10·2019 www.hob-magazin.com E 30279 HOB DIE HOLZBEARBEITUNG special Möbelfertigung Vollautomatisierte Büromöbelproduktion ab Seite 18 CNC-Stationärbearbeitung Markübersicht Bearbeitungszentren ab Seite 32 Handhabungstechnik Komfortable Niederhubkommissionierer ab Seite 66 Effizienz steigern mit neuen Lösungen von Homag (14)
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E 30279 HOB · 16 CNC-Bearbeitungszentren 10.2017 Zur Analyse der technologischen Entwicklungen bei CNC-Bearbeitungszentren wurden Experteninterviews zu Techno-
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www.hob-magazin.com E 30279
HOB D i e H o l zbe a r be i t u n g
special MöbelfertigungVollautomatisierte Büromöbelproduktionab Seite 18
CNC-StationärbearbeitungMarkübersicht Bearbeitungszentrenab Seite 32
HandhabungstechnikKomfortable Niederhubkommissioniererab Seite 66
Effizienz steigern mit neuen Lösungen von Homag (14)
Gefertigt von Custom-Bus mit Nestingtechnologie von HOLZ-HER.
Rund 1 500 Aussteller aus mehr als 50 Ländern zeigten auf der Weltleitmesse für Holzbe- und -verarbeitung die künfti-
gen Entwicklungsrichtungen der Branche auf. Produkt- und Tech-nologiepräsentationen sowie zahlreiche Experteninterviews bilden die Grundlage zur Analyse der Trends und technologischen Ent-wicklungen von CNC-Bearbeitungszentren. Weiterhin wurde mit-hilfe von Datensätzen, die von den Maschinenherstellern zur Ver-fügung gestellt wurden, eine Übersicht zu Kennzahlen aktueller Maschinenbaureihen angefertigt. Hierin sind Schlüsseldaten dieser Maschinentechnologien zusammengefasst. Die Auswertung besitzt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Marktübersicht Die Marktübersicht beinhaltet Daten von 15 Her-stellern, davon zehn deutsche und fünf aus weiteren europäischen Ländern. Insgesamt wurden 94 Maschinenbaureihen ausgewertet, die mindestens 635 einzelne Maschinen umfassen. Die tabellarische Darstellung der technischen Baureihendaten ist alphabetisch und damit wertungsfrei nach Herstellername geordnet. Aus Gründen der Vergleichbarkeit sind einige Herstellerangaben vereinfacht dar-gestellt, ihre grundsätzliche Gültigkeit bleibt bestehen. Jede Baurei-he enthält verschiedene Maschinentypen, deren spezifische Daten durch die Angabe von Zahlenbereichen der Maschinenkenngrößen berücksichtigt wurden. Bei der Analyse der Daten ist zu beachten, dass ein Großteil der Baureihen und Maschinen individuell an spe-zifische Kundenanforderungen angepasst werden kann, weshalb die Daten von den hier angegebenen Tabellenwerten abweichen kön-nen. Weiterreichende Informationen können über den agt agile technik verlag oder den jeweiligen Maschinenhersteller angefordert werden. Für Änderungen und Neuerungen der Daten im Tabel-lenwerk durch die Maschinenhersteller sowie Übertragungs- und Darstellungsfehler in den tabellarischen und ausgewerteten Daten übernehmen die Autoren keine Haftung.
Preispositionierung Die Umfrage zur Marktanalyse beinhaltet die preisliche Einordnung der Maschinen, wobei Einstiegspreise beziehungsweise Preisspannen angegeben werden. Für die Ver-gleichbarkeit der Ergebnisse wurden die Einstiegspreise analysiert. Machten die Hersteller diesbezüglich keine Angaben, wurden die zugehörigen Baureihen in der Auswertung nicht berücksichtigt. Zur
CnCBearbeitungszentren für die Holzbearbeitung 2019Anlässlich der Ligna 2019 wurde vom Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart eine Marktübersicht über CNC-Bearbeitungszentren erstellt. Die Studie enthält neben technischen Neuerungen und Entwicklungen ein mehrseitiges Tabellenwerk mit den wichtigsten technischen Daten der momentan am Markt angebotenen Maschinen. In Diagrammen und Tabellen werden die Ergebnisse der Datenerhebung grafisch dargestellt und Trends der letzten Jahre erörtert. KaMil Güzel und chriStoPh zizelMann 1)
1) Dipl.-ing. Kamil güzel leitet die Forschungsgruppe Holzbearbeitung am institut für Werkzeugmaschinen (ifW) der universität Stuttgart; M. Sc. Christoph zizelmann ist akademischer Mitarbeiter in der For-schungsgruppe Holzbearbeitung
Gegenüberstellung der Maschinenbaureihen wurden die Einstiegs-preise auf die kleinstmögliche Fläche des Arbeitsraumes bezogen.
