Werkzeugentwicklung

Das Werkzeug der Zukunft arbeitet im Schwarm

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Die Werkzeugdrohnen werden von den Bearbeitungsshuttles bei Bedarf angefordert. Unterschiedliche Arbeitsschritte werden dabei von unterschiedlichen Drohnen ausgeführt Bild: Design Tech
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Werkzeugentwicklung | Mehrere Werkzeughersteller wagten im Frühjahr unter Anleitung der Industriedesigner von Design Tech einen Blick in die Zukunft ihrer Branche. Der Austausch startete mit der Frage nach dem idealen Werkzeug der Zukunft – am Ende stand eine Idee, die den gesamten Prozesse der Fertigung auf den Kopf stellen wird. Im Juli präsentierten die Designer das Konzept.

Drohnen, die in der Luft kreisen und sich automatisch an ein Shuttle, eine mobile Werkstückaufnahme andocken, um die Werkstücke selbständig zu bearbeiten – dieses Fertigungsszenario präsentierte Design Tech über 40 Werkzeugherstellern und Unternehmern der Industrie im Juli als das Ergebnis zweier Workshops zum Thema „Werkzeug der Zukunft“. Und es übertraf die Erwartungen der Teilnehmer bezüglich der Innovationsstärke um „zwei Etagen“, wie es Hans-Peter Böhm, stellvertretender Leiter Forschung und Entwicklung der Elgan Diamantwerkzeuge GmbH & Co. KG, auf den Punkt brachte. Denn obwohl das Thema Drohnen an sich nicht neu ist, wurden diese bisher laut Jürgen R. Schmid, Industrial Designer und Inhaber der Ammerbucher Industrial-Design-Schmiede Design Tech, noch nicht in Fabrikhallen verortet.

„Unverständlicherweise“, wie der 61-jährige betont, der sich von den fliegenden Werkzeugen beziehungsweise den daraus resultierenden Prozessveränderungen „enorm viele Vorteile für alle Beteiligten“ verspricht. Um dieses Potenzial greifbar zu machen, präsentierte Design Tech die verdichteten Ergebnisse aus den beiden Workshops auch visuell. Das kam bei den Teilnehmern an. Insbesondere jene, die nicht an den vorhergehenden Workshops teilgenommen hatten, verstanden nach dem Animationsfilm „wohin die Entwicklung geht“, so Rainer Bachmann, Sales Manager der Elabo GmbH. Der Vertriebler nimmt aus der Veranstaltung daher auch „viele Gedanken mit“, die er „mit Kunden besprechen wird“. Auch Peter Schneck, Geschäftsführer der TDM Systems GmbH, will die vorgestellten Ideen, „die über das normale Engineeringdenken ein Stück hinausgehen“ in die eigenen Innovationsprozesse einbringen. Denn auch wenn er als Ingenieur noch etliche technische Herausforderungen ausmacht, „die Idee ist innovativ und ich möchte mich dieser auf keinen Fall verschließen“.

Werkzeugdrohnen steuern sich autonom und intelligent

Die Begeisterung der Teilnehmer hatte für Schmid wesentlich damit zu tun, dass bereits viele für Ingenieure relevante technische Details vorgestellt wurden. Die referierenden Designer thematisierten beispielsweise die Verbindung zwischen Drohne und Werkstückaufnahme, dem Transport- und Bearbeitungsshuttle. Um eine präzise Bearbeitung zu ermöglichen, verbinden sich diese Teilsysteme vor der Bearbeitung zu einem festen Gesamtsystem. Und auch das Shuttle selbst wird sich mit dem Fabrikboden verankern, um die bei der Bearbeitung entstehenden Gegenkräfte aufnehmen zu können.

Anders als bei der Inline-Fertigung mit ihren vordefinierten Arbeitsschritten bewegen sich die Werkzeuge bei dem Drohnenkonzept völlig frei in der Fabrikhalle. Sie fliegen jedoch erst, wenn sie vom Shuttle, auf dem das Werkstück aufgespannt ist, dazu aufgefordert werden. Dann docken sie sich an und bearbeiten das Werkstück. Der gesamte Prozess steuert sich autonom je nach Auslastung und dabei logistisch intelligent. Möglich wird dies durch die Sensorik des Werkzeugs, der Drohne und des Shuttles – so wird eine Schwarmintelligenz erzeugt, die alle Produktionsschritte und die Logistik innerhalb des Bearbeitungssystems einschließt.

