Im September 2018 zeigte die CHIRON Group auf der AMB in Stuttgart erstmals das Bearbeitungszentrum FZ 16 S five axis. Wichtiger Part für hohe Produktivität ist der schnelle, automatische Wechsel der bis zu 162 Werkzeuge im Pick-up-Verfahren. Doch was ist mit dem Weg der Werkzeuge in und aus der Maschine? Wie lässt sich gewährleisten, dass das richtige Werkzeug gerüstet wird? Wie kann der Austausch der Werkzeuge maximal sicher und höchst effizient erfolgen?

Fragen, auf die ZOLLER und die CHIRON Group nach dem Motto »better together« im Rahmen eines Kooperationsprojekts überzeugende Antworten gesucht und gefunden haben. Der Ansatz: Das CHIRON-Bearbeitungszentrum FZ 16 S five axis in die ZOLLER Smart Factory in Pleidelsheim einzubinden, um gemeinsam innovative Vorgehensweisen für das Einbringen von Werkzeugen in die Maschine zu erproben und serienreif weiterzuentwickeln.

Klassisch, aber kritisch: manuelle Dateneingabe
Der klassische Weg läuft so: Der Bediener druckt am Einstellgerät ein Etikett aus, geht mit dem Werkzeug an die Maschine und gibt die Daten ein. Allerdings ist laut Statistik jeder 20. Tastaturanschlag ein Fehler, da wird aus einer  4 schnell eine 1, aus einer 5 eine 8. Klingt harmlos, kann aber in der Fertigungspraxis zu Problemen in der Bearbeitung bis hin zum Maschinencrash führen. 

Smarte Lösung, Part 1: Sicherer Datentransfer statt Zettelwirtschaft
Kernkompetenz von ZOLLER ist das Einstellen und Messen der vorbereiteten Komplettwerkzeuge. Erster Schritt der smarten Lösung ist das Vernetzen von Einstell- und Messgerät und Bearbeitungszentrum. Der Datentransfer kann sehr sicher, aber auch recht kostenintensiv, über RFID-Tags erfolgen. Ebenso sicher und auch für kleinere Unternehmen einfach und kostengünstig realisierbar ist – neu – die Datenübergabe via DataMatrix-Code.

Der Ablauf ist denkbar einfach: Am Einstellgerät wird der Code auf dem Werkzeughalter mittels Handscanner eingelesen, das Werkzeug vermessen, die Ist-Daten werden in der zentralen Werkzeugdatenbank abgelegt. Am Bearbeitungszentrum befindet sich ebenfalls ein Codeleser, mit dem das Werkzeug eindeutig identifiziert wird. Die Maschinensteuerung ruft sich die Messdaten einschließlich aller weiteren für das Werkzeug erforderlichen Informationen direkt aus der Werkzeugdatenbank ab und liest diese in die Maschine ein – eindeutig, fehlerfrei, automatisch.

Sicherer Datentransfer ist nur einer der Vorteile: Über die Produktions-Analysesoftware »flash« der Spezialisten aus Pleidelsheim lässt sich die Werkzeugstandzeit nach dem Ampelprinzip live abfragen. Erreichen die Werkzeuge die Warngrenze, erfolgt eine Meldung im Werkzeugeinstellraum, das neue Werkzeug kann vorbereitet und rechtzeitig bereitgestellt werden.

Smarte Lösung, Part 2: Kommunikation, Schutz und dynamisches Agieren via ProtectLine
Ein weiteres Ergebnis des Kooperationsprojekts von ZOLLER und der CHIRON Group ist das Einbinden der vollständigen Werkzeugmodelldaten in ProtectLine. Der digitale Zwilling der Maschine wird vollautomatisch mit den gesamten Werkzeugdaten – Werkzeuggeometrie und Werkzeughaltergeometrie – komplettiert. So entsteht ein hocheffizienter Ablauf zum Erstellen des digitalen Zwillings, der die Systemgrundlage für den präventiven Kollisionsschutz der Maschine via ProtectLine bildet. »Mit der vollautomatischen Integration der Werkzeuge schaffen wir einen Riesenmehrwert«, so Pascal Schröder, Entwicklungskoordination Digitalisierung der CHIRON Group.

