Produktionspraxis!

Es war einmal, vor langer Zeit . . . da klaffte tatsächlich eine gewaltige Lücke zwischen den Forschungsaktivitäten der Technischen Universitäten und der Industrie, vom ¿Elfenbeinturm¿ war damals oft die Rede. Heute ziehen auch Professoren mal den grauen Kittel des Produktionsleiters an, arbeiten Hand in Hand mit der Industrie, stellen Ihr Wissen in den Dienst der Fertigungspraxis. Und so sind die ¿neuen¿ Professoren nicht mehr die hochverehrten Herren, sondern hilfreiche Partner. Einen dieser Neuen, den haben wir in seinem Institut besucht.
Was hat Professor Dr.-Ing. Herbert Schulz, Lehrstuhlinhaber für Produktionstechnik und Spanende Werkzeugmaschinen an der Technischen Universität Darmstadt, mitten im Trubel der Werkzeugmaschinenmessen zu suchen? Natürlich schaut er sich an, was Maschinen- und Werkzeughersteller neues zu bieten haben. Richtig! ¿ und doch nicht ganz: Denn viele Hersteller der Branche schauen sich an seinem PTW-Messestand an, was Produktionstechnik heute bedeuten kann. Nicht etwa auf Schaubildern oder Diagrammen ¿ da laufen Maschinen, Eigenentwicklungen, Prototypen zwar noch, aber schon mit Leistungen und Eigenschaften, die so manchen Werkzeugmaschinenhersteller neidisch hinschauen lassen. Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, High-Speed Cutting (HSC), das diese Bezeichnung wirklich verdient. Aber das ist nur ein ganz kleiner Teil der PTW-Aktivitäten. Übrigens, PTW steht für Institut für Produktionstechnik und Spanende Werkzeugmaschinen.

Falls Sie nun zu denen gehören, die meinen, daß diese Technische Hochschule so reichlich mit Staats- und Landesmitteln gesegnet ist, ¿daß die sich solche technischen Finessen doch leicht erlauben können¿, so lesen Sie lieber nicht weiter ¿ Ihre alten Vorurteile laufen sonst Gefahr, sich als Illusionen zu entpuppen. Ich gestehe es ja offen ein, auch ich konnte mich dieser Denke bisher nicht ganz entziehen. Ein Grund mehr, dem PTW mal auf den Zahn zu fühlen.

Manchmal kommt es anders . . .
und meistens als man denkt. So weiß es schon der Volksmund zu berichten, und ich durfte mich vor Ort von der Richtigkeit dieser Weisheit überzeugen. Meine Erwartungen sahen ungefähr so aus: Einige Theoretiker, viele Studenten - massenweise PCs, wenige Maschinen ¿ mehr Labor-atmosphäre als Maschinenbaupraxis. Das Gegenteil war der Fall: Riesige Maschinenbauhalle, Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Bohrmaschinen; Versuchsaufbauten, Werkzeugspindel-Prüfstände, Auswuchtmaschinen, Materialprüfung; Werkstattleiter, Facharbeiter, Azubis; Professoren, Wissenschaftliche Mitarbeiter, Studenten; Projektmitarbeiter aus Unternehmen und Servicetechniker. Das, was ich dort sah, ist ein eigenes Unternehmen innerhalb der Universität. Nicht nur eine Ideenschmiede, sondern echter Werkzeugmaschinenbau.

¿Was Sie dort gesehen haben, das ist der Forschungsschwerpunkt Hochgeschwindigkeitsbearbeitung¿, so Schulz nach der Besichtigung. ¿Alles dadurch gekennzeichnet, daß wir die Mehrzahl der Maschinen selbst gebaut haben. Natürlich nur bis zum Prototyp-Stadium, da es uns nur ums Forschen und Weiterentwickeln geht. Wir beschäftigen uns mit allen Zerspanungstechnologien, die mit definierter Schneide arbeiten.¿ Es geht also um Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Drehfräsmaschinen und Bohrmaschinen. Alle sollen die hohe Hürde zur HSC-Technologie nehmen können.

