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Dienstag, August 22, 2017
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SiemensInterview

Joachim Zoll,

Leiter Geschäftsfeld Werkzeugmaschinen bei Siemens I DT MC, Erlangen

"Beste Genauigkeiten im Endprodukt bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung können durch die Vermeidung von Umspannvorgängen erreicht werden"


'Geballte Ladung' schafft Siemens auf seinen Messestand zur EMO in Hannover – vom hochperformanten Antriebssystem offen und flexibel bis hin zur einfach bedienbaren, modernen Bedienoberfläche. Bei aller Energieeffizienz steht der Anwender im Vordergund der Entwicklung. developmentscout sprach mit Joachim Zoll über die im Fokus stehenden Produkte sowie den Entwicklungsstand und die Trends der Antriebstechnik für Werkzeugmaschinen, die künftig nicht nur skalierbar sein sollte.

developmentscout: Wie ist der aktuelle Entwicklungsstand Ihrer Antriebe für Werkzeugmaschinen?

Zoll: Mit 'Sinamics S120' haben wir ein hochperformantes Antriebssystem entwickelt, welches im Zusammenspiel mit der CNC-Steuerung 'Sinumerik' auf jede Antriebsaufgabe rund um die Werkzeugmaschine perfekt zugeschnitten ist. Neben dem Aspekt der Energieeffizienz sind für uns eine einfache Inbetriebnahme, Flexibilität und Skalierbarkeit von großer Bedeutung. Für einen minimierten Aufwand bei der Verdrahtung sorgt die digitale Schnittstelle 'Drive-Cliq'. Diese soll zukünftig als offenes Gebersystem von allen Geberherstellern durchgängig implementiert werden. Durch Standardisierung möchten wir die Teilevielfalt und Lagerkosten weiterhin konsequent minimieren und gleichzeitig den Inbetriebnahmeaufwand reduzieren.

Mit dem 'Sinamics S120 Combi' haben wir erst kürzlich einen hochintegrierten Kompaktumrichter für einfache Dreh- und Fräsmaschinen (bis 16 KW Spindelleistung) vorgestellt, der perfekt auf kleinen Einbauraum und schwierige Umgebungsbedingungen ausgelegt ist. Wir beantworten mit diesem Produkt die Anforderungen an Kompaktheit und erhöhter Robustheit in Bezug auf Temperaturschwankungen, Schmutz oder Feuchtigkeit insbesondere in den vorherrschenden Fertigungsbedingungen der Schwellenländer.

developmentscout: Welches sind die größten Herausforderungen, die Ihre Kunden der Werkzeugmaschinenbranche an Ihr Unternehmen stellen?

Zoll: Eine große Herausforderung für den Maschinenbau und die metallverarbeitende Industrie ist es, die Produktivität rund um die Werkzeugmaschine zu optimieren und dabei die Komplexität von Prozessen im Auge zu behalten. Siemens ist Partner über den gesamten Lifecycle hinweg und kann so nicht nur den gesamten Maschinenlebenszyklus von der Maschinenplanung bis zur optimierten Maschine mit Dienstleitungen wie dem Mechatronic Support unterstützen, sondern auch den gesamten Fertigungsprozess durch eine vollständige CAD/CAM/CNC-Prozesskette für noch effizientere Abläufe und niedrigere Life Cycle Costs ermöglichen.

Eine optimale Integrierbarkeit der CNC-Steuerung in die Prozesse spielt daher bereits auf CAD/CAM-Ebene eine wichtige Rolle. Mit Sinumerik können alle Funktionen und Zyklen bei der Generierung des NC-Programms über den Postprozessor voll genutzt werden, die spätere Fertigung wird damit umso effizienter. Aber auch die Durchgängigkeit der CNC-Steuerung, die Vernetzung in der Fertigung, die Integrierbarkeit von Werkzeugmaschinen in das gesamte Fertigungsumfeld mit einem modernen Datenmanagement bietet einen großen Mehrwert für die Branche. Weitere wichtige Aspekte sind die Usability rund um die CNC Bedienung sowie die Oberflächengüte von Werkstücken, die Maßstab für die CNC-Ausrüstung sind. Mit 'Sinumerik Operate' bietet Siemens eine einfach bedienbare, moderne Bedienoberfläche, die nicht nur innovative Funktionen, Zyklen und animierte Elemente bietet, sondern auch die unterschiedlichen Programmierarten wie Arbeitsschritt- und Hochsprachenprogrammierung in einem modernen Look & Feel unter einer Oberfläche vereint. Mit den Technologiepaketen 'Sinumerik M Dynamics' inklusive der neuen Bewegungsführung 'Advanced Surface' werden die Forderungen der Branche nach perfekter Oberflächengüte, Bearbeitungsqualität- und -geschwindigkeit für 3- und 5-Achs-Fräsmaschinen noch besser erfüllt.

