handwerk des Schneidwerkzeugmechanikers.

WACHSENDE ANFORDERUNGEN Der Schneidwerkzeugmechaniker muss sich permanent mit wachsenden Ansprüchen auseinandersetzen. Warum ist das so? In Zerspanwerkzeuge werden sehr komplexe Geometrieelemente eingebracht. Die Präparation der Schneidkanten mit kleinen Radien, Fasen oder tropfenförmigen Geometrien sind heute häufige Wünsche der Anwender von Werkzeugen. Darüber hinaus sollen an den Spanflächen – selbst bei hochharten Schneidstoffen wie Diamant – Spanleitstufen eingearbeitet werden. Dies ist beispielsweise mit speziellen Laserbearbeitungsverfahren möglich. Die Qualitätsanforderungen steigen stetig. Dies ist allerdings nicht nur an der Maßtoleranz festzumachen. Die Anforderungen an Lage- und Formtoleranzen und vor allem an die Oberflächengüten liegen deutlich im Fokus. Die Kombination unterschiedlicher Technologien wie Bohren, Reiben, Senken und Entgraten – in sogenannten Multifunktionswerkzeugen – stellt den Schneidwerkzeugmechaniker vor echte Herausforderungen.

NEBENZEITEN Der Nutzen für den Anwender ist klar: Die Wechselzeiten durch unterschiedliche Werkzeugtypen entfallen. Dadurch können Nebenzeiten eingespart werden. Auch die Lagetoleranzen sind kaum zu überbieten. Da die Erzeugung der (Stufen-) Bohrungen, die Reibbohrung und Senkung mit ein und demselben Werkzeug in nur einem Arbeitsschritt durchgeführt wird, sind die Exzentrizitäten zueinander gleich null. Dabei ist die Auslegung der Schneidengeometrie besonders anspruchsvoll. Weil das Werkzeug nur mit einer Drehzahl arbeiten kann, liegen bei den verschiedenen Stufenboh52

rungen unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten vor. Das erzeugt unterschiedliches Verschleißverhalten, das sich durch die individuelle Wahl der Schneidenwinkel an den jeweiligen Stufen ein wenig kompensieren lässt. Ein schwieriges Unterfangen, was ein hohes Niveau an Prozessverständnis voraussetzt.

FACHKOMPETENZ UND PROZESSVERSTÄNDNIS Sowohl für die Herstellung als auch für die Wiederaufbereitung von Werkzeugen sind hochqualitative Kenntnisse Voraussetzung zur Erfüllung der beschriebenen Anforderungen. Eine typische Prozesskette gestaltet sich wie folgt:

1. Werkzeugreinigung 2. Schaft und Schaftende auf Fehler prüfen, gegebenenfalls ausbessern und entgraten 3. Werkzeug auf Werkzeugmessgerät zur Erfassung der notwendigen Geometriedaten vermessen 4. Nachschleifwerte / -parameter festlegen 5. CNC-Werkzeugschleifmaschine programmieren 6. schleiftechnische Bearbeitung 7. Werkzeugreinigung 8. gegebenenfalls Wiederbeschichtung 9. Messprotokoll erstellen Neben dieser Arbeitsfolge muss natürlich die Schleifmaschine mit entsprechenden Spannmitteln für unterschiedliche Größen ausgestattet sein. Darüber hinaus werden die Maschinen oft mit Magazinen bestückt, um viele Werkzeuge mannlos schärfen zu können. Viele Werkzeughersteller versuchen inzwischen, das Nachschärfen im eigenen Haus zu halten, und richten eigene Nachschärfzentren ein. Sie werben zum Teil mit einem Label beziehungsweise einem Gütesiegel „Originalschliff“.

HAUPTZIEL: KUNDENBINDUNG Das Hauptziel dabei ist natürlich die Kundenbindung. So wird versucht, die Kundennähe auch

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WERKZEUGSCHLEIFEN

PROF. DR. WILFRIED SAXLER ist Professor für Werkzeugmaschinen und Fertigungsverfahren an der Rheinischen Fachhochschule Köln und Geschäftsführer des Fachverbands Deutscher PräzisionsWerkzeugschleifer FDPW

„DIE KOMBINATION UNTERSCHIEDLICHER TECHNOLOGIEN IN MULTIFUNKTIONSWERKZEUGEN STELLT DEN SCHNEIDWERKZEUGMECHANIKER VOR ECHTE HERAUSFORDERUNGEN.“

nach dem Kauf eines Neuwerkzeugs zu erhalten. Es gibt Preismodelle, bei denen nicht das Werkzeug bezahlt wird, sondern der Endkunde einen Preis zum Beispiel pro Bohrung erhält. Damit soll die Kundenbindung noch verstärkt werden. Die Art der technischen Ausstattung ist bei Werkzeugherstellern und in Werkzeugschleifbetrieben in der Regel identisch. Um die Qualität in einem anspruchsvollen Produktionsprozess wie dem des Herstellens und der Wiederaufbereitung von Zerspanwerkzeugen zu sichern, wird natürlich gut ausgebildetes Personal benötigt. Was zählt, ist die Qualifikation der Mitarbeiter. Das speziell für diese Tätigkeiten entwickelte Berufsbild ist der Schneidwerkzeugmechaniker. Aufbauend auf den Ausbildungsberuf gibt es die Meisterausbildung.

HERSTELLER UND SCHLEIFBETRIEBE KOOPERIEREN Die Werkzeughersteller haben sich auf diese Situationen eingestellt. Die Werkzeugschleifbetriebe kennen es nicht anders. Der Umsatzanteil der mit der Herstellung von Sonderwerkzeugen erzielt wird, konnte in den letzten Jahren erheblich gesteigert werden. In der Regel arbeiten die Werkzeugschleifbetriebe mit den gleichen CNCWerkzeugschleifmaschinen wie die Hersteller. Sie setzen diese nicht nur für das Schärfen, sondern auch für das Herstellen sehr verschiedener Werkzeuge ein. Dabei könnten die Werkzeughersteller mit den Werkzeugschleifbetrieben gut kooperieren. Mit einer neu entwickelten Datenschnittstelle soll hier eine Möglichkeit geschaffen werden, Daten, die rund um die Herstellung und das Wieder-

aufbereiten von Werkzeugen benötigt werden, in einem standardisierten Format zu übermitteln. Die Informationswege sind dabei sehr vielseitig. Die Lösung heißt GDX-Standard.

STANDARDISIERTE ÜBERTRAGUNGEN Im Rahmen des VDI-Fachausschusses FA114 wird bereits seit zwei Jahren die VDI-Richtlinie 3232 erarbeitet und weiterentwickelt. Diese Richtlinie wird in eine Norm überführt. Bei den Daten, die in der Version GDX 2.0 dokumentiert werden, handelt es sich um Informationen zur Geometrie von Fräswerkzeugen und Rohlingen, zur Geometrie der Schleifscheiben sowie zu Messanweisungen. Die Folgeversionen werden stufenweise um weitere Werkzeuge ergänzt. Zudem werden bereits ab Version GDX 2.1 auch Schleifbahnen standardisiert übertragbar. Letzteres eröffnet ganz neue Perspektiven der Zusammenarbeit. So ist es denkbar, dass ein Werkzeughersteller die Schleifbahnen für spezielle Bohreranschliffe lizensiert einem Werkzeugschleifbetrieb übermittelt, der dann in der Lage ist, den exakten Anschliff an die Schneide zu bringen, unabhängig davon, welche Maschine oder welche Steuerung angewendet wird. Dabei muss der Hersteller sein entwickeltes Know-how nicht zwingend preisgeben. Somit kann grundsätzlich auch die eigene Erfahrung „gesichert“ werden. Es sind viele Vertreter von namhaften Schleifmaschinen-, Messmaschinen- und Softwareherstellern an der Entwicklung von GDX beteiligt und unterstützen langfristig das ehrgeizige, aber dennoch realistische Projekt.

Bei der Werkzeugherstellung durchlaufen die erforderlichen Daten viele Schnittstellen, die sich durch GDX standardisieren lassen

Wilfried Saxler

Arbeitsplatz (CAD/CAM-System)

Werkzeugmessmaschine

CAD/CAM

Werkzeugschleifmaschine

SCENARIOS:

1 Arbeitsplatz

Messmaschine

2 Werkzeugschleifmaschine 3 Arbeitsplatz

Messmaschine

Werkzeugschleifmaschine

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GRINDING SYMPOSIUM

23. MAI 2014, 10:15 UHR

PROF. DR. CLAUS EMMELMANN

3-D-LASERMATERIALBEARBEITUNG – CHANCEN UND HERAUSFORDERUNGEN FÜR DIE SCHLEIFTECHNIK SHORT SUMMARY

Lasertechnologie erweitert die Grenzen des bisher konventionell Fertigbaren um Bearbeitungsmöglichkeiten für immer härtere Werkstoffe. Sie ermöglicht die Realisierung von nicht konventionell schleifbaren, dreidimensionalen Freiformkonturen sowie eine berührungslose und folglich kraftfreie Bearbeitung. Es entsteht kein direkter Werkzeugverschleiß und der Wärmeeinfluss ist gering. Eine Reduzierung der Durchlaufzeiten um bis zu 65 Prozent ist möglich.

DIE IN DEN LETZTEN JAHREN stetig zunehmenden Anforderungen des Marktes stellen immer wieder neue Herausforderungen an die produzierenden Unternehmen. Als Folge daraus resultiert insbesondere aufgrund immer geringerer Produktlebenszyklen die Notwendigkeit, Entwicklungszeiten gleichermaßen zu verkürzen. Dies ist nur durch tiefgreifende Konsequenzen für die Unternehmen möglich. Der vermehrte Anspruch nach individuelleren Produkten führt zwingend zu einem Anstieg der Variantenvielfalt und damit bei gleichbleibender Kundenanzahl zu einer Verringerung der Losgröße pro Bauteil. Letzteres führt vornehmlich, einhergehend mit einer stetig steigenden Bauteilkomplexität, zu steigenden Bauteilkosten und verlangt den Unternehmen ab, den auferlegten Herausforderungen flexibel und schnell entgegenzutreten. In diesem Zusammenhang hat sich der Laser in den vergangenen zwei Jahrzehnten zu einem der verlässlichsten Werkzeuge entwickelt. Und sein Potenzial ist bei Weitem noch nicht erschöpft. So hält der Laser seit Kurzem auch Einzug in die Schleiftechnik. Hier findet das Laserstrahlabtragen in Form einer Volumenablation Anwendung. Es erweitert die Grenzen des bisher konventionell Fertigbaren um neuartige Bearbeitungsmöglichkeiten für immer härtere Werkstoffe, die bisher als nicht oder nur eingeschränkt schleifbar galten.

