Neues Maschinenkonzept auf der Prodex 2019

Rundschleifen auf den Kopf gestellt

| Autor / Redakteur: Thomas Sigrist, Florian Hänni / Anne Richter

Innenraum der Omnia G-300: Trotz geringer Grösse können Werkstücke mit einem Durchmesser von bis zu 200 mm und einer Länge von 300 mm bearbeitet werden.
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Innenraum der Omnia G-300: Trotz geringer Grösse können Werkstücke mit einem Durchmesser von bis zu 200 mm und einer Länge von 300 mm bearbeitet werden. (Bild: G-Elements)

Die Omnia G-300 von G-Elements ist eine Rundschleifmaschine mit einem völlig neuen Maschinenkonzept. So macht die vertikale Zustellung des Schleifkopfes sich die Schwerkraft zunutze. Die Entwickler sind zwei Schweizer Maschinenbauer, die ihre Maschine auf der Prodex zeigen.

Bewährtes sollte man nicht hinterfragen – oder etwa doch? Rundschleifmaschinen haben sich seit der ersten Präzisionsrundschleifmaschine aus dem Jahr 1877 von Brown Sharpe Manufacturing Co., Rhode Island, USA(1), weder in ihrem Achskonzept noch in der Schleifkopfauslegung geändert. Ist dies, weil Brown Sharpe auf Anhieb das beste Konzept erschuf, das durch unzählige Nachahmungen bis zum heutigen Tag Bestand hat?

Zwei Schweizer Maschinenbauer, Florian Hänni und Thomas Sigrist, die sich mit den bekanntesten europäischen Rundschleifmaschinen seit 20 Jahren auseinandersetzen und die Stärken wie auch Schwächen dieser Maschinen kennen, hegten ihre Zweifel an den bestehenden Konzepten. Sie gründeten eine eigene Firma, die G-Elements GmbH, und schufen mit eigenen Mitteln eine alternative Lösung, die Omnia G-300, eine Maschine, die aus der Symbiose von ETH-Maschinenbaustudium und umfangreicher Praxiserfahrung entstand. Heute stehen zwei dieser neuen Maschinen bei einem namhaften Schweizer Maschinenbauer und produzieren seit zwei Jahren verlässlich Hochpräzisionsteile. Diese neue Maschine ist aus verschiedenen Gründen einzigartig: aufgrund der Bauform, des Services, der Mobilität, des Energieverbrauchs, der Wirtschaftlichkeit, der Bedienung, der Sicherheit, der Ergonomie sowie der Zusatzfunktionen.

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Bauform: vertikale Zustellung des Schleifkopfes

Die Omnia G-300 bietet einen ungewohnten Anblick: sie ist im Vergleich zu bestehenden Rundschleifmaschinen sehr kompakt, der Schleifkopf stellt hängend in einem Portal vertikal zu. Man denkt, eine Rundschleifmaschine sieht doch anders aus. Kann sie überhaupt genau sein? Die Omnia G-300 nimmt es mit den genausten Maschinen auf dem Markt auf. Die vertikale Zustellung macht sich die Schwerkraft zunutze, eliminiert dadurch Umkehrspiel und wechselnde Kräfte. Die X-Achse positioniert problemlos und wiederholbar im Bereich von 0,1 µm. Toleranzen von ±2 µm sind in der Serienproduktion Alltag. Die geringe Grösse der Maschine täuscht, denn sie bewältigt Werkstücke bis zu einem Durchmesser von 200 mm und einer Länge von 300 mm. Der Tischaufbau besteht aus Super Invar, einem Material, das einen 30-fach geringeren Wärmegang als Stahl aufweist. So werden Wärmeeinflüsse ohne zusätzliche Kühlung eliminiert. Die Linearführungen von Schneeberger, in der höchsten Qualitätsstufe GO, passen zur Grundphilosophie: Überall, wo es drauf ankommt, wird nur das Beste eingesetzt. Das Konzept wird im Detail noch spannender. Die Messelektronik zur Rund- und Planlaufmessung ist bereits integriert. Durch Anschliessen eines hochgenauen Messtasters, z. B. Tesa GT31, kann die Messung aufgezeichnet werden und anhand von Messdiagrammen können entsprechende Entscheidungen direkt auf der Maschine gefällt werden. Die völlig rost- und farbanstrichfreie Ausführung macht die Maschine unempfindlich auch gegen aggressive Kühlschmierstoffe.

Eine neuartige Vermessungsstrategie beim Einsatz von galvanischen CBN-Schleifscheiben ermöglicht es, Schleifscheiben bei voller Umfangsgeschwindigkeit im Durchmesser µm-genau zu vermessen und mit diesen Scheiben ein sehr grosses Spektrum an Arbeiten abzudecken. Dies erlaubt, mehrere Wochen ohne Scheibenwechsel oder Abrichten zu schleifen, und hat sich in der Realität bewährt. Natürlich können ebenso herkömmliche Schleifscheiben aus abrichtbaren Edel- oder Sinterkorunden verwendet werden.

Revolutionäres Servicekonzept: der Kunde hat Service in der Hand

Erfahrung mit renommierten Maschinenherstellern verdeutlicht deren Schwachstellen: Eine Maschine steht und es vergehen Tage, bis ein Servicetechniker vor Ort ist und die Maschine wieder produzieren kann. G-Elements geht einen anderen Weg: Kein Warten auf den Servicemann; der Kunde hat den Service selber in der Hand und kann den Austausch von Ersatzteilen selber vornehmen. Ein konkretes Beispiel: Der Kunde wechselt die Z-Kugelumlaufspindel in weniger als 15 Minuten aus. Eine klare Videoanleitung vereinfacht das Vorgehen. Im Notfall kann der ganze Schaltschrank ohne Wartezeiten und Serviceplanung ersetzt werden. Alle Ersatzteile können entweder beim Originalhersteller direkt oder bei G-Elements bestellt werden.

