Das fertigung-Interview
„Paradigmenwechsel hin zur Kohlefaser“
24.02.2009
Steuerungstechnik: Seit zwei Jahren existiert bei Siemens ein eigenes Competence Center Aerospace. Für Dirk Rabeneck, dem Leiter des Centers, ist die Luftfahrt-
industrie einer der Innovationstreiber im industriellen Umfeld. fertigung-
Chefredakteur Wolfgang Pittrich sprach mit ihm über Composites, Wasserstrahlschneiden und die Bedeutung von Siemens PL, früher Unigraphics Solutions.
Herr Rabeneck, es gibt im Steuerungs- und Automatisierungsumfeld kaum einen Anbieter, der sich so explizit um das Thema Aerospace kümmert wie es Siemens macht. Warum ist das so?
Diese Thematik ist für uns aus zweierlei Hinsicht wichtig. Erstens hat die Luftfahrtindustrie ein interessantes Volumen für Automatisierungslösungen. Und wir sind sicher, dass wir die richtigen Lösungen dafür anbieten können.
Und zweitens?
Diese Branche ist ein enormer Innovationstreiber, weil man technologisch Machbares sehr konsequent in reale Produkte umsetzt. Man schafft es dort, neue Technologien mit einer Perfektion einzusetzen, die seinesgleichen sucht. Bestes Beispiel dafür ist die 5-Achs-Bearbeitung. Erst die intensive Beschäftigung mit der Zerspanung von Impellern, Blisks oder Integralbauteilen hat hier den entscheidenden Schub gebracht. Auch bei uns im Hause wurde die 5-Achs-Bearbeitung letztendlich getrieben durch die zehn Jahre zurückliegende Zusammenarbeit mit Boeing in Wichita. Wir haben damals bei Boeing sehr genau zugehört und bieten mittlerweile eine Lösung, die sicherlich den Weltstandard setzt.
Beim Thema Innovationen und Luftfahrt denkt man automatisch an die Composite-Bearbeitung. Denn dieses Thema hat die Luftfahrtindustrie prominent besetzt und dort spielt sie auch die führende Rolle. Sehen Sie ebenfalls diesen Trend hin zu den Carbon-basierten Materialien?
Wir haben es heute in der Luftfahrtindustrie mit einem Paradigmenwechsel zu tun, hin zur Kohlefaser. Vor zehn Jahren wäre es undenkbar gewesen, dass ein Flugzeug zu mehr als 50 Prozent aus Composites besteht wie es heute beim Airbus A350 der Fall ist. Die Primes, also die großen Flugzeughersteller, sehen diesen Bereich mittlerweile als ihre Kernkompetenz an. Denn wer in diesem Innovationswettlauf vorne liegt, schafft sich Wettbewerbsvorteile und wird mit entsprechenden Marktanteilen belohnt werden. Wobei die Composite-Bearbeitung viele Topics umfasst.
Welche meinen Sie?
Da geht es nicht nur um die mechanische Bearbeitung. Wir reden hier über Tape-Laying, über Fibre-Placement oder Non-Destructive-Testing. Wir sind mittlerweile der einzige Automatisierungsanbieter, der eine dezidierte Lösung für das Fibre-Placement und Tape-Laying bietet. Momentan sind diese Prozesse noch in der Einzelfertigung beheimatet; aber sie werden irgendwann zur Serienreife geführt und dann auch jenseits der Luftfahrtindustrie Einzug halten.
Es gibt ja Bearbeitungstechnologien, die erst durch die Composites an Bedeutung gewonnen haben; bestes Beispiel dafür ist das Wasserstrahlschneiden. Siemens bietet dafür ganz spezifische Lösungen.
Airbus beispielsweise setzt beim A350 sehr stark auf das Wasserstrahlschneiden. Und natürlich sehen auch wir das Thema als immer wichtiger an und beschäftigen uns intensiv damit. Wobei beim Wasserstrahlschneiden die CNC-Steuerung funktional noch mehr gefordert ist als beim Fräsen. Alle innovativen Featuers, die wir in unserer Steuerungsgeneration 840 D einsetzen, kommen dort vorzüglich zum Einsatz.
Können Sie mir ein paar Beispiele nennen?
Ein wichtiges Thema beim Wasserstrahlschneiden ist der sogenannte „Jetlag”. Das heißt, der Wasserstrahl hinkt bei schnellen Richtungsänderungen dem eigentlichen Konturverlauf hinterher. Das muss man entweder bereits in der Programmierung berücksichtigen. Oder man greift auf unseren Compile-Zyklus zurück, der Lageänderungen erkennt – beispielsweise beim Anfahren an Ecken – und automatisch die Geschwindigkeit reduziert. Ein weiteres schönes Feature ist die Rekalibrierung des 3D-Schneidkopfes.
Etwa nach einer Kollision?
Genau. Wir können über die Steuerung Abweichungen durch den Kopf erkennen und kompensieren. Die Maschine arbeitet also immer mit optimaler Genauigkeit.
Wie sieht es mit der konzentrischen Strahlform aus? Da hat der Wasserstrahl doch gewisse Probleme.
Über die Kommandos „Lead” und „Tilt” können wir den Kopf entsprechend neigen und so die Konzentrität kompensieren. Sie sehen, Herr Pittrich, wir nehmen uns des Themas Wasserstrahlschneiden sehr ausführlich an und sind damit auch noch nicht am Ende.
Wo sehen Sie noch Verbesserungspotenzial?
Ein zukünftiges Thema beim Wasserstrahlschneiden heißt Geschwindigkeit. Auch wenn es um Präzision geht, sehen wir noch Potenzial. Und wenn man präziser schneidet, können sich wiederum andere Applikationen erschließen lassen. Das Thema Wasserstrahl wird uns noch lange beschäfigen.