SCHNEID- UND ZERSPANWERKZEUGE Einsatzgebiete sind zum Beispiel die Bearbeitung von Hartstoffen für die Schneid- und Zerspanwerkzeugbranche oder auch das direkte Profilieren von Schleifscheiben sowie die direkte Fertigung von Bauteilen, an denen es filigranste Bearbeitungsaufgaben zu bewältigen gilt. Hierbei entstehen völlig neue Vorteile wie die Realisierung von nicht konventionell schleifbaren, dreidimensionalen Freiformkonturen sowie eine berührungslose und folglich kraftfreie Bearbeitung. Zudem entsteht im Eingriff am Bearbeitungswerkzeug Laser kein direkter Werkzeugverschleiß, wodurch über lange Zeiträume gleichbleibende Bearbeitungsergebnisse gewährleistet werden. Weiterhin 54

ergibt sich eine hohe erzielbare Qualität in Form eines geringen Wärmeeinflusses und einer gleichzeitig interkristallinen Bearbeitung von mehrphasigen Hartstoff-Binder-Werkstoffen, die unter Zuhilfenahme von Laserstrahlquellen im ultrakurz gepulsten Zeitbereich von wenigen Pikosekunden bearbeitet werden können.

FERTIGUNG VON SCHNEIDEINSÄTZEN Die Fertigung von Schneideinsätzen stellt aufgrund der natürlichen Beschaffenheit sowie der eingeprägten Eigenschaften der zu bearbeitenden Rohkörper eine komplexe Aufgabe dar. Am Beispiel des Zerspanwerkstoffs PKD (polykristalliner Diamant) wird deutlich, dass ein sehr hartes Material für seine Verarbeitung nach mindestens gleichharten Werkzeugwerkstoffen verlangt. Darüber hinaus resultieren aus der Bearbeitung in Größenordnungen des Mikromaßstabs besonders anspruchsvolle Entwicklungsziele. Schneidbereiche müssen für eine gute Schärfe und Leistung im Einsatz gezielt sehr kleine Kantenradien von bis zu einem bis zwei Mikrometer aufweisen. Geometrieelemente wie genau definierte Negativfasen sowie präzise ausgebildete Spanbrecherbeziehungsweise Spanformgeometrien und exakte Freiwinkel sind darüber hinaus herzustellen. Für diese innovativen Anwendungsfelder gilt es, die zugrunde liegenden Prozesse unter Anwendung von ganzheitlichen, methodischen Entwicklungsprinzipien zur industriellen Serienreife zu führen. Aus diesem Grund müssen im Umfeld der Prozessentwicklung hohe Maßstäbe angesetzt werden, um die angestrebten technologischen Ziele einhergehend mit einer Erhöhung der Qualität und der Produktivität zu erreichen. Die Verwendung von Laserstrahlquellen, die im Pikosekundenbereich gepulst sind, ermöglicht es, diese Ziele mittels Laserstrahlabtragen zu realisieren. Bei der Bestrahlung mit gepulstem Laserlicht kommt es an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstoffs zu Absorptionsvorgängen. Dabei werden in räumlich begrenzter Nähe zur Fokusposition Photonen von freien Elektronen absorbiert. Die absorbierte Energie wird räumlich

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WERKZEUGSCHLEIFEN

in Tiefenrichtung in dem Maße der optischen Eindringtiefe aufgenommen. Zudem kommt es zu Wärmeleitungseffekten, welche sich durch die thermische Diffusionstiefe in Abhängigkeit des thermischen Diffusionskoeffizienten und der Einwirkdauer eines Laserpulses beschreiben lassen. Unterschreitet die thermische Diffusionstiefe die optische Eindringtiefe, trifft die Definition einer Ultrakurzpulsbearbeitung zu. Somit wird deutlich, dass die Einstufung einer ultrakurzen Interaktion zwischen Laserstrahlung und Werkstoff zum einen von der Pulsdauer der Laserstrahlquelle und zum anderen von den Eigenschaften des zu bearbeitenden Werkstoffs abhängt.

KALTER MATERIALABTRAG PROF. DR. CLAUS EMMELMANN ist Dozent am Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik der TU HamburgHarburg und Geschäftsführer des Laser Zentrum Nord

„IN DER SCHLEIFTECHNIK FINDET DAS LASERSTRAHLABTRAGEN IN FORM EINER VOLUMENABLATION ANWENDUNG.“ Claus Emmelmann

Zusammenfassend zeichnet sich die Bearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen dadurch aus, dass aufgrund eines nahezu kalten Materialabtrags eine stark reduzierte Wärmeeinflusszone zu vermerken ist. Weiterhin können zum Beispiel bei der Bearbeitung von Kunststoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit bereits Laserpulse im Nanosekundenbereich als ultrakurz eingestuft werden. Im Hinblick auf Zerspanwerkstoffe weist die Bearbeitung mit Pikosekundenlasern bei metallbasierten und synthetischen wie vielen hochharten Werkstoffen eine besonders geringe Wämeeinflusszone bei gleichzeitig guter Abtrageffizienz im Vergleich zu noch kürzer gepulsten Systemen auf. Um aufbauend auf grundlegenden Erkenntnissen zu einem optimalen Bearbeitungsergebnis im Rahmen eines industriell abgesicherten Serienprozesses zu kommen, lassen sich mittels methodischer Ansätze optimale Laserparameter in Bezug auf die Bearbeitungsaufgabe sowie den gegenständlichen Werkstoff identifizieren. Auf diesem Weg lässt sich, wie Anwendungsszenarien aus der industriellen Praxis gezeigt haben, im Vergleich zur konventionellen Prozesskette der Fertigung von Schneideinsätzen eine entscheidende Steigerung der Produktivität mittels einer Durchlaufzeitreduzierung um 65 Prozent realisieren. Darüber hinaus kann die Lasermaterialbearbeitung

Abb. 1: Laserstrahlabtragen von Oberflächenstrukturen

etwa auch als Ergänzung in der Hartmetallbearbeitung wirtschaftliche Anwendung finden. Hartmetall weist eine allgemein gute Schleifbarkeit auf, jedoch eröffnet die Lasermaterialbearbeitung auch bei diesem Werkstoff neuartige Möglichkeiten. So können zum Beispiel in der 3-D-Bearbeitung eine Laserveredelung von Spanleitstufen und erweiterte Möglichkeiten wie das Einbringen von Mikround Nanostrukturen auf den bearbeiteten Oberflächen im gleichen Arbeitsschritt vorgenommen werden. Gepulste Laserstrahlquellen im Nanosekundenbereich rufen dabei im Hartmetall thermisch induzierte, unerwünschte Beeinflussungen des Gefüges hervor. Hingegen verändert pikosekundengepulste Laserstrahlung im Vergleich dazu die Beschaffenheit der Hartstoff-Matrix-Struktur bestehend aus Carbiden und Binderphase im nicht maßgeblichen Bereich. Weiterhin sind im Umfeld des Laserstrahlabtragens vielfältige Anwendungsfelder über die Herstellung von Zerspanwerkzeugen hinaus auszumachen, zum Beispiel in der Medizintechnik oder im allgemeinen Maschinenbau. So können Anlagen zum Laserstrahlabtragen zukünftig etwa auch weitergreifende Anwendungen im Bereich von Strukturierungsaufgaben übernehmen. Hierbei bietet der laserbasierte Prozess im Vergleich zu konventionellen Strukturierverfahren den Vorteil einer sehr großen Flexibilität bezüglich bearbeitbarer Materialien und der Gestaltungsfreiheit des Designs bis hin zur Individualisierung von Oberflächen. Zudem kann das Verfahren auf komplexen Freiformflächen angewendet werden.

SCHWELLE ZUR INDUSTRIELLEN REIFE Mit der laserabtragenden Fertigung von Bauteilen aus verschiedenartigsten Werkstoffen steht ein Verfahren an der Schwelle zur industriellen Reife, welches das Potenzial besitzt, hinsichtlich Produktion und Konstruktion neuartige Ansätze zu ermöglichen. Dadurch erweitert sich das bisher eingeschränkte Spektrum an Gestaltungsfreiheiten insbesondere bei anspruchsvollen Werkstoffen zukünftig um neue Fertigungsmöglichkeiten.

Abb. 2: Laserstrahlabtragen von Schneidkanten

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GRINDING SYMPOSIUM

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OLIVER WENKE

TECHNOLOGIEFÜHRERSCHAFT DURCH EINSATZ MODERNSTER MESSTECHNIK SHORT SUMMARY

Entscheidend für eine hohe Prozessqualität und -produktivität ist der effiziente Einsatz von Messtechnik. Wichtig sind die Durchgängigkeit der Messungen im gesamten Fertigungsprozess und der richtige Zeitpunkt. Beherrschte Prozesse helfen, die geforderte höchste Qualität zu liefern, Kosten zu reduzieren und den Vorsprung vor dem Wettbewerb zu sichern.

NEUE ZU BEARBEITENDE MODERNE WERKSTOFFE fordern innovative Werkzeuge und bestimmen heute den Takt bei der Werkzeugentwicklung maßgeblich. Schneidstoff, Beschichtung und häufig auch die Prozessführung müssen individuell angepasst werden. Ziel des Kunden: Verbesserung der Werkzeugstandzeit, Werkzeugkosten senken und die Verfügbarkeit der Werkzeuge in jeder Phase des Fertigungsprozesses sichern. Kunden kaufen schon lange nicht mehr von der Stange und erwarten ein breites Dienstleistungsangebot in Form von Komplettlösungen, Engineering und Zahlen / Fakten inklusive Messprotokoll für qualitativ hochwertige Werkzeuge. Für den Werkzeughersteller ergeben sich hieraus sehr große Chancen, aber auch Risiken durch massive Veränderung (kleinere Lose, weniger Bearbeitungsschritte und geringere Fertigungsdauer). Notwendig ist hier die intensive Einbindung der Maschinenlieferanten als zuverlässige, erfahrene Kooperationspartner.

