Notleidend und sanierungbedürftig. Diesen Zustand hätte man  zu Corona-Beginn für die Metallbranche wohl nicht ausschließen können, wäre damals schon bekannt gewesen, dass auch 2022 noch im Zeichen der Pandemie steht. Doch es kam ganz anders. Nun, zu Beginn des Jahres 2022, üben sich die Verbände in gewohnter Zuversicht und können − weil 2020 schwächelte − für 2021 sogar von Wachstum berichten. Der Maschinenbau allgemein? Laut VDMA gut ein Drittel Auftragszugewinn. Seine Sparte Präzisionswerkzeuge? Mit gut zwölf Prozent Umsatzplus zweistellig gewachsen. Die Stimmung bei den Lohnfertigern? Überwiegend gut. Aufträge gibt es en masse; das größte Problem sieht man aktuell in fehlendem Fachpersonal.

Gleichwohl könnte die weltweite Unordnung in diesem Jahr auch für die Metallbranche manch groben Einschnitt bereithalten. Sollte etwa der sich hierzulande ausbreitende Hang zu Moralismus und Selbstgerechtigkeit, sollte die abnehmende Bereitschaft, die Positionen anderer zu akzeptieren, noch stärker in das Ausland ausstrahlen, würde das unserer Industrie schaden. China beispielsweise ist für den Maschinenbau mit einem Anteil von 15,6 Prozent Handelspartner Nummer Eins. Oder die Präzisionswerkzeug-Hersteller. Sie haben die Belebung ihres Auslandsgeschäftes zu einem Großteil China zu verdanken; um 22 Prozent legten die Lieferungen dorthin zu. Eine Eintrübung des Verhältnisses zu China wäre schlecht für uns, zumal wir in diesem Jahr mit den Auswirkungen unserer bedenklichen Energiepolitik zurechtkommen müssen.

 Es ist aber nicht allein das materielle Wohlergehen, das uns als Exportnation zur Zurückhaltung mahnt. Jede Geschäftsbeziehung steht auch für etliche menschliche Beziehungen. Wie sollten froh sein, dass es sie noch in großer Anzahl gibt − sei es in das Reich der Mitte, sei es nach Russland, wohin man vor allem in Ostdeutschland gute Kontakte hat. Sich selbst zurücknehmen − früher ein Garant dafür, dass der kalte Krieg nicht zu einem heißen wurde, stünde uns auch heute gut zu Gesicht. ‘Mehr Druck ausüben‘, wie vielfach leichtfertig gefordert wird, taugt nicht als Rezept zur Konfliktlösung. Beachtet man das, kann unsere Jahresbilanz im Dezember lauten: 2022 fing gut an und hörte noch besser auf.

<span class="mailadresse">frank.pfeiffer@hanser.de</span>

Editorial Pfeiffer

Tools mit großer Zukunft standen im Fokus der Schmalkalder Werkzeugtagung am 10. und 11. November 2021. Namhafte Referenten berichteten über aktuelle Lösungen und Projekte.

Die ‘Werkzeugtechnik der Zukunft‘ stand im Fokus der zweitägigen Schmalkalder Werkzeugtagung, die am 10. November 2021 an den Start ging, coronabedingt ein Jahr verspätet, aber mit umso größerer Spannung erwartet. Und die 14. Auflage des Events enttäuschte die zahlreichen Teilnehmer auch diesmal nicht. Den Gastgebern GFE Schmalkalden e.V., Fachverband Präzisionswerkzeuge im VDMA und Hochschule Schmalkalden war es im Vorfeld ein weiteres Mal gelungen, eine breite Palette von Fachreferenten aus Forschung und Praxis zu Ausführungen über den Stand der Technik beim Spanen mit Präzisionswerkzeugen  und Entwicklungstrends zu bewegen.

