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„Wir forschen für den Mittelstand.“ Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau (Hochschule Magdeburg-Stendal) im Schleifblog-Interview

Gefragter Experte: Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau (Hochschule Magdeburg-Stendal) Foto: Kraas & Lachmann

Gefragter Experte: Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau (Hochschule Magdeburg-Stendal) Foto: Kraas & Lachmann

„Wir kümmern uns um die Produktionstechnik und sind Technologiebrücke für mittelständische Unternehmen“
Das Industrielabor „Innovative Fertigungsverfahren genießt seit vielen Jahren einen exzellenten Ruf auf dem Gebiet der Finish- und Reibschweißtechnologie. Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau, Prorektor für Forschung, Entwicklung und Technologie­trans­fer der Hochschule Magdeburg-Stendal, leitet das IL IFV. Anlässlich einer Fachta­gung zum Thema Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung haben wir Professor Goldau zu einem Interview getroffen.

Wie erzielt man bei der Endbearbeitung von Bauteilen eine möglichst ideale funk­tionsgerechte Oberfläche, die in der Konsequenz zu weniger Reibung, besserer Funktionsfähigkeit und weniger Energieverlust führt. Mit dieser und ähnlichen Forschungsfragen befassen sich Professor Goldau und seine Kolleginnen und Kollegen im Industrielabor „Innovative Fertigungsverfahren (IL IFV) an der Hoch­schule Magdeburg-Stendal.

Schleifblog: Herr Professor Goldau, wie ist das Selbstverständnis Ihres Instituts?
Professor Goldau: Das Institut Maschinenbau der Hochschule Magdeburg-Stendal versteht sich als Dienstleistungs- und Entwicklungspartner mittelständischer Unter­nehmen der Automobilindustrie, deren Zulieferer, der Medizintechnik und der Armaturenindustrie. Uns ist sehr daran gelegen, gerade auch Unternehmen, die selbst keine ausreichenden Möglichkeiten für eine praxisorientierte Forschung haben, das richtige Know-how und die optimale technische Ausstattung anzubieten. Das heißt, wir forschen für den Mittelstand.

Schleifblog: Bitte erklären Sie unseren Leserinnen und Lesern den Arbeits­schwerpunkt des Industrielabors „Innovative Fertigungsverfahren“ (IL IFV).
Prof. Goldau: Einer unserer Forschungsschwerpunkte ist die Endbearbeitung von Bauteilen mit dem Ziel, möglichst nahe an die ideale, an die funktionsgerechte Oberfläche heranzukommen. Denn: definiert strukturierte, form- und maßhaltigere Oberflächen führen zu weniger Reibung, besserer Funktionsfähigkeit und weniger Energieverlust. Dies gilt für die Gleitflächen eines Knieimplantats ebenso wie für Dichtflächen an Armaturen und der Einspritztechnik im Motorenbereich.
Wir sind ein Institut mit starkem Praxisbezug, das bedeutet, dass wir uns haupt­sächlich um die Produktionstechnik regionaler und auch überregionaler Industrie­betriebe kümmern. Wir wollen mit unserer Arbeit die Produktionstechnik unserer Industriepartner verbessern. Im Besonderen rücken wir dabei die End­bear­beitung, die Präzision in den Mittelpunkt, wobei wir in Entwicklungsansätzen natürlich immer den Prozess als Ganzes im Auge haben. Das heißt, mit dem Rohling fängt der Prozess an und wir wollen am Ende einen ökonomisch und technisch guten Gesamtprozess für unsere Auftraggeber entwickeln. Sei es zur Herstellung einer Armatur oder zum Schleifen eines Implantats.

Forschen für den Mittelstand im Industrielabor „Innovative Fertigungsverfahren (IL IFV)

Forschen für den Mittelstand im Industrielabor „Innovative Fertigungsverfahren (IL IFV)

