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TOOLS Informationen der Aachener Produktionstechniker ISSN 0947-8647 WaferLevelOptics Herstellung mikrooptischer Komponenten aus Glas 1. 2012 ISSN 0947-8647
Transcript of TOOLS - Fraunhofer · TOOLS 1.2012 | 1 Christian Brecher Fritz Klocke Robert Schmitt Günther Schuh...
TOOLSInformationen der Aachener Produktionstechniker
ISSN 0947-8647
WaferLevelOptics Herstellung mikrooptischer Komponenten aus Glas
1.2012
ISSN 0947-8647
Inhalt Editorial
TITELTHEMAWaferLevelOptics – Herstellung mikrooptischer Komponenten aus Glas
THEMENKosten sparen durch normgerechtes Energiemanagement
Modaler Abgleich von Werkzeugmaschinen
Werkzeugstudie 2012 – Trends in der Werkzeugtechnik
Mikrostrukturierte Oberflächen – Weniger Reibungsverlust durch Laserbehandlung
KARRIEREDem Fachkräftemangel im Werkzeugbau begeg-nen – Weiterbildung als Antwort auf wandelnde Anforderungen an Arbeitgeber und Arbeitnehmer
8. Aachener Management Tage – eine Nachlese
NEWS
Termine
Impressum
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Christian Brecher
Fritz Klocke
Robert Schmitt
Günther Schuh
Editorial
Liebe Leserinnen und Leser,
sehen und gesehen werden, das gilt nicht nur im
Straßenverkehr oder auf dem Laufsteg – doch zuerst
müssen die Voraussetzungen stimmen: Nur wer es
schafft, sich ins rechte Licht zu setzen, kann die Wahr-
nehmung seines Gegenüber prägen. Ein Bild entsteht
im Kopf.
Damit unsere Kunden und Partner sich ein Bild von uns
machen können, stellen wir unsere Forschungsergeb-
nisse jedes Jahr auf zahlreichen Messen und Veran-
staltungen vor. Gleich zwei wichtige Termine stehen
beispielsweise in diesem Jahr für die Optikbranche in
unserem Kalender: Im Mai treffen wir Hersteller und
Anwender in Frankfurt zur Fachmesse Optatec, Ende
November findet in Aachen das 7. Internationale Kol-
loquium »Optik – Schlüsseltechnologie mit Zukunft«
statt. Dort geben wir Einblick in aktuelle Entwick-
lungen, tauschen uns mit interessierten Kunden aus,
lernen solche kennen, die es werden wollen, und erhal-
ten selbst wertvolle Anregungen für unsere zukünftige
Arbeit.
Der Grund für unser starkes Engagement ist glasklar:
Denn Optik und Photonik bergen ein riesiges Potenzial.
Sie bilden schon jetzt eine von Deutschlands wich-
tigsten Zukunftsbranchen mit enormen Wachstums-
chancen. Nicht nur bezogen auf die Wertschöpfung,
sondern auch für den Arbeitsmarkt. Die Unternehmen
der Branche sind überwiegend im Mittelstand ange-
siedelt und verfügen über einen überdurchschnittlich
hohen Anteil an akademisch ausgebildeten Fachkräf-
ten.
In Kombination mit anderen neuen Technologien
hilft der Fortschritt in Optik und Photonik dabei, die
Produktion ressourcenschonender zu gestalten, mit
neuen Beleuchtungssystemen im großen Stil Energie
zu sparen oder durch eine immer stärkere Miniaturisie-
rung optischer Systeme medizinische Diagnoseverfah-
ren zu verbessern. Unser Augenmerk liegt auf diesen
Zukunftsthemen.
Behalten Sie die Optikbranche also unbedingt im Blick:
Eine Übersicht über einige Arbeiten von WZL und
Fraunhofer IPT in diesem spannenden Tätigkeitsfeld
und viele weitere Ergebnisse aus unseren Forschungs-
und Entwicklungsprojekten finden Sie in dieser Aus-
gabe der Tools. Wir sind gespannt darauf, in welchem
Licht Sie uns sehen und wünschen viel Spaß bei der
Lektüre!
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WaferLevelOptics Herstellung mikrooptischer Komponenten aus Glas
TITELTHEMA | THEMEN | KARRIERE | NEWS
Wachsende Nachfrage nach immer kompakteren technischen Produkten und der Trend zur
Miniatur is ierung s ind zwei Entwicklungen, die starken Einf luss auf die Herste l lung mikroopt i -
scher Komponenten nehmen: Konsumgüter industr ie, Telekommunikat ion oder Lasertechnik –
s ie a l le setzen bei v ie lfä l t igen Produkten auf komplexe Opt iken. In den vergangenen Jahren
haben s ich mehrere Verfahren zur Fert igung solcher Mikroopt iken am Markt etabl iert . Gerade
in der Fert igung von Kunststoffopt iken haben diese bereits Marktre ife er langt und werden
f lächendeckend eingesetzt . Für mikroopt ische Komponenten aus Glas fehlen jedoch heute
noch eff iz iente Fert igungsverfahren. Deshalb hat s ich nun ein zehnköpf iges Konsort ium im
EU-geförderten Forschungsprojekt »WaferLevelOpt ics« zusammengeschlossen, um die Lücke
zwischen den Fert igungsverfahren zu schl ießen. Z ie l i s t es, der Opt ikbranche einen neuen Weg
zur eff iz ienten Herste l lung von Mikroopt iken aus Glas zu ebnen.
Traditionell werden Glasoptiken in verschiedenster
Form durch eine Reihe unterschiedlicher Schleif- und
Polierverfahren hergestellt. Für größere Stückzahlen
eignet sich dieser traditionelle Ansatz jedoch nicht.
Denn die Kosten, die durch die oft langen Bearbei-
tungszeiten in der Maschine und durch die Vielzahl
an Handhabungsschritten entstehen, sind zu hoch.
Kaufentscheidungen für Konsumgüter und techni-
schen Bedarf werden jedoch oft aufgrund niedriger
Preise gefällt. Daher ist es besonders wichtig, dass die
eingesetzten optischen Systeme in großer Stückzahl
kostengünstig hergestellt werden. Die Fertigungsfolge
aus Schleifen und Polieren kann aber weder die gefor-
derten Stückzahlen bereitstellen, noch die geringen
Kosten erreichen, die der Markt fordert.
Um unter diesen Bedingungen dennoch hochwertige
Glasoptiken bereitzustellen, setzen die Hersteller seit
mehreren Jahren auf replikative Technologien. Präzisi-
onsoptiken, wie sie beispielsweise in Kameraobjektiven
oder medizinischen Geräten Verwendung finden,
werden seither im etablierten Fertigungsverfahren des
Präzisionsblankpressens hergestellt.
27. - 28. November 2012
7. Internationales Kolloquium
»Optik – Schlüsseltechnologie mit Zukunft«
Mit einem zweitägigen internationalen Kongress
rund um die Themen Optik und Photonik bieten
Fraunhofer IPT und ILT in Aachen alle zwei Jahre
eine Informationsplattform zu aktuellen Perspek-
tiven, technologischen Innovationen und neuen
Anwendungen aus Industrie und Forschung.
Das Kolloquium behandelt die drei Themenkomplexe
»Märkte und Strategie«, »Produkte und Innovation«
sowie »Technologie und Produktion« ausführlich
in rund 15 Fachvorträgen. Zahlreiche hochkarätige
Referenten aus international erfolgreichen Unterneh-
men versprechen anwendungsnahe Präsentationen
aktueller Entwicklungen und Trends.
Nähere Informationen zum Programm und den
Vortragenden unter www.optik-kolloquium.de
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Kunststoffoptiken lassen sich anhand verschiedener
Replikationsverfahren bereits sehr kostengünstig
herstellen. Hier hat sich in den vergangenen Jahren
die waferbasierte Fertigung durchgesetzt, bei der
hunderte kleiner Kunststoffoptiken auf einem bis zu
300 mm großen Glaswafer abgeformt werden. Dazu
bedient man sich Verfahren, bei denen in portionierten
Mengen zähflüssiger Kunststoff auf das Glassubstrat
gegeben wird. Der Kunststoff wird in einem weiteren
Schritt von einem Formwerkzeug in seine vorgesehene
Form gebracht, um dann unter UV-Licht auszuhärten.
Verschiedene Wafer können danach zu optischen Sys-
temen zusammengesetzt und verbaut werden.
Für eine wachsende Anzahl von Anwendungen reichen
jedoch die Eigenschaften von Kunststoffoptiken nicht
aus; hier sind präzise Optiken aus Glas gefordert.
Kleine Glasoptiken lassen sich ebenfalls bereits in Form
von Wafern fertigen, jedoch bisher nur aus Quarzglas.
Außerdem sind die Abmaße der einzelnen Linsen
begrenzt, da sonst die Kosten der eingesetzten Ätzver-
fahren nicht wirtschaftlich zu rechtfertigen sind.