Das gilt sicherlich auch für den Bereich der konventionellen Zerspanung. Wo sehen Sie da aktuell die Herausforderungen, und wie reagiert Siemens darauf?
Ein Beispiel betrifft die Werkstückspannung. Es werden im Aerospace-Bereich überwiegend sehr große Bauteilen bearbeitet, die kaum präzise gespannt werden können. Wir haben dazu Messzyklen aufgesetzt, um die Abweichungen im Raum zu erfassen. Aber nicht nur das: Diese Aufspannfehler können über sogenannte Kompensations-Frames in der Steuerung ausgeglichen werden. Oder nehmen Sie das Thema Maschinendämpfung …
Um was geht es da?
Bei den meist sehr großen Gantrymaschinen finden wir das rein physikalische Problem der Eigenschwingung vor. Mit der „Advanced Position Control” bieten wir ein Feature an, mit dem diese Eigenschwingungen gedämpft werden. Das wiederum ermöglicht höhere KV-Faktoren, mit der Folge, ein höheres Ruckmoment einstellen zu können. Das heißt, über die APC-Funktion kann die Maschine auf bestimmten Bahnsegmenten schneller beschleunigen als auf anderen, ohne besondere Schwingungen zu erzeugen.
Man befasst sich also sehr ausführlich mit den mechanischen Eigenschaften der 
Maschinen …
Genau. Das machen wir übrigens auch aktuell mit unserer Volumenkompensation. Hier sehen wir uns als Innovator, denn die 840D ist bisher die einzige CNC-Steuerung weltweit, die diesen Algorithmus bietet.
Was ist daran so einzigartig?
Wie Sie wissen Herr Pittrich, ist jede Maschine fehlerbehaftet. Das können systematische Fehler in der Maschinenkonstruktion genauso sein wie Winkelfehler oder Spindelkopffehler. Mit der Volumenkompensation bieten wir eine Möglichkeit an, diese Fehler zu kompensieren. Wichtig ist, dass dieser Algorithmus nur dann Sinn macht, wenn die Grunddynamik einer Maschine bereits gegeben ist. Auch wir können aus einem Ackergaul leider kein Rennpferd machen.
Wie sieht es eigentlich mit dem Thema Simulation aus? Mittlerweile ein heißes Thema in der konventionellen Zerspanungswelt.
Auch hier war die Luftfahrtindustrie wieder Vorreiter, denn dort ist Simulation das A und O. Für uns hieß die Herausforderung: Wie können wir den Unternehmen an dieser Stelle helfen?
Und?
Das Problem war, dass wir den Maschinenherstellern – aus verständlichen Gründen – nicht unbedingt unseren Sourcecode offenlegen wollten. Deshalb haben wir den VNCK, den virtuellen NC-Kern, auf den Markt gebracht; letztendlich das virtuelle Abbild der realen Steuerungswelt der 840 D. Nun kann jeder Werkzeugmaschinenhersteller oder Simulationssoftware-Anbieter diesen VNCK als Plug-in nutzen und sich so die virtuelle CNC an Bord holen. Damit habe ich alle Möglichkeiten, um Kollisionen vorab auszuschließen. Aber nicht nur das …
Sondern?
Dadurch, dass wir im VNCK auch die dynamischen Maschineneigenschaften simulieren, können wir die Zeitdauer der Bearbeitung sehr genau abschätzen. Bei den teilweise sehr langen Hauptzeiten ist es nicht uninteressant zu wissen, dauert die Bearbeitung fünf Stunden oder vielleicht doch nur dreieinhalb Stunden.
Die reale Hardware- und die virtuelle Welt gehen also immer mehr ineinander über. Ist das ein genereller Trend in der Luftfahrtindustrie?
Das ist eigentlich unser innovativer Ansatz und auch unser Angebot an die Luftfahrtindustrie: Die virtuelle und physikalische Welt in Einklang bringen und dem Kunden alles aus einer Hand anbieten. Mit dem Geschäftsfeld Siemens PL – der früheren Unigraphic Solutions, die seit gut einem Jahr zu Siemens gehört – decken wir den Bereich CAD/CAM nun genauso ab wie den Bereich Steuerungs- und Automatisierungstechnik.
Es geht also darum, dem Anwender eine durchgängige Lösung anzubieten; sozusagen ein Datensatz für alle Einsatzfälle?
Wie sieht die Datenwelt heute aus? Es kommen einzelne Bausteine beim Kunden an – egal ob es um CAD, Simulation, Verifikation, CAM oder Postprocessing geht – die er dann selbst zusammenfügen muss oder über ein Systemhaus zusammenfügen lässt. Er hat dann zwar vier oder fünf perfekte Solisten, aber noch lange kein gutes Orchester. Wir sehen uns momentan als einzigen Automatisierungsanbieter, der alles aus einer Hand bieten kann. Deshalb sind die einzelnen Module perfekt aufeinander abgestimmt.
Welche Rolle spielt Siemens PL in diesem Kontext?
Man kann, glaube ich, ohne Übertreibung sagen, dass es weltweit kein Triebwerk gibt, das nicht mit einem Siemens PL-System designed worden ist. Die Durchdringung und Bedeutung im Aerospace-Bereich ist also sehr hoch. Seit der Integration von Siemens PL in den Siemens Industry-Sektor fangen viele Ideen zum Keimen an; da sehen wir eine erhebliche Innovationskraft für die nächsten Jahre. Am weitesten fortgeschritten ist mittlerweile die Integration von CAM und CNC. Das ist ein Thema, das wir aktuell vorantreiben. pi