Für den digitalen Werkzeug-Zwilling wird am Zoller Voreinstellgerät ein 3D-Scan erstellt und für die Bearbeitungszentren der CHIRON Group automatisch im passenden Datenformat zur Verfügung gestellt. 

Smarte Lösung, Part 3: automatisiertes Werkzeughandling mit »cora«
Beim Bearbeiten schwer zu zerspanender Materialien, wie beispielsweise Inconel oder Titan, müssen die Werkzeuge im schnellen Rhythmus getauscht werden, auch häufig wechselnde Auftragsfolgen bedingen entsprechend häufige Rüstprozesse. Das kostet Arbeits- und Maschinenzeit – immer nur Minuten, die sich jedoch über die Zeit und den gesamten Maschinenpark aufsummieren. Mit »cora«, der kooperativen Roboter-Assistenz von ZOLLER in Kombination mit den Bearbeitungszentren der CHIRON Group, lassen sich Rationalisierungspotenziale erschließen und klare Effizienzsteigerungen erzielen.  

Sehr gute Lösung, zukunftsweisend, so digital …
… tolles Tool, viele Anwendungsmöglichkeiten: Ein kleiner Auszug aus dem durchweg positiven Feedback des Webinars von Bernd Schwennig für den Vertrieb der CHIRON Group.

Sie wollen sich Ihr eigenes Urteil bilden? Vereinbaren Sie einen individuellen Online-Präsentationstermin oder direkt einen Besuchstermin in der Smart Factory in Pleidelsheim. Hierfür kontaktieren Sie bitte den für Sie zuständigen Vertriebsmitarbeiter der CHIRON Group oder gehen auf ZOLLER zu.

Alternativ erhalten Sie einen ersten Einblick auf der OPEN HOUSE ONLINE im Innovation Talk von ZOLLER zum Thema »Effizienz steigern, Qualität sichern – integriertes Toolmanagement und innovative Datenübertragung in der Praxis«.

Weltweit sind Millionen Werkzeugmaschinen im Einsatz, in der Regel werden diese mit Kühlschmierstoffen betrieben. Bedeutet in den allermeisten Fällen: Die Betreiber mischen Wasser und Additiv zu einer Emulsion, der Tank ist wieder voll, alles wieder gut.

»Leider nein« so Pascal Schröder, Entwicklungskoordination Digitalisierung der CHIRON Group, »angenommen, der Tank fasst 900 Liter, es waren noch 300 drin. Dann ist es nicht besonders clever, 600 Liter frische, kalte Emulsion dazuzugeben. Die Temperatur der gesamten Emulsion verändert sich schlagartig, dadurch – das ist Physik – verformt sich jede Werkzeugmaschine geringfügig, was sich wiederum negativ auf Präzision und Bearbeitungsqualität auswirkt.«

Ebenso negativ: Beim Bearbeitungsprozess entsteht Wärme, der Wasseranteil der Emulsion verdunstet schneller. Je länger das Kühlschmiermittel im Einsatz, desto höher die Konzentration, desto weniger stabil der Prozess. Des Weiteren führt mangelhafte Pflege des Kühlschmiermittels dazu, dass Anlagerungen in den Prozess gelangen, Werkzeuge können dadurch brechen, Oberflächen passen nicht. Alles umso problematischer, wenn ein Tank nicht nur eine Maschine, sondern viele versorgt. Dann helfen, so Adrian Schoch, Leiter Applikation bei MOTOREX, »auch hochwertige Additive nichts. Denn die können, wie die Bearbeitungszentren, ihre beste Performance nur bringen, wenn sie richtig betrieben werden.«

Das Ziel: »Digitalisieren« der Flüssigkeit
Für Pascal Schröder ist klar: »Eine automatisierte Versorgung, Überwachung und Pflege des Kühlschmiermittels ist ein zentraler Faktor, damit Bearbeitungszentren perfekte Resultate liefern. Insbesondere im Hinblick auf eine vernetzte Fertigung und Industrie 4.0 – es macht wenig Sinn, den Maschinenzustand laufend zu überwachen, umgebende Prozesse aber außen vor zu lassen.«

Daher begleitet die CHIRON Group seit vielen Jahren die Entwicklungen von MOTOREX für ein automatisiertes Fluidmanagement und beste Bedingungen bei der Bearbeitung unterschiedlicher Materialien.