Aus Sicht der Fertigungstechnik besteht hier also
eine Lücke: Bisher lassen sich auf Waferbasis weder
Mikrooptiken aus anderen optischen Gläsern noch
mit Abmessungen oberhalb weniger Millimeter
fertigen oder auf Waferbasis montieren. Diese Lücke
zu schließen und die erforderlichen Technologien
und Verfahren zu entwickeln ist das Ziel des Pro-
jekts »WaferLevelOptics«, das im Herbst 2010 unter
Federführung des Fraunhofer IPT an den Start ging. Die
Projektpartner aus sechs europäischen Ländern wollen
zeigen, dass eine waferbasierte Fertigung unterschied-
lichster Glasoptiken möglich ist. Zur Demonstration soll
eine Vielzahl von Optiken auf 100 mm große Glaswa-
fer gepresst und anhand realistischer Praxisbeispiele
getestet werden.
Prozesskette zur waferbasierten Glasoptik-
fertigung
Wie auch andere Fertigungstechnologien kennzeichnet
sich das Präzisionsblankpressen durch eine komplexe
Prozesskette: Eine Abfolge vieler unterschiedlicher und
gleichzeitig komplexer Prozesse ist zu beherrschen,
um das Präzisionsblankpressen erfolgreich einzuset-
zen. Aus diesem Grund liegt der Fokus des Projekts
»WaferLevelOptics« auf der Entwicklung der einzelnen
Prozessschritte und auf dem Zusammenschluss zu einer
kompletten Prozesskette.
Design der Formwerkzeuge und Prozesssimulation
Die Umformung optischer Gläser erfordert Tempera-
turen bis zu 800 °C, abhängig vom gewählten Glas.
Daher eignen sich metallische Werkstoffe nicht als
Materialien für die Formwerkzeuge, wie man es aus
der replikativen Fertigung von Kunststoffoptiken kennt.
Für das Präzisionsblankpressen werden deshalb kerami-
sche Materialien und binderfreies Hartmetall verwen-
det – im Projekt entwickelt und bereitgestellt vom
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ren, aber es würden dadurch so hohe Kosten ent-
stehen, dass die Gesamtkosten der fertigen Optiken
am Ende nicht mehr akzeptabel wären. Im Projekt
»WaferLevelOptics« wird deshalb die Abformung der
Glaswafer zunächst anhand von FEM-Simulationen am
Rechner erprobt. Auf diese Weise lässt sich sowohl der
Abstand der Linsen als auch die lokale Schrumpfung
der Optik im Mikrometerbereich ermitteln. Die errech-
neten Werte finden dann direkte Verwendung in der
Werkzeugfertigung. Dadurch entfallen kostenaufwän-
dige praktische Versuche. Die Aixtooling GmbH aus
Aachen und das Fraunhofer IPT befassen sich mit dem
Design der Formwerkzeuge und der FEM-Simulation.
Fertigung der Formwerkzeuge
Wie in jedem Replikationsprozess liefert das Form-
werkzeug den Schlüssel zum Erfolg – und verursacht
dabei zugleich die höchsten Kosten. Da sich die Kontur
und die Oberfläche des Werkzeugs exakt auf das Glas
übertragen, sind eine hohe Konturtreue und Oberflä-
chenqualität unabdingbare Kriterien für eine erfolgrei-
che Replikation.
Zur Bearbeitung der metallischen Formwerkzeuge
für die Herstellung von Kunststoffoptiken kann auf
Ultrapräzisionsdreh- und Fräsprozesse zurückgegriffen
werden. Die keramischen Werkzeuge für das Präzisi-
onsblankpressen hingegen müssen durch Schleifpro-
zesse bearbeitet werden. Ein weiterer Bestandteil des
Projekts »WaferLevelOptics« ist daher die Entwicklung
von Schleifprozessen und -kinematiken zur Fertigung
der Formwerkzeuge. Hier gilt es, den Zerspanungspro-
zess im Detail zu betrachten und Softwarelösungen
für die Programmierung der hochpräzisen Maschinen
zu entwickeln. Verschiedene Algorithmen wurden
im Projekt bereits für die Fertigung sphärischer und
asphärischer, konkaver und konvexer Formwerkzeuge
entwickelt. Ziel ist es nun, diese in einem bediener-
freundlichen Softwaretool zu vereinen. Auch hier
bringt die Aixtooling GmbH ihre Kompetenzen ein.
An der Werkzeugfertigung arbeitet das Fraunhofer IPT
gemeinsam mit der schwedischen System 3R Internati-
onal AB.
Partner Ceratizit Luxembourg SARL. Die Herstellung der
Werkzeuge aus diesen Materialien birgt jedoch enorme
Herausforderungen: Lassen sich metallische Werkstoffe
noch anhand von Fräs- oder Drehprozessen bearbeiten,
so müssen bei keramischen Werkstoffe zeitintensive
Schleifverfahren eingesetzt werden. Auch dies gilt es
beim Design der Umformwerkzeuge zu berücksichti-
gen.
Das Design der optischen Komponenten muss darüber
hinaus auf Waferebene skaliert werden. Eine einfache
Übertragung und Skalierung der optischen Funkti-
onsflächen wird jedoch nicht zum Erfolg führen. Der
Grund dafür ist die Schrumpfung, die der Glaswafer
lokal und global während der Abkühlphase im Press-
prozess erfährt. Durch diese Schrumpfung ändert sich
nicht nur die Position der Linse, sondern es wird auch
die lokale Geometrie der Linse beeinflusst.
Die Schrumpfungseffekte lassen sich zwar prinzipiell
durch praktische Versuche ermitteln und kompensie-
Einzelne Wafermit Optiken
Integration von optischem System und Elektronik
Montierte optische Systeme
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Abformung der Glaswafer
Die präzise gefertigten Formwerkzeuge dienen im
nachfolgenden Abformprozess dazu, vorgefertigte
und polierte Wafer aus unterschiedlichen optischen
Gläsern zu pressen. Hier gilt es, sowohl den Prozess
der Umformung als auch die erforderliche Kraft und
die Ausrichtung der beiden Werkzeughälften zueinan-
der zu untersuchen. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass
erst der Einsatz hochpräziser passiver Ausrichte- und
Führungsstrukturen eine laterale Überdeckung der
Werkzeuge im einstelligen Mikrometerbereich und eine
minimale Verdrehung gewährleistet, sodass optimale
Voraussetzungen für den späteren Alignmentprozess
geschaffen werden können.
Die Kraft, mit der sich sehr flache, großflächige Wafer
pressen lassen, ist deutlich größer als die, die beispiels-
weise bei einer einzelnen 1 mm dicken Glasoptik mit
einem Durchmesser von 3 mm aufgewendet werden
muss. Das Abformen einer einzelnen Optik mit den
beschriebenen Abmaßen erfordert im Vergleich mit
einem gleich dicken Glaswafer des Durchmessers
von 100 mm eine um Faktor 1000 höhere Kraft. Da
marktübliche Glaspressmaschinen nur begrenzte Kräfte
aufbringen können, muss ein Kompromiss gefunden
werden: So lässt sich die Kraft senken, wenn beispiels-
weise das Glas bei höheren Temperaturen umgeformt
wird. Der Temperaturanstieg verringert die Viskosität
des Glases und setzt dadurch die erforderliche Kraft
herab. Jedoch sind auch hier Grenzen gesetzt, da das
Glas nur in einem eingeschränkten Temperaturbereich
umgeformt werden kann. Eines der Teilziele des Pro-
jekts »WaferLevelOptics« ist es daher, ein geeignetes
Prozesslayout für die Abformung von 100 mm großen
Glaswafern mit mehr als 100 einzelnen Mikrooptiken
zu finden. Die Entwicklung des Pressprozesses betreut
das Fraunhofer IPT. Die Fisba Optik AG und der däni-
sche Optikanbieter Kaleido Technology APS erproben
im Anschluss die Serienfertigung.
Waferbasiertes Handling – Der Schlüssel zum
leistungsfähigen Gesamtsystem
Nicht nur die Fertigungstechnik des Präzisionsblank-
pressens bietet komplexe Herausforderungen. Eine
weitere Hürde auf dem Weg zur ganzheitlichen Pro-
zesskette besteht in der Handhabung der gefertigten
Mikrolinsen-Wafer: Um leistungsfähige optische Sys-
teme zu erhalten, müssen die gepressten Wafer exakt
zueinander ausgerichtet und positionsgetreu miteinan-
der verbunden werden. Diesem Prozessschritt kommt
eine ausschlaggebende Bedeutung zu, da die optische
Funktion der einzelnen Systeme maßgeblich durch
die Genauigkeit ihrer Justage bestimmt wird. Bereits
geringe Abweichungen im einstelligen µm-Bereich
haben zur Folge, dass sich entscheidende Charakteris-
tika der Wellenfront deutlich verschlechtern.
