Die Werkzeugmaschine, immer wieder neu 60 Jahre Lehre und Forschung in Chemnitz

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1 Fakultät für Maschinenbau Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse Professur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz Die Werkzeugmaschine, immer wieder neu 60 Jahre Lehre und Forschung in Chemnitz Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz

2 Die Werkzeugmaschine, immer wieder neu 60 Jahre Lehre und Forschung in Chemnitz Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz Stimmungsbild Wirtschaftsstandort Lehre und Forschung Netzwerk Highlights Potenzial 2

3 Aktuelles Stimmungsbild Die Werkzeugmaschine Mutter aller Maschinen auf Wachstumskurs! 4.0 erfindet sich neu! Schnecken-Schleifmaschine J.E. Reinecker A.G., Chemnitz-Gablenz,

4 Aktuelles Stimmungsbild Die Werkzeugmaschine im Jahr 2016 Weltverbrauch (in Milliarden Euro) Marktgröße 1. China - 11,4% 2. USA - 15,6% 3. Deutschland + 4,7% 4. Japan + 26,5% Quelle: VDW Weltstatistik, Oxford Economics Global Machine Toole Outlook 2014 (* Schätzwerte) & DMG Bilanz-Pressekonferenz März

5 Auftragseingang in Millionen Euro Aktuelles Stimmungsbild Die Werkzeugmaschine im Jahr 2016 Auftragseingang in der deutschen Werkzeugmaschinenindustrie (in Millionen Euro) % HJ im vgl. zum Vorjahr Solide Position der deutschen Werkzeugmaschinenindustrie! * 2016 Quelle: VDW; Statistisches Bundesamt; Februar

6 Produktionswert in Millionen Euro Aktuelles Stimmungsbild Die Werkzeugmaschine im Jahr 2016 Wichtigste Länder nach Produktionswert von Werkzeugmaschinen weltweit (in Millionen Euro) Dynamik! Wettbewerbsdruck in der Werkzeugmaschinenindustrie steigt! China* Japan Deutschland Südkorea Italien USA Taiwan Schweiz Spanien Österreich Quelle: VDW; Juni

7 Aktuelles Stimmungsbild Was bedeutet das? Intensivierung von Lehre Ausbildung Innovation Forschung Tradition wird zu Zukunft 7

8 Wirtschaftsstandort Damals in Chemnitz Notwendigkeit, für Schaffung von höheren Gewerbeschulen Zentrum der deutschen Textilfabrikation 84 Fabriken in und um Chemnitz durch Industrie 1.0 rasanter wirtschaftlicher Aufschwung und Gründung weiterer Fabriken Fabrikation von Webmaschinen C. G. Haubold Vater des Chemnitzer Maschinenbaus Erste deutsche Werkzeugmaschinenfabrik J. Zimmermann widmete sich als erster in Deutschland ausschließlich den Bau von Werkzeugmaschinen Lokomotivbauanstalt Richard Hartmann 1. Dampflokomotive Glück Auf weltweiter Erfolg

9 Lehre und Forschung Königliche Gewerbeschule Theoria cum praxi! 02. Mai 1836 auf Initiative des Industrieverein für das Königreich Sachsen wird im ehemaligen Lyceum am Jakobkirchplatz die Königliche Gewerbeschule eröffnet

10 Lehre Lehre und Forschung Entwicklungsschritte im Überblick eine Zeitreise durch die ersten 50 Jahre Gründung Umstrukturierung Angewandte Forschung Tradition & Neuanfang Entwicklung & Profilierung Prof. H. Berthold Mit Werkzeugmaschinen baut man Maschinen Ausarbeitung Vorlesung & Übung Einheit von Lehre und Forschung mit Einbindung der Volkswirtschaft Überführung des Institutes in Wissenschaftsbereich Fertigungsmittelentwicklung Hochschul-Industrie- Komplex Werkzeugmaschine Höhere Qualität in Aus- und Weiterbildung und internationale Kooperationen Hauptfach WZM Arbeitskreis WZM Promovenden- Seminar 1. Chemnitzer Maschinenbau Kongress Prof. R. Neugebauer Gründung des IWP Einführung der Studienrichtung WZM und Umformtechnik Absolvententagung Standort Forschung Schleifen Arbeitsgenauigkeit Spritzgießverfahren Reishauer ZA Versuchsfeld Automatisierung Flexible Fertigungssysteme Hydraulik Konstruktion von WZM- Komponenten Einbeziehung Robotertechnik CAD: rechnergestütze Konstruktion FEM - Anwendung Thermozelle (1,2 Mio. DM) Fraunhofer IWU SFB 283: Entwicklung weltweit einzigartige Bohrungsdrückmaschine 1. Deutsche Hexapod-WZM