OPTIMIERUNG DER PRODUKTION Viele Unternehmen arbeiten heute bereits mit einem mehrschichtigen, komplexen Fertigungsmanagementsystem, welches den gesamten Prozess mitlaufend beobachtet und visualisiert. Eine wichtige, prozessnah operierende Ebene ist hier das „Manufacturing Execution System“ MES (Prozessleitsystem). Es ist die Verbindung zwischen Firmenmanagement und Produktion, liefert die richtigen Informationen zur richtigen Zeit und zeigt den Entscheidungsträgern, wie die aktuellen Bedingungen in der Fertigung optimiert werden können, um den Output zu erhöhen. Ein wichtiger Bestandteil ist hier die Datenerfassung BDE / MDE (Betriebsdaten-/Maschinendatenerfassung), welche Daten aus dem Prozess ereignisgesteuert erfasst. Das Qualitätsmanagement ist Grundlage für die Sicherstellung der Produktqualität und der Fähigkeit des Prozesses (Prozessqualität). „Qualität“ muss grundsätzlich eine durchgängige Firmenphilosophie sein! Exakt definiert und 56

aus ganzheitlicher Unternehmenssicht aktiv gelebt werden, das heißt von der Geschäftsführung bis hin zu jedem einzelnen Mitarbeiter. „Messen kostet Geld?“ Nein, denn für eine hohe Prozessqualität und -produktivität ist der effiziente Einsatz von Messtechnik ein sehr wichtiger Baustein, spart direkt Kosten ein und trägt damit wesentlich zum unternehmerischen Erfolg bei!

WAHL DER GEEIGNETEN MESSMITTEL Je komplexer die heutigen Produktionsmaschinen und die Messgeräte zur Qualitätssicherung werden, desto höher sind die Kosten für Instandhaltung, Prüfung und Kalibrierung. Innerhalb größerer Konzerne sind beispielsweise bis zu 50 Messmaschinen der HELICHECKBaureihe vorhanden. Der Kunde akzeptiert die HELICHECK-Messtechnik als den Standard in der Werkzeugmesstechnik und oft setzt er selbst die gleiche Technologie ein. Die gemeinsame Definition und der Austausch der Messprogramme sind hier heute bereits obligatorisch. So ist eine lückenlose, einwandfreie Dokumentation über WZ-Identnummer möglich – inklusive aller relevanten Daten gemäß Dokumentationspflicht nach Normenreihe EN ISO 9000 ff.

PRÜFMITTELFÄHIGKEITSUNTERSUCHUNG Vor dem Einsatz eines Prüfmittels muss sichergestellt sein, dass es die Anforderungen im täglichen Messeinsatz dauerhaft erfüllt. Hierfür wurden Messmittelfähigkeitsuntersuchungen MSA (Measurement Systems Analysis) definiert. Ziel ist es sicherzustellen, dass eine Messeinrichtung im Einsatz unter Produktionsbedingungen und je nach Einsatzart ein Qualitätsmerkmal mit ausreichend kleiner Messwertstreuung messen kann. Die Auswertung kann konventionell oder über spezielle SPC-Softwarelösungen erfolgen, welche den Anforderungen aus den Normen DIN EN ISO 9001, DIN EN ISO 10012, QS 9000 und VDA 6.1 unterliegen. Als eine der am meisten verbreiteten Firmenrichtlinien erfolgt die Entwicklung dieser Verfahren oft nach Grundlage der Schriftenreihe 10 (Firma Bosch), welche bereits ab 1990 entwi-

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WERKZEUGSCHLEIFEN

ckelt wurde und in verschiedene Verfahren gruppiert wurde.

DURCHGÄNGIGKEIT DER MESSUNGEN UND ELIMINIERUNG VON FEHLERN

OLIVER WENKE ist Leiter des Entwicklungszentrums Messtechnik der Walter Maschinenbau GmbH in Garbsen bei Hannover, Deutschland

„KUNDEN ERWARTEN EIN BREITES DIENSTLEISTUNGSANGEBOT IN FORM VON KOMPLETTLÖSUNGEN, ENGINEERING, ZAHLEN / FAKTEN INKLUSIVE MESSPROTOKOLL FÜR QUALITATIV HOCHWERTIGE WERKZEUGE.“

Wichtig sind die Durchgängigkeit der Messungen im gesamten Fertigungsprozess und der richtige Zeitpunkt. Die Messung kann extern oder auch direkt in der Maschine erfolgen. In jedem Fall ist die externe Messmaschine der „Schiedsrichter“ und die anerkannte zertifizierte Referenz! Eine gezielte Rückführung zur schnellen Korrektur und Stabilisierung des Prozesses in Form von Closed-LoopLösungen vermeidet Ausschuss und garantiert kleinste Werkzeugtoleranzen. Hier können mit den WALTER-Lösungen IMS (Integrated Measuring System), OTC (Online Tool Compensation), HCC (Heli Contour Check) und FTC (Form Tool Compensation) einige bereits über viele Jahre hundertfach erfolgreich eingesetzte Applikationen genannt werden. Beherrschte Prozesse helfen, am Ende die geforderte höchste Qualität zu liefern, Kosten zu reduzieren und den Vorsprung vor dem Wettbewerb zu sichern. Sie ermöglichen eine effiziente Fertigung speziell bei kleinen Losgrößen und eine schnelle Reaktionszeit auf neue Kundenanforderungen. Eine einfache, fehlerfreie Programmierung und Bedienung ist essenziell wichtig. Die Erzeugung der Messprogramme sollte idealerweise direkt aus dem Schleifprogramm möglich sein – anhand der aktuellen Werkzeuggeometrie. Für die Schleifsoftware HELITRONIC TOOL STUDIO von WALTER wurde das Tool Measure Interface TMI entwickelt. WALTER ist zudem Mitglied im Fachausschuss „GDX-Standardisierung“, dessen Ziel die Wahrung eines einheitlichen Standards und dessen Formulierung in einer VDI-Richtlinie ist. Aus Herstellersicht erfolgt die Programmierung jedoch am besten anhand der eigenen

Soll- / IstVergleich

Datenbasis. Die individuelle Bereitstellung von Schnittstellen wurde bis heute bereits vielfach erfolgreich realisiert. Die Messprogramme werden komplett offline erzeugt und können in der Regel direkt auf den Messmaschinen verwendet werden. Bei Bedarf ist jedoch auch eine Simulation eines virtuellen Messablaufs zur Kontrolle in der Arbeitsvorbereitung ohne Messmaschine möglich. Zur Erhöhung der Sicherheit können Barcodeleser oder RFID-Schreib-/Leseeinheiten verwendet werden um die relevanten Zusatzdaten ebenfalls vollautomatisch fehlerfrei zu lesen. Die voll parametrierbare, universelle Messsoftware Quick Check Modular QCM von WALTER bietet diese Möglichkeit für alle Arten von Werkzeugen des Produktportfolios. Die HELICHECK-Baureihe kann eine Vielzahl klassischer Messmittel ersetzen und kann in verschiedenen Fertigungsschritten eingesetzt werden. Falls eine 100-Prozent-Prüfung unabdingbar ist, kann die mannlose, vollautomatische Serienmessung mit der Option Robotloader erfolgen – bei einer Kapazität von bis zu 2000 Werkzeugen.

SICHERUNG VON INNOVATIONEN DURCH MESSTECHNIK Messtechnik hilft bei der Werkzeugentwicklung/ -optimierung und auch im Bereich Reverse Engineering. Es wird die Makro- beziehungsweise Mikrogeometrie (zum Beispiel Schneidkantenpräparation) und teilweise auch das komplette 3-DModell des Werkzeugs gefordert. Ziel ist, die entscheidenden Nuancen am Werkzeug zu finden, es zu verbessern und sich somit von der Masse abzuheben – mit immer wieder neuen Innovationen. Für Dominanz und Erfolg als Werkzeughersteller ist effizienter Einsatz von Messtechnik somit ein wichtiger und nicht zu vernachlässigender Baustein. Kurz gesagt: „Wir helfen, Werkzeuge zu verstehen – Creating Tool Performance!“

Protokollierung Korrektur

Oliver Wenke

Schleifen

Messen

Closed-LoopLösungen mit einer gezielten Rückführung der Messergebnisse zur schnellen Korrektur und Stabilisierung des Prozesses vermeiden Ausschuss und garantieren kleinsteWerkzeugtoleranzen

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GRINDING SYMPOSIUM

23. MAI 2014, 11:45 UHR

PROF. DR. DIRK BIERMANN

ENTWICKLUNGEN ZUR EFFIZIENTEN HERSTELLUNG VON VOLLHARTMETALLHOCHLEISTUNGSWERKZEUGEN SHORT SUMMARY

Optimierungsmaßnahmen bei der Herstellung von Vollhartmetallzerspanwerkzeugen müssen stets mit Bedacht auf die gesamte Fertigungsabfolge durchgeführt werden. Die Effizienz des Nutenschleifprozesses kann durch neue Schleifscheibenzusammensetzungen, die Wahl geeigneter Prozessparameter und Kühlschmierstoffbedingungen gesteigert werden. Magnetabrasive Bearbeitung verbessert die Oberflächengüte der Spanfläche sowie die Kantenqualität entlang der Schneide.

DIE SPANENDE FERTIGUNG mit geometrisch bestimm-

ter Schneide stellt in vielen Fällen einen der letzten Bearbeitungsschritte in der Wertschöpfungskette zur Herstellung von Bauteilen dar. Gerade hier ist es demzufolge von besonderer Bedeutung, dass die eingesetzten Werkzeuge eine hohe Qualität – sichergestellt durch optimierte Schleifprozesse – und eine ausreichende Prozessstabilität im Einsatz gewährleisten. Die Prozesskette zur Herstellung von Vollhartmetallzerspanwerkzeugen ist, ausgehend vom gesinterten Hartmetallrohling über das Schleifen und die Kantenpräparation sowie die Beschichtung und nachfolgende Nachbehandlung, an die Leistungsanforderungen moderner Zerspanungswerkzeuge angepasst worden. Innerhalb dieser Prozesskette ergibt sich eine Vielzahl von Abhängigkeiten. Optimierungsmaßnahmen müssen deshalb stets mit Bedacht auf die gesamte Fertigungsabfolge durchgeführt werden. Im Folgenden werden anhand von ausgewählten Beispielen Maßnahmen zur Optimierung der Herstellung von Zerspanwerkzeugen aus Hartmetall aufgezeigt.