Schleifblog: Wie müssen wir uns die Arbeit Ihres Teams vorstellen?
Prof. Goldau: Nehmen wir ein Bauteil aus der Automobilindustrie. Wir haben zum Beispiel ein Projekt mit einem Hersteller von Gelenken und Verschiebegelenken. Diese Verschiebegelenke der neuesten Generation sollen deutlich leichter und kleiner werden und müssen höhere Drehmomente aufnehmen. Wir kündigen dem Kunden an, mit speziellen Endbearbeitungsverfahren und modifizierten Werkstoffen, angepassten Geometrien und Oberflächen dieses Ziel zu erreichen. Dabei legen wir besonderen Wert auf die Endbearbeitung dieser Gelenke. Wie heute noch vielfach üblich, wird bei diesen Teilen noch keine Feinstbearbeitung als Endbearbeitung durchgeführt. Die Endbearbeitung durch Finishen (Superfinish, Microfinish) ist hier der Schlüssel zum Erfolg. Wir zeigen dem Kunden prototypisch Wege auf, dieses Ziel zu erreichen. Wir glauben, dass man dieses Verschiebegelenk allein mittels neuer Finish-Technologien deutlich verbessern kann. Diesen Prozess zu entwickeln, das sehen wir dann als unsere Aufgabe an.
Ein anderes Beispiel sind die Einspritzsysteme der neuesten Generation, die heute sehr hohe Anforderungen an Dichtheit und Belastbarkeit stellen. Damit gehen sehr hohe Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils einher. Wir entwickeln die Technologie, wie mittels neu- und weiterentwickelter Finishverfahren die Dichtflächen der Zukunft wirtschaftlich herzustellen sind.
In der Medizintechnik arbeiten wir an Projekten, bei denen es um die Verbesserung der Gleitflächen geht. Diese Gleitflächen, zum Beispiel am Knieimplantat, sind streng genommen Lager. Und bei diesen Lagern wollen wir die tribologisch optimale Oberfläche herstellen, damit der Träger des Implantats beschwerdefrei seinem Alltag nachgehen kann.
Wir sehen uns gerade bei der praxisorientierten Entwicklung neuer Endbearbei­tungs­techno­logien, wenn man so will, als Innovationstreiber. Dabei ist die Bearbeitung die eine Fassette, das Messen und Bewerten der Oberfläche sind weitere Herausforderungen.

Schleifblog: Wie ist Ihr Institut mit Fertigungstechnik ausgestattet?
Prof. Goldau: Wir konzentrieren unsere Fertigungstechnik zur Präzisionsbearbeitung in einer Laborhalle von 200 m². Hier befindet sich unser Forschungsumfeld mit den hochgenauen Maschinen. Eine HembrugHartdrehmaschine, eine Multigrind® Fünfachs-Schleifmaschine von Haas, dann eine komplett servoelektrisch betriebene Reibschweißmaschine, die wir selbst entwickelt haben. Dazu kommen Sonder­maschinen im Bereich Finish-Technologie; das sind Maschinen, die von uns nochmals speziell „aufbereitet“ wurden.
Und natürlich Messsysteme, zum einen mit taktiler Koordinatenmesstechnik, zum anderen mit optischer Messtechnik. Letztere liegt uns besonders am Herzen, da man aus dem Informationsgehalt einer 3D-Darstellung viel mehr Informationen ableiten kann. Wir bekommen mit der optischen Messtechnik sehr schnell gezielte Aussagen zu aktuellen Prozesszuständen, die wir dann zur Verfahrensverbesserung nutzen.

Haas-Schleifmaschine Multigrind® CA mit piezogesteuerter Kraftsensorik am IL IFV

Haas-Schleifmaschine Multigrind® CA mit piezogesteuerter Kraftsensorik am IL IFV

Schleifblog: Warum eine Schleifmaschine von Haas, und wozu wird die Multigrind® CA bei Ihnen eingesetzt?
Prof. Goldau: Wir wollten eine Schleifmaschine haben, mit der wir Präzisionsbauteile herstellen können, wie sie in der Medizintechnik Verwendung finden. Nach einer gründlichen Marktrecherche sind wir zu dem Schluss gekommen, dass wir mit der CA von Haas bestens bedient wären, wenn wir sie uns leisten könnten. Uns war klar, dass unsere Arbeit im obersten Präzisionssegment nur mit einem High-End-Schleifzentrum möglich sein würde. Entsprechend haben wir dann alle Hebel in Bewegung gesetzt, um diese Investition zu ermöglichen. Nichtsdestotrotz haben wir gesagt, diese Haas-Maschine, so wie sie da steht, reicht in Standardausführung für unsere Forschung nicht aus.