11 Lehre und Forschung Was ist eigentlich eine Werkzeugmaschine? Wesentliche Funktion: Ausführung des Werkzeugweges durch eine Maschine! Werkzeuge zum: Spanen Umformen Zerteilen Abtragen 11

12 Holistischer Ansatz 60 Jahre WZM Lehre und Forschung Entwicklungsschritte im Überblick Fokus Werkzeugmaschinenentwicklung Entwicklung & Profilierung Prof. R. Neugebauer Schwerpunkt: Parallelkinematik 1. Deutsche Hexapod-WZM Maschine mit Parallelkinematik wurde nach nur 2 Jahren Entwicklungszeit erstmals 1998 zur EMO einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt. Dynapod - Parallelkinematische Bearbeitungseinheit Bewegungen der Arbeitsplattform in A-, B- und Z- Richtung durch Tripod- und Hexapod-Kinematik mit längenveränderlichen Streben Scherenkinematik Hochleistungszerspanung und Komplettbearbeitung (Schruppund Schlichtbearbeitung auf einer Maschine durch Entwicklung angepasster Maschinenkonzepte Hybridkinematik mit redundanten Achsen für überlagerte Bewegungen

13 Netzwerk 60 Jahre WZM Regionale Identität national und international vernetzt 14

14 Netzwerk Wir sind CIRP! 57. CIRP General Assembly in Dresden Mechatronische Systeme in der Produktionstechnik, Digitale Produktion und Ressourceneffizienz Ministerpräsident Georg Milbradt 500 Experten aus 40 Ländern Vorstände von VW, BMW, Siemens

15 Forschungshighlights Sonderforschungsbereich 283 DFG Transfer Bereich 50»Applikation der Maschinensysteme und Umsetzung der Prozesskette Bohrungsdrücken/Querwalzen«Sprecher: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. R. Neugebauer Laufzeit: ` `07 auf dem Weg zum produktionstechnischen Zentrum Mitteldeutschlands!

16 Forschungshighlights Sonderforschungsbereich 283 DFG Transfer Bereich 50»Applikation der Maschinensysteme und Umsetzung der Prozesskette Bohrungsdrücken/Querwalzen«Neue Qualitäten in: Virtual Reality Production Engineering Technologie Serientaugliches Ergebnis Berechnungen Steuerung

17 Forschungshighlights 1. Sonderforschungsbereich/ Transregio mit Sprecherschaft in den neuen Bundesländern DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio 39»Großserienfähige Produktionstechnologien für leichtmetall- und faserverbundbasierte Komponenten mit integrierten Piezosensoren und -aktoren - PT-PIESA«Sprecher: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. R. Neugebauer ökonomische Herstellung aktiver Komponenten für den Maschinenbau! 1. Förderperiode:

18 Forschungshighlights DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio Förderperiode: Grundlagen Modulfertigung Piezofaser Piezostab Halbzeug Anordnung Elektrode Formgebung Packaging Piezo- Komposit- Modul Mech. Struktur Applikation KONVENTIONELLE PROZESSKETTE Adaptronische Komponente Bauteilfertigung Piezohalbzeug (Fasern, Folien) Halbzeug Leichtbauwerkstoff INTEGRATION Isolieren Kontaktieren Stabilisieren Formgebung Umformen Faserverbund Gießen Adaptronische Komponente PT-PIESA-PROZESSKETTE Stoffliche Integration des Wandlerwerkstoffes direkt während der Bauteilfertigung Bauteilfertigung

19 Forschungshighlights DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio und 3. Förderperiode: Entwicklung bis zur Serienreife Sprecher: Prof. Dr.-Ing. W.-G. Drossel Fügen Piezofasern Lokales Model Tiefziehen Mikro- Montage Hinterachsbaugruppe

20 Forschungshighlights Spitzentechnologiecluster»Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovationen in der Produktionstechnik«Initiator: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. R. Neugebauer Koordination in der Beantragung: Prof. Dr.-Ing. D. Weidlich Sprecher: Prof. Dr.-Ing. W.-G. Drossel nationaler und internationaler Beitrag für eine emissionsneutrale Produktion! Laufzeit:

21 Forschungshighlights Spitzentechnologiecluster Reduzierung des Energieverbrauchs von Werkzeugmaschinen um

22 Forschungshighlights Spitzentechnologiecluster Energieeffizientes Dreh-Fräs-Zentrum Demonstrator für handlungsfeldübergreifende Umsetzung der eniprod-grundlagenforschung optimale Systemkonfiguration für jede Technologie Befähigung zur Trockenbearbeitung prozessoptimierte Antriebskonfiguration Stand-by und energy monitoring Verfahrenssubstitution Leichtbaukonzepte Frästürme Komponentenoptimierung Ausbauvariante Kurbelwellenfräsmaschine Direktantrieb statt Servomotor mit Getriebe Maschinenbett in Verbundbauweise Feindrehfräsen statt Schleifen Bedarfsgerechte Nebenaggregate

23 Forschungshighlights Spitzentechnologiecluster Energieeffiziente Werkzeugmaschine Demonstrator für handlungsfeldübergreifende Umsetzung der eniprod-entwicklungen Performanceerhöhung durch redundante Achse (X1) Portal aus hochfestem Polymerbeton Z-Schlitten aus CFK Basiseinheit Mobile Maschine autark oder montiert als 5-Achs-Einheit Hybrid-CFK- Kugelgewindeantrieb Adaptive KGT-Mutter Hydrodynamische Führung Redundante Antriebsstränge zur Energiebilanzierung Bedarfsgerechte Betttemperierung Thermisch robustes Spezialbeton-Bett

24 Forschungshighlights DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio 96»Thermo-energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen«Standortsprecher Chemnitz ab 2015: Prof. Dr.-Ing. M. Putz Verlustleistung Wärmeströme Temperaturfeld Verformungsfeld Fehler am TCP Am Beispiel spanende Fertigung den Zielkonflikt zwischen Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität systematisch lösen! 1. Förderperiode:

25 Forschungshighlights DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio 96 Teilprojekt A01: Werkzeug- und Spannmittelverformung FE-Modelle Parameter- Identifikation Parameter- Bewertung Korrekturmodelle Kompensations- Lösungen Temperatur- Beeinflussung durch Luftströmung Konstantes vorhersagbares Temperaturfeld Gezielte Wärmeabführung Isolation Schneidteil

26 Forschungshighlights Virtuelle und Erweiterte Realität für die WZM-Entwicklung von der Methode zum spezifischen Forschungsraum Verschmelzung der Realitäten Kopplung reale Steuerung mit virtueller WZM Praxisnahe Industrielösungen move, z.b. Starrag Heckert-Kooperation Einsatz in früher Konzeptphase z.b. für Verkürzung der Entwicklungszeiten Ergonomiebetrachtungen z.b. für WZM-Neuentwicklungen CAD2VR Realitätsnahe Schulungen Instandhaltung, Service, Montage Technologie: Parallelkinematik VRAx, ViVERA, VEIK M 5-Achsfräsmaschine auf Basis von Projekt VR/AP Technologieoptimierte Modellierung Demonstrationszentrum ViPro Grundlagen

27 Forschungshighlights Virtuelle Realität Aktuelle Lösung für die Werkzeugmaschine Ergebnisvalidierung Simulation Experiment

28 Potenzial W E R K Z E U G M A S C H I N E Die Werkzeugmaschine im Jahr 2017, 2018, Kernkompetenzen... Mechatronik Virtuelle und Erweiterte Realität Energie- und Ressourceneffizienz Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. Aristoteles

29 Potenzial Konsequente (holistische) Weiterentwicklung der Forschungslinien 60 Jahre WZM die Werkzeugmaschine in der digitalen Fabrik

30 Potenzial Kernkompetenzen Werkzeugmaschine Varianzbasierte Sensitivitätsanalysen Empirische Maschinenmodelle zur energiesensitiven Prozessplanung Bionisch inspirierte Groß- Bearbeitungszentren Mechatronische Bewegungssysteme WZM Schwingungsüberlagerte Bearbeitung Piezo-Schwingtisch Verfahrensintegration kraftgesteuerte Prozesse auf weggesteuerten Maschinen

31 Potenzial Kernkompetenzen: Technologie Präzisionsbearbeitung mit Wasserabrasivstrahl Herausforderung: Filigrane Bearbeitung schwer spanbarer Werkstoffe Lösungsansatz: Vermeidung von Wärmeeintrag und hoher Prozesskräfte Ergebnisse: Prozesssichere, präzise 3D-Bearbeitung neuartiger Hochleistungswerkstoffe und - verbunde, Herstellung definierter Oberflächenstrukturen und -reliefs sowie Gravuren auf höchstfesten Keramiken