SCHLEIFEN VON SPANNUTEN Den Anfang bildet die schleiftechnische Herstellung der Werkzeuge. Hier werden üblicherweise die Prozessschritte der Umfangsbearbeitung und des Nutenschleifens sowie die Erstellung der Spitzengestalt voneinander abgegrenzt. Das Nutenschleifen nimmt hier eine besondere Bedeutung ein. Der Längs-Umfangs-Planschleifprozess, der oftmals als Tiefschleifoperation ausgeführt wird, ist gekennzeichnet durch komplexe Eingriffsbedingungen zwischen Schleifscheibe und Werkstück. Das Nutenschleifen beeinflusst unmittelbar den Werkzeugquerschnitt und bestimmt maßgeblich die Form der Hauptschneide und die Qualität der Spanflächen sowie Nebenschneiden. So hängt die im Werkzeugeinsatz entstehende Spanform wesentlich von der Ausgestaltung der Spannuten ab. Der Prozessschritt des Tiefschleifens der Spannuten ist durch eine Überlagerung der Rotation des Werkstückrohlings und der Bewegung

der rotierenden und in Werkstückachsrichtung verfahrenden Schleifscheibe geprägt. Der Steigungswinkel der Spannuten (Drallwinkel) wird durch das Verhältnis der zuvor beschriebenen Bewegungen bestimmt. Das Querschnittsprofil des Zerspanwerkzeuges hingegen wird durch das Profil und die Position der Schleifscheibe in Relation zum Werkstück definiert. Neue Schleifscheibenzusammensetzungen spielen neben der Wahl geeigneter Prozessparameter und Kühlschmierstoffbedingungen eine wichtige Rolle für Optimierungen hinsichtlich der Effizienz des Nutenschleifprozesses. So soll im Nachfolgenden auf die Möglichkeiten, die sich durch den Einsatz hybrider Schleifscheibenbindungssysteme ergeben, eingegangen werden. Durch eine geeignete Prozessauslegung vf lassen sich mit hybridgebundenen Schleifscheiben Vorschubgeschwindigkeiten prozesssicher von bis zu vf = 200 Millimeter / Minute erreichen.

OBERFLÄCHENBEARBEITUNG DURCH MAGNETFINISHEN Nach dem Schleifen der Spannuten ist es mithilfe geeigneter Verfahren möglich, die Oberflächengüte der Spannuten und damit an der Spanfläche deutlich zu verbessern. Ein mögliches Fertigungsverfahren stellt dabei das Magnetfinishen dar. Dort wird durch ungebundene ferromagnetische Abrasivkörner, die sich innerhalb zweier rotierender Magnete befinden, ein Materialabtrag an den zwischen den Magneten befindlichen Werkstückpartien vorgenommen. Durch die magnetische Bindung passt sich das pulverförmige Abrasivmedium dynamisch an die zu bearbeitende Werkstückgestalt an. So lassen sich neben Zerspanwerkzeugen vielfältige Werkstückgestalten mithilfe dieses Verfahrens bearbeiten. Im Vergleich zur geschliffenen Oberfläche an Spanfläche und Schneidenecke kann die Oberflächengüte der Spanfläche sowie die Kantenqualität entlang der Schneide durch die magnetabrasive Bearbeitung deutlich verbessert werden. Mit steigender Drehzahl des Arbeitskopfes kommt es zu

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WERKZEUGSCHLEIFEN

PROF. DR. DIRK BIERMANN leitet das Institut für Spanende Fertigung (ISF) an der Technischen Universität Dortmund

„DIE SPANENDE FERTIGUNG MIT GEOMETRISCH BESTIMMTER SCHNEIDE STELLT IN VIELEN FÄLLEN EINEN DER LETZTEN BEARBEITUNGSSCHRITTE ZUR HERSTELLUNG VON BAUTEILEN DAR – UND UNTERLIEGT DESHALB BESONDEREN QUALITÄTSANFORDERUNGEN.“

einer zunehmenden Verrundung, insbesondere im Bereich der Schneidenecke. So bietet das Magnetfinishen die Möglichkeit, durch gezielte Anpassung von Prozessparametern Zerspanwerkzeuge an die Bearbeitungsaufgabe anzupassen und somit die Leistungsfähigkeit weiter zu steigern. Die Beschaffenheit der Schneidkante von Vollhartmetallwerkzeugen wird vor allem durch die Auslegung des Schleifprozesses zur Herstellung der endgültigen Werkzeugmakrogestalt beeinflusst. Infolge des Schleifprozesses kommt es zu Mikrodefekten wie Ausbrüchen und Abplatzungen entlang der Schneidkante. Die dadurch hervorgerufene hohe Schartigkeit kann sich nachteilig auf das Einsatzverhalten auswirken und einen erhöhten Werkzeugverschleiß zur Folge haben. Zur Verbesserung des Einsatzverhaltens werden nach dem Schleifprozess üblicherweise Verfahren zur Werkzeugpräparation eingesetzt. Gängige Präparationsverfahren sind das Strahlspanen, das Schleppschleifen, das Bürsten und die magnetabrasive Bearbeitung.

SCHNEIDKANTENPRÄPARATION Die verschiedenen Präparationsverfahren werden zurzeit vor allem zur Substratvorbehandlung vor der Beschichtung eingesetzt. Das Ziel der Schneidkantenpräparation ist, die Schartigkeit

durch eine Glättung der Schneidkante zu reduzieren. Darüber hinaus soll durch das Erzeugen einer definierten Verrundung die Stabilität der Schneidkante und somit die Werkzeugstandzeit erhöht werden. Weiterhin kann die Haftung einer nachträglich aufgebrachten Verschleißschutzschicht gesteigert werden. Für die Präparation von Einlippentiefbohrwerkzeugen wird das Strahlspanverfahren eingesetzt. So kann durch eine definierte Verrundung der Schneidkante die Werkzeugmikrogestalt an die Anforderungen des Bohrprozesses angepasst und aufgrund der erhöhten Kantenstabilität die Verschleißbeständigkeit verbessert werden.

AN ZERSPANUNGSAUFGABEN ANPASSEN Entlang der Prozesskette zur Herstellung von Vollhartmetall-Hochleistungswerkzeugen aus Hartmetall wurde anhand ausgewählter Beispiele zum einen aufgezeigt, wie die aufwendige Herstellung effizienter gestaltet werden kann. Zum anderen wurde dargelegt, wie sich moderne Hochleistungswerkzeuge durch geeignete Fertigungsverfahren und deren Beherrschung gezielt an die jeweiligen Zerspanungsaufgaben anpassen lassen. Das Ergebnis ist die Erhöhung der Prozessstabilität und die Möglichkeit zur Steigerung der Produktivität.

Eingriffsverhältnisse beim Nutenschleifen von Wendelbohrern

Schleifscheibe

Dirk Biermann

Fn AwKg

ns λ

Fa Ft

ns: nw: vf: Ft: Fn: Fa: AwKg: ae: ap: λ

Schleifscheibendrehzahl Werkstückdrehzahl Vorschubbewegung des Werkstückes Schleiftangentialkraft Schleifnormalkraft Schleifaxialkraft geometrisch ideale Kontaktfläche zwischen Schleifscheibe und Werkstück Arbeitseingriff seitliche Zustellung Drallwinkel

Bohrer ap

nw Vf

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GRINDING SYMPOSIUM

23. MAI 2014, 14:00 UHR

PROF. DR. KONRAD WEGENER

ENERGIEEFFIZIENZ UND THERMISCHES VERHALTEN VON WERKZEUGMASCHINEN SHORT SUMMARY

Das Verständnis für das thermische Verhalten einer Werkzeugmaschine in Form eines Modells ist der Schlüssel zum Erfolg für die Beherrschung des Temperaturgangs und auch für das Einsparen von Energie. Temperaturkompensation ist immer als flankierende Massnahme zu einer nach thermischen Gesichtspunkten optimierten Konstruktion zu sehen.

GETRIEBEN DURCH DIE ERP-RICHTLINIE der EU kommen derzeit Werkzeugmaschinen jedweder Prozesstechnik hinsichtlich effizientem Umgang mit Energie auf den Prüfstand. Die energetische Analyse von 25 Werkzeugmaschinen unterschiedlichster Prozessführung hat gezeigt, dass an ein einheitliches Vorgehen zur Verbesserung des sparsamen Umgangs mit Energie überhaupt nicht zu denken ist. Allerdings fällt auf, dass Leistungsaufnahmen von Hilfsaggregaten den unterschiedlichen Anforderungen des Prozesses gar nicht folgen und zum Teil kräftig überdimensioniert werden.

VIER HANDLUNGSFELDER Verallgemeinernd lassen sich vier Handlungsfelder zur besseren Nutzung von Energie identifizieren, die im konventionellen Designprozess häufig nicht genügend Beachtung finden:

effiziente Prozesse Vermeidung von Betrieb ohne Nutzen Hallenintegration Wärmemanagement Da praktisch sämtliche einer Werkzeugmaschine zugeführte Energie in Wärme umgewandelt wird und somit zu Temperaturänderungen führt, weiterhin diese Wärme wieder abgeführt werden muss, was Temperaturgradienten zur Folge hat, ist der sparsame Umgang mit Energie die beste primäre Maßnahme, den Temperaturgang einzudämmen. Dabei erzeugen Energiesparmaßnahmen einen beträchtlichen Sekundärnutzen für die Fertigungsqualität. Maßnahmen zur Temperierung erhöhen den Energieverbrauch drastisch, indem mehrstündige Warmlaufzyklen der Produktion vorgeschaltet werden müssen, und da das thermische Verhalten der Maschine unter Span doch anders ist als im Leerlauf, sind dennoch Ausschussteile bei hohen Genauigkeitsanforderungen unvermeidlich. Bis vor 15 Jahren galt als unumstößlich, dass eine Maschine mit höheren Genauigkeitsanforderungen klimatisiert zu stellen ist. Heute ist der

Temperaturgang einer Werkzeugmaschine vom Betreiberproblem zum Herstellerproblem geworden, weil Werkzeugmaschinen sich konstruktionsbedingt thermisch unterschiedlich gut verhalten. Das Verständnis für das thermische Verhalten einer Werkzeugmaschine in Form eines Modells, welches aus den Leistungsdaten der wesentlichen Energieverbraucher und den Umgebungsbedingungen den Temperaturgang vorhersagbar macht, ist der Schlüssel zum Erfolg auch für das Einsparen von Energie bei nicht nur gleicher, sondern verbesserter Teilequalität. Mithilfe des Modells lassen sich Kompensationswerte für die Achsen der Werkzeugmaschine berechnen, die über eine geeignete Schnittstelle der Maschinensteuerung zur Verfügung gestellt werden können, die dann den Ausgleich praktisch ohne zusätzlichen Energieverbrauch in temperaturkompensierte Achsbewegungen umsetzt.