0
0.5
1
1.5
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Ursprüngliche Positionder Linse
Position der Linsenach Schrumpfung
Draufsicht FEM-Model
X
Y
X Position der Linse (normiert)
Y P
ositi
on d
er L
inse
(nor
mie
rt)
Abweichung der Linsenposition, bedingt durch Schrumpfungdes Glaswafers während der Abkühlphase
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Während beispielweise die Wellenfront eines exakt
ausgerichteten Systems aus drei Linsen lediglich durch
systemimmanente Aberrationen gekennzeichnet ist,
sind schon bei einer Dezentrierung der mittleren Linse
um 5 µm deutliche Coma-Effekte zu erkennen. Da sich
also bereits geringe Positionsänderungen der einzelnen
Komponenten auf die detektierbare Wellenfront aus-
wirken, kann diese Korrelation zu einer aktiven Justage
des Gesamtsystems genutzt werden.
Dieser Ansatz besitzt gegenüber klassischen Justa-
gevorgängen, die eine (automatische) Ausrichtung
anhand mikroskopisch überwachter Alignment-Markie-
rungen durchführen, zwei deutliche Vorteile: Gegen-
über den heute auf konventionellem Wege erzielbaren
Genauigkeiten von ±1 µm bietet die Justage anhand
der Wellenfront die Möglichkeit, in den Submikro-
meterbereich vorzustoßen. Außerdem verfügt der
Justagevorgang über eine eingebaute Kontrollinstanz:
Die erfassten Wellenfrontdaten werden nicht nur für
den Positionierungsprozess genutzt, sondern können
darüber hinaus auch zur Charakterisierung und Qua-
lifizierung des ausgerichteten Systems dienen, sodass
nachgelagerte Überprüfungen entfallen.
Um sich den komplexen Abhängigkeiten zwischen
der Positionierung der Subsysteme und der resultie-
renden Wellenfront zu nähern, werden allerdings im
Forschungsprojekt »WaferLevelOptics« zunächst nur
drei der sechs vorhandenen Freiheitsgrade in den
Optiksimulationen berücksichtigt: die beiden lateralen
Versätze in der Waferebene und die Drehung um die
Hochachse der Wafer.
Gegen die Justage anhand der Wellenfront spricht,
dass optische Systeme normalerweise möglichst
tolerant gegenüber Störeinflüssen ausgelegt werden.
Dies trifft auch auf den Demonstrator zu. Hier liegt der
Einfluss der Dezentrierung auf die Wellenfront nahe
an der Auflösungsgrenze des Wellenfrontsensors von
etwa 0,001 λ. Diesen Zielkonflikt zwischen erzielbarer
Positioniergenauigkeit und Robustheit des Systems gilt
es durch einen optimierten Justageprozess zu lösen.
Sobald die Wafer präzise zueinander justiert sind,
müssen sie dauerhaft fixiert werden. Dies geschieht
durch großflächige Klebestellen, die unter UV-Licht
aushärten. Gegenüber thermisch härtendem Klebstoff
hat dies den Vorteil, dass die Klebeverbindung direkt
in der Justageeinheit (teil)gehärtet werden kann und
ein Transport des justierten Wafer-Stacks entfällt. Die
Größe und Position der Klebeflächen müssen exakt
eingehalten werden. Denn die Linsen der vereinzelten
Teilsysteme sollen zwar ausreichend miteinander fixiert
sein, es besteht aber die Gefahr, dass der noch flüssige
Klebstoff in die Aperturen der Subsysteme läuft und
diese unbrauchbar macht. Aus diesem Grund muss
der Klebstoff in seiner Viskosität ausreichend qualifi-
ziert sein, damit die vereinzelten optischen Systeme
am Ende funktionsfähig sind. Gemeinsam mit der
Einfluss einer lateralen Dezentrierung um 5 µm auf die optische Funktion des Gesamtsystems
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Trioptics GmbH simuliert und entwickelt das Fraunho-
fer IPT diesen Fertigungsprozess, den die FISBA Optik
AG anschließend hinsichtlich seiner Industrietauglich-
keit erprobt.
Projektziel: Größere Glaswafer mit immer mehr
optischen Komponenten
Die gesamten Entwicklungsarbeiten zur waferbasier-
ten Glasoptikfertigung durch Präzisionsblankpressen
werden von den zehn Mitgliedern des Projektkonsor-
tiums in konkreten, marktrelevanten Anwendungen
erprobt. Eine dieser Anwendungen besteht aus einer
Kollimationslinse für LEDs, der zweite Ansatz zielt
auf ein Mehrlinsensystem, das innerhalb eines Kame-
ramoduls eingesetzt werden kann. Beide Systeme
verlangen präzise sphärische und asphärische optische
Komponenten aus Glas, die nach dem heutigem Stand
der Technik noch nicht mit der erforderlichen Effizienz
gefertigt werden können.
Ein erstes Zwischenziel auf dem Weg zu einem abge-
formten 100 mm großen Glaswafer ist das Pressen der
Optiken in zunächst 50 mm großen Glassubstraten.
Auf Basis der dabei gewonnen Erkenntnisse und der
durchgeführten Entwicklungen sollen später 100 mm
große Glaswafer zum Einsatz kommen, die eine noch
größere Anzahl an optischen Komponenten tragen.
Literatur
[1] Sinhoff, V.: Feinbearbeitung optischer Gläser in der
Kleinserie, Dissertation, Aachen, Shaker, 1997
[2] Kunz, A.: »Aspheric Freedoms« of Glass,
Optik & Photonik, Nr. 4, S. 46-48, 2009
[3] Nollau, S.; Wellensiek, M.; Hollstegge, D.: Design-
empfehlung für das Präzisionsblankpressen,
Photonik, Nr. 2, 42. Jahrgang, S. 28-30, 2010
[4] Kast, M.: High-Precision Wafer-Level Optics
Fabrication and Integration, Photonics Spectra,
Vol. 44, Issue 12, S. 34-37, 2010
Kontakt
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Martin Hünten
Fraunhofer IPT
Telefon +49 241 8904-497
Dipl.-Ing. Reik Krappig
Fraunhofer IPT
Telefon +49 241 8904-327
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TITELTHEMA | THEMEN | KARRIERE | NEWS
Kosten sparen durch normgerechtes Energiemanagement
Seit Jahren ste igen nicht nur für die Pr ivathaushalte die Kosten für Strom und Wärme, in der
Industr ie kommen hohe Ausgaben für Druckluft und Kälte hinzu. Diese Kosten betragen in
produzierenden Unternehmen bereits heute etwa drei b is zwölf Prozent der Gesamtprodukt i -
onskosten – energie intens ive Branchen l iegen noch deut l ich darüber.
Schon systematische Optimierungen an bestehenden
Anlagen und die Einführung einiger organisatorischer
Maßnahmen bergen viel Potenzial für eine höhere Effi-
zienz. Produzierende Unternehmen können auf diese
Weise häufig schon kurzfristig bis zu 20 Prozent an
Energiekosten einsparen, ohne umfangreiche Investitio-
nen tätigen zu müssen.
Bereits die Ermäßigungen und Freistellungen von der
Ökosteuer – zusammengesetzt aus Stromsteuer und
Energiesteuer – können wirksame finanzielle Entlastun-
gen schaffen. Dennoch nehmen heute von 630 000
ermäßigungsberechtigten Unternehmen des produzie-
renden Gewerbes in Deutschland nur etwa 100 000
die Ermäßigung in Anspruch.
Einsparungen bei der Strom- und Energiesteuer
Die Strom- und Energiesteuer wird für bestimmte Ener-
gieverbräuche erlassen, um eine Doppelbesteuerung
zu vermeiden oder Energieeffizienz und erneuerbare
Energien zu fördern. Unternehmen des produzierenden
Gewerbes erhalten hier in Deutschland Ermäßigun-
gen, um die hohe Energie-und Stromsteuerbelastung
gegenüber dem internationalen Wettbewerb auszu-
gleichen. Steuerbefreiungen greifen beispielsweise
bei Strom- und Energieverbrauch für einige besonders
energieintensive Fertigungsprozesse.
Unternehmen des produzierenden Gewerbes profitie-
ren von zwei Ermäßigungsstufen:
1. der Ermäßigung der Steuersätze
(§ 54 EnergieStG und § 9b StromStG) und
2. dem so genannten Spitzenausgleich
(§ 55 EnergieStG und § 10 StromStG).
Ab 2013 plant die Bundesregierung, die Gewährung
des Spitzenausgleichs an Energieeinsparmaßnahmen
zu koppeln.
Einführung eines Energiemanagementsystems
Normkonforme Energiemanagement-Systeme gewin-
nen durch solche staatlichen Vorgaben in Zukunft stark
an Bedeutung. Denn die Einführung eines Energie-
management-Systems kann gezielt die Energieeffizienz
im Unternehmen verbessern, aktiv die Emission von
Treibhausgasen reduzieren und damit unmittelbar die
direkten und indirekten Energiekosten senken.