Bild 1 zeigt die bezogenen Maschinenpreise seit 1995, die in den Marktanalysen des IfW ermittelt wurden. Der Trend zu steigenden Maschinengrundpreisen seit 2001 erreichte 2015 mit 24,14 T€/m2 ein Maximum. Ab 2015 ist ein Abfallen zu beobachten. Der diesjäh-rige Mittelwert liegt mit 21,33 T€/m2 unter dem durchschnittlichen Niveau von 21,91 T€/m2 der Jahre 2003 bis 2017. Da der Mittelwert auf den Einstiegspreisen der Maschinen beruht, wird vermutet, dass dieses Preisniveau der Grundmaschinen weiter Bestand haben wird. Zusätzliche Funktionalitäten und Aggregate werden als optionale Lösungen angeboten, sodass die Maschinenausstattung individuell an die Bedürfnisse des Anwenders beziehungsweise dessen Produk-tion angepasst werden kann. Die Preispositionierung hängt damit einerseits mit der Leistungsfähigkeit der Maschine und deren Aus-
bild 1: Maschinengrundpreise, bezogen auf die kleinstmögliche Fläche des arbeitsraumes (bilder: ifW)
bild 2: typische bauformen von CnC-bearbeitungszentren und anordnung der Werkzeugwechsler
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stattung zusammen, andererseits wird sie von der maximal bear-beitbaren Bauteilgröße beeinflusst.
Maschinenstruktur und Bauweise Die Gestellstruktur und Bau-form der Bearbeitungszentren beeinflussen über die statischen und dynamischen Steifigkeitseigenschaften die Bearbeitungsgenauigkeit und Leistungsfähigkeit. Zugleich wird die bearbeitbare Werkstück-größe wesentlich durch die Bauform festgelegt. Zur Veranschauli-chung der am Markt verfügbaren Maschinen sind die verschiedenen Bauformen in Bild 2 zusammengefasst. Die Bezeichnungen stammen aus der systematischen Einteilung der variantenreicheren Metallbe-arbeitungszentren.
Am Markt kommen hauptsächlich Portalmaschinen in Gantry- und Tischbauweise sowie Maschinen in Auslegerform (C-Bauweise) vor. Bild 3 zeigt die Marktanteile der angebotenen Bauformen von CNC-Bearbeitungszentren für die Holzbearbeitung. Feststellen lässt sich ein deutlicher Trend hin zum Fahrportal. Während 2007 noch Auslegermaschinen mit 43 Prozent Marktanteil den ersten Platz in-nehatten, wurden sie hier mittlerweile von Maschinen in Gantrybau-weise abgelöst. Der vermehrte Einsatz von Gantrymaschinen kann seit 2005 festgestellt werden. Als Grund wird die höhere Steifigkeit gegenüber der Auslegerbauweise angesehen, die insbesondere eine höhere dynamische Steifigkeit mit sich bringt. Entwicklungen im Be-reich der Werkzeugtechnologie, aber auch die zunehmende Vielfalt der Werkstoffe führen speziell in der Hochleistungsbearbeitung zu steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Gestellkon-struktionen und Maschinenachsen. Gefolgt wird die Gantry- von der Tischbauweise. Im Unterschied zum Fahrportal ist hier der Maschi-nentisch nicht fest, sondern er positioniert das Werkstück entlang der X-Achse. Maschinen in Tischbauweise sind hochflexibel, insbe-sondere bei der Bearbeitung von Platten, wo sie große Spannweiten und Verfahrwege erlauben. Zudem ist ein schneller Transport zwi-schen Lagerort und Bearbeitungszentrum automatisiert realisierbar.
In Bild 4 ist der Maschinenpreis den jeweiligen Bauformen ge-genübergestellt. Deutlich wird, dass die Gantrybauweise sowohl bei Maschinen mit günstigem Grundpreis wie auch im hochpreisigen Marktsegment verbreitet ist. Im mittleren Preisspektrum konkur-rieren Portal- und Auslegerbauweisen durchaus noch mit der Gan-trybauweise. Die Analyse der letzten Jahre zeigt jedoch, dass sich die Bauweise auch in diesem Preissegment immer mehr durchsetzt.
