Duale Metallverarbeitung: Innovation in der Fertigung

Gleason vertraut auf das Siemens-CNC-System SINUMERIK ONE für hochpräzise Werkzeugmaschinen im Getriebebau. Die neue Zahnradmaschine 100HCD beeindruckt nicht nur durch ihre Geschwindigkeit und Präzision, sondern auch durch die Integration eines neuen Fasenprozesses.

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Präzise wie ein Schweizer Uhrwerk

Als der Uhrmacher Karl Lüthy 1908 die Maschinenfabrik Mikron in Biel gründete, spielte das Unternehmen mit seinen Verzahnmaschinen und Werkzeugen eine Schlüsselrolle bei der Industrialisierung der Schweizer Uhrenindustrie. Heute gehört die Gleason Switzerland AG zur internationalen Gleason Corporation und fungiert als Kompetenzzentrum für Wälzfräsen, Wälzschälen, integrierte Fase- und Entgratprozesse sowie das Honen von hochpräzisen Zahnrädern. Der Hauptsitz in Studen bei Bern ist ein hochmodernes Technologiezentrum für Wälzfräs-, Wälzschälungs-, Anfasen- und Zahnradhonmaschinen. Darüber hinaus sind eine Vielzahl von sekundären Bearbeitungs- und Automatisierungslösungen integriert.

Zu den Kunden gehören Unternehmen aus der Automobil-, Robotik- und Luft- und Raumfahrtindustrie, Hersteller von Industriegetrieben sowie kleine und große Auftragsfertiger. „Die Montage der Maschinen findet in Studen statt“, erklärt Dr.-Ing. Markus Krömer, Direktor für Technologie und Software bei Gleason: „Wir arbeiten mit zahlreichen lokalen Unternehmen sowie mit anderen Gleason-Standorten zusammen, die einzelne Komponenten für uns herstellen. Das macht Gleason Switzerland extrem flexibel bei der Erfüllung von Kundenanforderungen.“

Hobbing Gleason SINUMERIK ONE. Das Wälzfräsen erfordert höchste Präzision. Gleason Switzerland verwendet SINUMERIK ONE für alle Maschinentypen.

Innovative Kombination

Die Maschinen aus dem Berner Seeland sind beliebt: 2019 lieferte Gleason die tausendste Maschine der bekannten P90-Serie aus. Während des Wälzfräsprozesses entstehen durch Materialverdrängung unerwünschte Grate, die entfernt werden müssen. Durch den Prozess des Schneidens und Abfasens werden diese scharfen Grate vollständig entfernt. Dr. Krömer erklärt am Beispiel elektrischer Antriebe, warum das wichtig ist: „Moderne Antriebe werden immer leiser, einzelne Störfrequenzen fallen auf. Um die Anforderungen zu erfüllen, werden spezielle Verfahren zur Hartveredelung verwendet, die durch schlecht abgekantete Bauteile beeinträchtigt werden können.“

Mit „Radial Chamfering“ integriert Gleason ein universelles, spanendes Fasenverfahren direkt in die Wälzfräs- oder Wälzschälmaschine. Diese Branchenneuheit spart nicht nur Zeit und Platz, sondern reduziert auch den Arbeitsaufwand und die Kosten, die durch die Umstellung auf andere Maschinen entstehen. Das ist interessant für Hersteller von Getrieben aller Art, erklärt Dr. Krömer: „Der gesamte Herstellungsprozess wird beschleunigt und die Produktionseffizienz wird erhöht. Dank der günstigen Faswerkzeuge, die in diesem Prozess verwendet werden, ist die innovative Methode auch für Kleinserien sinnvoll.“

Vorteile der digitalen Transformation

„Vor allem im Automobilsektor steigen die Anforderungen ständig“, sagt Dr. Krömer: „Mit einem typischen Getriebe erreichen wir jetzt eine Abweichung von fünf bis maximal zehn Mikrometern an den Zahnflanken — ein Zehntel eines menschlichen Haares.“ Gleason setzt auf die neueste Generation der CNC-Steuerung SINUMERIK ONE. „Die Steuerung bietet eine Kopplungsfunktion für Werkzeug und Werkstück. Diese sogenannte elektronische Ausrüstung ist für uns ein wichtiges Qualitätsmerkmal „, betont Krömer. In der neuen 100HCD Wälz- und Fasenmaschine müssen insgesamt 18 Achsen gesteuert werden. Das ist mit Simotics-Servomotoren von Siemens gemacht. „Um kleinste Geschwindigkeits- oder Positionsabweichungen in den Griff zu bekommen, sind die prozessdefinierenden Drehachsen für Werkzeug und Werkstück mit Direktantrieben ausgestattet. Dadurch werden Ungenauigkeiten vermieden, die durch Riemen oder Zahnräder verursacht werden.“

Mit SINUMERIK ONE treibt Siemens die digitale Transformation der Werkzeugmaschinenindustrie voran. Alle Entwicklungsprozesse können mit dem virtuellen Zwilling „Create My Virtual Machine“ vollständig digital abgebildet werden. Das reduziert die Produktentwicklungs- und Markteinführungszeiten für neue Maschinen erheblich und bringt Flexibilität: „Die Software für die 100H-Serie wurde von einem Mitarbeiter im Home-Office vorbereitet — der digitale Zwilling hat das ermöglicht“, erklärt Dr. Krömer.