Tücken der Technologie
Leider kann man nicht die ¿normale¿ Maschine nehmen, alles etwas schneller machen, und bekommt zum Dank dafür die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Alles hängt von allem ab! Neue Wege und Gesamtkonzepte sind erforderlich. Werkstoff, Werkzeug, Maschine und Prozeß beeinflussen sich gegenseitig. ¿Heute haben wir alle benötigten Komponenten. Wälzgelagerte Hochfrequenzspindeln, schnelle Steuerungen und hochdynamische Antriebe ¿ und damit auch alle Probleme der Hochgeschwindigkeitstechnologie, die es zu lösen gilt¿, so Schulz mit einem Lächeln.

Aber es sind nicht nur die direkten Probleme der Hochgeschwindigkeit, wie Werkzeugverschleiß, Unwucht und Sicherheit für Mensch und Maschine, für die noch bessere Lösungen gefunden werden müssen. Auch die Maschinensteuerungen müssen noch schneller werden, das Zusammenspiel von Maschine und Steuerung hat man noch nicht optimal im Griff ¿ schwere Werkstücke belasten die Maschinentische anders als leichte. Da kann nur eine lastabhängige Regelung Abhilfe schaffen. Linearantriebe bringen auch einige Probleme ins Arbeitsfeld: Woher soll die Steifigkeit der Maschine kommen? Es fehlen ja die Kugelspindeln. Die Temperaturprobleme hingegen, die hat man im Griff. Prof. Schulz kann beim System Linearmotor/Kühlsystem/Maschine von nur noch 2,5 Grad Temperaturerhöhung berichten. Die magnetischen Felder des Linearmotors lassen Polymerbeton-Maschinengestelle natürlich kalt.

Sicher ist in jedem Fall, daß mit der steigenden Akzeptanz der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung auch die Ansprüche der Anwender wachsen werden. Immer weitergehende Wünsche der Metallbearbeiter werden zu neuen Herausforderungen für die Werkzeugmaschinenhersteller. Über Mangel an Problemen, die auf praxisnahe Lösungen warten, wird das PTW wohl nie zu klagen haben.

Wo kommt das Geld her?
Eine Frage, die aus der Industrie häufiger gestellt wird. Das PTW hat immerhin 65 Mitarbeiter. Schulz: ¿Grundsätzlich finanzieren wir uns selbst ¿ aus Drittmitteln. Vom Land bekommen wir nur so viel Geld, daß wir damit den Lehrbetrieb aufrecht erhalten können. Forschung wird vom Land nur personell (Planstellen) unterstützt. Von den 30 Wissenschaftlichen Mitarbeitern des PTW haben aber nur sechs Planstellen. Das heißt, die Forschung wird fast ausschließlich durch Drittmittel bestritten. Drittmittel sind die Gelder, die ein Lehrstuhl auf Eigeninitiative hereinholt.¿ Das sind ganz beträchtliche Summen. Gemessen an dem, was das Land für den Lehrbetrieb ausgibt, wird über Drittmittel gut das Doppelte aufgebracht. Von der Gesamtsumme, die von den 19 Fachbereichen der Universität Darmstadt als Drittmittel für Forschungsprojekte akquiriert werden, entfallen circa 30 Prozent allein auf den Fachbereich Maschinenbau.