Nach dem Bericht des VDMA-Spartenvorsitzen Stefan Zecha zu Stand und Perspektiven der Werkzeugindustrie gab Professor Bernhard Karpuschewski von der Uni Bremen einen Überblick über den Weg moderner Zerspanungswerkzeuge von der Simulation über die Herstellung bis zur Anwendung; danach tauchte Dr. Gregor Kappmeyer von Rolls-Royce ein in die ganz spezielle Sphäre der Aerospace-Branche und hob die herausragende Rolle dieser Werkzeuge für die Wertschöpfung im modernen Triebwerkbau hervor.

Dr. Achim Feinauer von Emag  beleuchtete das Werkzeug als Teil des Gesamtverbundes moderner Prozessketten, und Dr. Dirk Sellmer von Mapal zeigte konkrete Konstruktionslösungen für diese Komponenten, die weniger Energie verbrauchen, auf die Anforderungen von Titan ausgelegt sind oder in der Verfahrenssubstitution Schäldrehen/ Schleifen Effizienzbestmarken setzen.

Dr. Matthias Luik von Horn erläuterte, wie man mit progressiven Prozessen den ‘Kampf gegen die Zeit‘ führen kann, sprich die Lieferzeit nochmals halbieren, indem man Konstruktion, Fertigung und Vertrieb enger vernetzt.

Professor Thomas Bergs von der RWTH Aachen beschrieb eine Anwendung von künstlicher Intelligenz (KI), und zwar zur Inline-Verschleißmessung. Das 5-Achs-Fräsen von Titan-Blisks diente ihm dabei als Beispiel. Möglichst große Datenmengen, wie sie für KI  nötig sind, liegen Bergs zufolge oft schon vor; sie müssten nur noch erkannt,  gesammelt und ausgewertet werden.

Daran knüpfte Dr. Thomas Mücke von Siemens Industry Software an und zeigte, wie sich der Engineering-Prozess mithilfe von Werkzeugdaten aus der Maschine verbessern lässt. Dr. Nicolas Beer und Dr. Stefan Sattel von Gühring verwiesen auf die Unterschiede zwischen der Tool-Digitalisierung, wie sie noch vor Kurzem üblich war, und der heutigen, die durch eine enge Vernetzung und Anbindung an alle Produktionsprozesse gekennzeichnet ist, und stellten neue Toolkonzepte vor, zum Beispiel für die E-Mobilität.

Eine ungewohnte Facette im Reigen der Fachvorträge brachte Max Prem in die Veranstaltung ein. Der Inhaber der Wema Zerspanungswerkzeuge im oberbayerischen Pfaffenhofen schilderte unterhaltsam in regional gefärbtem Sprachklang die raue Praxis eines Familienbetriebs für Werkzeugherstellung und Nachschärfung und erntete für seine Offenheit viel  Zuspruch. Man war sich einig: Ohne diesen wahrhaftigen Bericht über all die Possen der betrieblichen Wirklichkeit wäre der Überblick über das aktuelle Werkzeuggeschehen nicht komplett gewesen.

Den ersten Tag beschlossen Ausführungen von Professor Dirk Biermann, Uni Dortmund, über die Schneidenmikrogestalt bei Reibahlen und Bohrern, von Denis Thiermann, Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrik, zum Mikrofräsen – er zeigte ein 10-µm-Werkzeug, das ein Haar gravieren kann – sowie Professor Thomas Seul, der die Anforderungen des Werkzeug- und Formenbaus an die Werkzeuge zusammenfasste. Die folgende Abendveranstaltung in der Hochschulmensa bot eine ideale Gelegenheit zum Netzwerken, zum Erörtern behandelter Themen sowie zum Klären spezieller Fragen.