Mit seiner Abteilung Produktionsqualität unterstützt
das Fraunhofer IPT produzierende Unternehmen dabei,
ein wirksames Energiemanagementsystem methodisch
und normgerecht aufzubauen. Dazu dient ein bewähr-
tes Vorgehensmodell, das sich auf jede Unternehmens-
größe skalieren lässt und aus fünf zentralen Bausteinen
besteht: der Unternehmensanalyse, der Energiedaten-
beschaffung, der Implementierung der Systemstruk-
turen, der Entwicklung von Effizienzmaßnahmen und
der Schulung der Mitarbeiter. Zur Qualifizierung der
Mitarbeiter bietet das Fraunhofer IPT zudem im halb-
jährlichen Turnus ein zweitägiges Basisseminar zum
Energiemanagement an.
Kontakt
Dipl.-Ing. Simon Frischemeier
Fraunhofer IPT
Telefon +49 241 8904-416
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Modaler Abgleich von Werkzeugmaschinen
Steigende Anforderungen an die Dynamik von Werkzeugmaschinen erfordern e ine genaue Si-
mulat ion der Maschinendynamik. Die Dynamik der Gesamtmaschine wird stark durch die e in-
zelnen Maschinenkomponenten, beispie lsweise die Lager, beeinf lusst , denn diese weisen im
Verhältnis zu Strukturbautei len ger ingere Ste if igkeiten auf. Ihre Ste if igkeits- und Dämpfungs-
werte werden oft aus Herste l lerangaben übernommen oder bas ieren auf Erfahrungswerten, so
dass S imulat ions- und Messergebnisse oft voneinander abweichen. Durch i terat ives Anpassen
der Werte lässt s ich diese Diskrepanz minimieren.
Dynamiksimulationen von Werkzeugmaschinen
Zur Simulation der Dynamik einer Werkzeugmaschi-
nenstruktur, bei der weder Verfahrbewegungen noch
Steuerung berücksichtigt werden müssen, dient heute
meist die Finite-Elemente-Methode. Dabei werden
die Strukturkomponenten durch ein Netz aus endlich
kleinen Elementen angenähert. Die Maschinenkom-
ponenten können mit Feder-Dämpfer-Verbindungen
zwischen diesen Bauteilen modelliert werden. Die
Simulation der Dynamik findet im Zeitbereich oder im
modalen Raum statt. Im Zeitbereich können Nichtline-
aritäten und Kurzzeitereignisse berücksichtigt werden,
die Berechnung ist allerdings sehr aufwändig und die
Ergebnisse sind schwer zu interpretieren. Im modalen
Raum werden die grundsätzlichen Schwingungsformen
der Maschine bis zu einer Grenzfrequenz berechnet.
Durch Superposition dieser Eigenformen kann jede
Schwingung der Maschine berechnet werden, die
aufgrund äußerer auftritt.
Algorithmen für den Modellabgleich
Wird die Dynamik einer bestehenden Maschine
simuliert treten zwangsläufig Abweichungen zu den
Messergebnissen auf. Denn das FE-Modell weicht
durch die Abstraktion von Bauteilen und durch falsch
angenommene Steifigkeits- und Dämpfungswerte der
Verbindungselemente immer von der Realität ab.
Durch einen Abgleich mit den Messergebnissen an
der Maschine lässt sich das Modell verbessern, indem
die Geometrie der Bauteile, Materialparameter wie
Dichte und E-Modul oder die Parameter der Verbin-
dungselemente verändert werden. Dieser Abgleich
kann manuell erfolgen oder automatisiert durch die
Methode des Finite-Elemente-Modell-Updatings. Als
Optimierungsalgorithmus kommen heuristische Algo-
rithmen wie genetische Algorithmen in Frage, aber
auch Metamodelle wie neuronale Netze und Response-
Surface-Funktionen oder mathematische Verfahren wie
die »Method of Feasible Directions« (MFD), also die
Methode der möglichen Richtungen, sowie Kombinati-
onen davon.
Die Anwendung des Finite-Elemente-Modell-Updatings
ist Stand der Technik. Die Rechendauer, die sich aus der
Anzahl der benötigten Berechnungen und der Dauer
eines Simulationsdurchlaufs ergibt, beschränkt jedoch
die Anwendbarkeit für komplexe Modelle. FE-Modelle
einer Werkzeugmaschine enthalten typischerweise sehr
viele Freiheitsgrade. Braucht etwa der genetische Algo-
rithmus 100 Durchläufe, der MFD-Optimierer rund 40,
Unterschied zwischen gemessenem und simulierten Nachgiebigkeitsfrequenzgang
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TITELTHEMA | THEMEN | KARRIERE | NEWS
wird ersichtlich, dass diese Optimierer für ein komple-
xes Werkzeugmaschinenmodell zu langsam konvergie-
ren und mehrere Stunden daran rechnen.
Reduktion der Rechendurchläufe
Für Optimierungsalgorithmen gilt in der Regel, dass
allgemeingültige Algorithmen langsamer sind als
spezialisierte. So haben genetische Algorithmen
kaum Einschränkungen, konvergieren aber auch sehr
langsam. Um das Finite-Elemente-Modell-Updating
für den Abgleich von Werkzeugmaschinen nutzen zu
können, muss also ein schneller Algorithmus gefunden
werden, der mit seinen Einschränkungen zur jeweiligen
Aufgabe passt. Beschränken sich die zu optimierenden
Parameter auf die Steifigkeits- und Dämpfungspara-
meter der Maschinenelemente und die Berechnung im
modalen Raum, können mathematische Besonderhei-
ten der Modalanalyse genutzt werden. Ausgehend von
den Grundgleichungen der Modalanalyse zeigt sich,
dass die Änderung eines Steifigkeitswerts, beispiels-
weise die Steifigkeit eines Führungswagens, prinzipiell
alle Schwingungsformen des Gesamtmodells verän-
dert – allerdings unterschiedlich stark. Ein Maß für die
Veränderung ist die Veränderung der Eigenfrequenz
jeder Schwingungsform.
Damit die Steifigkeitsänderung des Verbindungs-
elements einen signifikanten Einfluss auf die
Eigenfrequenz hat, muss das Element in dieser Schwin-
gungsform mitschwingen. Durch iteratives Ändern aller
Steifigkeitsparameter und die Berechnung der Eigenfre-
quenzen lässt sich ein Zusammenhang zwischen jedem
Parameter und jeder Eigenfrequenz herstellen. Damit
ist beispielsweise die Sensitivität der Steifigkeit der Ver-
bindungselemente auf die Eigenfrequenzen bestimmt.
Entwicklung eines neuen Optimierverfahrens
Das WZL arbeitet deshalb jetzt an einem Algorithmus,
der sich diesen Zusammenhang zunutze macht: Dabei
wird davon ausgegangen, dass eine kleine Änderung
an einem Steifigkeits- oder Dämpfungsparameter die
Schwingungsformen des Gesamtmodells nur minimal
ändert.
Für eine Näherungslösung können deswegen die
Eigenmoden als konstant angesehen werden und
müssen nur einmal berechnet werden. Für jeden
geänderten Steifigkeitswert gibt das FEM-Programm
nur noch die aktualisierte Steifigkeitsmatrix aus, mit
der sich der Einfluss der Steifigkeitsänderung auf die
Eigenfrequenzen berechnen lässt.
Rechendauervergleich für das FEM-Updating
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Mit diesem Verfahren kann mit nur einer Berechnung
der Eigenmoden und einer angepassten Steifigkeitsma-
trix pro Steifigkeitsparameter eine Sensitivitätsmatrix
zusammengestellt werden. Mit diesen Informationen
kann ein Optimierer sehr schnell konvergieren und es
sind nur sehr wenige Rechenschritte nötig.
Schnellerer Abgleich zwischen Modell und Messdaten
Das beschriebene Verfahren soll für die Anpassung
der Steifigkeitsparameter weiter ausgebaut werden
und auch um die Anpassung der Dämpfungspara-
meter erweitert werden. Es sollen zunächst einfache
Testmodelle abgeglichen werden, bevor das Verfahren
für ganze Werkzeugmaschinen eingesetzt werden
kann. Das Ziel ist der einfache und schnelle Abgleich
eines bestehenden FEM-Modells mit messtechnisch
ermittelten Eigenfrequenzen mit Hilfe eines einfach zu
bedienenden Programms.
Kontakt
Dipl.-Ing. Richard Habermann
WZL der RWTH Aachen
Telefon +49 241 80-28222
Rechendauer und Ablauf des modalen Abgleichs
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Standardisierung gehört zum Pflichtprogramm
Schon die Auswahl des passenden Werkzeugs für
die jeweilige Bearbeitungsaufgabe ist von enormer
Bedeutung für die weitere Optimierung des Zerspan-
prozesses. Die Mehrheit der befragten Unternehmen
gab jedoch an, hier eher unsystematisch vorzugehen.
Die Auswahl erfolgt wenig methodisch, vorhandenes
Fachwissen der Mitarbeiter wird nicht immer ausge-
schöpft oder gar dokumentiert. Dies kann die Prozes-
sauslegung verzögern und zu hohen Kosten führen.