Was ist ein Verbundprojekt?
Die Zusammenarbeit mit der Industrie wird ganz groß geschrieben. Meist interessieren sich mehrere Firmen für ein und dieselbe Problematik und beteiligen sich deshalb finanziell an einem Projekt ¿ dem Verbundprojekt. Schulz: ¿Da kommen schnell zehn bis 15 Unternehmen zusammen. Denken Sie nur einmal an die Linearmotoren. Alle sind an dieser Technologie für Werkzeugmaschinen interessiert, doch für ein Unternehmen allein wird die Forschung auf diesem Gebiet viel zu teuer. Also beteiligt man sich im Verbund und schaut dann mal, zu welchen Ergebnissen wir kommen, wie wir die Probleme lösen.¿

In Darmstadt hat man sich auf fünf Forschungsebenen festgelegt: Grundlagenebene (Technologie), Werkzeugebene, Maschinenebene, Prozeßebene und Anwenderebene. Bei jedem Verbundforschungsprojekt wirken Repräsentanten der Industrie aus allen Ebenen mit ¿ ein sicher Weg zur Praxisnähe. Einige für das Institut typische Projekte sind: Bohren, Senken, Reiben ¿ Maschinenkonzepte ¿ Leichtbautechnik ¿ Motorspindeln ¿ Linearmotormaschinen ¿ Trockenbearbeitung ¿ Werkzeug- und Formenbau ¿ Neue Werkstoffe ¿ Sicherheit (Personenschutz) bei der HSC-Bearbeitung und die Wuchttechnik.

Ganz aktuell ist eine neue Werkstoffherausforderung: Was da unter dem Namen GGV (Vermikularguß) auf den Markt kommt, zeigt gerade bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung unangenehme Seiten ¿ Die Werkzeugstandzeit ist nur noch ein Bruchteil dessen, was bei konventioneller Bearbeitung üblich ist. Brandheiß ist das Thema Sicherheit. Hätten Sie gedacht, daß in der HSC-Technik die Werkzeug-Umfangsgeschwindigkeiten so groß werden können, daß Schneidplatten wie Geschosse durch den Maschinenarbeitsraum fliegen können, daß ganze Werkzeugkassetten aus Fräsern herausreißen, daß sich sogar Fräserkörper zerlegen können? Aber keine Bange, die heutigen HSC-Maschinen haben alle Sicherheitskabinen mit Panzerglas. Doch die Norm, die Höchstgrenzen der Umfangsgeschwindigkeit von Werkzeugen festlegt, die sollte bald vom Entwurf zur Vorschrift werden.

Einige Überraschungen brachte auch das Projekt Wuchttechnik: Während man früher davon überzeugt war, es reiche, das Werkzeug auszuwuchten, so betrachtet man heute das System Spindel plus Werkzeug als Einheit. Heute weiß man, daß Mängel der Qualität bearbeiteter Oberflächen nicht nur auf Unwucht im Werkzeug, sondern überwiegend auf Schwingungen der Spindel, vor allem der Spindellagerung, zurückzuführen sind. Zudem liegen nach jedem Werkzeugwechsel andere Unwuchtverhältnisse vor. Und vor allem ist die Unwucht drehzahlabhängig. Ideal ist es also, während des Hochlaufens der Spindel das gesamte System von Spindel und Werkzeug auszuwuchten, damit während des Bearbeitungsvorganges größtmögliche Laufruhe herrscht. Dieser Vorgang muß natürlich nach jedem Werkzeugwechsel und bei jeder Drehzahländerung erfolgen. Schulz: ¿Ein großes Problem, denn um die Unwucht der Spindel zu beseitigen, muß man die bewegten Massen verändern. Hydraulische Systeme funktionieren gut, haben aber das Problem, daß die Flüssigkeit bei Drehzahlabfall der Spindel unkontrolliert abfließt. Gemeinsam mit einem Industrieunternehmen arbeiten wir an einer mechanisch-elektronischen Problemlösung, die geradezu phantastische Ergebnisse liefert. Dazu aber mehr auf der AMB.¿