Skalierbar für jede Anforderung
Einen günstigen Einstieg in automatisierte Pflege des Kühlschmierstoffs ermöglicht die smartphonebasierte Easy Monitoring App von MOTOREX. Damit lässt sich ein digitales Spiegelbild der Betriebsflüssigkeiten erstellen, alle relevanten Parameter werden sekundenschnell erfasst und für die weitere Analyse und Dokumentation gespeichert. Abweichungen sind früh erkennbar und können rechtzeitig ausgeglichen werden.

Bearbeitungszentren »verstehen« die Flüssigkeit
Die Einbindung des Fluidmanagements in die Maschinensteuerung der Bearbeitungszentren der CHIRON Group bietet gegenüber der Easy Monitoring App viele Vorteile: Alle relevanten Werte wie Konzentration, pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperatur, Füllstand lassen sich direkt einsehen. Und können – natürlich mit Einverständnis des Kunden – an die CHIRON Group und MOTOREX übertragen werden. Das ermöglicht direkten Support durch die Profis. Das System kann intelligent nachfüllen und automatisiert pflegen. Beginnt am Montag die erste Schicht, passt die Emulsion perfekt, der Tank ist top gepflegt.

Sie wollen mehr über Swisscare Smart Solutions für die Bearbeitungszentren der CHIRON Group wissen?
Sprechen Sie uns gerne an! Oder Sie besuchen die »micro on tour« in der Schweiz im Spätsommer 2021. Im Showtruck stehen gleich neun Partner bereit und informieren über innovative Lösungen und Leistungen entlang der gesamten Prozesskette der Präzisionsfertigung.

Wer Fouad Cheaitani, Head of Sales, Customer Support and Business Development bei Stellba, und Axel Boi im digitalen Fachgespräch erlebt, fühlt sich wie der Zuschauer in einem hochklassigen Tischtennis-Match. Die Bälle fliegen blitzschnell,  die gedanklichen Zuspiele sind präzise, die Rückgaben bringen einen neuen Twist. Beide sind in ihrem Element, ein eingespieltes Team. Das sichtlich stolz darauf ist, was sich aus einem ersten Kontakt via LinkedIn entwickelt hat: eine Entwicklungspartnerschaft und ein AM Cube, der seit der ersten Präsentation auf der OPEN HOUSE ONLINE im Mai 2020 weitere Optionen und damit Anwendungsvielfalt hinzugewonnen hat. Doch der Reihe nach …

Kompetenzen vertiefen und erweitern
Als Spezialist für kundenindividuelle Beschichtungs- und Bearbeitungslösungen verfügt Stellba über umfassende Kompetenz beim thermischen Spritzen, Schweißen und Plasma-Pulver-Auftragschweißen. Bereits 2014 begann man, Lasertechnologien anzuwenden und kaufte die erste Laserschweißanlage für, so Fouad Cheaitani, »XXL-Werkstücke und Komponenten«.Die Ziele der Investition: Die Technologie für den Einsatz bei Stellba zu optimieren und das Bearbeiten bestimmter Werkstücke auf die Anlage zu transferieren. Dabei hatte man vor allem die Prozesse im Blick, bei denen konventionelle Verfahren zwar gute Ergebnisse, aber nicht »Swiss Quality« lieferten.

Know-how aufbauen, neue Partner suchen und finden
So baute man sukzessive Know-how auf und konnte im Mai 2019 mit Fouad Cheaitani einen ausgewiesenen Experten gewinnen. Er verfügt über umfassende, seit 2003 kontinuierlich vertiefte Erfahrung mit Lasertechnologien, verfolgt die Entwicklung beim Laserauftragschweißen und speziell bei der Additiven Fertigung in allen Medien sehr genau. Fouad Cheaitani hält Vorträge zum Thema und ist bestens mit allen Spezialisten und Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet vernetzt.