Um halb neun ging es weiter am nächsten Tag, zunächst mit dem Thema Zerspanung additiv gefertigter Bauteile und deren Position innerhalb der additiv-subtraktiven Prozesskette. Professor Hans-Christian Möhring von der Uni Stuttgart gab hier Auskunft, und Dr. Heiko Frank konnte von hybriden Beschichtungskonzepten berichten, an denen man an der GFE Schmalkalden forscht. Sodann erzählte Dr. Uwe Schleinkofer von Ceratizit mehrere ‚Kurzgeschichten‘, wie er es nannte, die sich dann doch als wahre Erfolgsgeschichten entpuppten, denn sie repräsentierten ausgesprochen clevere Lösungen. So ging es um Tools mit hohem Sekundärrohstoffgehalt, eine neue Polygon-Schnittstelle, die enorm beweglichen FreeTurn-Werkzeuge und Perspektiven der additiven Fertigung.

Als smart waren sie angekündigt, die Entwicklungen, die Kurt Brenner von  Iscar vorstellte, und als ebenso klug wie diese selbst könnte sich auch ihr Gebrauch in der Praxis erweisen, wie der Experte verdeutlichte. Abseits aller Bemühungen um Digitalisierung, die Iscar im Konzept ‘Smartech Industry 4.0‘ bündelt, laufe es im Endeffekt stets auf die Frage hinaus: Wieviele Späne können wir pro Zeiteinheit machen? Antworten gab Kurt Brenner in Form neuer Lösungen zum Bohren, Hochvorschub- und Titanfräsen.

Um Daten und ihre Verarbeitung in CAD/CAM-Software, Simulation und Sensorik ging es in den Vorträgen von  Dr. Claus Itterheim, ISBE, Dr. Benedikt Thimm, Third Waves Systems, und Professor Martin Dix, TU Chemnitz. Als letzter Referent gab Dr. Florian Welzel von der GFE einen Einblick in die Forschung in Schmalkalden und erläuterte zukünftige Projekte, die gemeinsam mit Praxispartnern bearbeitet werden. Damit war die Basis geschaffen für die abschließende Besichtigung des Versuchsfeldes der GFE mit Live-Vorführungen aktueller Werkzeug- und Maschinenlösungen sowie der Vor-Ort-Präsentation von F&E-Ergebnissen.

Als die Teilnehmer den Heimweg antraten, taten sie es mit der Gewissheit, diese zwei Tage als Quality Time in ihrem Kalender vermerken zu können. Die Schmalkalder Werkzeugtagung hatte erneut bewiesen, dass sie ein Event ersten Ranges ist, wenn es darum geht, Wissen rund um Präzisionswerkzeuge so kompakt und praxisorientiert wie möglich zu vermitteln, und das in einem angenehmen Umfeld. Der Dank, den Professor Frank Barthelmä, Dr. Florian Welzel und Sabrina König stellvertretend für das gesamte Gastgeberteam entgegennehmen konnten, war eine Bestätigung dafür.

Mehrere technologische Erfolgsgeschichten gab Dr. Uwe Schleinkofer von Ceratizit zum Besten. Eine handelte von der zunehmenden Verwertung von Sekundärrohstoffen bei der Schneidstoffproduktion

Teilnehmer aus Forschung und Praxis kamen im Audimax der Hochschule Schmalkalden zusammen, um neueste Erkenntnisse zur Werkzeugtechnik zu erfahren, aber auch über deren Einbindung in effiziente Prozessketten, wie es hier Dr. Achim Feinauer vom Werkzeugmaschinenbauer Emag erläutert

16:9

20:7

Aufmerksam verfolgten die Teilnehmer die Ausführungen von Dr. Matthias Luik vom Tübinger Hartmetall-Spezialisten Horn, der erläuterte, wie man mit ‘progressiven Prozessen‘, bei denen man Konstruktion, Fertigung und Vertrieb noch enger verzahnt, die Lieferzeit drastisch verkürzen kann

Hauptartikel

Pfeiffer, Frank

Selbsttätiges Handling steigert die Schleifprozess-Effizienz

Eine leichte Bedienbarkeit gehört zu den Voraussetzungen, die an ein Ladesystem für zeitgemäße Schleifprozesse gestellt werden. Welche weiteren es gibt und wie diese erfüllbar sind, zeigt Studer mit dem Ladesystem ‘roboLoad‘ für CNC-Radien-Innenrundschleifmaschinen.

