Das Triebwerk einer Boeing kostet Millionen – bei der Produktion muss deshalb alles rund laufen. Die Mägerle AG Maschinenfabrik in Fehraltorf setzt bei ihren CNC-Maschinen auf die Technologie des «digitalen Zwillings» von Siemens: Damit kann ein neues Bauteil virtuell produziert und getestet werden, bevor die reale Maschine zum Einsatz kommt.

Sie beeindruckt im Grossen wie im Kleinen, die CNC-Schleifmaschine von Mägerle AG in Fehraltorf: Mehrere Meter hoch und rund 30 t schwer, schleift sie Bauteile für Triebwerke auf hundertstel Millimeter genau. Ein wechselbarer Spindelmesstaster erkennt die exakte Position des Werkstückes und dank der hochpräzisen Maschinenkinematik wird jedes Werkstück in nur einer Aufspannung perfekt bearbeitet. Einzigartig bei den Maschinen von Mägerle ist das vollumschlossene hydrostatische Führungssystem. Und sowohl die Linearachsen als auch der Rundtisch werden auf Öl bewegt, dadurch arbeitet die Maschine nahezu verschleissfrei.

Jede Fehlproduktion kostet viel Geld

In der Luftfahrt gelten äusserst strenge Qualitätsvorgaben und entsprechend hoch waren die Anforderungen des Kunden an die Schleifmaschine MGC-140 RV: Sie muss in der Lage sein, die ringförmige Ummantelung der Triebwerk-Brennkammer aus keramischem Faserverbundstoff exakt zu bearbeiten. Keramikverbundstoff ist sehr fest, hat aber ein geringes Gewicht und ist enorm hitzebeständig – über 1300°C herrschen in der Brennkammer des Triebwerks. Dazu Karl Naef, Senior Technology Consultant bei Mägerle: «Das Material ist sehr schwierig zu bearbeiten.

Der Produktionsprozess dauert mehrere Stunden. Er muss absolut zuverlässig und präzis ablaufen, denn jede Fehlproduktion kostet viel Geld.» Um die hohe Genauigkeit der dreissig Arbeitsschritte im Produktionsprozess zu gewährleisten, werden die Diamant-Schleifwerkzeuge vor jedem Einsatz mittels Laser vermessen und entsprechend nachkorrigiert.

Auf vielen Ebenen interessant

Wo früher mehrere Maschinen zum Einsatz kamen, fertigt heute die neue Maschine das gesamte Bauteil im Alleingang. Die Zeitersparnis kann sich sehen lassen: Der Brennkammer-Ring wird in 14 Stunden produziert, früher dauerte dies mit 40 Stunden fast dreimal so lange. Mägerle entwickelte für den Kunden nicht nur die Maschine, sondern auch das zugehörige CNC-Programm. Hier betrat das seit 1929 bestehende Unternehmen Neuland und setzte auf die Technologie des «digitalen Zwillings» von Siemens. Dabei werden die komplette Maschine und alle Prozessschritte virtuell auf dem PC abgebildet.

Dieses Konzept trumpft gleich mit etlichen Vorteilen: Während die reale Maschine weiter produziert, kann der Entwickler auf dem Abbild der Maschine – eben dem digitalen Zwilling – die Produktion eines neuen Bauteils von A bis Z festlegen, prüfen und optimieren. Ist der Ingenieur oder die Ingenieurin zufrieden, werden alle notwendigen Daten auf die reale Maschine gespielt und die Produktion kann unverzüglich aufgenommen werden.

Aber das ist noch nicht alles: Der Kunde kann die Maschine bereits vor ihrer Fertigung digital abnehmen. Und auch die Mitarbeiter können auf dem Zwilling geschult werden, bevor die Maschine im Haus ist. Nicht zuletzt hilft das digitale Abbild, Kollisionen der beweglichen Teile zu vermeiden und verhindert so teure Schäden an der Maschine. Schliesslich ist das Konzept auch aus Marketing-Sicht spannend: An Messen beispielsweise kann die Maschine anschaulich und realitätsnah demonstriert werden, ohne sie an den Ort des Geschehens zu transportieren.

Begeisterung beim Endkunden

Das Herzstück des digitalen Zwillings von Siemens bilden das CAD-System NX, die Programmiersoftware NX Cam und der virtuelle Kern der Steuerung Sinumerik 840 Dsl.

Alle notwendigen Arbeitsschritte lassen sich in der Simulationsumgebung von Siemens erledigen: vom Design eines Bauteils im CAD, über das Erstellen der Bearbeitungsstrategie im CAM bis hin zur Maschinensimulation mit realen Achs- und Maschinendaten und dem virtuellen Abbild der Steuerung VNCK. Diese Durchgängigkeit erlaubt effizientes und benutzerfreundliches Arbeiten – das digitale Abbild lässt sich innerhalb weniger Tage erstellen. Falls gewünscht, kann der VNCK auch in andere Simulationsumgebungen integriert werden.

Mägerle setzt bei den Steuerungen ihrer Maschinen ausschliesslich auf Siemens. Naef blickt auf die rund zwölfmonatige Entwicklung zurück: «Siemens hat uns jederzeit bestens beraten und die Inbetriebnahme verlief reibungslos. Die empfohlene Kollisionsüberwachung in der Sinumerik-Steuerung zum Beispiel gibt uns als Entwickler und unseren Kunden beim Betrieb der Maschine zusätzliche Sicherheit.» Auch der Kunde von Mägerle aus der Luft- und Raumfahrtbranche ist rundum zufrieden – kürzlich hat er bei Mägerle zwei weitere Maschinen dieses Typs bestellt.