developmentscout: Wieviel Potenzial Energieeffizienz steht für die Antriebstechnik von Werkzeugmaschinen noch zur Verfügung?

Zoll: Bei Vorschubachsen und Spindeln lässt sich mit bereits heute verfügbarer Sinamics Antriebstechnik und systemoptimierten Motoren ein sehr hohes Effizienzniveau erreichen. Jedoch ist bei vielen Maschinen, insbesondere Universalbearbeitungsmaschinen, die installierte Antriebsleistung höher als für die konkrete Bearbeitung beim Kunden erforderlich. Eine solche Überdimensionierung verhindert, dass das im Einzelfall erzielbare Effizienzoptimum tatsächlich erreicht wird. Das größte Sparpotenzial liegt deswegen in der Systemoptimierung. Vor allem gehört dazu die geeignete Wahl des Motors zum Antriebsprofil, um den optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erreichen. Beispiele für eine solche Systemoptimierung sind die energieeffiziente Auslegung und Projektierung von Antriebssystemen mit dem Projektierungstool 'Sizer' und integrierter Wirkungsgradberechnung, die Teillastoptimierung durch energieoptimale Fluss-Regelung, der Mehrachsantrieb mit gemeinsamen Zwischenkreis, die optimale Netzenergienutzung durch geregelte Einspeisung-Rückspeisung und die integrierte Blindleistungskompensation. Maschinenbauer erhalten von uns auf Wunsch einen kompletten, optimal dimensionierten Schaltschrank – auch unter energetischen Gesichtspunkten. Dafür gibt es verschiedene Kühloptionen, darunter beispielsweise die 'Cold-Plate' oder direkte Flüssigkeitskühlung, die den Klimatisierungsbedarf des Schaltschranks reduziert und die Abwärme der Antriebe an anderer Stelle als Prozesswärme für den Kunden nutzbar macht.

Dagegen führen Nebenaggregate in der Werkzeugmaschine wie Schaltschrankklimatisierung, Schmierung, Kühlmittelpumpe, Luftabsaugung, Späneförderer, Druckluftbereitstellung etc. zu einer hohen Grundlast von ca. 50 Prozent des Anschlusswerts der Maschine – und damit bei Fertigungsunterbrechungen zu extrem unwirtschaftlichen Maschinenzuständen. Genauere Betrachtungen zeigen, dass Nebenaggregate zugunsten eines niedrigen Kaufpreises nur selten mit Motoren hoher Effizienzklassen oder darüber hinaus nur in wenigen Fällen über einen Frequenzumrichter angesteuert werden. Hier findet man aktuell das größte Potenzial zur Optimierung.

Über die Antriebstechnik hinaus verfügt Siemens über weitere Lösungen für ein effizientes Energiemanagement. Mit dem 'Mechatronic Support' bieten wir eine Dienstleistung zur ganzheitlichen mechatronischen Optimierung der Antriebssysteme einer Werkzeugmaschine an. Dabei fließen die dynamischen Eigenschaften der Antriebstechnik realitätsgetreu in die Simulationen ein.

Auch durch die virtuelle Sinumerik-Steuerung zur Verifizierung von NC-Programmen in virtuellen Maschinen kann die Energiebilanz pro gefertigtes Gutteil optimiert werden. Teileprogramme werden so auf einer virtuellen Maschine mit virtueller Sinumerik verifiziert und optimiert, wodurch die Fertigung von Probeteilen auf der Maschine entfällt und die Maschinenbelegungszeit sich reduziert.

developmentscout: Welche Genauigkeiten werden heute von Fräs-, Dreh- und Schleifmaschinen gefordert und was bedeutet dies für Ihre Antriebstechnologien?