Als Stellba einen Partner suchte, um die Kompetenzen über das Beschichten hinaus auf den Aufbau von Werkstücken auszuweiten und Anfragen nach der Fertigung von Kleinserien beantworten zu können, war Fouad Cheaitani mit einer Reihe von Unternehmen in Kontakt. Die jedoch seine Vorstellung von einer für beide Seiten profitablen Partnerschaft nicht erfüllten: »Wir wollten kein fertiges System, das wir uns erst passend hätten umbauen müssen. Zudem sind wir mit 20 Mitarbeitenden ein verhältnismäßig kleines Unternehmen und hatten die Befürchtung, dass wir im Konzert mit großen OEMs nur ein sehr kleines Lied spielen würden.«

Doch, Glück für beide Seiten: Bei seinen Recherchen wurde Fouad Cheaitani auf die Aktivitäten des Bereichs Additive Fertigung der CHIRON Group aufmerksam, likte einen Beitrag von Dr. Nasim Bosh und nahm direkt Kontakt auf. Man tauschte sich online aus, lernte sich auf einer Veranstaltung der ETH Zürich persönlich kennen und war direkt auf einer Wellenlänge. Das erste Treffen mit Axel Boi fand im Herbst 2019 statt – und noch vor Weihnachten waren die Verträge unterzeichnet.

Stellba AG
Gegründet 1957, ist die Stellba AG mit Sitz in Dottikon und großmechanischer Fertigung in Baden heute weltweit gefragter Spezialist für kundenspezifische Beschichtungs- und Bearbeitungslösungen, die Produkte und Komponenten vor Erosion, Abrasion, Korrosion und Oxidation, thermischer Beanspruchung oder Kombinationen verschiedener Verschleißarten schützen. Anwendungsfelder der Hightech-Veredelungen sind Wasserkraftwerke, thermische Kraftwerke, Pumpen und Kompressoren, Komponenten im Hochtemperaturbereich und Wärmedämmschichten (TBC). Stellba agiert als Lohnfertiger oder ist direkter Partner für Kunden in den Märkten Stromerzeugung, Öl und Gas, Marine, Druckindustrie, chemisch-pharmazeutische Industrie. Im eigenen Materiallabor entwickelt man innovative Verfahren und nimmt eine führende Position bei zukunftsorientierten Technologien wie Laserauftragschweißen und additiver Metallbearbeitung ein.

Flexibilität. Bei der Additiven Fertigung, im Austausch.
Axel Boi war sofort bereit mit Stellba dem AM Cube in der praktischen Erprobung über die bereits vorhandenen Qualitäten das beizubringen, was Fouad Cheaitani mit »Phantasie in der Anlage« umschreibt. Optionen, die sich unter dem Stichwort maximale Flexibilität zusammenfassen lassen. Denn Stellba ist Dienstleister, die Anforderungen können heute so und morgen ganz anders sein: Bearbeitung mit 4 oder 5 Achsen, Draht oder Pulver, Materialauftrag mit Lanze oder Düse, Vorwärmen der Teile auf 300 Grad, Schweißen unter Argon-Schutzgasatmosphäre im gesamten Arbeitsraum zum Vermeiden von Oxidation und Porenbildung  – jedes Projekt bringt neue Herausforderungen. Die der AM Cube alle souverän bewältigen soll.

Hohes Tempo, immer
Um diese vielfältigen Vorgaben in praxisgerechte Lösungen zu überführen, stehen nicht nur Fouad Cheaitani und Axel Boi im ständigen Austausch. In Dottikon und Tuttlingen arbeitet man in allen Bereichen eng und konstruktiv zusammen. Alle zwei Wochen findet ein Jour fixe statt, bei dem sich mal die Applikationstechniker, mal die Werkstoffspezialisten, mal die Softwareentwickler austauschen. Jeder Bereich bringt andere Kompetenzen und Aspekte ein, die diskutiert, verworfen oder so schnell wie möglich umgesetzt werden.

