Der sogenannte Profitrainer hat als CNC-Maschine für Ausbildungszwecke eine lange Historie. Mit dem Tokn hat Heller dieses Konzept adaptiert und auf moderne Technik ausgerichtet. Der Anspruch: Auszubildenden ein Werkzeug an die Hand zu geben, das in puncto Steuerung, Bedienung und Digitalisierung dem aktuellen Stand von Bearbeitungszentren entspricht – jedoch in komprimierter, didaktisch aufbereiteter Form. „Anders als beim Vorgängermodell wurde die Maschine von Beginn an als Fünfachsmaschine konzipiert“, erklärt Hammley. Das ermögliche eine praxisnahe Schulung im Bereich simultaner und interpolierender Bearbeitung. „Auch die Positionierung des Werkstücks wurde verbessert.“ Es ist näher an der Spindel platziert, um realitätsnahe Fräsbewegungen bei gleichzeitig kompakter Bauweise zu ermöglichen.
Historische Entwicklung
Die Wurzeln der Ausbildungs-Werkzeugmaschine reichen bis in die frühen 1990er-Jahre zurück. Schon damals hat das Unternehmen für eine praxisnahe Ausbildung auf eine eigene CNC-Maschine gesetzt. Der erste Profitrainer, ausgestattet mit der Heller-eigenen Steuerung Unipro 80, wurde 1984 von Auszubildenden gebaut. Über die Jahre folgten mehrere technologische Evolutionsstufen: von den Steuerungen Heller und Unipro 90 und Siemens Sinumerik 840D Powerline bis hin zur letzten Maschinenversion von 2016 mit drei bis fünf Achsen und Siemens Sinumerik 840D Solution Line. Diese Ausführung brachte den Profitrainer erstmals sehr nah an die klassischen Serienmaschinen heran. „Durch die stetig zunehmende Digitalisierung und die Einführung der jüngsten Siemens-Steuerungsgeneration wurde jedoch wieder ein neues Konzept nötig“, so Hammley. „Der Tokn entspricht also nicht nur einer Weiterentwicklung – sondern vielmehr einer Neugestaltung des Ausbildungskonzepts.“
Steuerungs- und Antriebstechnik
„Die Technik, die wir unseren Azubis jetzt mit dem Tokn beibringen, ist dieselbe, die draußen an den großen Maschinen läuft“, verdeutlicht Hammley einen zentralen Aspekt. Herzstück ist die CNC-Steuerung Sinumerik One. Die Projektierung erfolgt über das TIA Portal. „Dadurch ist die Ausbildung mit dem Tokn passend auf die Inhalte abgestimmt ist, die auch an Berufsschulen gelehrt werden“, hebt der Ausbilder hervor. Die Steuerung unterstützt digitale Zwillinge, ermöglicht moderne Simulationen und lässt sich mit bestehenden Systemen für Condition Monitoring oder vorausschauende Wartung vernetzen. Für die Elektroniker und Mechatroniker in der Ausbildung bedeutet das: Sie lernen die aktuellste Steuerungstechnik kennen, mit der auch Serienmaschinen in der Industrie arbeiten. Da Heller sowohl Maschinen mit der Sinumerik One als auch mit älteren Siemens-Steuerungen im Feld hat, können die Azubis zudem wertvolle Vergleichserfahrungen sammeln.
Im Bereich der Antriebstechnik werden im Tokn Simodrive-Module von Siemens eingesetzt. Auch sie finden in den großen Bearbeitungszentren des Maschinenbauers Verwendung, allerdings in einer höheren Leistungsstufe. Dennoch stehen mit der Lehr- bzw. Lern-CNC die gleichen Features zur Verfügung: drehzahlgeregelte Achsen, echtzeitfähige Kommunikation und skalierbare Schnittstellen. Die Maschinenachsen werden von kompakten Servomotoren betrieben. Alle elektrischen Komponenten sind im übersichtlich gestalteten Schaltschrank untergebracht, der von den Auszubildenden selbst verdrahtet und dokumentiert wird.
Bedienung und Ergonomie
„Ein häufig geäußerter Verbesserungsvorschlag aus der Ausbildungspraxis lag in mehr Ergonomie beim Programmieren“, blickt Hammley zurück. Die neue Maschinengeneration greift dies mit einem abgesetzten, höhenverstellbaren Bedienpult auf, das sich an die Körpergröße des Bedieners anpassen lässt. Während beim Profitrainer das HMI fest an der Maschine montiert war, kann der Tokn nun sowohl im Stehen als auch im Sitzen komfortabel bedient werden. Das Panel selbst ist modular aufgebaut und auf plattformübergreifende Ausbildung ausgerichtet. Die Eingabegeräte entsprechen dem Industriestandard und bieten identische Tastenbelegung und Haptik wie die großen Bearbeitungszentren.
Der Tokn erfüllt auch die Anforderungen an moderne Sicherheitskonzepte. Der Arbeitsraum ist vollständig eingehaust. Die seitlich versenkbare Scheibe erlaubt es, den Arbeitsraum teilweise zu öffnen, etwa für Werkzeugwechsel oder kurze Kontrollen, ohne die komplette Front freizugeben. Für alle Sicherheitsfunktionen sind zweikanalige Sicherheitskreise verbaut. Türkontakte, Notaus-Taster, Achsüberwachung und Spindelstillstand werden redundant ausgewertet. Der elektrische Aufbau erfüllt die Anforderungen der Maschinenrichtlinie und durchläuft bei Heller dieselbe Prüfprozedur wie bei den Großmaschinen.