HERAUSFORDERUNG MODELLBILDUNG Da Leistungseinträge aufgrund der hohen Wärmekapazität der Maschine erst mit großen Verzögerungen in temperaturbedingte Lageänderungen des TCP relativ zum Werkstück (WCP) umgesetzt werden, muss die gesamte Historie der Leistungsströme für die Berechnung der Kompensationswerte berücksichtigt werden. Dies erschwert die Modellierung des thermischen Verhaltens beträchtlich. Daher stehen verschiedene Modellierungsansätze zur Verfügung. Beim physikalisch „korrektesten“ Ansatz zur Berechnung des Temperaturgangs werden die Verlustleistungen aus einem Starrkörpermodell gewonnen, welches zum Beispiel die zur Bestimmung der Reibleistung notwendigen Kräfte auf Führungen und Lager liefert. Unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur als Randbedingungen, die im Rahmen eines Kompensationsmodells durch Temperaturmessungen gestellt werden müssen, kann hiermit die Wärmeleitungsgleichung gelöst werden, die das historienabhängige Temperaturfeld auf der Maschine liefert. Der nächste Schritt ist die Bestimmung der thermischen Verlagerung aufgrund

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UNIVERSAL-RUNDSCHLEIFEN

PROF. DR. KONRAD WEGENER ist Professor für Produktionstechnik und Werkzeugmaschinen an der ETH Zürich und leitet das IWF (Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigung)

„ENERGIESPARMASSNAHMEN ERZEUGEN EINEN BETRÄCHTLICHEN SEKUNDÄRNUTZEN FÜR DIE FERTIGUNGSQUALITÄT.“

des Temperaturfelds, wobei nur die Relativverlagerung zwischen TCP und WCP interessant ist, dies aber abhängig davon, in welcher Position die Maschine steht. Der große numerische Aufwand, der damit verbunden ist, relativiert sich, da die Wärmebewegungen langsam sind und selbst für Echtzeitsimulation nur etwa alle Minute ein neuer Kompensationswert zur Verfügung stehen muss. Weiterhin wird durch geschickte Organisation der Rechnung, Dimensionsreduktionsverfahren, Aufstellung der Systemmatrizen für verschiedene Posen vorab und Interpolationen zwischen den Posen die Rechenzeit deutlich reduziert.

MODELLISIERUNGSVARIANTEN Dennoch lohnt es sich, über Vereinfachungen dieser aufwendigen Modellbildung nachzudenken. Beim sogenannten Thermobilanzmodell werden die einzelnen zueinander bewegten Körper einer Werkzeugmaschine mit in sich homogener Temperatur modelliert. Das reduziert die Anzahl der Freiheitsgrade dramatisch, allerdings ist zur Verbesserung der Übereinstimmung zwischen Modell und Realität eine Parameteridentifikation notwendig. Das heißt, ohne eine realisierte Maschine und die zugehörigen Messungen ist das Modell nicht funktionsfähig. Doch liefert es innerhalb von Sekundenbruchteilen neue Verlagerungs- und damit Kompensationswerte. Eine weitere Modellierungsvariante besteht in einer phänomenologischen Modellierung, das heißt einer Modellierung, die ergebnisorientiert sich primär um die Resultate, die Verlagerungen zwischen TCP und WCP kümmert. Das prinzipielle Verhalten der Maschine wird durch PT1-Glieder zwischen jeder Relativverlagerung von Interes-

se und jeder thermischen Belastung abgebildet. Zeitkonstanten und Vorfaktoren müssen ebenfalls experimentell bestimmt werden. Aus den berechneten Relativverlagerungen wird der achsweise Kompensationswert errechnet und über eine Schnittstelle der Steuerung mitgeteilt.

HOHER NUTZEN Numerische und achsweise Temperaturkompensation ist das effizienteste Mittel gegen thermisch bedingte Fehler am Werkstück und somit im modernen Werkzeugmaschinenbau, vor allem auch im Hinblick auf Energieeffizienz, unverzichtbar. Bei allen Erfolgen, die heute durch modellbasierte Temperaturkompensation erzielt werden können, darf nicht übersehen werden, dass es noch erheblicher Anstrengungen bedarf, um eine hochgenaue Kompensation zu realisieren. Bereits die Genauigkeit, mit der die linearen Ausdehnungskoeffizienten der im Werkzeugmaschinenbau verwendeten Materialien eingestellt werden können, liegt nur bei plus / minus zehn Prozent. Wärmeübergangsbedingungen an die Umgebung und die Verschleppung von Wärmeenergie durch das Kühlschmiermittel sind heute nur unzureichend modelliert. Temperaturkompensation ist daher immer als flankierende Maßnahme zu einer Konstruktion zu sehen, die thermischen Aspekten Rechnung trägt. Effizienter Umgang mit Energie, thermosymmetrischer Maschinenaufbau, Verlagerung von Wärmequellen an die Peripherie und effizienter Temperaturausgleich mit der Umgebung sind Aspekte, die bereits im Entwurf einer Werkzeugmaschine berücksichtigt werden müssen.

Konrad Wegener

Mit dem einem Thermobilanzmodell erzielte Kompensationsergebnisse

Y0C [μm]

0 Nicht kompensiert kompensiert

10 0

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GRINDING SYMPOSIUM

23. MAI 2014, 14:45 UHR

DR. FRANK FIEBELKORN

NEUESTE SCHLEIF- UND ABRICHTTECHNOLOGIEN FÜR DEN EINSATZ HOCHHARTER SCHLEIFMITTEL SHORT SUMMARY

Die anspruchsvolle Bearbeitung von sprödharten Werkstoffen wird durch neu entwickelte Verfahren wie das ultraschallunterstützte Schleifen oder den elektroerosiven Abrichtprozess unterstützt. Ultraschallunterstütztes Schleifen kann die Bearbeitungskräfte beim Innenrundplanschleifen fallweise reduzieren: um circa 30 – 50 Prozent. Drahterosive Abrichttechnologie mit STUDER-WireDress® führt mit metallgebundenen Schleifscheiben zu einer Schleifzeitreduktion von circa 30 – 40 Prozent.

AN DAS FERTIGUNGSVERFAHREN SCHLEIFEN als Endbearbeitungstechnologie werden branchenspezifisch die unterschiedlichsten Ansprüche gestellt. In den letzten Jahren verzeichneten beispielsweise die Hersteller von Bauteilen aus sprödharten Materialien wie Hartmetallen oder Keramiken stetig steigende Forderungen an die Qualitätsmerkmale der Komponenten. Zur Optimierung dieser Produktionsprozesse werden in diesem Beitrag exemplarisch zwei Forschungsprojekte – das „Ultraschallunterstützte Schleifen“ und das „Drahterosive Abrichten“ (STUDER-WireDress®) – vorgestellt, die im Rahmen der schweizerischen Forschungsförderung als Kooperationsprojekte (KTI-Projekte) von der Fritz Studer AG initiiert wurden.

ULTRASCHALLUNTERSTÜTZTES SCHLEIFEN Im Vordergrund der Untersuchungen zum ultraschallunterstützten Schleifen stand der Innenrundschleifprozess zur Bearbeitung von Keramiken (ZrO2, Al2O3, Si3Ni4) mit Diamantschleifscheiben. Die Bauteile aus diesen Materialien können später beispielsweise in der Medizinaltechnik oder Präzisionsmesstechnik (Messkugeln) eingesetzt werden. Der hier neu vorgestellte Ansatz sieht vor, dass eine Adaption der Ultraschall-Schleifspindel auf heutigen Maschinenkonzepten beziehungsweise auch zur Nachrüstung bestehender Maschinen denkbar ist. Der patentierte Ansatz berücksichtigt, dass eine Integration der Aktuatoren für die Ultraschallerzeugung in bekannte Schleifspindelkonzepte zum Innenschleifen möglich ist. Die Sonotroden werden in Kombination mit den Schleifwerkzeugen berechnet und entsprechend gefertigt. Für die geplanten Einsatzbedingungen sind ebenso geringe Schleifscheibendurchmesser (< 3 mm) zwingend notwendig. Daher wurde die Entwicklung der Ultraschallspindelkomponenten auf hohe Spindeldrehzahlen von 60 000 – 100 000 min-1 fixiert, um auch den Vorteil größerer Schnittgeschwindigkeiten am Schleifwerkzeug zu nutzen. Für diese Einsatzbedingungen ergaben sich neue Anforderungen an

zu entwickelnde Ultraschall-Schleifspindeln, um den theoretischen Vorteilen der ultraschallunterstützten Bearbeitung gerecht zu werden. Diese bestehen im hier vorgestellten Beispiel besonders in der Reduktion der Bearbeitungskräfte (fallweise circa 30 – 50 Prozent) beim Innenrundplanschleifen ins volle Keramikmaterial, die höhere Zeitspanungsvolumina oder geringeren Werkzeugverschleiß ermöglichen.

REDUZIERTE OBERFLÄCHENRAUHEITEN Die axial überlagerte Ultraschallbewegung, induziert durch die integrierten Piezoaktoren, unterstützt hierbei den Spanbildungsprozess beim Schleifen der sprödharten Werkstoffe. Zur Umsetzung dieses Potenzials wurde synchron zur hohen Spindeldrehzahl eine Übertragung der Ultraschallbewegung von 70 kHz realisiert. Diese Konstellation stellt nun einen neuen Stand der Technik dar. Weitere Untersuchungen mit gleichem Versuchsaufbau wurden auch zum Innenrundeinstechschleifen von Keramikbauteilen durchgeführt. Zusätzlich wurde ebenso der Effekt der Reduzierung von Oberflächenrauheiten festgestellt, die dem künftigen Nutzer dieses Verfahrens weiteres wirtschaftliches Potenzial erschließt.