Die Bedenken, ob die CHIRON Group angesichts ihrer Größe diese Geschwindigkeit mitgehen könnte, haben sich schnell zerstreut. Der Bereich Additive Fertigung hat, so Axel Boi, »Start-up Charakter, ist sehr dynamisch und flexibel. Auf der anderen Seite haben wir durch die CHIRON Group den Rückhalt und weiteres Fachpersonal, auf das wir bei Bedarf zugreifen können.«

Im Fokus bei Stellba: neue Materialien und Möglichkeiten
Fouad Cheaitani sieht sich »auf Seiten des Werkstoffs«. Mit ein Grund, warum sich Stellba für die Zusammenarbeit mit dem Team um Axel Boi entschieden hat: »Viele Unternehmen haben sich softwareseitig oder bei der Technologie engagiert – für optimale Ergebnisse und weitere Anwendungsmöglichkeiten muss aber auch das Material perfekt passen. Dr. Nasim Bosh ist als ausgewiesene Materialexpertin die ideale Sparringspartnerin für uns.« Schließlich sollen bei Stellba künftig nicht einfach nur Bauteile mit dem vorhandenen Materialspektrum an Draht oder Pulver aufgebaut, sondern auf dieser Basis neue, perfekt für die Additive Fertigung passende Werkstoffe und Auftragsmaterialien entwickelt werden. Mit denen sich – zum Beispiel durch Zusätze oder neue Zusammensetzungen – die gewünschten mechanischen Werte erzielen und neue Materialeigenschaften realisieren lassen.

Ob dies besser mit Draht oder Pulver gelingt? Das ist zum einen Erfahrungssache, zum anderen nähert man sich der Idealvorstellung in Versuchen. Die zwar Zeit brauchen, aber im Vergleich zur Entwicklung und Genehmigung komplett neuer Materialien deutlich schneller zum gewünschten Ergebnis führen. Insbesondere, wenn »Ping-Pong« mit dem Team um Axel Boi gespielt wird, wenn Ideen und Ansätze direkt kommuniziert und gemeinsam auf Machbarkeit abgeklopft und ausprobiert werden.

Easy to use: echtes Alleinstellungsmerkmal
Nach diesem Exkurs zur Zukunft der Additiven Fertigung zurück in die Praxis. Wichtig ist das sichere Beherrschen der hochkomplexen Technologie, das Minimieren von Bedienfehlern. Zentraler Vorteil des AM Cube ist, so Fouad Cheaitani, »der automatische Auftragskopfwechsel. Ob Draht oder Pulver, 3D-Druck oder Beschichten, innen oder außen: Was bei anderen Herstellern Stunden dauert, ist hier ohne manuelles Eingreifen und damit sicher in nur einer Minute erledigt. Das ist absolut konkurrenzlos!« Ebenso konkurrenzlos – und auch für Axel Boi eine kleine, positive Überraschung: die Installation und Inbetriebnahme des AM Cube in nur fünf Tagen.

Vielfalt als Ziel – Ziel erreicht!
Beschichten, 3D-Druck, Reparatur: Alles mit dem AM Cube möglich. Und, wie verschiedene Anwendungen bei Stellba zeigen: Alles machbar. Seit Inbetriebnahme laufen auf dem 3D-Metalldrucker diverse Forschungsprojekte mit namhaften technischen Hochschulen der Schweiz und, seit Dezember, auch unterschiedliche Aufträge: Es werden Halbschalen für Bremsen in Schienenfahrzeugen geschweißt, Bauteile innen mit Alubronze beschichtet, und Turbinenschaufeln repariert.

Derzeit baut man ein großes Laufrad für eine Turbine komplett additiv auf. Des weiteren führt Stellba auf dem AM Cube Reparaturen an diversen Bauteilen durch und arbeitet intensiv an der Qualifizierung neuer Werkstoffe wie Wolframkarbid oder Materialien auf Nickel-Basis.