Die naheliegendste Methode,  moderne Schleifmaschinen jeglicher Couleur zu automatisieren, besteht darin, sie mit leistungsfähigen Ladesystemen zu ergänzen, die eine selbsttätige Beladung und Entladung der Werkzeugmaschine mit zu bearbeitenden und schließlich bearbeiteten Werkstücken ermöglichen. Gelingt ihre Implementierung, sind deutliche Effizienzsteigerungen im Schleifprozess mit Auswirkungen auf alle weiterführenden Fertigungseinrichtungen und im Endeffekt den gesamten Produktionsprozess im Unternehmen zu erwarten − aktuell eine Voraussetzung für nachhaltige Markterfolge, und das nicht nur in entwickelten Hochlohnländern.

Radien-Innenrundschleifmaschinen haben eine herausfordernde Bauart

Wie so oft liegt die Schwierigkeit einer Beladesystem-Implementierung im Detail. Speziell für CNC-Radien-Innenrundschleifmaschinen gestaltete sich dieses Vorhaben bislang als schwierig. Die besonderen baulichen Merkmale dieser Werkzeugmaschinen, zum Beispiel ein hoher Werkstückspindelstock, und die damit einhergehenden geometrischen Restriktionen machen die Entwicklung einer Beladesystemlösung – zumeist auf Basis eines Industrieroboters – zu einer nicht zu unterschätzenden Herausforderung.

Ein gutes Beispiel dafür, wie dieser Herausforderung und auch weiteren entsprochen werden kann, gibt nun der international agierende Schweizer Hersteller von Rundschleifmaschinen Studer. Mit ‘roboLoad‘ hat er ein Beladesystem entwickelt, das nicht nur die besonderen baulichen Anforderungen erfüllt, sondern auch vergleichsweise wenig Aufstellfläche benötigt und zudem, wie der Hersteller betont, mit einem einzigartigen Preis-/Leistungs-Verhältnis im Markt verfügbar ist.

Als einen weiteren Vorteil mit zentraler Bedeutung für den Anwender verweist Studer auf die spezielle Eigenschaft von roboLoad, ohne jegliche Programmierkenntnisse bedienbar zu sein. Diese Eigenschaft ermögliche eine außergewöhnlich große Flexibilität in der Fertigung und selbstredend ein hohes Maß an Bedienkomfort.

Trotz einer Breite von nur 1500 mm ist die Speicherkapazität sehr groß

Die Vorzüge des roboLoad sind anhand konkreter Werkzeugmaschinen-Ausführungen des Schweizer Herstellers belegbar. So verfügt die automatische B-Achse bei den Radien-Innenrundschleifmaschinen der Bauarten Studer S121, S131 und S141, die unter anderem in der Matrizenproduktion in der Verpackungsindustrie zum Einsatz kommen, über einen Schwenkbereich von -60° bis +91°. „Deshalb muss die Automatisation raus aus der Maschine, um dieser die Freiheit zum Schwenken zu lassen“, erklärt Daniel Schafroth, Bereichsleiter Systeme bei Studer – ein klarer Bedarfsfall also für externe Beladesysteme, am besten mit Eigenschaften, wie sie der roboLoad hat.

Und diese Eigenschaften suchen nach Überzeugung des Schweizer Herstellers ihresgleichen. So beansprucht der roboLoad mit 1500 mm Breite in dieser Dimension nur halb so viel Platz wie die Werkzeugmaschine, die er ergänzt. „Das ist nicht unwesentlich“, betont Schafroth, „denn in modernen Produktionshallen wird der Platz effizient ausgenutzt.“ Und auf dieser vergleichsweise kleinen Stellfläche bietet der roboLoad auf sechs Ablagen mit einer Größe von je 1080 mm × 320 mm viel Platz für Werkstücke.