Scheiden langgediente Mitarbeiter aus dem Unterneh-
men aus, geht viel Wissen verloren. Großen Bedarf
sehen rund 80 Prozent der Befragten daher in Zukunft
für standardisierte Verfahren der Prozess- und Werk-
zeugauslegung sowie Informationen über optimierte
Werkzeuggeometrien und Beschichtungen.
Werkzeugstudie 2012 Trends in der Werkzeugtechnik
Die Entwicklungstrends in der Werkzeugtechnik für das Bohren, Drehen und Fräsen haben
Fraunhofer IPT und WZL in e iner gemeinsamen Studie e ingehend untersucht. Dafür haben die
beiden Aachener Forschungsinst i tute rund 150 Unternehmen befragt, darunter mehrheit l ich
Anwender von Zerspanungstechnologien, Werkzeugherste l ler und -beschichter sowie Herste l -
ler von Werkzeugmaschinen, Werkstoffen und Sondersystemen für Aktor ik, Sensor ik und
Spannsysteme. Die Studie zeigt auf, welche Verbesserungspotenzia le die e ingesetzte Werk-
zeugtechnik, neue Kühlschmierstrategien sowie robuste und f lex ib le Systeme zur Prozessüber-
wachung bergen.
Abgestimmte Kühlschmierstrategien für die
optimale Zerspanung
Neue Kühlschmierstrategien zu entwickeln sehen fast
alle befragten Unternehmen als eine ihrer wichtigsten
Aufgaben an, um Zerspanprozesse zu verbessern.
Denn erst wenn Kühlschmierstrategien wie die Mini-
malmengenschmierung, Hochdruck- und Cryogenküh-
lung perfekt auf die eingesetzten Zerspanwerkzeuge
abgestimmt sind, können diese ihre volle Wirkung
entfalten und Prozesse noch leistungsfähiger machen.
Prozessüberwachungssysteme:
Leistungsfähiger als erwartet
Robustheit, Bedienerfreundlichkeit und Flexibilität
sind die wichtigsten Auswahlkriterien bei Systemen
TOOLS 1.2012 | 13
zur Prozessüberwachung, gaben rund zwei Drittel der
Befragten erwartungsgemäß an. Überraschend hinge-
gen: 50 Prozent der Unternehmen konnten sich noch
nicht vorstellen, dass moderne Prozessüberwachungs-
systeme ihnen dabei helfen können, die Reinheit des
Kühlschmiermittels zu prüfen oder unterschiedliche
Tribosysteme hinsichtlich der Kühlschmierstoffstrategie
oder Beschichtungstechnologie zu bewerten. Nützlich
werden solche Funktionen immer dann, wenn neue,
und schwer zu bearbeitende Werkstoffe wie hochharte
Stähle oder hochwarmfeste Legierungen auf Eisen-,
Nickel- oder Titanbasis ins Spiel kommen.
Die Werkzeugstudie von WZL und Fraunhofer IPT
bietet erstmals einen Überblick über den aktuellen
Stand und die wichtigsten Entwicklungstrends in der
Werkzeugtechnik aus Sicht produzierender Unterneh-
men. Mit dem Fokus auf Unternehmen, die unmit-
telbar mit Fragen der Zerspanung konfrontiert sind,
lassen sich aus Anwendersicht wichtige Impulse für
die Entwicklung der Werkzeugtechnik aufnehmen. Die
zentralen Erkenntnisse und Aussagen der Studie sind in
einem Kurzbericht zusammengefasst.
Kontakt
Dipl.-Ing. Marc Busch
Fraunhofer IPT
Telefon +49 241 8904-701
14 | TOOLS 1.2012
TITELTHEMA | THEMEN | KARRIERE | NEWS
Mikrostrukturierte OberflächenWeniger Reibungsverlust durch Laserbehandlung
Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Motoren, Pumpen und Dichtsystemen hängen stark
von ihrer Belastung ab. Durch ständige Reibung verschle ißen die Oberf lächen der bewegl ichen
Tei le im industr ie l len E insatz besonders schnel l . Selbst Schmiermitte l können diesen Prozess
nur verzögern, aber nicht aufhalten. Das Fraunhofer IPT arbeitet deshalb gemeinsam mit s ie-
ben weiteren Partnern aus sechs europäischen Ländern an e inem Verfahren für die Ser ienfer-
t igung, das die Reibung der beanspruchten Oberf lächen verr ingern sol l .
Dazu werden mit dem Laser Mikrostrukturen in die
gleitenden Kontaktflächen von Pumpen und Dich-
tungen eingebracht. So können die beweglichen
Teile leichter aufeinander gleiten, auch Schmiermittel
verteilen sich gleichmäßiger. Das verringert nicht nur
den Verschleiß der hochbeanspruchten Komponenten,
sondern es verbessern sich gleichzeitig auch die Leis-
tung und der Energieverbrauch.
Hochbeanspruchte Bauteile serienmäßig
strukturiert
Im Projekt »Stokes – Selective tribological optimisa-
tion of fluid kinetics and efficiency by laser surface
structuring« haben sich sechs Unternehmen und zwei
Forschungseinrichtungen unter Federführung des
Fraunhofer IPT zusammengeschlossen, um das Laser-
strahlstrukturieren für die Serienfertigung dreidimensi-
onal geformter Oberflächen nutzbar zu machen.
Als deutschsprachige Partner aus der Region Aachen
konnte das Fraunhofer IPT den Dürener Oberflächen-
spezialisten Helltec GmbH sowie die EdgeWave GmbH
aus Würselen, als Anbieter der eingesetzten High-
End-Laserstrahlquellen, mit ins Boot holen. Gemein-
sam erproben die insgesamt sechs Unternehmen im
Projekt das Laserstrahlstrukturieren anhand von realen
Produkten und verbessern damit die Oberflächenei-
genschaften der hochbeanspruchten Baugruppen. Das
spanische Centro Tecnológico Tekniker, als Forschungs-
einrichtung unter anderem spezialisiert auf tribologi-
sche Tests, entwickelt eine Simulationsumgebung, mit
der sich das Verhalten unterschiedlich strukturierter
Bauteile vorhersagen lässt. Als weiteres Ergebnis des
Projekts sollen konkrete Auslegungsregeln für mikro-
strukturierte Oberflächen in Hydraulikanwendungen
formuliert werden.
Von der neuen Technologie profitieren nicht nur die
Hersteller von Pumpen, Motoren und Dichtungen,
sondern auch ihre Kunden aus Branchen wie der Auto-
mobilindustrie, dem Formenbau, der Lebensmittel-,
Pharma- und Petrochemie oder der Energieerzeugung.
Zwei Fertigungsanlagen am Fraunhofer IPT
Zur Fertigung der Mikrostrukturen stehen am Fraunho-
fer IPT zwei Fertigungsanlagen mit 3D-Kurzpuls- und
Ultrakurzpulslasern bereit. Beide Anlagen basieren auf
5-Achs-Bearbeitungsmaschinen und wurden in enger
Zusammenarbeit mit den jeweiligen Maschinenher-
stellern, der Kern AG und der Agie Charmilles GmbH,
umgerüstet. Die Laserquellen und die optischen Kom-
ponenten zur Strahlformung und -führung integrierte
das Fraunhofer IPT vor Ort in die Maschinen. Für die
3D-Bearbeitung entwickelte das Fraunhofer IPT eine
eigene CAD/CAM-Umgebung. Die Software ermittelt
die Bahn des Laserstrahls in der Bearbeitungsmaschine
aus vorher berechneten Geometriedaten und über-
nimmt die Steuerung.
TOOLS 1.2012 | 15
Partner im Projekt »Stokes«
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Projektleitung
Aachen, Deutschland
Centro Tecnológico Tekniker
Tribologische Untersuchungen
Eibar, Spanien
EdgeWave GmbH
Laserhersteller
Würselen, Deutschland
Helltec GmbH
Oberflächenbearbeitung
Düren, Deutschland
Hesper SA
Hersteller von Pumpen und Hydraulikapparaten
Bukarest, Rumänien
Juntas Besma SA
Hersteller von Dichtungen und Dichtungselementen
Zaratamo, Spanien
LaserAge,
Lasermaterialbearbeitungsservice
Douglas, Irland
SNC Promex AS
Hersteller von Spezialpumpen
Harjumaa, Estland
Kontakt
Dipl.-Phys. Andreas Janssen
Fraunhofer IPT
Telefon +49 241 8904-446
Tribologisch wirksame Laserstrukturen auf Hydraulikkomponenten
16 | TOOLS 1.2012
Dem Fachkräftemangel im Werkzeugbau begegnenWeiterbildung als Antwort auf sich wandelnde Anforderungen an Arbeit- geber und Arbeitnehmer
Rund 5700 Werkzeugbaubetr iebe mit rund 70 000 Beschäft igten in Deutschland s ind in den
nächsten fünf bis zehn Jahren vom Fachkräftemangel bedroht. Deutschland bi ldet mit Japan
und den USA weltweit den Schwerpunkt der Branche Werkzeugbau. Doch stehen diese Vorre i -
ter vor der Herausforderung, unter dem gest iegenen Wettbewerbsdruck durch neue Marktte i l -
nehmer Antworten auf s ich ändernde Märkte zu f inden.
