Prozessautomatisierung Werkzeugmaschinenbau im Wandel: Wie Lineartechnik die Transformation unterstützt

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Mit der sinkenden Nachfrage nach Verbrennungsmotoren ist das Geschäft mit hochpräziser Metallbearbeitung rückläufig. Maschinenbauer, die ihre Marktposition in diesem Segment halten oder ausbauen wollen, brauchen deshalb innovative Lösungen für den Werkzeugmaschinenbau.

Einige Werkzeugmaschinenbauer orientieren sich an Wachstumsfeldern wie der Elektromobilität oder entwickeln Maschinen für die Prozessautomatisierung. Wie kann die Lineartechnik diese Transformation unterstützen?

Fall 1: Wettbewerbsfähige Metallbearbeitung

Hochpräzise Metallbearbeitung erfordert innovative Lineartechnik, auf deren Basis besonders genaue, produktive und wirtschaftliche Maschinenkonzepte entwickelt werden können. Dazu gehören ­Maschinenbaureihen, die sich leicht in verschiedene Genauigkeitsklassen ausprägen lassen, oder Komplettlösungen inklusive Automatisierungsmodulen für die Werkstück- oder Werkzeugbestückung.

Um die Genauigkeit beispielsweise beim Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsfräsen weiter zu steigern, müssen Fertigungsprozesse noch stabiler und kostengünstiger werden. Bosch Rexroth hat dafür eine Lösung entwickelt, die sich optional in Führungsschienen und Gewindetriebe integrieren lässt, ohne deren Footprint zu verändern und ohne dass Anwendende in externe Kühlsysteme investieren müssen: Für die optionale Temperierung per Thermo Compensating Rail System TCRS stattet Bosch Rexroth seine Kugel- und Rollenschienenführungen auf der Unterseite mit Nuten für Rohrleitungen aus. Die Gewindetriebe werden entsprechend mit Hohlbohrungen versehen. So vorbereitet muss der Maschinenhersteller nur noch die passenden Leitungen beschaffen, einlegen und an den zentralen Kühlkreislauf anschließen.

So kann durch Reibung entstehende Verlustenergie direkt aus der Führung oder Achse abgeführt oder Wärme für einen schnellen Produktionsstart zugeführt werden. Das minimiert den Ausschuss und erhöht je nach Bedarf die Präzision, Dynamik oder den Durchsatz, zumal auch das wiederholte Nachjustieren im Prozess entfällt. Der unveränderte Formfaktor ermöglicht es auch dem Werkzeug­maschinenbau, abgestufte Präzisionspakete für seine Maschinen anbieten oder nachrüsten zu können.

Integriert führen, messen und temperieren

Wie sich auch die Positionsmessung platz­sparend in die Linearführung integrieren lässt, zeigt Bosch Rexroth mit dem integrierten Messsystem IMS. Im Vergleich zu Glasmaßstäben ist die Lösung bei nahezu gleicher Genauigkeit deutlich unempfindlicher gegen Schmutz und Erschütterungen und einfacher zu montieren. Das System, dessen Encoderfunktion ohne Sperrluft oder externe Komponenten auskommt, kann dank zyklisch auslesbarer Beschleunigungssensoren sogar zur aktiven Schwingungsdämpfung in Linearachsen oder zur Positionserfassung in Kombination mit Linearmotoren eingesetzt werden.

Den höchsten Grad der Funktionsintegration erreicht das IMS in Kombination mit der Temperierungsoption TCRS. Sind beide Systeme in der Führung integriert, können selbst Messfehler durch minimale Verformungen der Schiene ausgeschlossen werden. So kann der Maschinenhersteller die Prozessgeschwindigkeit und -stabilität ohne wiederholtes Nachjustieren erhöhen.

Werkzeugmaschinenbau: Schwingungsarme Bearbeitung

Wer mit Linearführungen Genauigkeiten im µm-Bereich erreichen will, muss auf hohe Laufruhe und minimale Pulsationsneigung achten. Die Rollenschienenführungen der Baureihe RSHP von Bosch Rexroth erreichen dies durch eine patentierte Einlaufzone im Führungswagen. Diese überführt den Wälzkörper besonders sanft auf Maximalkraft und ermöglicht so eine schwingungsarme Bearbeitung. Die optionale Temperierungsfunktion kann für zusätzliche thermische Stabilität sorgen. Kugelgewindetriebe von Bosch Rexroth bieten Maschinenherstellern durch ein optimiertes Ablaufverhalten eine hohe Genauigkeit nach ISO-Toleranzklasse 3.