Beladen werden die Ablagen per Hand. „Es geht hier nicht um eine Großserienfertigung, sondern etwa um eine mannlose Produktion in der Nachtschicht oder darum, Pausen in anderen Produktionsprozessen sinnvoll zu nutzen“, unterstreicht Schafroth. Für die Werkstücke könnten deshalb beliebige Schleifprogramme aufgerufen werden. Das Beladesystem arbeitet diese zuverlässig ab und legt jedes Werkstück nach dem Bearbeitungsprozess wieder exakt am gleichen Platz ab.

Die besonders einfache Bedienung als charakteristisches Merkmal

Nach Aussage von Studer war das entscheidende Kriterium bei der Entwicklung des Ladesystems eine möglichst einfache Bedienung. Um dieses Kriterium zu erfüllen, griffen die Schleifspezialisten aus Thun auf eine clevere Lösung des ebenfalls in der Schweiz ansässigen Automationsspezialisten Wenger zurück. Dessen Einrichtassistent setzt keine Programmierkenntnisse beim Einrichter oder Maschinenbediener voraus. „Grafisch unterstützt werden die Schritte auf dem 19’’ großen, intuitiv zu bedienenden Display dargestellt“, erläutert Michael Wenger, Geschäftsführer des Unternehmens  aus Winterthur.

„Bereits seit fünfundzwanzig Jahren verbindet uns eine erfolgreiche Zusammenarbeit mit Wenger“, erklärt Daniel Schafroth. Die Hauptanforderung an den Partner war diesmal: Innerhalb einer Zeitspanne von 15 min sollte ein Bediener ein neues Werkstück einrichten können, einschließlich des Umrüstens des Greifers. „Und das ist uns gelungen“, freut sich der Automationsfachmann Michael Wenger.

Zum schnelleren Einrichten wurde ein Laserkopf integriert

Soll eine Studer-Schleifmaschine einer der erwähnten Bauarten mit diesem Ladesystem ergänzt werden, so muss sie nicht umgebaut werden. Es ist lediglich eine Studer-B3-Profibus-Schnittstelle erforderlich; schon kann das System roboLoad mit der Werkzeugmaschine verbunden werden.

Der roboLoad wird an der linken Seite der Werkzeugmaschine installiert. Die Ladezelle hat eine eigene pneumatische Ladelücke und steht vor dem Standard-Wartungszugang der Schleifmaschine, der mit einem Schutzrahmen gegen das Auslaufen des Kühlmediums ausgestattet ist. In der robo-Load-Zelle vorhandener freier Platz kann bei Bedarf problemlos für Zusatzstationen zum Messen, Reinigen, Entgraten oder Beschriften genutzt werden.

Eine weitere spannende Option ist dem Hersteller zufolge der Lasermesskopf. Das Grundprinzip dieser Option: Der Greiferkopf wird durch einen Lasermesskopf ersetzt mit dem Ergebnis, dass deutlich schneller als bisher eingerichtet werden kann.

 Im Detail zeigen sich die Kapazität und die Praktikabilität der Lösung

Als zentrale Einheit des Ladesystems roboLoad kann der Fanuc-Industrieroboter des Typs ‘M10-iD 10L‘ mit der Steuerung ‘Simotion‘ von Siemens betrachtet werden. Die Steuerung verfügt über einen Siemens-19“-Bildschirm mit intuitiver Bedienoberfläche.

 Der Greifer mit seinen Schnellwechselbacken ist umrüstbar auf Einfachgreifer für Teile bis 7 kg Gewicht oder Doppelgreifer für Teile bis 2,8 kg Gewicht. Die maximale bewegbare Teilegröße beträgt 260 mm in Bezug auf den Durchmesser und 10 bis 100 mm bezüglich der Teilelänge.

 Wie bereits erwähnt, besteht der Werkstückspeicher des roboLoad aus sechs Ablagen mit den Abmessungen 1080 mm × 320 mm. Standardmäßig befindet sich auf der zweiten Teileablage des Ladesystems eine SPC- und NiO-Teileablage.