32 Potenzial Kernkompetenzen: Technologie AGriPro Adaptive grinding process In-Prozess- Messsung der Randzoneneigenschaften Schleifprozess Anpassung von: Vorschub Abrichtzeitpunkt Qualitätskontrolle Beispiel für eine Vorschubregelung

33 Potenzial Kernkompetenzen: Technologie Wälzmodul Wälzschälen - ein hochproduktives Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen, durchgeführte F&E-Arbeiten: Methodik zur systematischen Werkzeugentwicklung Entwicklung eines Wälzschälmoduls Technologieentwicklung Vertikaler Spindelstock mit Kugelgewindetrieb Horizontalachse mit Lineardirektantrieb Werkstück Wälzschälmodul Vertikal-Wälzschälmaschine Werkzeug

34 Potenzial Kernkompetenzen: Steuerungs- und Regelungstechnik Cyber-Physische-Achse als Gesamtsystem von Mechanik, Sensorik, Stelltechnik, Regelung, Sollwertgenerierung & Steuerung, verteilt auf verschiedene Steuerungsebenen

35 Potenzial Kernkompetenzen: Prozessinformatik und Virtuelle Produktentwicklung Werkzeugmaschinen-Monitoring Anzeige von Live-Werten der Steuerung (z. B. Achsposition, Geschwindigkeit) Darstellung des Verlaufs in Diagrammen Erkennen der Maschine über Marker Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion Optimierung von Prozessen Schnelle Fehlererkennung Zeit- und Kostenersparnis

36 SMART MATERIAL SMART DESIGN Potenzial Umsetzungsprojekt Sächsische Allianz für MAterial- und RessourcenEffiziente TechnOlogien SMART PRODUCTION Fertigungsprozess Prozess- und Maschinendaten Bewertung Qualität Modellbasierte Prozessregelung Bewertung Einsatzverhalten Echtzeitauswertung Intelligentes Datenmodell TRANSFER

37 Potenzial Die Werkzeugmaschine im Jahr 2017, 2018, Chance und Herausforderung im Überblick Kernkompetenzen 60 Jahre WZM Standort Digitalisierung 38

38 Potenzial Heute in Chemnitz Universitäts-, Forschungs- und Technologiecampus Erfolgreiche Strukturanpassung der Industrieregion Chemnitz 39

39 Forschungshighlights Entwicklung des Universitätsund Forschungsstandortes Chemnitz Die Landesexzellenzinitiative zeigt Wirkung! Sonderforschungsbereiche der DFG an der TU Chemnitz SFB/Transregio 39 PT-PIESA Bewilligung 3. Phase SFB 692 HALS Bewilligung 3. Phase SFB Transregio 96 PQE Bewilligung 2. Phase FORSCHUNGS FABRIK Fraunhofer E³-Leitprojekt ( ) Demonstrator-Standort Fraunhofer-E³-Fabrik Bundes-Exzellenzcluster ( ) Technologies for Multifunctional Lightweight Structures eniprod ( ) Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovationen in der Produktionstechnik

40 Potenzial Erweiterung Campus-Konzept Neuer ganzheitlicher Lehr- und Forschungsdemonstrator Digitalisierung und Produktion Industrial Data Center zentrales Datenmanagement, Visualisierung und Kommunikation Innovative Visualisierung Projektive AR + Indoor Tracking Gesamte Prozesskette inkl. Handling und Logistik Dezentrale Datenvisualisierung Optimierte Wertschöpfungskette durch die intelligente Vernetzung der Bereiche Werkstoffentwicklung, Halbzeug (Bauteil, Prozess) und Produktionstechnik

41 Potenzial EU Knowledge and Innovation Community (KIC) Added-value Manufacturing (AVM) Holistisches Konzept: Mandat Multiplikator Chemnitz Inkubator Core Partnerschaft Regional Innovation Center 42

42 Potenzial Morgen in Chemnitz Universitäts-, Forschungs- und Technologiecampus und Digital Innovation Center?! 43

43 Potenzial Die Werkzeugmaschine, immer wieder neu fit auch für die nächsten (60) Jahre Lehre und Forschung in Chemnitz! 44

44 Die Werkzeugmaschine, immer wieder neu 60 Jahre Lehre und Forschung in Chemnitz Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! 45