Zoll: Beste Genauigkeiten im Endprodukt bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung können durch die Vermeidung von Umspannvorgängen erreicht werden. Durch den technologieübergreifenden Ansatz und die Offenheit der Sinumerik lassen sich beliebige Technologien kombinieren und so höchstperformante und höchstgenaue Maschinen umsetzen. Bestens unterstützt wird diese Fertigungsoptimierung durch unsere integrierte Antriebsplattform Sinamics S120 mit seiner überragenden Genauigkeit. Schon heute werden hier alle beteiligten Algorithmen von der Sollwertgenerierung über modellbasierte Regelungsstrukturen mit aktiven Kompensationsalgorithmen bis hin zur Sollwertausgabe, der Istwerterfassung und Weiterverarbeitung in Gleitkommarithmetik mit einer Auflösung von 80 bit gerechnet. Aus diesem Grund vermarktet Siemens dieses Verfahren als „80 bit floating point accuracy“. Mit dieser Rechengenauigkeit jenseits der Nanometergrenze werden höchste Präzision und Oberflächengenauigkeit in der Fertigung erreicht.

Selbstverständlich sind alle beteiligten Aktor-/Sensorik-Komponenten/Interfaces, wie Leistungsschalter, Motor, Gebersignalerfassung getrimmt auf höchste Auflösung, geringste Welligkeiten, höchste Temperaturstabilität, geringstes Polrucken/Rastmoment, höchste Äquidistanz, intelligente Algorithmen, was zu noch besseren Genauigkeiten in der Bearbeitung führt.

developmentscout: Welche Trends sehen Sie bei der Entwicklung des Antriebsstrangs für Werkzeugmaschinen?

Zoll: Aufgrund der Tatsache, dass sich hochtechnologische Werkzeugmaschinenhersteller auch in Märkte einfacherer Maschinen und umgekehrt entwickeln, muss ein elektrisches Antriebssystem skalierbar für die verschiedenen Märkte sein. Gleichzeitig muss dies eine Durchgängigkeit besitzen, die den Werkzeugmaschinenhersteller in die Lage versetzt, die unterschiedlichen Antriebe ohne Zusatzaufwand einzusetzen.

Die Notwendigkeit zu immer kürzeren Entwicklungszyklen stellt Anforderungen an die einfache Einbindung der Antriebe sowie verschiedener Sensor-/Aktorlieferanten und -typen in die Automatisierungsumgebung. Offenheit zur schnellen und kundenspezifischen Technologie-Innovationen ist notwendig. Ebenso gefordert sind ein Zentrales Datenmanagement und die einheitliche Vorgehensweise beim Engineering, für Inbetriebnahme, Montage, Diagnose, Service und Abnahme. Last but not least brauchen wir durchgängige und hochintegrierte Safety-Lösungen.

developmentscout: Welche Neuheiten werden Sie auf der EMO präsentieren und welche Features verbergen sich dahinter?

Zoll: Im Rahmen der diesjährigen Messe EMO werden wir vielseitige Antworten auf die Fragen und Anforderungen der metallverarbeitenden Industrie von heute und morgen aufzeigen. Bei der Sinumerik 840D sl liegt der Schwerpunkt auf gesteigerter Performance und Funktionen für die Komplettbearbeitung. Aber auch die neuen leistungsstarken Funktionen im Drehen und Fräsen beweisen die Innovationskraft des offenen und flexiblen CNC-Systems. Auch die Kompakt-CNC Sinumerik 828D steht mit neuen Funktionen, erweiterter Performance und optimierter Geschwindigkeitsführung im Mittelpunkt der Messe. Zwei weitere CNC-Varianten ergänzen die kompakte CNC-Familie: die Sinumerik 828D Basic T und M für Standard Dreh- und Fräsmaschinen. Innovationen gibt es aber auch rund um unsere neue Bedienoberfläche Sinumerik Operate oder das Technologiepaket Sinumerik MDynamics. Lassen sie sich überraschen.


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