Tischkonzepte und Spannsysteme Durch das breite Spektrum von Werkstückgrößen und -formen hat sich in der Holzbearbeitung ein vielseitiges Angebot von Tisch- und Spannsystemen etabliert. Jeder Anwendungsbereich stellt dabei andere Herausforderungen an die Werkstückspannung. In Bild 5 sind die Anteile der für die Maschinen verfügbaren Tischkonzepte zusammengefasst. So erfordert die Bear-beitung von Türen und Platten sowie das Nesting spezielle Systeme zum Spannen plattenförmiger Werkstücke. In der Fenster- und Trep-penbearbeitung sind aufgrund der prismatischen Werkstücke andere Lösungen zur Fixierung der Werkstücke gefordert. Als Tischkonzepte in Bearbeitungszentren werden Vakuumraster- und Konsolentische mit Anteilen von jeweils 29 und 25 Prozent angeboten. Diese eignen sich besonders zum Spannen plattenförmiger Werkstücke, können aber auch durch vielfältige Spannsysteme prismatische Werkstücke verlässlich spannen. Auf Konsolentischen ist zudem ein vollautoma-
bild 5: Übersicht der angebotenen tischkonzepte
bild 3: Marktanteile der angebotenen baureihen nach bauweise
bild 4: zusammenhang von Maschinenpreis und bauweise
bild 6: Marktanteil der angebotenen automatisierungseinrichtungen zum rüsten
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tisches Spannen von Werkstücken möglich, weshalb diese oft bei der Fertigung größerer Stückzahlen von Möbelbauteilen und Fenstern zum Einsatz kommen. Weiterhin sind Sondertische und T-Nutenti-sche verbreitet, die zum Beispiel dem Spannen spezieller Werkstücke dienen und sich durch eine hohe Flexibilität in der Aufnahme von Vorrichtungen auszeichnen. Elektronische Rüsthilfen wie Laser oder LED unterstützen die Maschinenbediener bei der manuellen Aus-richtung von Spannsystemen oder Werkstücken, vergleiche Bild 6.
Der Trend zur automatisierten Werkstückspannung setzt sich fort. Durch automatisch verfahrende Konsolen und Blocksauger las-sen sich Rüstzeiten weiter reduzieren. Die zunehmende Funktiona-lisierung von Bearbeitungszentren führt außerdem dazu, dass durch die Integration zusätzlicher Aktorik in Spannelementen, etwa zum vertikalen Verfahren des Werkstücks zum Kantenanleimen, die Fle-
arbeitungszentren dar. Ihre Eigenschaften sind, wie die der Achsan-triebe, wesentlich für die Produktivität der Fertigung verantwortlich. Die Spindeldrehzahlen und -leistungen beeinflussen zusammen mit dem gewählten Werkzeug maßgeblich die Schnittleistung der Be-arbeitungsprozesse. Der Nachfrageanstieg nach Fünfachsspindeln in industriellen und handwerklichen Betrieben setzte sich in den letzten Jahren weiter fort. Mittlerweile werden über 90 Prozent der Maschinen fünfachsfähig angeboten. Bild 8 zeigt die Verteilung der Hauptspindeln der ausgewerteten Maschinenbaureihen nach Leis-tung und Drehzahl. Der rot markierte Bereich stellt den Medianwert der angebotenen Spindelleistungen und Spindeldrehzahlen dar. Die Hälfte der Maschinen verfügt über Spindeln mit einer maximalen Drehzahl von 24 000 min-1 bei einer Leistung von 17 kW. Die andere Hälfte wird mit höheren Leistungen und Drehzahlen angeboten. Aus
xibilität der Bearbeitung erhöht werden kann. Dem Trend der Digitalisierung folgend, werden mittlerweile in der Spanntechnik zunehmend intelligente Kom-ponenten eingesetzt, die Daten generieren, um beispielsweise eine Energieüberwachung und vorausschauende Wartung zu ermöglichen.