Automatische Bestückung

Immer mehr Kunden verlangen Komplettlösungen mit automatischer Werkstück- oder Werkzeugbestückung. Wirtschaftlich umsetzbar ist das mit dem modularen Baukasten von Bosch Rexroth. Er reicht von Komponenten, Einzel- und Mehrachssystemen bis hin zu kompletten und intelligenten mechatronischen Subsystemen. Die Lösungen können einfach in Betrieb genommen, intuitiv parametriert und an die übergeordnete Steuerung angebunden werden.

Fall 2: Einstieg in die Prozessautomatisierung im Werkzeugmaschinenbau

Viele klassische Werkzeugmaschinenhersteller sehen im Umfeld der Elektromobilität neue Potenziale oder steigen beispielsweise in den Bau modular aufgebauter Produktionsanlagen für Batterien oder Elektromotoren ein. Doch wer schnell getaktete Montagelinien und -stationen aufbauen möchte, braucht Know-how – und nicht selten Engineering-Unterstützung. Um nicht zeitaufwändig auf Komponentenebene agieren zu müssen, schätzen Konstruktionsabteilungen vorkonfigurierbare Baugruppen wie Linearmodule oder Mehrachssysteme. Zur schnellen Vervollständigung der Mechatronik bietet Bosch Rexroth passende Automatisierungspakete bis hin zu vorkonfigurierten Subsystemen. Damit lassen sich typische Aufgaben wie Handhaben, Dosieren, Pressen und Fügen schnell, einfach und kostengünstig realisieren.

Schnell auslegen und realisieren

Eine möglichst exakte Auslegung und Dimensionierung kann einerseits durch kundenspezifische Beratung und Applikationsunterstützung, andererseits durch Auslegungs- und Berechnungstools erreicht werden. Ob Welle, Linearführung oder Linearroboter – ­moderne eTools verkürzen das Lineartechnik-Engineering erheblich. Bei Bosch Rexroth beginnt der digitale Prozess bei der geführten Auswahl und Konfiguration mit automatischen Plausibilitätsprüfungen und reicht bis zur Bestellung im Rexroth Shop. Für den Import in die vorhandene Engineering-Umgebung können vorab bereits die CAD-Daten heruntergeladen werden. Im Fall von Linearrobotern bewirkt der digital abgebildete Engineering-Prozess im Vergleich zur herkömmlichen Auslegung eine Zeitersparnis von bis zu 90 Prozent. Die softwaregestützte Inbetriebnahmezeit vorkonfigurierter Linearachsen, Mehrachssystemen und elektromechanischer Zylinder reduziert sich um bis zu 80 Prozent.

Bei den Smart Function Kits für Handling und Dispensing, mechatronischen Subsystemen für Handhabungs- und Dosieraufgaben, beinhaltet die geführte Inbetriebnahme zum Beispiel auch eine Unterstützung bei der Achsreferenzierung. Die Prozessabläufe werden visuell, per Drag-and-drop über Funktionsbausteine definiert. Auch beim Smart Function Kit Pressing, dem mechatronischen Gesamtpaket von Bosch Rexroth für Servopressen auf Basis eines elektromechanischen Zylinders, gehört eine webbasierte Software zum Lieferumfang. Die vorinstallierte Bediensoftware vereinfacht die Inbetriebnahme enorm und bietet unter anderem eine vorbereitete Monitoring-Funktion zur Visualisierung der Qualitätsdaten.

Nachhaltigkeit auch im Werkzeugmaschinenbau berücksichtigen

Neben dem direkten und indirekten CO2-Footprint fließen zunehmend Service, Gesamtkosten und Investitionssicherheit in die Kaufentscheidung ein. Nur eine entsprechend ressourcenschonend konstruierte und im Betrieb energieeffiziente Lineartechnik kann sicherstellen, dass die geforderten Bewegungsaufgaben mit möglichst wenig Verlustenergie und minimalem Schmierstoff­verbrauch realisiert werden können und dass die eingesetzten Komponenten möglichst langlebig, reparaturfreundlich und modular austauschbar sind.

Der Autor Mario Kaufmann ist Senior Product Manager Linear Guides bei Bosch Rexroth.