Als Teilespektrum kommen Futterteile in Frage (Bedingung: Die Teile müssen auf Ihrer Stirnseite stehen können; falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, sind optional Paletten erhältlich). Autonomie ist je nach Teilegröße maximal bis 600 Teile gegeben. Die Werkstückwechselzeit beträgt 12 s mit Doppel-Futtergreifer und 20 s mit Einfach-Futtergreifer. Als Wiederbereitstellungszeit gibt der Hersteller 7 s an. Schnittstelle ist eine Studer-B3-Profibus-Laderschnittstelle.

Die Gesamt-Aufstellfläche des Ladesystems ergibt sich aus der erwähnten Breite von 1500 mm und einer Länge von 4000 mm. Der Standard-Doppel-Futtergreifer hat Backen, die verstellbar sind von 6 bis 168 mm Durchmesser, wenn das Werkstück außen gegriffen wird, und von 34 bis 212 mm Durchmesser, wenn das Werkstück innen gegriffen wird. Optional ist ein Einfach-Futtergreifer erhältlich.

Entwicklung orientiert sich stark am täglichen Bedarf der Anwender

Wie man bei Studer betont, ist die Wahl der technischen Parameter das Ergebnis eines durchdachten Gestaltungsprozesses, bei dem sowohl neueste mechanische und softwaretechnische Möglichkeiten als Maßstab galten als auch belegbare Erfahrungen diverser Anwender aus der industriellen Praxis.

So sind die Schleifspezialisten in Thun überzeugt, dass die Ergebnisse ihrer Gestaltungsarbeit als beispielgebend für eine moderne Schleifautomation gelten können und folglich im Markt in Form einer hohen Nachfrage ihre Entsprechung finden werden.

Programmierung der Belade- und Entladeroutinen. Die besonders einfache Bedienbarkeit ist laut Hersteller einer der großen Vorteile des Ladesystems

Der Industrieroboter des roboLoad nach der Aufnahme zweier Rohteile; unten sind Fertigteile aufgereiht

Der roboLoad zum Zeitpunkt nach dem automatischen Beladen eines Rohteils im Spannsystem

Teile möglichst schnell und präzise handhaben zu können ist ein Muss beim bedienerarmen Schleifen. Nutzt man eine Zelle, in der ein Ladesystem ‘roboLoad‘ von Studer die Maschine ergänzt, ist eine automatisierte Fertigung hoher Varianz kostengünstig realisierbar

Beispielhaft: Automatisierte Zelle aus einer CNC-Radien-Innenrundschleifmaschine ‘S131 Radius‘ und einem Ladesystem roboLoad

Eine der sechs jeweils 1080 mm × 320 mm großen Ablagen beim manuellen Bestücken mit Rohteilen

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Automatisierungszellen

Automatisierungstechnik

Rundschleifmaschinen

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Schleifmaschinen

Werkstückhandhabung

Handling, Handhabungstechnik

 Hembrug, Spezialist für Hartdrehmaschinen, hat mehrere Hybridlösungen fürs Hartdrehen und Feinschleifen entwickelt. Die Integration zweier vollwertiger, hochpräziser Endbearbeitungsverfahren in eine Maschine erzielt große Produktivitäts- und Genauigkeitsgewinne.

Ein Hybridprozess, der Hartdrehen und Feinschleifen in einer Maschine kombiniert, ist kein neues Konzept. Auch die Vorzüge jenseits der Prozesskettenverkürzung sind bestens bekannt: bessere Oberflächengüte und -struktur, geringerer Werkzeugverschleiß und generelle Kostensenkung. Dabei besticht das Hartdrehen vor allem bei komplexen Formen und kombinierter Innen- und Außenbearbeitung, das Schleifen eher bei langen und dünnwandigen Bauteilen sowie bei geforderter Drallfreiheit.