Achsantriebe In der Aufteilung der Achsantriebssysteme hat sich in den vergangenen Jahren kaum etwas verändert. Die längste Ma-schinenachse (X-Achse) ist in 86 Prozent der Fälle mit Ritzel-Zahnstangen-Antrieben ausge-führt. Für das Verfahren auf der X-Achse stellt dieser Antrieb die kostengünstigste Lösung dar. Für den Antrieb der Z-Achsen wer-den zu knapp 92 Prozent Kugel-gewindetriebe eingesetzt. Durch große Steigungen im Gewinde kann dabei eine hohe Dynamik der Achsen erreicht werden. Der Anteil der angebotenen Bearbei-tungszentren mit Lineardirekt-antrieben verharrt in den letz-ten Jahren auf niedrigem Niveau. Bild 7 zeigt die Verteilung der Antriebssysteme für die drei li-nearen Maschinenachsen von CNC-Bearbeitungszentren zur Holzbearbeitung.
Spindeldrehzahlen und -leis-tungen Die Hauptspindel stellt trotz steigender Zahl an Neben-aggregaten (Bohr-, Fräs-, Sägeag-gegrate) den Kern der CNC-Be-
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den Angaben der Maschinenhersteller lässt sich die durchschnittlich verfügbare Spindelleistung auf den Maschinen zu 20,3 kW und die maximalen Drehzahlen zu durchschnittlich 28 100 min-1 berech-nen. Diese Werte liegen im Durchschnitt auf dem Niveau von 2017.
Tabelle 1 zeigt die Entwicklung der mittleren Spindelleistungen und Drehzahlen der Maschinen der letzten Jahre. Der Trend zu stei-genden Spindeldrehzahlen und -leistungen scheint sich nun auf ei-nem Niveau zwischen 28 000 und 29 000 min-1 und einer Leistung von circa 20 kW einzupendeln.
Hohe Spindeldrehzahlen und -leistungen werden für eine hö-here Produktivität durch potenziell höhere Vorschubgeschwindig-keiten bei gleicher Bearbeitungsqualität benötigt und für die Bear-beitung neuer, schwer zerspanbarer Werkstoffe und faserbasierter Verbundwerkstoffe gefordert. Die Herausforderungen bei der Be-arbeitung mit hohen Spindeldrehzahlen liegen in der zunehmenden Beanspruchung der Spindellager durch Flieh- und Unwuchtkräfte.
In Bild 9 ist die Ausstattung der angebotenen Maschinen mit ma-ximaler Spindeldrehzahl dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, dass Bearbeitungszentren größtenteils mit einer Drehzahl von 24 000 min-1 angeboten werden. Fast ein Drittel der Maschinen ist mit größeren
bild 9: Maximale Hauptspindeldrehzahlen der angebotenen bearbei-tungszentren
bild 10: Marktanteile der verfügbaren Spindelleistungen der Haupt-spindel
bild 7: Marktanteil der verschiedenen achsantriebssysteme
bild 8: einordnung der marktgängigen Maschinen nach Spindeldreh-zahl und -leistung
tabelle 1: Änderung der mittleren Spindelleistung und Drehzahl von 2005 bis 2019
Drehzahlen verfügbar. Dagegen werden Maschinen mit einer ma-ximalen Spindeldrehzahl von unter 18 000 min-1 selten angeboten.
Parallel zur Drehzahl ist die Leistung maßgeblich für die Leis-tungsfähigkeit der Hauptspindel. In Bild 10 sind die angebotenen Maschinen nach diesem Wert klassifiziert. Zu erkennen ist, dass Spindeln mit circa 19 kW Antriebsleistung den größten Marktan-teil mit über 25 Prozent ausmachen. Das Angebot an Spindeln mit einer Leistung von circa 9 kW hat sich im Vergleich zu 2017 mehr als verdreifacht und beträgt nun fast 19 Prozent des Marktanteils. Dies deckt sich mit dem Trend, dass vermehrt Einstiegsmodelle an-geboten werden, die die durchschnittlichen Maschinengrundpreise senken. Des Weiteren sind Maschinen mit Hochleistungsspindeln der Leistungsklassen von über 27 kW verfügbar. Die in der aktu-ellen Umfrage ermittelte höchste Spindelleistung beträgt 80 kW.
Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungszerspanung Die Hochgeschwindigkeitszerspanung (HSC) ist fester Bestandteil der spanenden Holz- und Holzwerkstoffbearbeitung. Bedingt durch die Struktur von Massivholz und Holzwerkstoffen ist eine hohe Schnitt-geschwindigkeit bei der Zerspanung notwendig, um einer Vorspal-
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tung des Materials entgegenzuwirken und ausreichend gute Bearbei-tungsqualitäten zu erreichen. Der Begriff Hochleistungsbearbeitung (HPC) stammt aus der Metallbearbeitung und bezeichnet die Bear-beitung mit erhöhtem Zeitspanvolumen durch Erhöhung des Ar-beitseingriffs des Werkzeuges oder durch Erhöhung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit. Werden bei schnelldrehenden Werkzeu-gen keine ausreichend hohen Vorschubgeschwindigkeiten erreicht, treten suboptimale Zerspanbedingungen an der Werkzeugschnei-de auf. Diese äußern sich, neben einem hohen Wärmeeintrag in die
Werkstückoberfläche, in einer schnellen Abstumpfung der Werk-zeugschneiden. In der Holzbearbeitung können Schnittgeschwin-digkeiten von 4 000 m/min als normale Prozessparameter angesehen werden. Die Abgrenzung der HSC- zur konventionellen Bearbeitung auf Bearbeitungszentren wird mit dieser Studie bei einer Drehzahl von 30 000 min-1 vorgenommen. Bild 11 zeigt den Zusammenhang zwischen Spindeldrehzahl und maximaler Vorschubgeschwindig-keit der angebotenen Bearbeitungszentren.
Die HSC-Bearbeitung, die als Zielgröße die Steigerung der Aus-bringung hat, wird häufig beim Nesting eingesetzt. Einer Steigerung der Produktivität stehen erhöhte Investitionskosten, Lärmemissio-nen und gegebenenfalls ein vermehrter Werkzeugverschleiß gegen-über. Die aktuelle Marktanalyse zeigt, dass auch 2019 das Angebot an HSC-fähigen Baureihen gestiegen ist. Insbesondere im Bereich von 30 000 bis 60 000 min-1 ist eine Etablierung entsprechender Ma-schinen zu erkennen. In Bild 11 ist die Häufigkeit der angebotenen Bearbeitungszentren in Abhängigkeit von Spindeldrehzahl und Vor-schubgeschwindigkeit dargestellt. Im Gegensatz zu den Studien der vergangenen Jahre scheinen sich aktuell sogenannte Angebotscluster gebildet zu haben. Vor allem im Drehzahlbereich um 40 000 min-1 gibt es für drei Vorschubgeschwindigkeitsbereiche eine Häufung der angebotenen Zentren. Zudem ist nun eine deutliche Konzentration der Bearbeitungszentren mit Drehzahlen von 24 000 min-1 und Vor-schubgeschwindigkeiten zwischen 60 und 120 m/min erkennbar.
bild 11: einordnung der Maschinen auf dem Markt nach Spindeldreh-zahl und Vorschubgeschwindigkeit
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Aggregatetechnik Im Bereich der Aggregatetechnik halten im-mer mehr Zusatzsysteme Einzug in die CNC-Technik. Zahlreiche Aggregate erfüllen neben dem reinen Zerspanprozess der Haupt-spindel verschiedene Zusatzfunktionen. Das derzeitige Angebot ist so vielfältig wie noch nie und deckt Bearbeitungsoperationen wie Sägen, Bohren, Fräsen bis hin zum Schleifen und Beschichten ab. So können insbesondere die Funktionalitäten vergleichsweise güns-tiger Dreiachsbearbeitungszentren flexibel erweitert werden. In Fünfachsbearbeitungszentren wiederum lassen sich durch Mehr-spindelaggregate die Rüstzeiten reduzieren und die Produktivität erhöhen. Aktuelle Entwicklungen und Produktneuheiten zielen auf die Digitalisierung der Aggregatetechnik ab. So werden Fräs- und Bohrspindeleinheiten angeboten, die Daten für eine vorausschau-ende Wartung (Predictive Maintenance) erheben und in Echtzeit an die IT-Systeme des produzierenden Unternehmens übertragen. Zur Aggregatetechnik lässt sich zusammenfassen, dass die Aggregate- wie auch die Maschinenhersteller eine Vielzahl von Aggregaten für unterschiedliche Anwendungen anbieten und so die Funktionalität von Bearbeitungszentren erhöhen.