Schleifblog: Warum?
Prof. Goldau: Jeder Finish-Prozess ist ein kraftgeregelter Prozess und dazu müssen die Kräfte zunächst gemessen werden können. Wir haben mit Haas gesprochen und sie gebeten, die Spindeleinheit so zu modifizieren, dass die Kräfte, die beim Schleifen und Finishen auftreten, direkt gemessen werden – mit dem Ziel, mit Hilfe dieser Messwerte und Erkenntnisse eine neue Verfahrensvariante zu entwickeln, die „Verfahrenskombination Schleifen-Finishen“. Wir haben den Leuten von Haas gesagt, wie wir die piezogesteuerte Kraftsensorik integriert haben wollen, und Haas hat das dann auch hervorragend umgesetzt.
Die Kräfte werden heute zur servoelektrischen Kraftregelung für den Finishprozess auf der Schleifmaschine genutzt!

Schleifblog: Und mit dieser Haas-Maschine bearbeiten Sie nun…
Prof. Goldau: Bauteile aus der Medizintechnik, der Automobiltechnik und der Armaturenindustrie. Wir haben die Haas-Maschine auch schon zum Rührreib-Schweißen benutzt. Wir verbinden damit zum Beispiel Aluminiumbleche. Sicherlich keine Standard-Anwendung. Wir setzten die Haas-Maschine deshalb dafür ein, weil die Kraftregelung gut funktioniert. Für uns ist das ein schöner Nebeneffekt, dass wir die Haas-Maschine auch für Grundlagenversuche kraftgeregelter Prozesse nutzen können.

Schleifblog: Gehen wir mal davon aus, dass Rührreib-Schweißen in Zukunft keine Hauptanwendung eines Hightech-Schleifzentrums sein wird. Was muss eine Schleifmaschine zukünftig können, auch im Hinblick auf Industrie 4.0?
Prof. Goldau: Mit der modernen Maschinensteuerung wachsen wir automatisch in Anforderungen, die uns von der Industrie 4.0 gestellt werden, hinein. Wir geben der Mechanik durch die immer besser werdende Steuerungstechnik und die digitale Antriebstechnik mehr und mehr sensorische Funktionen. Es wird darauf hinauslaufen, dass wir die Maschine mit der neuen Steuerungstechnik intelligenter machen und höhere Sensibilität in die Anlagen integrieren. Im High-End-Bereich, wo einfach noch mehr Präzision gefragt ist, werden uns zukünftig piezogesteuerte Kraftsensorik­lösungen bei der Entwicklung neuer, besserer Bearbeitungsprozesse helfen. Die Vernetzung von Industrieanlagen in einem Betrieb und von Betrieben untereinander wird an Bedeutung gewinnen. Beim Programmaustausch, der Instandhaltung und Fehlerdiagnose wird die Verantwortung der Maschinenhersteller und Softwareentwickler deutlich wachsen. Nun wird aber nicht jeder Anwender solche Anforderungen stellen, wie wir sie jetzt bei den Haas-Maschinen haben. Deshalb legen wir einen weiteren Schwerpunkt auf die Entwicklung präziser und stabiler Prozesse im Standardbereich.

Messtechnik vom Feinsten am IL IFV.

Messtechnik vom Feinsten am IL IFV.

Schleifblog: Wenn Sie an die Oberflächengüten der Werkstücke denken, die immer besser werden sollen, wohin geht die Entwicklung?
Prof. Goldau: Besser will ich nicht unbedingt sagen, sondern tribologisch passender! Es geht also nicht um feinere oder bessere Oberflächen, sondern um Oberflächen, die tribologisch so beschaffen sind, dass sie die späteren Funktionen am Bauteil bestens erfüllen und hierzu sind sehr konstante technologische Bedingungen abzusichern und sehr enge Qualitätsparameter einzuhalten. Das bedeutet, dass Sie alle Einzelelemente eines Prozesses, also Werkzeug, Spannmittel, Werkstück, Kühlmittel und alle Randbedingungen in Summe so auswählen oder optimieren, dass Sie die Funktionsfläche hinbekommen.