DRAHTEROSIVE ABRICHTTECHNOLOGIE Für die oben genannten sprödharten Werkstoffe werden in der Regel Diamantschleifscheiben in den verschiedensten Bindungssystemen eingesetzt. Diese hochharten Schleifmittel sind aufgrund der Materialeigenschaften von Hartmetall und Hochleistungskeramiken (unter anderem Härte, Zähigkeit) notwendig. Jedoch unterliegen auch diese Schleifmittel einem physikalischen Verschleiß, der die Problematik des Abrichtprozesses auf die Tagesordnung bringt. Die bekannten Abrichttechnologien sind hierbei oft problembehaftet und ungenügend reproduzierbar. Aufgrund dessen hat sich STUDER in der Vergangenheit in einer Grundlagenuntersuchung mit dem elektroerosiven Abrichten von metallgebundenen Diamantschleifscheiben befasst und diese Grundlagen dann mit den neuesten Erkenntnissen

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UNIVERSAL-RUNDSCHLEIFEN

DR. FRANK FIEBELKORN ist Leiter Produktentwicklung, Forschung und Technologie der Fritz Studer AG

praxisgerecht auf die Bedingungen des Abrichtens von Schleifscheiben zum Außenschleifen übertragen. Die Untersuchungen fokussierten sich auf den Einsatz von metallgebundenen Diamantschleifscheiben und Verwendung von Öl als Kühlschmierstoff, das auch als Dielektrikum wirkt, wobei das Prinzip ebenso für Anwendungen mit metallgebundenen CBN-Schleifscheiben erprobt wurde. Die Renaissance des Einsatzes von metallgebundenen Diamantschleifscheiben, wie sie heute auch bei Hochgeschwindigkeitsprozessen verwendet werden, kann nun auch bei niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten zu höheren Zerspanungsleistungen führen, da mit dem Erodierprozess neben dem Erzeugen des regulären Schleifscheibenprofils exzellente Kornüberstände und somit Spanräume für den Materialabtrag definiert erzielt werden. Diese Kornüberstände führen in Kombination mit den hohen Kornhaltekräften der Metallbindung zu optimalen Abtragsleistungen.

DEUTLICHE SCHLEIFZEITREDUKTION

„HERSTELLER VON BAUTEILEN AUS SPRÖDHARTEN MATERIALIEN SEHEN SICH STETIG STEIGENDEN FORDERUNGEN AN DIE QUALITÄTSMERKMALE DER KOMPONENTEN AUSGESETZT.“

Eine produktionsnahe Seriensimulation unter Einbezug der STUDER-WireDress®-Technologie ergab gegenüber dem heutigen Schleifprozess mit metallgebundenen Schleifscheiben eine deutliche Schleifzeitreduktion von circa 30 – 40 Prozent je Werkstück. Die Wahl für das STUDER-WireDress®-System fiel auf das Drahterodierverfahren, da gegenüber dem Senkerodierverfahren kontinuierlich ein konstanter Drahtdurchmesser benutzt wird. Ein Regenieren eines Senkerodierwerkzeuges für ein komplettes Schleifscheibenprofil ist somit nicht notwendig. Ein speziell entwickeltes Drahtführungssystem stellt einen kontinuierlichen Drahtvorschub für hochgenaue Konturen sicher und

führt den Draht präzise und schwingungsarm während des Abrichtprozesses. Mithilfe eines definierten Drahtdurchmessers können nun am Schleifscheibenprofil Innenradien < 0,2 Millimeter und Außenradien < 0,05 Millimeter erzeugt werden. Mit diesen Parametern ergeben sich für den Anwender völlig neue Möglichkeiten in seiner Fertigungsphilosophie.

PROFILGENAUIGKEIT DER SCHLEIFSCHEIBE Die gesamte Profilgenauigkeit der Schleifscheibe wird ebenso durch die Qualität der Maschinenachsen der Schleifmaschine bestimmt, da diese das Abfahren der Scheibenkontur übernehmen. Präzise Schleifmaschinen bieten hier technisch bedingt die besten Voraussetzungen. Das Konzept von STUDER-WireDress® ist vollständig auf die Bedingungen einer Maschinenintegration abgestimmt, das heißt die Schleifscheibe wird in der Maschine (ohne Wechsel der Scheibe) und bei Bedarf bei Arbeitsdrehzahl konditioniert. Diese Maßnahme beeinflusst die Qualität des Schleifprozesses erheblich. Im Vergleich der Scheibentopografien, die durch das STUDERWireDress®-Verfahren statt mit SiC-Abrichtwerkzeugen erzeugt wurden, konnten weitere zusätzliche positive Effekte wie reduzierte Schleifkräfte und höhere Schleifverhältnisse (G-Werte) verzeichnet werden. Die optimalen Parameter zum Abrichten der Schleifwerkzeuge mittels Drahterodierprozess werden dem Maschinenbediener über die Steuerung vorgegeben. Somit ist die Technologieintegration von STUDER-WireDress® für den Anwender beherrschbar und vergleichbar mit ihm bekannten Methoden zur Bedienung und Programmierung einer Schleifmaschine.

Frank Fiebelkorn

STUDER-WireDress® – drahterosive Abrichttechnologie

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GRINDING SYMPOSIUM

23. MAI 2014, 15:30 UHR

DR. SEVERIN HANNIG

DYNAMISCHE STABILITÄT VON SCHLEIFMASCHINEN – POTENZIALE UND RISIKEN SHORT SUMMARY

Schwingungen gefährden die Stabilität des Schleifprozesses und damit die Schleifqualität. Eigenschwingungen der Maschine können an allen Komponenten auftreten. Über Messungen können die Ursachen schnell und sicher ermittelt werden. Eine ganzheitliche Maschinensimulation kann bereits bei der Planung der Maschinen Schwachstellen entgegenwirken.

DIE DYNAMISCHE MASCHINENSTEIFIGKEIT bestimmt die Stabilität des Schleifprozesses und damit die Schleifqualität. Aufgrund ihrer Komplexität ist die Erfassung und richtige Beurteilung der Dynamik bis heute die Königsklasse der Untersuchungsmethoden an Produktionsmaschinen. Modernste Mess- und Simulationstechniken helfen bei der Analyse und Prognose der komplexen Wirkzusammenhänge zwischen den dynamischen Eigenschaften einer Maschine und den Auswirkungen auf das Schleifergebnis.

VERSCHIEDENE SCHWINGUNGSURSACHEN Im Betrieb treten Rattermarken oft dann auf, wenn neue Maschinen in Betrieb genommen werden oder der Prozess hinsichtlich der Parameter, Schleif- und Spannmittel beziehungsweise der Werkstücke geändert wurde. Die wirtschaftlichen Randbedingungen erfordern in der Regel eine Prozessauslegung an der Grenze des Machbaren sowie oftmals an der Leistungsgrenze der Maschine. Die Ursachen für die Rattermarken sind vielfältig, ebenso wie die Möglichkeiten für den Anwender, zeitund kostenintensive Verbesserungsmaßnahmen umzusetzen. Die Ursachen müssen vor einer Umsetzung sinnvoller Maßnahmen sicher getrennt werden können. Welligkeitsanteile mit Proportionalität zu Spindeln, Aggregaten, Lagern oder Getrieben lassen sich leicht ermitteln. Auch Rattermarken, die zu bestimmten Eigenschwingungen der Maschinen gehören, können zugeordnet werden, wenn die dynamische Systemnachgiebigkeit bekannt ist. Diese gleicht einem „Fingerabdruck“ der dynamischen Maschinenqualität. Schwieriger ist die Bewertung prozessübergreifender Fehleranteile, die zum Beispiel beim Abrichten auftreten und sich als Muster der Scheibe beim Schleifen wieder abbilden. Einen Spezialbereich bilden Schwingungseinflüsse durch externe Maschinen oder Aggregate über das Fundament. Am schwierigsten identifizierbar sind Welligkeitsanteile, die aus Schwebungen mehrerer benachbarter Eigenfrequenzen beziehungsweise zwischen Schwingungs- und Drehfrequenzen entstehen. Sie sind als Seitenbänder beziehungs-

weise Amplitudenmuster in den FFT-Ordnungsanalysen erkennbar. Mit der Reduzierung der beschriebenen Toleranzgrenzen nehmen Welligkeitsprobleme zu, die nicht durch klassisches „Rattern“, das heißt dem regenerativen Aufschwingen bei einer Resonanz, entstehen. Vielmehr befindet sich die Drehfrequenz der Scheibe lediglich in einem Frequenzbereich, in dem die Maschine mit etwas höherer Nachgiebigkeit reagiert.

RISIKEN DER DYNAMIK KALKULIEREN Die Ursachen für Eigenschwingungen einer Schleifmaschine lassen sich nach dem Herkunftsort in vielen Fällen der Werkstück-, Schleif- oder Abrichteinheit beziehungsweise der Grundmaschine zuordnen. Ist jedoch eine statistische Klassifizierung möglich? Wie teilen sich Schwingungsprobleme auf unterschiedliche Maschinentypen auf? Exemplarisch wurden die Ratterursachen für 62| untersuchte Schleifmaschinen ausgewertet. Prozentuale Verteilung der Ratterursachen dieses Beispiels:

45 %: Eigenschwingung Schleifeinheit 19 %: Unwucht/Rundlaufprobleme 17 %: Eigenschwingung Werkstückeinheit 8 %: Eigenschwingung Abrichteinheit 6 %: Aufstellschwingung Grundmaschine Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zeigt die Auswahl zunächst, dass die Probleme an allen Einheiten von Maschinen auftreten können, jedoch die Schleifeinheit hier eine große Bedeutung besitzt. Die Mehrzahl der Achsen lag bei den problematischen Maschinen auf der Schleifseite. Für eine hohe Flexibilität in der Bearbeitung sind die Schleifeinheiten mit übereinander angeordneten Schlitten und Schwenkeinrichtungen ausgestattet, deren dynamische Nachgiebigkeiten sich ungünstig summieren und zu Kipp- beziehungsweise Schiebeschwingungen führen können. Die zweite Ursache liegt in den Kombinationen aus großen Schleifscheiben mit oft relativ schweren Scheibenflanschen. Die Systeme kragen weit aus und bilden