TITELTHEMA | THEMEN | KARRIERE | NEWS
Zentraler Erfolgsfaktor für die Umsetzung der
notwendigen Veränderungen zur Beantwortung
technologischer und organisatorischer Fragen sind
hochqualifizierte und motivierte Mitarbeiter. In Anbe-
tracht der vielfältigen Herausforderungen reicht eine
vorwiegend handwerkliche Produktion nicht mehr aus,
um Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig zu halten und zu
steigern. Modernste Werkzeugtechnologien sind die
Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Positionie-
rung.
Für einen langfristig entscheidenden Wettbewerbs-
vorteil verschaffen sich erfolgreiche Unternehmen
einen Vorsprung durch regelmäßige Weiterbildung
ihrer Mitarbeiter auch auf organisatorischer Ebene.
Die neu gegründete Aachener Werkzeugbau Akade-
mie GmbH positioniert sich genau an dieser Herausfor-
derung. Im Oktober 2011 stellte sich die Werkzeugbau
Akademie der Öffentlichkeit mit dem Weiterbildungs-
programm sowie dem Demonstrations-Werkzeugbau
und ihren Seminarräumen vor. »Wir haben heute nicht
mehr die Zeit, 20 Jahre Berufserfahrung aufzubauen,
sondern müssen mit intelligenten Aus- und Weiter-
bildungsprogrammen die verkürzte Berufserfahrung
kompensieren. Die klassischen Erwerbsbiographien
von der Ausbildung bis zum Rentenalter werden wir so
nicht mehr haben«, so Dr. Wolfgang Boos, geschäfts-
führender Gesellschafter der Aachener Werkzeugbau
Akademie.
TOOLS 1.2012 | 17
So bietet die Akademie der Werkzeugbaubranche
das, was sie aktuell benötigt, um einerseits innovativ
gestaltete Produkte zu marktgerechten Preisen anzu-
bieten und andererseits dem Fachkräftemangel aktiv
entgegen zu wirken. Die Expertise und das gebündelte
Know-how des WZL und des Fraunhofer IPT zu aktu-
ellen Branchenthemen bildet mit stetig wachsenden
Partnerschaften führender Unternehmen des Werk-
zeugbaus den Kern der praxisgerechten Bereitstellung
von Wissen für den entscheidenden Wettbewerbs-
vorteil.
Das gesamte Angebot der Werkzeugbau Akademie
greift auf Branchenerfahrungen aus über zehn Jahren
zurück, zum Beispiel das Branchenkolloquium »Werk-
zeugbau mit Zukunft«, in dessen Rahmen jeweils der
beste Werkzeugbau im deutschsprachigen Raum
gekürt wird, die »aachener initiative«, die bereits zu
zahlreichen Pilotprojekten mit Partnerunternehmen
führte und schließlich die Aachener Werkzeugbau-
Datenbank, die die umfangreichste ihrer Art ist.
Für 2012 bietet die Werkzeugbau Akademie in Koope-
ration mit dem WZLforum 16 Seminare sowie das
Master- und Expert-Programm mit weiteren sieben
Themenbereichen an, die Fragen des Werkzeugbaus
über die Wissensbereiche Technologie, ökonomische
Grundlagen und Strategie thematisieren. Neben den
bekannten Formaten haben Partner der WBA die
Gelegenheit an exklusiven Best-Practice-Workshops
teilzunehmen und profitieren von kommunikativer
Lernatmosphäre und intensivem Networking.
Alle Fragen rund um das Thema Weiterbildung und zu
einzelnen Programmen beantworten die Mitarbeiter
der Aachener Werkzeugbau Akademie selbstverständ-
lich gerne.
Kontakt
Dr.-Ing. Wolfgang Boos
Aachener Werkzeugbau Akademie
Telefon +49 241 80-28469
Informationen zum Weiterbildungsprogramm
Janine Wolff
WZLforum gGmbH
Telefon +49 241 80-27596
18 | TOOLS 1.2012
TITELTHEMA | THEMEN | KARRIERE | NEWS
8. Aachener Management Tage – eine Nachlese
»Es liegt an uns, aus den Gegebenheiten der Märkte
und der Welt das Beste zu machen. Nur durch stetige,
inkrementelle Innovation bleiben wir effizient«, sagte
Edwin Eichler, Vorstand Division Materials der Thyssen
Krupp AG bei den 8. Aachener Management Tagen im
November 2011.
Welches ist der richtige Weg zur Best Practice? Wo
ist der goldene Pfad zwischen eigenverantwortlichem
Handeln, Mut zu innovativen Wegen und marktbe-
stimmtem unternehmerischem Reagieren-Müssen?
Diese Fragen diskutierten etwa 250 Teilnehmer und
Referenten im Pullman Aachen Quellenhof während
der Aachener Management Tage 2011. Leitfaden dieser
Gespräche waren die Kongressschwerpunkte Business
Excellence – Lean Innovation – Management & Leader-
ship – Lean Production.
»Wir müssen uns darauf einlassen, Risiken einzugehen.
Die Bereitschaft zu mutigen Innovationen in selbst
geschaffenen Märkten ist Garant für stabile Märkte
und Preise«, machte Prof. Dr. Günther Schuh in seinem
Beitrag »Lean Innovation mit Ähnlichkeitsmodellen«
deutlich. Als Gastgeber der Aachener Management
Tage betonte er, dass es ihm dabei nicht um unter-
nehmerische Vabanque-Spiele ginge, sondern um den
Willen, nötige Risiken, fortschrittliches Denken und
strategisches Handeln miteinander in Verbindung zu
bringen. Dies sei nur mit entsprechend ausgereiftem
Know-hows zu erreichen. »Zudem helfen uns die Lean-
Prinzipien hier, zum Beispiel dabei, Verschwendung zu
vermeiden«, so Schuh.
Auch die Airbus Operations GmbH setzt auf die
Selbstverantwortung der Unternehmen, wie Alexan-
der Dahm, Vice President Plant Management, zeigte.
Airbus orientiert sich innerhalb seiner Mitarbeiterfüh-
rung am Modell der stärkenorientierten Führung und
setzt auf selbstverantwortliche Mitarbeiter, die jeweils
im Rahmen ihrer besten Möglichkeiten Treiber des
Unternehmenserfolgs sind. Dafür hat Airbus entspre-
chende Assessments und Tools zur Personalentwick-
lung und Ressourcenidentifizierung entwickelt.
Es war ein buntes Portofolio an Themen und Beiträgen,
das die Aachener Management Tage im vergangenen
Jahr lieferten. So wurden Best Practices ausgetauscht
und kritisiert und Umsetzungsstrategien abgewogen.
»Darauf können wir aufbauen. Es ist entscheidend,
dass wir uns vernetzen, offen füreinander sind, ohne
Angst davor zu haben, Wissen zu verlieren«, stellte
Dr. Heinz Wesch, Geschäftsführer der Phoenix Contact
GmbH fest. »Nur wer bereit ist Wissen zu geben, erhält
auch neues Wissen«, ergänzte Wesch.
In diesem Sinne stecken auch bereits die 9. Aachener
Management Tage mitten in der Vorbereitung. Thema-
tischer Schwerpunkt des diesjährigen Kongresses wird
in Anlehnung an das ehemalige Innovation Leadership
Summit das Thema »Lean Innovation« sein. So soll
es Beiträge zu den Bereichen Innovationsstrategie –
Baukastengestaltung – Innovationsprozesse & PLM –
Globale F&E – Innovationskultur & Leadership geben.
Die 9. Aachener Management Tage finden vom 5.-7.
November 2012 im Pullman Aachen Quellenhof statt.
Weitere Informationen unter www.wzlforum.de
Kontakt
Nina Sauermann M.A.
WZLforum gGmbH
Telefon +49 241 80-20711
TOOLS 1.2012 | 19
TITELTHEMA | THEMEN | KARRIERE | NEWS
Als Mitglied der Arbeitsgemeinschaft
der Universitätsverlage präsentierte der
Apprimus Verlag eine Vielzahl neuer Titel
während der Frankfurter Buchmesse. Die
Arbeitsgemeinschaft verfolgt übergreifende
Hochschulinteressen und fördert durch die
Zusammenarbeit der Mitglieder vielfältige
Synergieeffekte. »Auf der Buchmesse
können wir uns mit den Kollegen austau-
schen und auch unsere Druckdienstleister
face-to-face treffen. Für die weitere Ent-
wicklung des Verlags ist die Pflege dieser
persönlichen Kontakte enorm wichtig«,
betont Svenja Wesch, Projektleiterin beim
Apprimus Verlag. Auf dem Gemeinschafts-
stand Europäische Universitätsverlage
stellen die AG-Mitglieder gemeinsam ihre
Publikationen vor und entwickeln neue
Ideen für die zukünftige Zusammenarbeit.
»E-Publishing ist ebenfalls ein wichtiger
Bereich«, unterstreicht auch André Bräkling,
wissenschaftlicher Mitarbeiter des Verlags,
den Nutzen des Messebesuchs.