Mobilität: Verschieben ohne Ausrichtarbeiten

Der Warenfluss ändert sich oder der Kunde wünscht eine echte Mehrmaschinenbedienung: Die Omnia G-300 lässt sich ohne gros­sen Aufwand und ohne Ausrichtarbeiten an den idealen Standort verschieben; wenn nötig, direkt auf die vorhandene Werkbank neben einer anderen Maschine. Die Dreipunktauflage garantiert unmittelbar die gewünschte Stabilität. Unnötige Wege werden reduziert und somit ist der Mitarbeiter in der Lage, zusätzliche Laufzeiten zu einem sehr günstigen Stundensatz zu generieren. Der Stromanschluss von 230 V und die nichtbenötigten Medien wie Druckluft oder Hydrauliköl lassen so gut wie jeden Standort ohne zusätzliche Ausrüstung zu.

Energieverbrauch: keine Pneumatik- und Hydraulik-Energie notwendig

Der Energieverbrauch unter Volllast von weniger als 0,5 kW ist geringer als der Verbrauch einer Espresso-Kaffeemaschine. Die Maschine begnügt sich mit einem 230-V-Anschluss und braucht weder Hydraulik- noch Pneumatik-Energieversorgung. Eine Absaugung ist nicht zwingend, kann aber eingesetzt werden. Die Filteranlage ist kleinstmöglich ausgelegt. Eine unabhängige Studie(2) kam zum folgenden Schluss: «Es zeigt sich, dass in produktiven Betriebs­zuständen die Schleifspindel dominiert. Die Achsen als auch die KSM sind ebenfalls in produktiven Betriebszuständen erhöht. In nicht-produktiven als auch produktiven Zuständen ist die 24 V Versorgung gegeben. Insgesamt zeigt die Anlage eine Gesamtleistung von rund 270 W in produktiven Maschinenzuständen und 100 W im Standby. Aufgrund der tiefen Leistungswerte als auch optimierter Maschinenauslegung können keine technischen als auch wirtschaftlichen Massnahmen definiert werden.» Die Energiemessung aus der zitierten Studie zeigt einen Referenz-Schleifprozess mit einer Durchschnittsleistung von 270 Watt (siehe Grafik).

Wirtschaftlichkeit: geringe Investitions- und Wartungskosten

Das niedrige Investitionsvolumen von CHF 149 500 (exklusive Mehrwertsteuer) für die vollausgestattete Maschine führt zu niedrigen Stundensätzen. Dies wird weiter gestützt durch geringe Wartungskosten, die einfache Mehrmaschinenbedienung, den tiefen Energieverbrauch, wenige Ausfallzeiten aufgrund des beschriebenen «Selbstservice» und den geringen Platzbedarf.

Bedienung: Steuerung mit höchsten Freiheitsgraden

Die Steuerung bietet höchste Freiheitsgrade und Flexibilität. Mit dem integrierten «Teach on DXF» können Programme ohne grosses Rechnen im Vorfeld vorbereitet und dann an heiklen Stellen durch Anfahren mit «Teachen» vervollständigt werden. Anpassbare Prozessdatenvorschläge vervollständigen das einfache Handling. Die kleinen Schleifscheiben und die einfache Bedienung ermöglichen es, ohne Hebemittel oder Rückenschmerzen einen Scheibenwechsel vorzunehmen. Umrüsten, wie es einfacher nicht sein könnte.

Sicherheit: dickes und einfach wechselbares Sicherheitsglas

Die robuste Struktur des Maschinenkonzeptes und das einfach wechselbare und äusserst dicke Sicherheitsglas gewährleisten permanent den Schutz des Bedieners. Wenige Zugangspunkte, die neuartige Achsanordnung (pat. pending), die einzigartige Einsehbarkeit und die kurzen Verfahrwege stützen das Gesamtsicherheitskonzept.

Ergonomie: Maschinenhöhe einstellbar

Diese Maschine passt sich dem Bediener an und die Maschinenhöhe ist je nach Anforderung frei einstellbar. Das Gleiche gilt für das Steuerpanel, das sich in allen Freiheitsgraden justieren lässt. Durch die vertikale Portalanordnung ist der Kontaktpunkt im Schleifspalt bestens sichtbar und vereinfacht das Anfunken beim Einrichten.

Zusatzfunktionen: integrierte hochgenaue Messelektronik

Die Maschine wird vollausgestattet ausgeliefert. Was bei anderen Maschinen als Option teuer erstanden werden muss, ist im Lieferumfang dabei. Dazu gehören die Körperschalleinrichtung sowie die integrierte hochgenaue Messelektronik, Schleifscheibenvermessen bei Schleifgeschwindigkeit (nur CBN), das CAM DFX, der unbegrenzte Speicherplatz, die frei verfügbare Software, die frei programmierbare Spindeldrehzahl und die zwei Messkanäle für den Tesa-Taster. Auch der Offline-Programmierplatz ist im Lieferumfang immer dabei. SMM

Literatur

  • (1) «A Treatise on the Construction and Use of Universal and Plain Grinding Machines, for Cylindrical and Conical Surfaces», published by Brown Sharpe Manufacturing Co., patents of 1877, 1885 and 1890.
  • (2) G-Elements Omnia G-300 Energiemessung, Sigmatools GmbH, Dr. Adam Gontarz, David Hampl, Gotthardstrasse 55, 8800 Thalwil, sigmatools.ch, November 2018
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Prodex 2019: Halle 1.1, Stand SMP

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