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UNIVERSAL-RUNDSCHLEIFEN

DR. SEVERIN HANNIG ist geschäftsführender Gesellschafter der planlauf GmbH. Das Unternehmen unterstützt Hersteller und Anwender von Produktionsmaschinen bei der Ursachenforschung und Behebung von dynamischen Schwingungsproblemen

in Verbindung mit Spindeln, deren Abmessungen und Lageranordnung beziehungsweise -abstand durch den Bauraum limitiert sind, ein Risiko für das Auftreten von Spindeleigenschwingungen. Die Werkstück-, Schleif- oder Abrichteinheit kann Schiebe- beziehungsweise Kippbewegungen der Schlitten ausführen. Spindelsysteme an den beschriebenen Einheiten bergen das Risiko für Biege-, Axial- oder Torsionseigenschwingungen. Die Scheibe kann Plattenschwingungen ausführen, was bei CBN-Scheiben mit geringem Dämpfungsverhalten des metallischen Grundkörpers unter räumlich wirkenden Kräften des Schrägeingriffs ein Problem darstellen kann. Jedes Maschinenkonzept besitzt besondere dynamische Risiken, die bereits in der Konzeptphase Beachtung finden können. Exemplarisch wurden die Schwingungsursachen für 40 Großwerkzeugmaschinen in Portal-, Gantry- oder Ständerbauweise mit senkrechtem Schieber untersucht. Die Ratterursachen verteilten sich in diesem Beispiel wie folgt:

55 %: Pendelschwingung des Schiebers 22 %: Schwingung Werkstück / Tisch 9 %: Kippschwingung Ständer / Portal

„DIE ERFASSUNG UND RICHTIGE BEURTEILUNG DER DYNAMISCHEN MASCHINENSTEIFIGKEIT IST DIE KÖNIGSKLASSE DER UNTERSUCHUNGSMETHODEN AN PRODUKTIONSMASCHINEN.“ Severin Hannig

Verantwortlich für den hohen Prozentsatz bei der Pendelschwingung des Schiebers sind oft die schweren Spindelköpfe bei begrenztem Querschnitt des Schiebers, mit welchem in unterster Position bearbeitet wird. Der beschriebene dynamische Fingerabdruck in dieser Schieberauskragung kann sehr viel über die Leistungsfähigkeit der Maschine aussagen und ist besonders bei der Abnahme zu empfehlen.

FLEXIBLE MEHRKÖRPERSIMULATIONEN Sind die konzeptbedingten Schwachstellen bekannt, kann ihnen bereits in der Planung der Maschine entgegengewirkt werden. Die planlauf GmbH unterstützt Maschinenhersteller und -anwender bei der rechnerischen Ermittlung des dynamischen Steifigkeitsverhaltens. Stand der Forschung sind ganzheitliche Maschinensimulationen mithilfe der flexiblen Mehrkörpersimulation, die neben den Strukturkomponenten die Aufstellung, Lager, Führungen und Antriebe berücksichtigt.

Auch die Regelung der Antriebsstränge kann integriert werden. Eine Datenbank aus einer Vielzahl an Steifigkeitsmessungen an Maschinen bildet die Voraussetzung für möglichst realitätsnahe Modelle. Das Verbesserungspotenzial von Konstruktionsvarianten und Baugrößenskalierungen beziehungsweise neue Schwingungsrisiken können berechnet und mit Ausgangsversionen verglichen werden. Die langjährige Erfahrung zeigt, dass nur die Hälfte der Schwingungsprobleme so gravierend ist, dass sofortige Maßnahmen getroffen werden. Der zweite Anteil existiert oft bereits seit der Aufstellung der Maschine. Man versucht, mit dynamischen Schwachstellen zu leben oder belastet durch den überflüssigen Austausch von Komponenten die Instandhaltung. Unbekannte Schwachstellen schränken über Jahre hinweg die Leistungsfähigkeit einer Maschine ein, was in keinem Verhältnis zum zeitlichen Aufwand einer detaillierten messtechnischen Ursachenanalyse (1 bis 3 Tage) beziehungsweise einer rechnerischen Untersuchung (1 bis 2 Wochen) des dynamischen Verhaltens steht.

VERBESSERUNGSMASSNAHMEN Ist die Ursache gefunden und der Schwachpunkt eingegrenzt, kann das Potenzial von Verbesserungsmaßnahmen ermittelt werden. Während sich Probleme durch ungünstige Drehzahlverhältnisse und Restunwuchten noch durch die Änderung von Prozessparametern reduzieren lassen, erfordern dynamische Probleme meist konstruktive Eingriffe, um entweder die dynamische Steifigkeit der Maschine oder die Dämpfung einzelner Komponenten zu erhöhen. Hier bieten Struktursimulationen bei der Auslegung von Komponenten, der optimalen Einspannung von Werkstücken oder der Auslegung von Hilfsmassendämpfern gegenüber der empirischen Vorgehensweise entscheidende Zeit- und Kostenvorteile. Aktuelle Entwicklungen in der planlauf GmbH ermöglichen bereits die Simulation der Stabilität von Prozessen unter Berücksichtigung des dynamischen Maschinenzustands. Neben Standardprozessen mit definierter Schneide lassen sich komplexe Schleifprozesse wie das Spitzenlosschleifen im Zeitbereich simulieren und Stabilitätskarten zur optimalen geometrischen Einstellung des Prozesses berechnen.

Dynamische Steifigkeitsmessung an einer Rundschleifmaschine

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GRINDING SYMPOSIUM

23. MAI 2014, 16:15 UHR

ERHARD KÄMPF

RECHNERGESTÜTZTE, PRAXISGERECHTE AUSLEGUNG VON RUNDSCHLEIFPROZESSEN SHORT SUMMARY

StuderTechnology bietet eine einzigartige Softwarelösung für Effizienz, Qualität, Zeit, Leistung, Reproduzierbarkeit und Kontinuität an. Damit können bestehende Programme analysiert und das Optimierungspotenzial ermittelt werden. Einricht- und Operationspläne können erzeugt werden. Lohnfertiger können aus den Daten direkt Angebote für ihre Kunden generieren. Alle Eingaben werden mit einem Validierungsverfahren geprüft.

NOCH VOR NICHT ALLZU VIELEN JAHREN mussten Foto-

grafen an ihren Kameras alle Einstellungen selber wählen. Das kostete viel Zeit und war für Laien oft eine Herausforderung. Mittlerweile sorgen eingebaute Programme dafür, dass die Kamera für praktisch jede Gelegenheit eigenständig die passende Einstellung findet. Auch beim Schleifprozess kommt es auf die richtigen Einstellungen an. STUDER hat zu diesem Zweck den Schleiftechnologierechner StuderTechnology entwickelt und bietet seinen Kunden damit eine einzigartige Softwarelösung an. Effizienz, Qualität, Zeit, Leistung, Reproduzierbarkeit, Kontinuität, Know-how und so weiter sind die Schlagwörter, aber dazu gehört auch, dass man möglichst schlank von der Werkstückzeichnung via Schleifprozess zu einem perfekten, effizient gefertigten Werkstück gelangt. Aber wie setzt sich der Ablauf von der Werkstückzeichnung zum fertigen Teil zusammen, wo entstehen immer wieder unnötige Verluste?

WIEDERKEHRENDE TÄTIGKEITEN Der Kostenaufwand kann im Wesentlichen in die wiederkehrenden Tätigkeiten Einrichten, Programmieren, Profilieren von Schleifscheiben, Optimieren, Produzieren und Dokumentieren aufgeteilt werden. Wobei das Verhältnis vom reinen Produktionsaufwand zu den restlichen Tätigkeiten stark von der Losgröße abhängt. Der Einsatz von StuderTechnology lohnt sich vor allem bei Einzelteilen, kleinen und mittleren Losgrößen. Am Anfang steht immer die Werkstückzeichnung oder eine Arbeitsanweisung. Darauf sind die Maße, Maß-, Form-, Lage- und Oberflächentoleranzen ersichtlich. Für den Anwender stellt sich immer wieder von Neuem die Frage, wie er die Maschine einzustellen hat, um die Anforderungen zu erfüllen. Des Weiteren muss er Einflussgrößen wie Werkstoff und Härte sowie Schleif- und Kühlschmiermittel, Spannsituation und so weiter in seine Entscheidung einbeziehen. Daraus leitet er seine von der persönlichen Erfahrung geprägten Einstellwerte ab. Bei der Automatisierung dieser Aufgaben stellt StuderTechnology ähnlich wie bei einer Fo-

tokamera, bei der Belichtungsprogramme und Automatiken für verschiedene Belichtungs- und Motivsituationen auf dem Einstellrad wählbar sind, Fertigungsziele zur Verfügung. Das Fertigungsziel „Normal Schleifen“ steht für Anwendungen im Toleranzbereich ~ H5/h5 und Oberflächengüte ~ Ra 0,3. Entsprechend gibt es ein Fertigungsziel für erhöhte Abtragsleistung, einsetzbar vor allem für Vorschleifoperationen. Und es gibt zwei weitere Fertigungsziele in Richtung höhere Genauigkeit oder höhere Oberflächenqualität.

BEZOGENES ZEITSPANVOLUMEN Bei diesen Fertigungszielen dreht sich alles um den Materialabtrag beziehungsweise das Q’w , das bezogene Zeitspanvolumen. Täglich müssen sich Anwender mit verschiedensten Werkstoffen auseinandersetzen. Doch welcher Anwender weiß, welche Abtragsleistung, welches Q‘w, beziehungsweise welche daraus resultierenden Zustellungen für welche Werkstoff- (Härteverfahren) / Schleifmittel-Kombination zur Anwendung kommen? Ohne Unterstützung ist man kaum je nahe an einem Optimum. Doch was steckt hinter dem Modell, das bei der Unterstützung zur Anwendung kommt? Es handelt sich um eine Kombination aus Formeln der Schleiftechnik, Empirik und jahrelangem Expertenwissen aus unzähligen Kundenanwendungen und Grundlagenversuchen.

PROBLEME IM NUTZUNGSVERHALTEN Anhand der Schleifaufgabe in unserer Abbildung kann gezeigt werden, warum beim Nutzungsverhalten ein Notstand herrscht. Die rote Kurve zeigt die erreichten Schleifzeiten. Links die schnellsten, rechts die langsamsten. Unten aufgeführt die Anzahl der Teilnehmer. Die untere grüne Kurve zeigt den Erfüllungsgrad der sechs Auswertungskriterien (drei Rauheiten und drei Rundheiten). Alle Kriterien erreicht hat nur, bei wem die grüne Kurve die rote erreicht. Werden mindestens ein oder mehrere Kriterien nicht erfüllt, wird dieses durch einen größeren Abstand der grünen Kurve zur roten dargestellt.