Der Charme der Kombination liegt für Verfahrenstechniker in einer höheren Flexibilität und dem gezielten Ausnutzen der Stärken beider Verfahren. Liegt bei einem Bauteil der Fokus auf der Oberflächenqualität oder einer bestimmten Oberflächenstruktur, die beim Hartfeindrehen nicht erreicht wird, stehen bei einem anderen hohe Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität bei großen Stückzahlen im Mittelpunkt. Daher bietet Hembrug verschiedene ‘MikroTurnGrind’-Maschinen und -Lösungen an.

So hat Hembrug für einen namhaften Wälzlagerhersteller in der ‘MikroTurnGrind 1000’ das Hartdrehen mit dem Schälschleifen kombiniert. Die Herstellung von Lagerwalzen war zuvor ein Prozess, der über mehrere Maschinen lief – mit entsprechenden Umrüstzeiten. Dank der vor drei Jahren vorgestellten MikroTurnGrind 1000, einer vollwertigen hybriden Hartdreh-/Feinschleifmaschine, erfolgt das nun in einer Maschine. Die integrierte B-Achse nimmt die Drehwerkzeuge und die optionalen Innen- und Außenschleifspindeln auf. Anstelle des herkömmlichen Schleifens hat Hembrug die Maschine zusätzlich zu den Standard-Drehwerkzeugen mit einer CBN-Schleifscheibe ausgestattet.

Das Schälschleifens verbindet die Haltbarkeit und Effizienz von CBN-Scheiben mit den Vorteilen des Hochgeschwindigkeitsschleifens. Das macht die Fertigbearbeitung der Lagerrollen mindestens doppelt so produktiv wie herkömmlich. Weitere Vorteile gegenüber dem reinen Hartfeindrehen:

<ul><li>genauer, da keine Spannfehler,</li><li>geringere Werkzeugkosten und</li><li>die CBN-Schleifscheibe ist seltener zu wechseln als Wendeschneidplatten.</li></ul>

Die neue MikroTurnGrind Vertical ist, wie die MTG1000, eine vollwertige Hybrid-Hartdreh-/Feinschleifmaschine für Werkstücke bis 1000 mm Durchmesser. Der integrierte Werkzeugwechsler bietet 46 Positionen für Dreh- und Schleifwerkzeuge. Der Wechsel des Drehstempels, der Schleifspindel und/oder der Frässpindel erfolgt automatisiert. Die Aufnahme für den Drehstößel und die Schleifspindel in der Z-Achse besteht aus einer robusten und bewährten Hirth-Kupplung. Die Schleifspindel erreicht 12 000 min-1 und dreht in der B-Achse um ±115 °.

Die ebenfalls neue ‘MikroTurnGrind 100’ ist eine Hartdreh-/Feinschleifmaschine auf Basis der Mikroturn 100, trägt aber eine Schleifspindel mit 60 000 min-1. Sie ist prädestiniert für komplexe Werkstücke, bei denen auch Bohrungen kleiner 2 mm zu erzeugen sind. Hier tut sich das Hartdrehen aufgrund der geringen Schnittgeschwindigkeit schwer. Die Schleifspindel ist dank eines optionalen, auch nachrüstbaren Nullpunktspannsystems innerhalb von zehn Minuten austauschbar. Sie kann in verschiedenen Drehzahlen geliefert werden und ermöglicht das Innenschleifen auf einer Maschine mit einem Reitstock.

Um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten, ist jede MikroTurnGrind mit dem von Hembrug entwickelten hydrostatischen Lagersystem ausgestattet. Dieses verschleißfreie System bietet hervorragende Dämpfungseigenschaften und sichert eine gleichbleibende Genauigkeit über 20 und mehr Jahre hinweg. Die thermische Stabilität wird durch die aktive Kühlung der wichtigsten Komponenten und die Aufrechterhaltung einer stabilen Öltemperatur erreicht. Die hydrostatische Hauptspindel hat eine Rundlaufgenauigkeit von < 0,1 µm, hydrostatische X- und Z-Achsen mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,2 µm und eine Positioniergenauigkeit von < 1 µm.

