TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT
Fachbereich Maschinenbau
Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen

Marktstudie HSC Europa

Diplomarbeit

vorgelegt von

Oliver Zimprich

Darmstadt, im Januar 2005

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis ... V
Tabellenverzeichnis ... VII
Bedeutung der Formelzeichen und Abkürzungen ... VIII

1 Einleitung ... 1
1.1 Definition High Speed Cutting ... 1
1.2 Geschichtliche Entwicklung HSC ... 1
1.3 HSC-Technologie ... 2
1.3.1 Das Wirkprinzip der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ... 2
1.3.2 Spezifische Eigenschaften ... 3
1.3.3 Schnittgeschwindigkeit, Schneidstoff und Beschichtung ... 3
1.3.4 Vorschubgeschwindigkeit, Spanquerschnitt und Zustellung ... 4
1.3.5 Kühlschmiermitteleinsatz und Trockenbearbeitung ... 5
1.3.6 Werkzeuggeometrie, Werkstücktopologie und Bearbeitungsstrategie ... 5
1.3.7 Oberflächenqualität ... 5
1.4 Marktstudie ... 5
1.5 Ziel der Arbeit ... 6

2 Vergleich zwischen HSC und HPC ... 7
2.1 High Speed Cutting (HSC) ... 7
2.1.1 Definitionen aus der Praxis ... 7
2.1.2 Einsatzgebiete ... 7
2.1.3 Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Zeitspanvolumen ... 8
2.1.4 Werkzeuge und Schnittdaten ... 10
2.1.5 Praxisbeispiele ... 13
2.2 High Performance Cutting (HPC) ... 14
2.2.1 Begriffsbestimmung und Einsatzgebiete ... 14
2.2.2 Leistung und Drehmoment ... 14
2.2.3 Praxisbeispiel ... 15
2.3 Zusammenfassung ... 15
2.4 Maschinen in der Praxis ... 16
2.4.1 Darstellung einer HSC-Maschine ... 16
2.4.2 Darstellung einer HPC-Maschine ... 17

3 Definition von Ausschlusskriterien ... 19

4 Unterscheidungskriterien bei HSC-Maschinen ... 24
4.1 Aufbau einer Werkzeugmaschine ... 24
4.1.1 Gestell ... 24
4.1.2 Antrieb ... 27
4.1.3 Führung ... 29
4.1.3.1 Hydrodynamische Gleitführungen ... 29
4.1.3.2 Hydro- und aerostatische Gleitführungen ... 30
4.1.3.3 Wälzführungen ... 30
4.1.4 Schnittstellen für Werkzeuge und Spannmittel ... 31
4.1.5 Steuerung ... 32
4.1.6 Positionsmeßsysteme ... 32
4.1.7 Features ... 33
4.2 Unterscheidungskriterien ... 33

5 Ermittlung von HSC-Maschinenherstellern ... 34
5.1 Datenerhebung ... 34
5.1.1 Fachmesse EuroMold 2003 ... 34
5.1.2 Fachbücher und -zeitschriften ... 35
5.1.3 Recherche im World Wide Web ... 35

6 Ergebnisse der Marktanalyse ... 36
6.1 Allgemeines ... 36
6.2 Technische Aspekte ... 36
6.3 Überblick über Marktangebot ... 37
6.3.1 Hermle C 500 V ... 38
6.3.2 Starrag-Heckert Kinematic SKM ... 40
6.3.3 Fidia K 199 ... 41
6.3.4 Heyligenstaedt HEYNUMILL ecoflex 2000 ... 43
6.3.5 Handtmann Baureihe UBZ NT ... 44
6.4 Definition von Leistungsklassen ... 46

7 Befragung der Anwender ... 47
7.1 Grundformen der Befragung ... 47
7.2 Methodische Probleme der schriftlichen Befragung ... 48
7.2.1 Das Repräsentanzproblem ... 48
7.2.1.1 Das Rücklaufproblem ... 48
7.2.1.2 Das Identitätsproblem ... 48
7.2.2 Das Kommunikationsproblem ... 49
7.2.2.1 Das Problem der formalen Gestaltung des Fragebogens ... 49
7.2.2.2 Das Problem der Steuerung des Befragungsprozesses ... 49
7.3 Die formale Gestaltung des Fragebogens ... 51
7.3.1 Umfang des Fragebogens ... 51
7.3.2 Aufbau des Fragebogens ... 51
7.3.3 Formulierung der Fragen ... 52
7.3.4 Fragetypen und Antwortmöglichkeiten ... 52
7.4 Der Fragebogen ... 53
7.4.1 Zielgruppe und Durchführung ... 53
7.4.2 Konzeption und Fragenauswahl ... 53
7.5 Ergebnisse der Befragung ... 56
7.5.1 Allgemeines ... 56
7.5.2 Technische Aspekte ... 56
7.5.3 Betriebswirtschaftliche Aspekte ... 58

8 Datenbank ... 67
8.1 Allgemeines über Datenbanken ... 67
8.1.1 Definition Datenbank ... 67
8.1.2 Erstellung einer Datenbank ... 69
8.2 HSC-Maschinen-Datenbank ... 70
8.2.1 Anforderungen an Datenbank ... 70
8.2.2 Umsetzung ... 70
8.2.3 Ausblick Datenbank ... 73