In jedem Fall hat sich die Entwicklungspartnerschaft nicht nur in Form weiterer Optionen für alle Anwender des AM Cube ausgezahlt, sondern, so Fouad Cheaitani, »zu meiner und zur Freude unseres Inhabers und Geschäftsführers Philipp Jutzi verdienen wir mit der Anlage bereits Geld«. Mittlerweile ist die Erprobungsphase abgeschlossen und der AM Cube hat bereits die unterschiedlichsten industriellen Anforderungen bei Stellba mit Bravour gemeistert.

Bleibt die Frage: Ersetzt Additive Manufacturing bestehende Technologien? Auch hier sind sich Fouad Cheaitani und Axel Boi einig: Nein, aber die Ingenieure haben bei der Entwicklung von Bauteilen mehr Möglichkeiten – sowohl im Hinblick auf geringeres Gewicht der Teile und das Einsparen von Energie als auch beim Design.

Hier mehr über die Highlights des AM Cube, Anwendungen und Optionen.

Interessiert an weiteren Informationen, am persönlichen Austausch, am AM Cube in der industriellen Anwendung bei Stellba?  

Axel Boi freut sich auf Ihre Anfrage und stellt gern den Kontakt zu Fouad Cheaitani her.

Ein FZ 15 S baseline Bearbeitungszentrum ist kompakt gebaut, schnell, vielseitig einsetzbar. Glänzende Oberflächen, feinste Nuten, Passungen und Geometrien sind ideale Aufgaben für die vorkonfigurierte Maschine. Mit diesem Profil passte die vorkonfigurierte 5-Achs-Werkzeugmaschine perfekt zu den hohen Anforderungen, die Massimo Simeone, Projektmanager im Strategic Center von Anest Iwata, formulierte: »Wir wollten eine Fertigungslösung, mit der wir die Komponente für eine neue Spritzpistole komplett und hoch präzise fertigen können. Qualität ist in diesem High-End-Segment der entscheidende Faktor. Die CHIRON Group bringt hier die nötige Erfahrung mit und hat die passenden Maschinen.« Zudem wollte man bei Anest Iwata den Wechsel von der 4- zur 5-Achs-Bearbeitung vollziehen, um über das Projekt hinaus weitere Teile mit komplexeren Geometrien hoch produktiv herstellen zu können.

Die Spezial-Spritzpistole aus Aluminium-Druckguss ist ausgelegt für den Farbauftrag im Karosseriebau bei OEM und kleineren Unternehmen, die u. a. für die Formel 1 Rennwagen Schicht um Schicht auf Hochglanz lackieren. Für den Standort in Italien ist es das bisher anspruchsvollste Produkt – und die erste Zusammenarbeit mit CHIRON Italia.

Teamwork für einen automatisierten Prozess
Die Lösung, die das Team um Gebietsverkaufsleiter Davide Isepatto und Projektleiter Mario Farella präsentierte, ist eine italienische Koproduktion aus: CHIRON FZ 15 S baseline, Spanntechnik von LORENZI S.r.l. aus Bergamo und Automation von Automazioni Industriali Brescia mit Turnkey-Verantwortung bei CHIRON Italia.

Nicht nur die beteiligten Unternehmen, auch die drei Elemente wirken als perfektes Team zusammen: Die Roboterzelle nimmt die Rohlinge von den Paletten auf und lädt die Teile auf die Vorrichtung. Die FZ 15 S baseline übernimmt alle Fertigungsoperationen: Fräsen, hoch anspruchsvolles Bohren, Gewindeschneiden, Schlichten. Ist die Bearbeitung abgeschlossen, übergibt der Roboter die Teile an die Ausblasstation und legt sie anschließend in Trays ab. Die Automation ermöglicht kontinuierliches Bearbeiten rund um die Uhr, die Bediener platzieren lediglich die Rohteile auf der Palette.

Die Bestellung erfolgte im Oktober 2019, die Installation im Juni 2020. Um die Verfügbarkeit konstant hoch zu halten, wurde die Lösung um das digitale System RemoteLine für Ferndiagnose und Fernwartung ergänzt.