Anwendungsgebiete Da sich die technischen Parameter zur Zer-spanung neuartiger Leichtbauwerkstoffe wie kohle- oder glasfaser-verstärkter Kunststoffe (CFK bzw. GFK) oftmals mit den Gegeben-heiten in der Holzbearbeitung überschneiden, werden diese Mate-rialien häufig auf gleichen Bearbeitungszentren bearbeitet. Somit sind die Marktanteile der Maschinen für Modellbau und Sonstiges zu 2017 um mehr als 20 Prozent gestiegen (Bild 12). Neben den Zerspanungseigenschaften der Werkstoffe spielen Emissionen wie Staub und Späne eine wichtige Rolle bei der Maschinenauswahl. Die zunehmende Verbreitung von Leichtbaumaterialien im Möbel-, Maschinen- und Anlagenbau wie auch im Automobilbereich stellt neue Anforderungen an die Maschinenhersteller. Das mit Abstand größte Anwendungsgebiet der angebotenen Maschinen liegt mit an-teiligen 83 Prozent in der Plattenbearbeitung. Dem Trend der letzten Jahre folgend, ist eine weitere Erhöhung der Marktanteile von Nes-tingmaschinen zu erkennen. Prinzipiell können solche Maschinen in zwei Kategorien unterteilt werden: Maschinen, die speziell zum Aufteilen plattenförmiger Werkstücke ausgelegt sind, sowie flexible Bearbeitungszentren, die zudem für weitere Verfahren geeignet sind. Einfache Programmierungslösungen beziehungsweise Softwaretools für die Zuschnittoptimierung oder Werkstückkennzeichnung er-leichtern dabei die Arbeit des Maschinenbedieners.
Automatisierung Vernetzte Fertigungssysteme und die Indivi-dualisierung sind auch weiterhin wichtige Leitthemen bei der Ent-wicklung und Optimierung von Holzbe- und -verarbeitung. Die Digitalisierung der Produktionsprozesse schreitet ebenso fort wie die Vernetzung intelligenter Bearbeitungsmaschinen. Vor diesem Hintergrund spielen die Automatisierung sowie das Sammeln und Analysieren von Prozessdaten eine immer wichtigere Rolle, um eine durchgängige Prozessüberwachung und -regelung zu etablieren. Neben den beschriebenen Trends zum automatisierten Rüsten und Spannen von Werkstücken in Bearbeitungszentren kann die Produk-tivität der Prozesse zudem durch Robotersysteme deutlich gestei-gert werden. Einsetzen lassen sie sich zum automatischen Beladen und Entnehmen, Montieren, Verpacken oder Kommissionieren in
bild 13: Marktanteile der bearbeitungszentren mit automationsein-richtungen
bild 14: Verbreitung energieeffizienter Maßnahmen
bild 12: anwendungsgebiete der angebotenen Maschinen
der Produktion von Klein- bis Großserien. Bild 13 zeigt die Anga-ben der Maschinenhersteller zur Automatisierung der Maschine-numgebung. Fast 60 Prozent der angebotenen Maschinen können mittlerweile auf Wunsch mit Automatisierungseinrichtungen zum Beladen ausgerüstet werden. Für das Abstapeln sind es fast 80 Pro-zent. Neben dem Handling nimmt die Werkstückidentifizierung mit selbsttätiger Programmanwahl einen festen Platz unter den Au-tomatisierungssystemen ein. Bei fast 70 Prozent der angebotenen Maschinen ist diese Technik verfügbar. Einige Maschinenhersteller äußerten zunehmend großes Interesse an kollaborativen Robotern zur Vermessung von Werkzeugzuständen und Bauteilqualitäten im Arbeitsraum der Bearbeitungszentren.
Energieeffizienz Fragestellungen der Ressourcenknappheit und steigende Energiepreise machen es unabdingbar, sich mit dem The-ma Energie- und Ressourceneffizienz zu beschäftigen. Durch einen hohen Anteil an elektrischer und Wärmeenergie erweist sich die
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bild 15: Marktanteile der bauweisen von Maschinenkapselungen
bild 16: Marktanteile der Werkstoffe der eingesetzten Schutzvor-hangsysteme
Holzbranche von der ersten Bearbeitung des Rohholzes bis hin zum Fertigprodukt als überdurchschnittlich großer Energieverbraucher. Mit durchschnittlich 45 Prozent hat die Absaugung den mit Abstand größten Bedarf an elektrischer Energie, gefolgt vom Stromverbrauch der Bearbeitungsmaschinen selbst. Für Maschinenhersteller ist da-her Ressourcen- und Energieeffizienz eine feste Zielgröße. Ein au-tomatisierter oder manueller Stand-by-Betrieb ist heute bei circa 80 Prozent der angebotenen Maschinen in der CNC-Technik Standard. Hohes Einsparpotenzial beim Energieverbrauch liegt weiterhin in einer prozessabhängigen Aktivierung der Absauganlage. Wie Bild 14 zeigt, verfügen etwa 90 Prozent der Maschinen über eine Kommu-nikationsschnittstelle zu Absaugsystemen und circa 85 Prozent über eine prozessabhängige Vakuumbereitstellung. Durch gezieltes Ak-tivieren von Nebenaggregaten werden so maschinenseitig wesent-liche Einsparpotenziale erschlossen. Weitere Potenziale liegen in Maßnahmen wie der Speicherung und Rückgewinnung der Brem-senergie von Antrieben. Entsprechende Lösungen werden bei der Hälfte der Maschinen optional angeboten.