Schleifblog: Wir sprachen von der Rolle der Steuerung der Maschine, von der intelligenten Steuerungstechnik. Wie sehen Sie die Rolle der Software in der Zerspanung oder beim Schleifen?
Prof. Goldau: Die Software entscheidet in der modernen Werkzeugmaschine mit digitaler Antriebs- und Steuerungstechnik sowie integrierter Sensorik und Aktorik entscheidend, wie den Kundenwünschen entsprochen werden kann. Die Hardware, also gewissermaßen alle Grundkomponenten der Werkzeugmaschine, sind die Basis für den soliden Maschinenbau, aber die Software spielt immer mehr eine wichtige Rolle. Erst mit der Software kommt die Intelligenz in die Maschine, sei es in ein Dreh- oder Fräsbearbeitungszentrum, eine Sondermaschine, wie eine Reib­schweiß­maschine, oder ein Schleifzentrum. Zum Gesamtkomplex Software gehören für mich: die Konstruktions-Software, die Schleif-Software, die Bedien-Software, die Qualitätssicherungs-Software und die Auswertungs- und Dokumentations-Software. Die Software soll, überspitzt formuliert, der Maschine das Denken und Fühlen ermöglichen.

Schleifblog: Von der Software ist es nicht weit zu den 3D-Druckern, die zurzeit gerne mal als Allheilmittel in der Fertigung gesehen werden. Machen 3D-Drucker Werkzeugmaschinen und Schleifmaschinen irgendwann überflüssig?
Prof. Goldau: Die vielfaltigen Technologien der 3D-Drucker bereichern die Möglichkeiten der Fertigungstechnik gerade bei der Herstellung komplexer Werkstücke. Ich spreche hier lieber von 3D-Formgebung, statt vom 3D-Drucken. Für die Entwicklung einer geeigneten Prozesskette vom Rohteil zum Fertigteil nach Zielgrößen wie Fertigungsqualität, -zeit und -kosten sowie Ressourceneffizienz werden die Werkzeugmaschinen für die Hauptverfahren Drehen, Fräsen/Bohren und im Besonderen Schleifen ihre dominante Rolle behalten.
Wir sind meines Erachtens noch weit davon entfernt, dass das 3D-Drucken in Bezug auf die Werkstoffauswahl, die Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten unsere Ansprüche durchgehend erfüllen kann. Das 3D-Drucken ist eine weitere Technologie mit einem überschaubaren Anwendungspotential, die aber die spanabhebenden Bearbeitungsverfahren nicht ablösen wird.

Schleifblog: Wie sehen Sie die Entwicklung bei den Werkstoffen in der Zerspanung?
Prof. Goldau: Hier sind drei Tendenzen zu erkennen. Verstärkt müssen Werkstoffe mit höheren Härten und Festigkeitseigenschaften bearbeitet werden; dann fordern Verbundwerkstoffe neue Bearbeitungstechnologien, und drittens werden Beschichtungen auf Oberflächen eine Erweiterung ihres Funktionsumfangs erfahren. Das heißt für das Endbearbeitungsverfahren: zunächst gibt man dem Werkstoff eine definierte Geometrie und bestimmte Basiseigenschaften. Die Funktionseigenschaften kommen aber erst mit der Beschichtung und vielleicht noch mit einer zusätzlichen Nachbearbeitung der Beschichtung.

Schleifblog: Wie sehen Sie den deutschen Werkzeug- und Schleifmaschinenbau im internationalen Vergleich?
Prof. Goldau: In unseren Laboren des Instituts für Maschinenbau arbeiten wir nur auf Präzisionsmaschinen aus Europa. In den Ausschreibungen für unsere Werkzeug­ma­schinen wurden höchste Ansprüche an Präzision und Flexibilität gestellt, die teilweise über den Stand der Technik hinausgehen. Diesem Anforderungsprofil stellt sich nur eine sehr begrenzte Anzahl von Maschinenherstellern.
Aus meiner Sicht besitzt der deutsche Werkzeugmaschinenbau eine gute Spezialisierung, eine hohe Innovationskraft, ist verlässlich und hervorragend vernetzt und bringt ein außergewöhnliches Erfahrungspotenzial auch mit Blick in die Zukunft mit. Die ökonomischen Zahlen sprechen ebenso für die Stärke des Werkzeugmaschinenbaus.
Wir als Hochschule arbeiten sehr angenehm und erfolgreich mit Betrieben der Werkzeugmaschinenindustrie und ihren Anwendern in Netzwerken zusammen.
Ich sehe den Maschinenbau in Deutschland als eine maßgebliche und sehr innovative Branche, die immer wieder hervorragende neue Technologien und Produkte hervorbringt. Deshalb ist auch die technologische Zusammenarbeit zwischen den Werkzeugmaschinenherstellern und den Anwendern zur Weiterentwicklung der Kombinationsbearbeitung Schleifen-Finishen so wichtig.