Pädagogisches Konzept
Die grundlegende Konzeption hat sich beim Wechsel vom Profitrainer zum Tokn nicht verändert: Im Mittelpunkt steht das pädagogische Prinzip ‚Lernen durch Tun‘. Die Maschine wird wie im klassischen Werkzeugmaschinenbau gebaut, vom ersten CAD-Modell bis zur finalen Inbetriebnahme. Beteiligt sind alle technischen Ausbildungsberufe: Produktdesigner, Zerspanungsmechaniker, Industriemechaniker, Mechatroniker und Elektroniker für Automatisierungstechnik. Jeder Azubi übernimmt reale Aufgaben, dokumentiert seine Arbeit und ist Teil eines interdisziplinären Teams. „Die große Stärke vom Tokn ist: Jeder Azubi sieht, was er beigetragen hat“, betont der Heller-Ausbilder. Besonders wertvoll sei der Wissenstransfer zwischen den Jahrgängen: Ältere Azubis coachen jüngere. „Also eine Form des Peer-Learnings, das Selbstbewusstsein und Verantwortung fördert.“ Auch die Ausbilder fungieren laut Hammley nicht als klassische Lehrer, sondern als Coaches, die Impulse geben und Fragen beantworten. Dadurch entsteht ein produktives Lernklima, das den Übergang ins Berufsleben vorbereitet. „Ich selbst bin das beste Beispiel“, versichert Achim Hammley. „In den 1990ern habe ich als Azubi den Profitrainer gebaut – heute bilde ich mit dem Tokn aus. Das zeigt, das unser pädagogisches Konzept sehr gut aufgeht.“
Das zentrale Merkmal des pädagogischen Konzepts ist die Übertragbarkeit des Gelernten auf industrielle Serienmaschinen. Die Auszubildenden erleben alle wichtigen Fertigungsprozesse im verkleinerten Maßstab – von der Montage der Führungsbahnen bis zur Verdrahtung komplexer Steuerungskomponenten. Dabei bleibt das Grundprinzip identisch: Was am Tokn gelernt wird, kann später eins zu eins auf große Maschinen übertragen werden. Ein Beispiel dafür ist die Elektrotechnik: Während an klassischen Produktionsmaschinen sehr große Schaltschränke montiert werden, geschieht dies beim Tokn im kompakten Format auf etwa einem Quadratmeter. Das fördert das Verständnis von Systematik und Aufbau. Der Umstieg in den realen Maschinenbau erfolgt dadurch mit deutlich niedrigeren Einstiegshürden. „Was man im Kleinen lernt, kann man später im Großen anwenden“, bringt Hammley das Prinzip auf den Punkt.
Einsatz in der Praxis
Obwohl der Tokn nicht für die industrielle Serienfertigung vorgesehen ist – etwa aufgrund fehlender Kühlschmierstoffsysteme – setzen einige Kunden das Gerät dennoch in speziellen Versuchsszenarien ein. Offiziell handelt es sich jedoch um eine Schulungsmaschine, deren Ausstattung primär auf Lehre und Qualifikation ausgelegt wurde. Die Spindel ist bewusst schwächer dimensioniert, um bei Programmierfehlern oder Kollisionen Schäden zu vermeiden. Für den Anwender bedeutet das: Mitarbeiterschulungen und Versuche können an einem realitätsnahen, aber risikoarmen System durchgeführt werden. Die Maschinen in der Produktion bleiben davon unberührt und voll einsatzbereit.
Der offizielle Produkt-Launch des Tokn erfolgte auf der AMB im vergangenen Jahr – mit großem Interesse auf Kundenseite. Sehr positiv aufgenommen wurden das Design, das abgesetzte Bedienpult und die Einsehbarkeit des Arbeitsraums. Nach der Messe gingen zahlreiche Anfragen ein und so werden aktuell die ersten Seriengeräte produziert. Dabei wird großer Wert darauf gelegt, die Fertigung im Einklang mit der Ausbildungskapazität durchzuführen. Derzeit wird der Tokn am Stammsitz in Nürtingen gefertigt. Doch es gibt Überlegungen, die Produktion auch in andere Ausbildungszentren von Heller zu übertragen – etwa in die USA oder nach China. Durch den modularen Aufbau sind Erweiterungen wie Messtaster, Werkzeugvermessung oder sogar Roboterschnittstellen bereits in Planung oder als Prototyp umgesetzt. Perspektivisch sind sogar Retrofit-Konzepte denkbar, bei denen Anwender ihre Profitrainer mit Komponenten des Tokn nachrüsten – etwa mit der neuen Siemens-Steuerung oder dem Bedienpult.
Fazit
Als Nachfolger des Profitrainers und ganzheitliches Ausbildungssystem vereint der Tokn Entwicklung, Konstruktion, Didaktik und Digitalisierung. Die Maschine bietet moderne Industrietechnik im kompakten Format, ist vollständig in bestehende Ausbildungskonzepte integrierbar und schafft neue Möglichkeiten für Schulung, Forschung und Entwicklung.