Das Shuttle bewegt nicht nur das zukünftige Produkt sicher durch die unterschiedlichen Produktionsstufen. Es nimmt auch die Späne sowie die Schmierstoffe während des Bearbeitungsvorgangs auf. An den Ankerplätzen, den Produktionsspots, versorgen sich die Shuttles mit der notwendigen Energie. Auch die Drohnen werden über eine Dockingstation induktiv aufgeladen. Zudem können sie hier ihre Materialspeicher auffüllen oder entstandene Späne oder Hitze direkt abführen. Die Abfolge der Bearbeitungsschritte steuert das Shuttle, und es kommuniziert auch mit dem Werkzeug und den Drohnen. Diese übernehmen dann je nach Ausstattung unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben. Das heißt, die einen bohren, die anderen schleifen oder sintern, wieder andere laserschweißen oder bringen Materialien additiv auf – ganz so, wie es der Auftrag erfordert.

Durch den variablen Einsatz der Drohnen und die hoch flexiblen Produktionsabläufe werden nach Ansicht der Experten aus der Werkzeugindustrie und der Forschung auch neue Produktionsräume entstehen. So könnten die autonomen Shuttles und Drohnen beispielsweise in vielstöckigen Produktionsplattformen, den so genannten „Supertalls“, agieren.

Erste positive Erfahrungen mit Arbeitsdrohnen

Dies hätte mehrere Vorteile: Zum einen würde dank der kurzen Wege innerhalb dieser Supertalls die Effizienz in der Produktion erheblich gesteigert werden. Zum anderen ermöglicht der geringe Platzbedarf der flexiblen Bearbeitungsstationen zukünftig auch Produktionsstandorte in Ballungsräumen und damit in unmittelbarer Nähe der Kunden zu etablieren – sowohl unter- als auch überirdisch.

Wann die Werkzeugdrohnen herkömmliche Maschinen ersetzen werden, ist für Schmid eine „untergeordnete Frage“. Seine Überzeugung, dass „Werkzeugdrohnen die Fabriken dieser Welt erobern werden“, speist sich dabei aus zwei Quellen: Den möglichen wirtschaftlichen Vorteilen, die die Schwarmintelligenz Unternehmen wie Kunden verspricht, und den positiven Erfahrungen mit den ersten Prototypen von Arbeitsdrohnen, wie beispielsweise dem fliegenden 3D-Drucker. Eine Lösung, die, laut ihrem Entwickler Dr. Mirko Kovac, die Wartungsindustrie umkrempeln wird. Der Wissenschaftler, der am Imperial College in London tätig ist, sieht als mögliches Szenario seiner konstruierten fliegenden 3D-Drucker, dass diese von Beobachtungsdrohnen gerufen werden, wenn sich Risse oder Schwachstellen in der Oberfläche von Windrädern oder Ölpipelines zeigen. Diese Risse füllen die Drohnen dann mit Klebstoffen oder anderen Füllmaterialien. Seine Forschungen werden wie die vieler anderer Wissenschaftler nach Ansicht von Schmid „die Grundlage dafür schaffen, dass die Werkzeugdrohnen über kurz oder lang den herkömmlichen Maschinenpark ersetzen werden“. (su)

www.designtech.eu/werkzeug-der-zukunft


Zu den Workshops

An den Workshops im April und Mai beteiligten sich Werkzeughersteller wie die Mapal Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG, die Schunk GmbH & Co. KG, die Liebherr-Werk Ehingen GmbH, die Nagel Werkzeug-Maschinen GmbH und die Kadia Produktion GmbH + Co. gemeinsam mit Teilnehmern aus der Forschung und Entwicklung wie dem Fraunhofer IPA und dem Hochschulcampus Tuttlingen. Initiiert und geleitet wurden die Workshops von Design Tech. Mitinitiatoren waren die Wirtschaftsförderung Stuttgart, der Verein Manufuture-BW e.V. und das Kompetenznetzwerk Mechatronik Baden-Württemberg. Die Industrial Designer visualisierten anschließend die Ergebnisse und stellten diese im Juli den Fachexperten zur Diskussion vor.

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