Schleifblog: Wenn wir von der Innovationskraft und Leistungsfähigkeit des deutschen Maschinenbaus sprechen, wie sehen Sie den Abschied vom weltweit renommierten „Diplom-Ingenieur Made in Germany“ zum Bachelor oder Master?
Prof. Goldau: Eigentlich glaube ich nicht, dass uns die beiden Abschlüsse Bachelor und Master, die ja so neu nicht mehr sind, generell stören. Die Menschen, die den Beruf Ingenieur ergreifen wollen, sind ja die gleichen. Wir wissen, dass der Masterabschluss der Qualifikation des Diploms praktisch nicht nachsteht. Wir wissen, dass die Bachelor-Ausbildung kürzer ist und damit mehr Verantwortung in Sachen Ausbildung bei den Betrieben liegt. Das wird im Bologna-Prozess gefordert und wir müssen uns den gesamteuropäischen Bedingungen anpassen.
Viel wichtiger ist es meines Erachtens, dass wir am Standort Deutschland unseren Hochschulen eine solide Grundfinanzierung geben und durch eine gute Forschungs- und Entwicklungspolitik die Potenziale der Hochschulen, Betriebe und Einrichtungen gut vernetzen. Wir sollten unser technisches Niveau nicht an den Begriffen Master, Bachelor oder Diplom festmachen.

Schleifblog: Kommen wir noch mal zum Thema Innovationen? Welche Ingenieurleistungen in den letzten 100 Jahren bewundern sie als Ingenieur ganz besonders?
Prof. Goldau: Ich möchte mich auf den Bereich Zerspanung konzentrieren: Mit der Entwicklung der Schneidstoffe entstanden und entstehen immer neue Herausforderungen. Muss der Schneidstoff mehr können oder steht die Werkzeugmaschine im Fokus? Vor 80 Jahren hat das Hartmetall einen sprunghaften Anstieg an Produktivität und Qualität gebracht, seit 35 Jahren und bis heute sind es Werkzeugbeschichtungen. Beim Schleifen waren es die Hochleistungsschneidstoffe Diamant und CBN und angepasste Werkzeugschleifscheiben. Heute sprechen wir von maßgeschneiderten Werkzeugen, zugeschnitten für Technologien und Prozesse.
Der Schneidstoff muss sich im Zusammenspiel von Werkzeugmaschine, Spannmittel, Werkstück, Werkzeug sowie Zerspanungshilfsstoff und Randbedingungen erfolgreich einsetzen lassen. Eine Aufgabe, die den Ingenieur vor 100 Jahren gefordert hat und dies in gleicher Weise heute noch tut.

Schleifblog: Was machen Sie, wenn Sie sich mal nicht mit der optimalen tribologischen Oberfläche beschäftigen? Wo finden Sie Ausgleich und Inspiration?
Prof. Goldau: Ausgleich zum Beruf finde ich zum einen in meiner Familie, zum anderen beim Sport: beim Laufen, Schwimmen oder Radfahren. Ich muss aber auch ganz ehrlich sagen, dass die Arbeit in gewisser Weise ein Hobby für mich ist, über die Weiterentwicklung und Verbesserung von Prozessen, Maschinen und Anlagen denke ich gerne nach.

Schleifblog: Herr Professor Goldau, wir danken Ihnen für das Gespräch!

Sie, liebe Schleifblog-Leserinnen und -Leser, haben übrigens die Möglichkeit, Professor Goldau persönlich zu erleben und kennenzulernen. Anlässlich der Haas-Veranstaltung GrindDate – Schleiftechnologie im Dialog (24./25. April 2015) wird Professor Goldau bei uns in Trossingen zum Thema „Messen von Prozesskräften beim Schleifen“ sprechen. Weitere Informationen zur GrindDate finden Sie hier.

Wenn Sie das Interview kommentieren wollen, freuen wir uns über Ihre Anregungen, Ideen oder Fragen. Sie können dazu ganz einfach die Kommentarfunktion nutzen. Oder Sie schreiben Sie mir eine Mail.

Viele Grüße und: Schleifen Sie gut!

Thomas Bader

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