AMB, ein gutes Stichwort
Die internationale Ausstellung für Metallbearbeitung, AMB 98, findet vom 15. bis 19. dieses Monats in Stuttgart statt. Dort finden Sie die ganze Welt der Werkzeugmaschinen versammelt ¿ Ein ¿Muß¿ für jeden Werkzeugmaschinenbauer und eigentlich auch für alle, die mit diesen Maschinen arbeiten möchten! Ausstellungsschwerpunkte sind: Spanende Bearbeitung, Umformtechnik, Werkzeuge, Meß- und Prüftechnik, Wärmebehandlung, Lasertechnik, Handhabungs- und Montagetechnik, Flexible Fertigung, C-Techniken, Schmieren, Kühlen, Reinigen, Dienstleistungen und Organisation. Und natürlich dürfen Sonderschauen zu den Themen, die die Branche bewegen, nicht fehlen. Im Vordergrund stehen deshalb in diesem Jahr die Mikrobearbeitung von Metallen, die Hexapoden-Technologie und natürlich die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ¿ womit wir wieder beim PTW Darmstadt sind.

Die HSC-Sonderschau bietet auf 600 Quadratmetern Ausstellungsfläche die Werkzeugmaschinentechnik und das Drumherum unter aktiver Beteiligung von 35 Herstellern ¿ und natürlich auch das Neueste aus dem PTW. Vielleicht Ihre Gelegenheit, Kontakt zur Uni Darmstadt und zu Prof. Schulz aufzunehmen.

Technologie und mehr
Technologieprobleme zu lösen, ist aber nur die eine Seite. Wirtschaftliche Produktion heißt heute, in Zusammenhängen zu denken. Auch die tollste Maschinentechnik kann ihre Stärken nur dann voll ausspielen, wenn das Umfeld darauf abgestimmt ist: Technik, Mensch und Informationsaustausch bilden zwar den Kern, doch Produktprogramm, Konstruktion, Produktionsplanung, Materialmanagement, Produktionsablauf, Montage, Lagertechnik und Transport müssen eine Einheit bilden, um Zeit, Kosten, Qualität und Umweltschutz in den Griff bekommen zu können. Davon reden heute zwar alle, doch die Betriebspraxis zeigt oft das Gegenteil.

Wie aufwendig der ganzheitliche Denkansatz wirklich ist, das zeigen einige am PTW durchgeführte Projekte. Dazu zählen zum Beispiel die Themen ¿Wie groß ist das Potential rechnergestützter Unternehmensstrategien?¿, ¿Warum sind erfolgreiche Unternehmen erfolgreich?¿, ¿Zulieferketten im Automobilsektor¿ oder auch ¿Qualität als Erfolgsfaktor¿. Schulz: ¿Das sind die Großprojekte. Wir beschäftigen uns aber mit allen Problemen, die zwischen Auftragseingang und Auslieferung überhaupt nur auftauchen können. Da kommen die Firmen auf uns zu, während wir bei Großprojekten Vorschläge machen und uns die interessierten Partner suchen.¿ So steht das PTW laufend mit circa 100 Industriebetrieben in direktem Arbeitskontakt.

Ein Fazit
Forschung kostet Geld, manchmal sogar sehr viel Geld. Weshalb also nicht Partner in der Industrie suchen, die ähnliche Ziele verfolgen: Geteilte Kosten sind halbe Kosten ¿ und wenn Sie sogar durch zehn oder fünfzehn teilen können . . . Dann brauchen Sie nur noch die Helfer, bei denen die erforderliche Kompetenz vorhanden ist. In Sachen Werkzeugmaschinen und Metallbearbeitung ist das PTW sicher eine gute Adresse. Versuchen Sie es doch einmal. Wahrscheinlich bringt schon das erste Gespräch hilfreiche Erkenntnisse. Zumindest wird aber schnell klar, wie der weitere Weg zum Ziel aussehen sollte. Kommt es tatsächlich zur Zusammenarbeit, so folgt das Übliche: Vorgespräche, Arbeitsumfang festlegen, eventuell Partnersuche, Angebot mit Festpreisen des PTW und dann erst Ihr Zuschlag oder die Absage. Es geht also fair zu und Sie werden nicht etwa über den Tisch gezogen.

Per Kennziffer kommen erstmal Unterlagen aus Darmstadt. Aber auch der direkte Draht per Telefon oder Fax steht Ihnen durchaus offen.

Dieter Capelle / September 1998