Seit seiner Gründung 2008 präsentiert sich
der Wissenschaftsverlag des Instituts für
Industriekommunikation und Fachmedien
(IIF) insgesamt mit einer wachsenden Zahl
an Neuerscheinungen und einer Erweite-
rung des Verlagsprogramms. In der Nähe
zur RWTH Aachen und besonders zu WZL
und Fraunhofer IPT publiziert der Verlag
unter anderem Studien und Tagungsbände,
Dissertationen und Forschungsberichte.
Darüber hinaus verlegt Apprimus auch
Skripte und Lehrmaterialien aus dem Hoch-
schulumfeld. »Die Anzahl der Neuerschei-
nungen pro Jahr wächst stetig«, freut sich
Bita Fesidis, wissenschaftliche Mitarbeiterin
des IIF und Mitgründerin des Apprimus
Verlags.
2011 lag die Zahl der Neuerscheinungen bei
54 Publikationen. Mit insgesamt mehr als
150 Publikationen liegt der Schwerpunkt
des Verlags dabei weiterhin im ingeni-
eurwissenschaftlichen Themenbereich.
Zunehmend ergänzen aber auch interdiszip-
linäre Forschungsergebnisse das Programm,
die zum Beispiel aus Forschungsverbünden
in der Kombination aus Ingenieurwissen-
schaften und Psychologie oder Natur- und
Geisteswissenschaften resultieren. Ziel des
Verlags, da sind sich die drei Mitarbeiter
einig, ist insgesamt eine hohe Sichtbarkeit
aktueller Forschungsergebnisse. Um dies
umzusetzen, unterstützt der Verlag die
Hochschulinstitute und -einrichtungen mit
hoher Serviceorientierung.
Kontakt
Kirstin Marso M.A.
Apprimus Verlag
Institut für Industriekommunikation und
Fachmedien (IIF) an der RWTH Aachen
Telefon +49 241 80-20714
www.apprimus-verlag.de
Apprimus auf der Frankfurter Buchmesse
20 | TOOLS 1.2012
TITELTHEMA | THEMEN | NEWS
Mit Wirkung vom 29. Februar 2012 hat
Prof. Dr.-Ing. Rainer Müller, Lehrstuhl für
Montagetechnik, das Werkzeugmaschinen-
labor nach vierjähriger Tätigkeit verlassen.
Professor Müller übernimmt in Saarbrücken
das Zentrum für Mechatronik und Auto-
matisierungstechnik.
Die Hauptspindel ist eine der zentralen
Komponenten von Werkzeugmaschinen.
Ihre Leistung und die erreichbaren Dreh-
zahlen nehmen starken Einfluss auf die Zeit-
spanvolumina und damit die Produktivität
der gesamten Maschine. Die Laufgenauig-
keit der Spindel und ihr Verformungsverhal-
ten unter Last- und Temperatureinflüssen
sind von großer Bedeutung für die Qualität
der gefertigten Bauteile.
Wegen des enormen Entwicklungs-
und Forschungsbedarfs im Bereich der
Motorspindeln hatte sich am WZL unter
Schirmherrschaft des Vereins Deutscher
Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) von
1985 bis 2009 der Industriearbeitskreis
»Entwicklung schnell laufender, wälzge-
lagerter Hauptspindeln für Werkzeugma-
schinen« zusammengefunden. Um dem
Potenzial der Motorspindelentwicklung
weiterhin Rechnung zu tragen, wurde im
November 2011 in Zusammenarbeit mit
15 Unternehmen aus den Bereichen der
Wälzlager-, Schmierstoff-, Hauptspindel-
und Maschinenherstellung in unmittelba-
rer Nachfolge am WZL der Arbeitskreis
»Spindel-Lager-Systeme« eingerichtet.
Professor Müller verlässt das WZL
Neugründung des Arbeitskreises »Spindel-Lager-Systeme«
Durch die Zusammenarbeit von Unterneh-
men verschiedener Stufen der Zulieferkette
bietet der Arbeitskreis den Beteiligten eine
Plattform zum Informationsaustausch.
Ziele sind die gemeinsame Bearbeitung
aktueller Fragen und die Weiterentwicklung
von Motorspindeln und deren Lagerung.
Die bearbeiteten Themen werden in enger
Abstimmung mit den Unternehmen defi-
niert und konzentrieren sich zunächst auf
drei Gebiete:
Um die im Vergleich zu Spindellagern
deutlich höheren Steifigkeiten und Tragfä-
higkeiten von Kegelrollenlagern in Spindeln
zur Schwerzerspanung besser nutzen zu
können, sollen Ansätze zur Steigerung der
zulässigen Betriebsdrehzahlen von Kegelrol-
lenlagern entwickelt werden.
In mehreren öffentlich geförderten Pro-
jekten wurden am WZL Spindellager mit
optimierter Innengeometrie entwickelt, die
sich im Vergleich zu herkömmlichen Lagern
durch eine bessere Drehzahleignung und
höhere Steifigkeit auszeichnen. Im Rahmen
des Arbeitskreises soll die Praxistauglichkeit
dieser Konzepte nachgewiesen werden.
Fettgeschmierte Hybridlager stellen wegen
der Kombination verschiedener vorteil-
hafter Eigenschaften eine vielfach favo-
risierte Lagerart für Hauptspindeln dar.
Dauerversuche sollen dazu beitragen, die
Möglichkeiten zur Vorhersage des Betriebs-
verhaltens, insbesondere der Lebensdauer,
zu verbessern.
Kontakt
Dipl.-Ing. Stephan Bäumler
WZL der RWTH Aachen
Telefon +49 241 80-27409
TOOLS 1.2012 | 21
Am 26. und 27. September 2012 richtet
Prof. Dr. Robert Schmitt das 16. Business
Forum Qualität in Aachen aus. Dort stellen
hochkarätige Referenten aus der Wirtschaft
Trends, Methoden und Wege der Unterneh-
mensführung und des Qualitätsmanage-
ments vor.
Während einer festlichen Abendveranstal-
tung am 26. September wird Dr. Jürgen
Wilder, Leiter der Strategieabteilung
»Siemens Infrastructure and Cities«, über
Wachstumsmärkte und die organisatorische
Ausrichtung eines Technologiekonzerns
berichten. Mit seiner Dinner Speech gibt
Wolfgang Reuter, Ressortleiter »Unter-
nehmen und Märkte« des Handelsblatts,
Einblicke in das Spannungsfeld von Unter-
nehmenskommunikation und Medien.
Den zweiten Veranstaltungstag prägen
zwei parallele Fachforen rund um die
Themen »Qualitätsorganisation und agile
Strukturen« sowie »Managementsysteme
und exzellente Prozesse«. Neben den
Fachvorträgen der Referenten wird auch in
diesem Jahr wieder viel Raum zum intensi-
ven Austausch zwischen den Teilnehmern
der Veranstaltung und Mitarbeitern der
Abteilungen für Qualitätsmanagement von
WZL und Fraunhofer IPT geboten.
16. Business Forum Qualität: Qualität im Unternehmen organisieren und umsetzen
Die Veranstaltung wendet sich an Fach- und
Führungskräfte aus Strategie, Entwicklung,
Produktion, Einkauf, Controlling und Quali-
tätsmanagement.
Kontakt
Dipl.-Wirt.-Ing. Isabel Basse
WZL der RWTH Aachen
Telefon +49 241 80-26969
www.bfq-aachen.de
Mit der Verleihung des Ernst-Blickle-Preises
wurde Dipl.-Ing. Andre Duffe von der
SEW-Eurodrive-Stiftung ausgezeichnet.
Andre Duffe vom Lehrstuhl für Fertigungs-
messtechnik und Qualitätsmanagement
erhielt die Auszeichnung für seine Diplom-
Diplomanden-Preis der SEW-Eurodrive-Stiftung für Dipl.-Ing. Andre Duffe
arbeit mit dem Thema »Integration eines
Maschine-Visions-Systems in einer Roboter-
zelle zur Messung von großen CFK-Struktu-
ren«. Die Auszeichnung ist mit 2500 Euro
dotiert.
22 | TOOLS 1.2012
TITELTHEMA | THEMEN | NEWS
WZL und Fraunhofer IPT waren auf der
diesjährigen Hannover Messe wieder promi-
nent vertreten: Die Spannweite reichte von
neuen Mobilitätskonzepten über das Thema
Energie bis hin zur Produktionstechnik von
morgen.
Gleich am ersten Tag erläuterte Professor
Fritz Klocke in einer Podiumsdiskussion
des »Industrial IT Forum« von VDMA und
ZVEI die neuen Perspektiven und Chancen,
die sich hinter dem Schlagwort »Industrie
4.0« verbergen. Die Ressourceneffiziente
Produktion war gleichzeitig auch das Motto
am Messestand des Fraunhofer-Verbunds
Produktion, dessen Vorsitz Klocke hält.