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UNIVERSAL-RUNDSCHLEIFEN

Nur elf Prozent der Teilnehmer haben alle sechs Auswertungskriterien erfüllt! Trotz längerer Bearbeitungszeit werden die Rauheits- und Rundheitstoleranzen meist nicht auf Anhieb erreicht, das heißt, es muss meist noch stunden- oder tagelang optimiert werden. Die Ursache dafür ist, dass sich die meisten Maschinenbediener mit ihren Erfahrungswerten für die Prozessparameter stets auf die sichere Seite begeben. Man möchte ja auf Anhieb ein gutes Teil haben. Das heißt, die Vorschübe sind zu langsam und die Ausfunkzeiten zu lang gewählt. Trotzdem werden die geforderten Toleranzen oft nicht erreicht. Eines der größten Probleme ist die folgende kostspielige Optimierungsphase, die es zu minimieren oder eliminieren gilt. ERHARD KÄMPF

UNENTBEHRLICHE ERFAHRUNG Durch StuderTechnology berechnete Prozessparameter kommen dagegen qualitativ und wirtschaftlich bereits nahe an eine optimierte Variante heran. An dieser Stelle soll aber betont werden, dass die Erfahrung des Bedieners nach wie vor unentbehrlich für das Bestimmen der Vorgehensweise beziehungsweise der Operationsfolge, Ein- und Umrichten der Maschine und vieles mehr ist; jedoch schleift man mit den von StuderTechnology automatisch berechneten Prozessdaten wesentlich wirtschaftlicher und qualitativ besser.

ZWEI VARIANTEN DES TECHNOLOGIERECHNERS

Viele Anwender haben StuderTechnology mittlerweile im Einsatz. Immer mehr Kunden rüsten ihren bestehenden Maschinenpark nach. Etliche Produktionsleiter, Meister und Schleifer hätten nicht erwartet, dass ihre Teile noch schneller gefertigt werden können. Umso erstaunter waren sie, als die von StuderTechnology vorhergesagte Verbesserung eingetroffen ist. Einmal den Umgang mit der Software gewohnt, wird auch eine einfache und praxisgerechte Bedienung attestiert. Allein die Schleifzeiten können in der Regel um 25 – 50 Prozent verkürzt werden. Auch Einricht-, Programmier- und Dokumentationszeiten reduzieren sich durch den Einsatz der Software. Die Optimierungszeiten, die in der Regel einen beträchtlichen Teil des Aufwandes ausmachen, können in den meisten Fällen sogar ganz vermieden werden. Die Kosten pro Teil sinken daher beträchtlich.

Erfüllungsgrad aller Toleranzen f (Bearbeitungszeit) (6 Auswertungskriterien) 16 15

Optimieren!

14 13 12

Bearbeitungszeit Erfüllungsgrad

11 10 9 8

11 % zu 89 %

7 6 5

StuderTechnology: 2 min 30 s: Erfüllungsgrad 100 %

2 1 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73

Teilnehmer

Ø 30 mm

Ø 55 mm

Erhard Kämpf

Von StuderTechnology gibt es zwei Varianten. Die eine – mit der Bezeichnung StuderTechnology Integrated – läuft auf der Steuerung unter der Bedienoberfläche StuderWIN und ist bei allen Maschinen serienmäßig dabei. Mit der Variante StuderTechnology für den Offline-Programmierplatz StuderGRIND kann man zusätzliche Funktionen wie Zeit- und Kostenberechnung sowie die Simulation der erstellten Schleifprogramme nutzen. Außerdem können damit bereits früher erstellte Programme analysiert

Bearbeitungszeit [min]

„DER KOSTENAUFWAND KANN IM WESENTLICHENI N WIEDERKEHRENDE TÄTIGKEITEN WIE EINRICHTEN, PROGRAMMIEREN, PROFILIEREN VON SCHLEIFSCHEIBEN UND PRODUZIEREN AUFGETEILT WERDEN.“

MASCHINEN NACHRÜSTEN

Ø 40 mm

ist in der Fritz Studer AG verantwortlich für die OfflineProgrammierung der Rundschleifmaschinensteuerungen

und das Optimierungspotenzial ermittelt werden. Ebenso lassen sich Einricht- und Operationspläne erzeugen. Lohnfertiger können aus den Daten direkt Angebote für ihre Kunden generieren. Steht das optimale Schleifmittel für einen bestimmten Werkstoff nicht zur Verfügung, wird dies dem Anwender angezeigt und die Vorschläge für die Prozessparameter werden automatisch angepasst. In solchen Momenten darf die Unterstützung nicht versagen. Die Vorschläge können jederzeit übersteuert, als eigenes Firmen-Knowhow gesichert und immer wieder personenunabhängig reproduziert werden. Alle Eingaben werden mit einem Validierungsverfahren geprüft. So wird der Anwender darauf hingewiesen, dass sich eventuell das Teil oder der Innenschleifdorn durchbiegt oder dass Gefahr für Schleifbrand besteht, dass ungünstige Drehzahlverhältnisse vorliegen und vieles mehr. Außerdem ist StuderGRIND mit bis zu zehn Jahre alten Maschinen (Fanuc Release B) kompatibel, sodass diese Technologie durch Nachrüstung auch noch bei älteren Maschinen eine markante Effizienzsteigerung bringt.

Oberflächenrauheit max. Ra0,3 μm Rundheit: max. 0,001 mm Aufmaß: 0,3 mm / Ø Abrichten: 1 x zu Beginn (Fliese)

Motion 01. 2014

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United Grinding Group AG Jubiläumsstrasse 95 3005 Bern, Schweiz Fon +41 31 356 01 11 Fax +41 31 356 01 12 info @grinding.ch www.grinding.ch

FLACH- UND PROFIL

RUND

WERKZEUG

Mägerle AG Maschinenfabrik

Fritz Studer AG

Walter Maschinenbau GmbH

Walter Ewag Asia PaciƂc Pte. Ltd.

Allmendstrasse 50 8320 Fehraltorf, Schweiz Fon +41 43 355 66 00 Fax +41 43 355 65 00 sales@maegerle.com

3602 Thun Schweiz Fon +41 33 439 11 11 Fax +41 33 439 11 12 info@studer.com

Jopestraße 5 72072 Tübingen, Deutschland Fon +49 7071 9393 0 Fax +49 7071 9393 695 info@walter-machines.com

25 International Business Park #01-53/56 German Centre 609916 Singapur Fon +65 6562 8101 Fax +65 6562 8102 info.sg@walter-machines.com

Blohm Jung GmbH

Fritz Studer AG

Ewag AG

Kurt-A.-Körber-Chaussee 63–71 21033 Hamburg, Deutschland Fon +49 40 7250 02 Fax +49 40 7250 3287 sales-hh@blohmjung.com

Lengnaustrasse 12 2504 Biel, Schweiz Fon +41 32 344 04 50 Fax +41 32 314 06 71 info@studer.com

Industriestrasse 4 4554 Etziken, Schweiz Fon +41 32 613 31 31 Fax +41 32 613 31 15 info@ewag.com

Blohm Jung GmbH

Schaudt Mikrosa GmbH

Walter Kurim s.r.o.

Jahnstraße 80–82 73037 Göppingen Deutschland Fon +49 7161 612 0 Fax +49 7161 612 170 sales-gp@blohmjung.com

Saarländer Straße 25 04179 Leipzig, Deutschland Fon +49 341 4971 0 Fax +49 341 4971 500 sales@schaudtmikrosa.com

Blanenská 1289 66434 Kurim, Tschechien Fon +420 541 4266 11 Fax +420 541 2319 52 info.wcz@walter-machines.com

StuderTEC K.K.

Walter Ewag Japan K.K.

Matsumoto Bldg. 2F 4-10-8, Omorikita, Ota-ku Tokyo 143-0016, Japan Fon +81 3 6801 6140 Fax +81 3 6662 6970 info.jp@studer.com

1st ƃoor MA Park Building Mikawaanjo-cho 1-10-14 Anjo City 446-0056, Japan Fon +81 556 71 1666 Fax +81 566 71 1668 info.jp@walter-machines.com

Walter Ewag UK Ltd. B 13 Holly Farm Business Park Honiley, CV8 1NP Kenilworth Großbritannien Fon +44 1926 4850 47 Fax +44 1926 4850 49 info.uk@walter-machines.com

Walter Ewag Italia S.r.l. Via G. Garibaldi, 42 22070 Bregnano (CO), Italien Fon +39 31 7708 98 Fax +39 31 7760 429 info.it@walter-machines.com

Walter Ewag do Brasil Ltda. Avenida XV de Agosto, 5-060 Jd. Leocádia 18 085-290 Sorocaba, Brasilien CEP: 18 085 290 Fon +55 15 3228 6910 Fax +55 15 3228 1366 vendas@walter-maquinas.com.br

UNITED GRINDING Group International Körber Schleifring Machinery (Shanghai) Co., Ltd. 1128, Tai Shun Road Anting Town Jiading District Shanghai 201814, China Fon +86 21 3958 7333 Fax +86 21 3958 7338 info@grinding.cn

Körber Schleifring Machinery (Shanghai) Co., Ltd. Beijing Branch OfƂce Room 202, Building 18 Tower B, Universal Business Park No.10 Jiuxianqiao Road Chaoyang District Beijing 100015, China Fon +86 10 8526 1040 Fax +86 10 6500 6579 info@grinding.cn

Körber Schleifring Machinery (Shanghai) Co., Ltd. Chongqing Branch OfƂce 15-11 Building 4, No.18 Jinshan Road, Longxi Street, Yubei District, Chongqing 401147, China Fon +86 23 6370 3600 Fax +86 23 6374 1055 info@grinding.cn

Körber Schleifring Machinery (Shanghai) Co., Ltd. Guangzhou Branch OfƂce Room 2003, 20/F Center Plaza Tower B 161 Linhexi Road Tianhe District Guangzhou 510620, China Fon +86 20 3862 1241 Fax +86 20 3862 1270 info@grinding.cn

United Grinding GmbH India Branch OfƂce

United Grinding North America, Inc.

No. 487 - D1 & D2A 4th Phase, KIADB Main Road Peenya Industrial Area Bangalore 560058, Indien Fon +91 80 415 54 601 Fax +91 80 415 54 603 info.in@grinding.ch

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