Maschinensicherheit Um eine Gefährdung des Maschinenbedieners zu vermeiden, müssen stationäre Maschinen in der Holzbearbeitung gekapselt werden. Maschinenumhausungen lassen sich in stationäre und bewegte Kapselungen einteilen. Aufgrund großer Arbeitsräu-me werden Maschinenumhausungen in Holzbearbeitungszentren häufig als mitfahrende Teilkapselungen mit Vorhangsystemen zum Überfahren der Werkstücke ausgelegt. Besonderes Augenmerk ist hier auf eine leichte Gestaltung der Kapselung zu legen, um die be-wegten Massen an der Maschine möglichst gering und die Dynamik, Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz möglichst hoch zu halten. Speziell bei der Bearbeitung von Kunst- und Faserverbundwerkstof-fen werden vermehrt stationäre Maschinenumhausungen eingesetzt, die den kompletten Arbeitsraum der Maschine abschirmen. Der Be-
diener soll so vor herumgeschleuderten Stücken bei Werkzeugbruch und feinen Stäuben bei der Zerspanung faserverstärkter Werkstoffe geschützt werden. Für feste trennende Schutzeinrichtungen werden zu 58 Prozent konventionelle Stahlbleche eingesetzt. Bei etwa der Hälfte derartiger Kapselungen werden mit zusätzlichen Maßnahmen (zum Beispiel Akustikschaum) die Schallemissionen reduziert. Bei einem Großteil der Bearbeitungszentren werden mittlerweile die mitfah-renden Maschinenumhausungen mit Leichtbauwerkstoffen ausge-führt, etwa mit glasfaserverstärktem Kunststoff und Polycarbonat. Der Trend hin zum Einsatz von Leichtbauwerkstoffen in Maschi-nenumhausungen ist seit 2011 feststellbar. Seither ist ihr Anteil von 21 auf derzeit 42 Prozent gestiegen. Bei circa 43 Prozent der Kap-selungen finden verschiedene Absorberschaumstoffe zur Reduzie-rung des Maschinenlärms Verwendung. Um einen ausreichenden Schutz gegen Werkzeugbruchstücke zu gewährleisten, werden am Markt verfügbare Bearbeitungszentren überwiegend mit Vorhang-systemen aus hochfesten, beschichteten Textilgeweben, PVC und Aramidgeweben ausgerüstet. In Bild 16 sind die Marktanteile der Schutzvorhangsysteme dargestellt.
Digitalisierung und Vernetzung Allen voran stehen die Themen Digitalisierung und Vernetzung momentan im Fokus der Herstel-ler. In diesem Zuge werden insbesondere digitale Plattformen immer wichtiger, um die Bedienung der Maschinen zu vereinfachen sowie eine digitale Infrastruktur für ganzheitliche Lösungskonzepte zu Themen wie ,Condition Monitoring‘ und ,Predictive Maintenance‘ zu ermöglichen. Für eine vernetzte Produktion müssen die Systeme zudem herstellerunabhängig miteinander kommunizieren und ein Netzwerk bilden können. Ohne ein standardisiertes Kommunika-tionsprotokoll, das Maschinen und Anlagen unterschiedlicher An-bieter verbindet, ist eine ganzheitliche Vernetzung nicht möglich. Unter der Federführung des VDMA Holzbearbeitungsmaschinen erarbeitet derzeit eine Arbeitsgruppe, bestehend aus Altendorf, Biesse, Bürkle, Homag, IMA Schelling, SCM, Weber und Weinig/Holz-Her, eine einheitliche Sprache beziehungsweise Schnittstel-le für die Kommunikation von Holzbearbeitungsmaschinen, ERP/MES-Systemen und Clouds.