Dort konnte der Verbund bereits am Vor-
mittag Bildungsministerin Annette Schavan
begrüßen, die sich von Fraunhofer-Vorstand
Professor Hans-Jörg Bullinger über die Neu-
heiten der Produktionstechnik unterrichten
ließ. Professor Achim Kampker, der die
Batterieproduktion und den Street-Scooter
vertrat, das innovative Produzierbarkeits-
konzept eines E-Autos, diskutierte am
Gemeinschaftsstand des Landes NRW über
die Industrialisierungsinitiative.
Die Mühlhoff-Stiftung hat Dipl.-Ing. Janis
Thiermann vom Lehrstuhl für Technologie
der Fertigungsverfahren mit ihrem Studien-
preis ausgezeichnet. Janis Thiermann erhielt
die Auszeichnung für seine Diplomarbeit
zum Thema »Einfluss des Schärfprozesses
beim Schleifen von Hartmetall-Werkzeu-
gen«.
Der Industrieverband Massivumformung e.V.
hat den Studenten Christian Heffungs mit
einem IMU-Stipendium Nachwuchsförde-
rung ausgezeichnet. Das Stipendium ist
mit 3300 Euro dotiert. Christian Heffungs,
der am WZL als studentische Hilfskraft im
Bereich Umformung arbeitet, erhielt das
Stipendium für seine Arbeiten auf dem
Gebiet der Schadensvorhersage von
Bauteilen.
WZL und Fraunhofer IPT: Gefragte Ansprechpartner auf der Hannover Messe 2012
Studienpreis der Mühlhoff-Stiftung für Dipl.-Ing. Janis Thiermann
IMU-Stipendium für Christian Heffungs
Professor Robert Schmitt und NRW-Wirtschaftsminister Harry Voigtsberger am OWL-Gemeinschaftsstand.
Am Gemeinschaftsstand des Spitzenclusters
Ostwestfalen-Lippe »it‘s OWL« begrüßte
Professor Robert Schmitt NRW-Wirtschafts-
minister Harry Voigtsberger, um ihn über
neue Entwicklungen im Qualitäts- und
Energiemanagement zu informieren.
Die Frage, warum WZL und Fraunhofer IPT
gerade in Nordrhein-Westfalen so aktiv
sind, ist schnell geklärt: Das Fraunhofer IPT
hat sich mit seiner neuen Projektgruppe
Entwurfstechnik Mechatronik als
Gründungspate für ein Institut zur Ent-
wicklung mechatronischer Komponenten
in Paderborn aufgestellt. WZL und Fraun-
hofer IPT engagieren sich deshalb mit
besonderem Schwung in der Region, um
schnell neue Netzwerke zu knüpfen und
eine Zusammenarbeit mit industriellen und
institutionellen Partnern zu etablieren und
zu stärken.
TOOLS 1.2012 | 23
Nach den ausgezeichneten Ergebnissen des
»Konsortial-Benchmarking Technologiema-
nagement« im Jahr 2010 sucht das Fraun-
hofer IPT erneut aktuelle Erfolgsbeispiele
für das Technologiemanagement europäi-
scher Unternehmen. Ziel der breit angeleg-
ten Vergleichsstudie ist es, gemeinsam mit
einem Industriekonsortium von Mai 2012
bis Januar 2013 exzellente Vorgehenswei-
sen in der industriellen Praxis zu ermitteln.
Beim vergangenen Konsortial-Benchmar-
king im Technologiemanagement zeichnete
das Fraunhofer IPT abschließend die 3M
Deutschland GmbH, die Delphi Corpora-
tion, die Dräxlmaier Group, Nokia Siemens
Networks und die Schott AG aus.
Die Methode des Konsortial-Benchmarkings
hat sich in zahlreichen Vorgängerprojek-
ten bewährt: Ein branchenübergreifendes
Industriekonsortium bringt seine Fragen
rund um das Management von Technolo-
gien in das Projekt ein und benennt beson-
dere Herausforderungen. Das Fraunhofer
IPT greift diese Themen in einer europawei-
ten Benchmarking-Studie auf. Anhand der
Studienergebnisse und persönlicher Inter-
views wird eine Vorauswahl an Unterneh-
men getroffen, deren Vorgehensweisen im
Technologiemanagement besonders gute
Antworten auf die Fragen des Konsortiums
liefern. Von den vorselektierten Unterneh-
men erstellt das Fraunhofer IPT detaillierte
Fallstudien, auf deren Basis das Konsortium
anonymisiert fünf »Successful-Practice-
Unternehmen« auswählt. Die Konsortial-
partner besuchen diese Unternehmen im
Anschluss jeweils einen Tag vor Ort.
Die Unternehmensbesuche bieten den
Konsortialpartnern die Gelegenheit,
Unternehmen, Bereiche und Abteilungen
kennenzulernen, die im Technologiema-
nagement exzellent aufgestellt sind.
Erfolgsrezepte für das Technologiemanagement gesucht
Diskussionen mit Fach- und Führungs-
kräften vor Ort runden das Bild ab. Die
Konsortialpartner können auf diese Weise
neue Ideen und erfolgreiche Abläufe in den
eigenen Verantwortungsbereich überneh-
men. Neun hochkarätige Partner haben sich
bereits für das diesjährige Konsortialbench-
marking zusammengefunden: Aesculap AG,
Bosch Diesel Systems, Daimler AG, Mibelle
AG, Miele & Cie. KG, MTU Friedrichshafen
GmbH, Roche Diagnostics GmbH, Schaeff-
ler Technologies AG & Co. KG, V-Zug AG.
Die Unternehmen mit dem besten Techno-
logiemanagement werden vom Fraunhofer
IPT als »Successful-Practice-Unternehmen«
ausgezeichnet.
Das Projekt startete am 2. Mai 2012 und
dauert rund neun Monate. In diesem
Zeitraum finden drei eintägige Treffen
der Konsortialpartner statt sowie die fünf
eintägigen Besuche bei den ausgewählten
»Successful-Practice-Unternehmen«.
Kontakt
Dipl.-Inform. Susanne Aghassi
Fraunhofer IPT
Telefon +49 241 8904-449
www.konsortial-benchmarking.de
»Um klar zu sehen, genügt oft ein Wechsel der Blickrichtung.« (Antoine de Saint-Exupéry)
24 | TOOLS 1.2012
TITELTHEMA | THEMEN | NEWS
Termine
24.-25. Mai 2012
Professionalisierung industrieller
Services
12. Juni 2012
Lean Production Basic
[Prozessindustrie]
13. Juni 2012
Messtechnik und Qualitätssicherung in
der Optikproduktion
13.-14. Juni 2012
Lean Production [Prozessindustrie]
19. Juni 2012
Einführung in die Unternehmens-
finanzierung
19. Juni 2012
Operatives Variantenmanagement
20.-22. Juni 2012
Top Executive Seminar Lean Innovation
20. Juni 2012
Wertstromorientierte Produktions-
steuerung
27. Juni 2012
Basisseminar Fabrikplanung
27. Juni 2012
Rauheitsmesstechnik
28. Juni 2012
Bereitstellungslogistik
5. Juli 2012
Eingebettete Software effizient und
sicher entwickeln
25. Juli 2012
Industrialisierung des Werkzeugbaus
26. Juli 2012
Effiziente Geschäftsprozesse für den
Werkzeugbau
Konferenzen
27.-28. Juni 2012
2. WGP Jahreskongress
25.-26. September 2012
12. Internationales Kolloquium
»Werkzeugbau mit Zukunft«
26. September 2012
16. Business Forum Qualität
27.-28. November 2012
7. Internationales Kolloquium
»Optik – Schlüsseltechnologie mit
Zukunft«
Messen
22.-25. Mai 2012
Optatec
Frankfurt/Main
25.-27. September 2012
Micronora
Besancon/F
9.-11. Oktober 2012
Composites Europe
Düsseldorf
23.-27. Oktober 2012
EuroBLECH
Hannover
27.-30. November 2012
EuroMold
Frankfurt/Main
28.-29. November 2012
Precision Fair
Veldhoven/NL
Detaillierte Informationen zu unseren
Seminaren und Konferenzen finden Sie im
Internet unter
www.wzlforum.rwth-aachen.de.
Impressum TOOLS 1.201219. JahrgangISSN 0947-8647
HerausgeberProfessor Christian BrecherProfessor Fritz KlockeProfessor Robert SchmittProfessor Günther Schuh
Fraunhofer-Institut fürProduktionstechnologie IPTSteinbachstraße 1752074 AachenTelefon +49 241 8904-180Fax +49 241 [email protected]
Werkzeugmaschinenlabor WZLder RWTH AachenSteinbachstraße 1952074 AachenTelefon +49 241 80-27968Fax +49 241 80-22293www.wzl.rwth-aachen.de
WZLforum GmbHSteinbachstraße 2552074 AachenTelefon +49 241 80-23614Fax +49 241 80-22575www.wzlforum.rwth-aachen.de
RedaktionSusanne Krause M.A. (verantwortlich)Kurt Rütten
Grafik, LayoutGuido Flüchter, Fraunhofer IPT
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