9 Zusammenfassung und Ausblick ... 75

10 Literaturverzeichnis ... 79

11 Anhang ... 83
11.1 Liste der angeschriebenen Unternehmen ... 83
11.2 Fragebögen ... 85
11.3 Ergebnisse der Befragung ... 95
11.3.1 Antwort „sehr wichtig“ ... 95
11.3.2 Antwort „wichtig“ ... 95
11.3.3 Antwort „neutral“ ... 96
11.3.4 Antwort „weniger wichtig“ ... 96
11.3.5 Antwort „nicht wichtig“ ... 97
11.3.6 Altersstruktur HSC-Maschinen ... 97

1 Einleitung
1.1 Definition High Speed Cutting
Der Begriff High Speed Cutting (HSC) kommt aus der englischen Sprache und bedeutet Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Als Faustformel für die HSC-Bearbeitung gilt heute eine um 5- bis 10-fach gegenüber der konventionellen Bearbeitung gesteigerte werkstoffabhängige Schnittgeschwindigkeit bei ähnlichen Vorschüben pro Zahn. Dadurch ergeben sich sehr hohe Drehfrequenzen der Hauptspindel und hohe Vorschubgeschwindigkeiten. Ein weiteres Kennzeichen der Hochgeschwindigkeits-bearbeitung ist die erzielbare Produktivität, welche im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung deutlich höher liegt [Sch-96, S. 1].

1.2 Geschichtliche Entwicklung HSC
„Die Ursprünge der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung reichen zurück in das Jahr 1931, in welchem Salomon das deutsche Patent Nr. 523594 zur Bearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten anmeldete. Erst mit der industriellen Einsatzreife der Schlüsselbaugruppe der Hochfrequenzspindel zu Beginn der 90er Jahre des vergangenen Jahrtausends standen die entsprechenden Maschinen für die Praxis zur Verfügung. Ausgangspunkt des Einsatzes war die technologisch günstige Zerspanung von Leichtmetallen in der Flugzeugindustrie. Aufgrund des erheblichen Potentials wurden allerdings sehr schnell auch weitere Industriezweige mit einem großen Anteil zerspanender Wertschöpfung wie der Werkzeug- und Formenbau für den HSC-Einsatz erschlossen.
Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt begann bereits 1979 mit seinen Forschungen auf diesem Gebiet und verfügt heute durch kontinuierliche Forschungstätigkeiten über ein umfangreiches Grundlagen- und Anwendungswissen. Bei den Forschungsarbeiten des PTW wurde großer Wert auf die ganzheitliche Betrachtung der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gelegt, wodurch zusätzliche Vorteile dieses Verfahrens erkannt wurden. Neben der Erhöhung des Zeitspanvolumens haben die Untersuchungen gezeigt, dass sich mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit nicht nur die Zerspanungskräfte reduzieren lassen, sondern auch die Prozesswärme mit dem Span abgeführt wird, die Oberflächenqualität erhöht wird und die Bearbeitung im schwingungsunkritischen Bereich erfolgen kann.
Aufgrund dieser Tatsachen ergeben sich die in Tabelle 1.1 gezeigten Anwendungsmöglichkeiten. Haupteinsatzgebiete sind insbesondere der Werkzeug- und Formenbau, die Luft- und Raumfahrttechnik, die Herstellung von kritischen wärmeverzugsempfindlichen und dünnwandigen Bauteilen sowie von Präzisionsteilen“ [Sch-96, S. 1-2].

!! Die Tabelle ist in der Downloaddatei enthalten !!

Tabelle 1.1: Anwendungsgebiete der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung [Sch-96, S. 4]

1.3 HSC-Technologie
1.3.1 Das Wirkprinzip der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
„Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung handelt es sich um eine eigenständige Prozesskette mit sehr spezifischen Anforderungen und Leistungsdaten und nicht nur um eine beschleunigte Variante der bisher bekannten spanenden Verfahren.
Wird zur Einhaltung konstanter Spanquerschnitte die Vorschubgeschwindigkeit proportional zur Schnittgeschwindigkeit gesteigert, nimmt die Temperatur an der Schneide nicht in dem Maße zu. Der Grund dafür liegt darin, dass die Vorschubgeschwindigkeit die Wärmeleitgeschwindigkeit des Werkstoffes übersteigt. Die Wärmeausbreitung von der Kontaktstelle in den Grundwerkstoff wird reduziert und größtenteils über die Späne abgegeben, so dass der Bearbeitungszustand langfristig stabil und der Verschleiß wirtschaftlich bleibt“ [Pie-98, S. 3].

1.3.2 Spezifische Eigenschaften
„Die Motivation für den Einsatz der Hochgeschwindigkeitszerspanung liegt in einer Reihe von Vorteilen begründet. Hier sind neben dem höheren Zeitspanvolumen und geringeren Bearbeitungshauptzeiten vor allem das Erzielen besserer Oberflächenqualitäten, geringere Zerspanungskräfte und die Bearbeitbarkeit gehärteter Materialien zu nennen. Dagegen steht der Nachteil, dass es sich beim Hochgeschwindigkeitsfräsen um eine Technologie handelt, deren Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und Produktionsqualität äußerst sensibel von der Wahl verschiedener zum Teil konkurrierender Parameter abhängt. Als wesentliche Einflussfaktoren (Abbildung 1.1) sind zu nennen:

• Schnittgeschwindigkeit, Schneidstoff und Beschichtung
• Vorschubgeschwindigkeit, Spanquerschnitt und Zustellung
• Kühlschmiermitteleinsatz und Trockenbearbeitung
• Werkzeuggeometrie, Werkstücktopologie und Bearbeitungsstrategie
• Oberflächenqualität“ [Pie-98, S. 4]

[...]