Jahrelanges Vertrauen als Grundlage

In Studen werden seit langem ausschließlich Siemens-Steuerungen verwendet, sagt Dr. Krömer. „Vor Kurzem haben wir die CNC-Steuerungen aller Maschinen auf SINUMERIK ONE umgestellt. Wir arbeiten seit Jahrzehnten mit Siemens zusammen. Die Steuerungen von Siemens bieten alles, was wir brauchen, und sind weltweit verfügbar; das ist wichtig für uns.“ Die Umrüstung der Steuerungen neben dem Tagesgeschäft war eine ziemliche Herausforderung, sagt Krömer, der an der Universität Aachen in Maschinenbau promovierte. „Siemens hat uns nicht nur bei der Konstruktion der Antriebs- und Steuerkomponenten unterstützt, sondern auch während der Implementierungsphase mit einem Mitarbeiter des Kundendienstes, was wir sehr geschätzt haben.“

Mit der Umstellung der Steuerung wurde auch die neueste EU-Maschinenverordnung umgesetzt. Dies gewährleistet nicht nur den Schutz der Mitarbeiter, sondern integriert auch die OT-Sicherheit (Operational Technology) fest in die Maschine. Jetzt benötigt jede Person einen persönlichen Schlüssel mit Passwort, um eine Maschine zu bedienen. Es ist jedoch wichtig, dass die Maschinen trotz hoher Sicherheitsstandards einfach und intuitiv bedient werden können, betont Dr. Krömer. Nach Eingabe der Werkstückdaten und Bearbeitungsparameter über die von Gleason entwickelte Benutzeroberfläche GEMS „Gleason Engineering and Manufacturing System“ auf dem Bedienpult generiert die CNC-Steuerung aus diesen Informationen den Code für die Fertigung.

Messen, analysieren, speichern

Bei Werkzeugmaschinen rückt der Stromverbrauch zunehmend in den Fokus. Rolf Leutwyler, Produktmanager und technischer Berater bei Siemens, sagt: „Mit unserer Energiesparfunktion Strg-E haben Maschinenbediener den Energieverbrauch und die Energierückgewinnung durch Bremsvorgänge immer im Blick. Diese Informationen bilden die Grundlage für Maßnahmen zur Energieeinsparung und damit auch für eine bessere CO2-Bilanz in der Fertigung.“

Allerdings sind Gleasons Maschinen sowieso sparsam, relativiert Dr. Krömer: „Im Betrieb verbraucht der 100H durchschnittlich 6.000 Watt, die maximale Last liegt bei 13.000 Watt. Das ist nicht viel für eine solche Maschine. Selbst wenn schnelle Zykluszeiten oder starke Drehmomente für die Anwendung entscheidend sind, wechselt es sofort in den energiesparenden Betrieb, wenn die Auslastung gering ist.“ Neben der Verwendung effizienter Motoren und/oder stromsparender LED-Lampen legt Gleason großen Wert auf die richtige Dimensionierung der Komponenten, um unnötige Ressourcenverschwendung zu vermeiden. Und die Tatsache, dass Gleason Switzerland bei Steuerungen und Antrieben ausschließlich auf Siemens setzt, sorgt auch für schlanke Ersatzteillager. Das bedeutet, dass weniger Bauteile per Express um die Welt geflogen werden müssen — ein weiterer Pluspunkt für das Klima.

Radiales Anfasen ist eine schnelle und kostengünstige Methode zum Anfasen von Zahnrädern aller Art.

Technologie in Kürze

Die in SINUMERIK ONE integrierte Simatic PLC S7-1500 ist dank ihrer Leistung optimal für die Automatisierung geeignet. Die CNC-Steuerung ermöglicht die Steuerung von bis zu 31 Achsen in 10 Bearbeitungskanälen. Ein integraler Bestandteil der CNC ist ein digitaler Zwilling „Create My Virtual Machine“. Die SIMOTICS-Servomotoren sind kompakte und hochdynamische Permanentmagnet-Synchronmotoren für den breiten Einsatz in industriellen Umgebungen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte und Überlastfähigkeit aus.

Zum Anwenderbericht (PDF)

Gleason Switzerland AG

Die Gleason Switzerland AG wurde ursprünglich 1900 als Mikron AG in Biel gegründet. Als Tochtergesellschaft der Gleason Corporation mit Hauptsitz in Rochester, NY, USA, fungiert das Unternehmen heute als Kompetenzzentrum für die Zahnradfertigung mit Wälzfräsen, Wälzschälen, Anfasen und Zahnradhonen und integriert verschiedene Automatisierungsoptionen.