Zusammenfassung und Ausblick Dieser Beitrag beinhaltet und analysiert die Marktdaten derzeit verfügbarer CNC-Bearbeitungs-zentren für die Holzbearbeitung, welche zunehmend auch für die Kunststoff- und Verbundwerkstoffbearbeitung eingesetzt werden. Grundlage sind Daten von insgesamt 15 europäischen Herstellern mit insgesamt 94 Baureihen. Gegenüber dem Trend der letzten Jah-re zu immer höheren Drehzahlen und Spindelleistungen zeigen sich aktuell andere Ausprägungen in den Angeboten der Hersteller. Ne-ben Maschinen, die hohe Anforderungen bezüglich Produktivität und Kundenwünsche erfüllen müssen, werden zunehmend kom-pakte, kostengünstige Einsteigermodelle angeboten. Zugleich steigt die Vielfalt der Erweiterungs- und Ausrüstungsmöglichkeiten, etwa durch Zusatzaggregate und Softwaretools. Auffällig sind zudem die Bemühungen nahezu aller Hersteller in Hinsicht auf eine intuitive, einfache Maschinenbedienung und -steuerung. In einem Atemzug können die Themen Automatisierung, Digitalisierung und Vernet-zung als aktuelle und sicherlich zukünftig bestimmende Themen genannt werden. u www.ifw.uni-stuttgart.de
Luftgeschwindigkeit in der Absaugleitung Geschwindigkeit m/s
Luftmenge der Absaugung Volumenstrom m³/h
Notwendiger Unterdruck Unterdruck Pa
Mas
ch.-T
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uart
1) automatisches Verfahren; 2) z.B. ortsfeste Kapsel um ganze Maschine; 3) z.B. mitfahrende Kapsel bei Fahrportal; 4) z.B. Absaughaube bei Auslegermaschine
Hersteller BiesseAuratronic
Rover K 12–1532 Rover A 14–16XX Rover B 16–19–22XX Rover C 16–19XX
Luftgeschwindigkeit in der Absaugleitung Geschwindigkeit m/s
Luftmenge der Absaugung Volumenstrom m³/h
Notwendiger Unterdruck Unterdruck Pa
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1) automatisches Verfahren; 2) z.B. ortsfeste Kapsel um ganze Maschine; 3) z.B. mitfahrende Kapsel bei Fahrportal; 4) z.B. Absaughaube bei Auslegermaschine
Hersteller Format-4
profit H100 profit H150 profit H500MT prof. H200R/H300R profit H350R prof. H500 (s-mot.)
4 4 2 3 2 2
k.A. k.A. k.A. k.A. k.A. k.A.
T, Pl T, Pl F, T, Pl F, T, Pl F,T, Pl F, T, Pl
Ne, Mo, Tr, So Ne, Mo, Tr, So Ne, Mo, Tr, So Mo, So Mo, Tr, So Mo, Tr, So
Luftgeschwindigkeit in der Absaugleitung Geschwindigkeit m/s
Luftmenge der Absaugung Volumenstrom m³/h
Notwendiger Unterdruck Unterdruck Pa
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Hersteller
1) automatisches Verfahren; 2) z.B. ortsfeste Kapsel um ganze Maschine; 3) z.B. mitfahrende Kapsel bei Fahrportal; 4) z.B. Absaughaube bei Auslegermaschine
Luftgeschwindigkeit in der Absaugleitung Geschwindigkeit m/s
Luftmenge der Absaugung Volumenstrom m³/h
Notwendiger Unterdruck Unterdruck Pa
Mas
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Hersteller
1) automatisches Verfahren 2) z.B. ortsfeste Kapsel um ganze Maschine 3) z.B. mitfahrende Kapsel bei Fahrportal 4) z.B. Absaughaube bei Auslegermaschine
Luftgeschwindigkeit in der Absaugleitung Geschwindigkeit m/s
Luftmenge der Absaugung Volumenstrom m³/h
Notwendiger Unterdruck Unterdruck Pa
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1) automatisches Verfahren; 2) z.B. ortsfeste Kapsel um ganze Maschine; 3) z.B. mitfahrende Kapsel bei Fahrportal; 4) z.B. Absaughaube bei Auslegermaschine