Das Schleifen ist zwar komplexer in der Einrichtung und Umstellung auf ein anderes Werkstück, erfordert aber letztlich nur wenig Wissen und Erfahrung des Maschinenpersonals, sobald der Prozess eingerichtet ist. Hartdrehen in Kombination mit Schleifen erfordert jedoch mehr Prozesswissen sowie die Interaktion zwischen beiden Prozessen. Für eine erfolgreiche Integration ist ein Verfahrensingenieur erforderlich.

Mit der Übernahme von Hembrug durch Danobat ist der Weg frei für weitere Entwicklungen zur Integration der Schleiftechnik. Beide Hersteller sehen viele Synergieeffekte im Wissensaustausch und der Weiterentwicklung des hybriden Verfahrens, insbesondere im Bereich Software und Industrie 4.0.

Ein Hybridverfahren bietet große Flexibilität, Genauigkeit und wirtschaftliche Vorteile, insbesondere in der Variantenfertigung kleiner bis mittlerer Werkstückserien. Die MikroTurnGrind von Hembrug kann mehrere zeit- und arbeitsintensive Maschinen/Prozesse durch eine einzige Maschine ersetzen. Jede Maschine bietet dafür dauerhafte hohe Genauigkeiten beim Hartdrehen und Feinschleifen. Dies macht jede MikroTurnGrind-Maschine zur nachhaltigen Investition für Jahrzehnte.

<a href="https://www.hembrug.de" target="_blank">www.danobatgrinding.com</a>

<a href="https://www.hembrug.de" target="_blank">www.hembrug.de</a>

Die MikroTurnGrind Vertical von Hembrug im Schleifmodus

Messergebnisse einer Wälzlagerrolle, bearbeitet mit der MikroTurnGrind 1000 von Hembrug

MikroTurnGrind 100 mit leicht austauschbarer Schleifspindel für die Bearbeitung kleiner Innendurchmesser 

Komplettbearbeitung

Spanende Verfahren

Komplettbearbeitungsmaschinen

Hartbearbeitung

Feinstbearbeitung / Finishen

Schleifen

Hartdrehmaschinen

Drehmaschinen

Präziser Schliff sorgt  für die richtige Spannung

TDK Electronics fertigt Sensoren für Sicherheits- und Komfortsysteme im Automobil. Damit bei diesen die Versorgungsspannung gesichert ist, werden die mikroskopisch kleinen Kupferwendeln der Induktivitäten mit Feinschleifmaschinen und -prozessen von Supfina finalisiert.

Von ABS-Bremsunterstützung über Spurhalteassistenten und Lenksysteme bis hin zum teilautonomen Fahren: Kaum ein Neuwagen kommt heute ohne eine Vielzahl an Sicherheits- und Komfortsystemen aus. Diese Systeme sind für ihre korrekte Funktion auf eine Fülle von Sensoren angewiesen, welche im Automobil wiederum genau die richtige Versorgungsspannung benötigen.

Genau an dieser Stelle setzt TDK Electronics am Entwicklungs- und Fertigungsstandort Heidenheim an. Auf mikroskopischer Ebene werden hier innovative Produktionsverfahren für Induktivitäten entwickelt und getestet. Gemeinsam mit Supfina als Partner für individuelle Oberflächenbearbeitungs-Lösungen entwickelte man einen komplexen Schleifprozess, der nicht nur mehreren Werkstoffen, sondern auch den höchsten Qualitätsanforderungen der Automobilindustrie standhält.

Ein komplexer Schleifprozess war kurzfristig zu entwickeln

Unter dem Projektnamen ‘Initial-Line’ beschäftigt sich TDK Electronics mit der Neuentwicklung von Mikro-Induktivitäten für die Spannungsanpassung von Sensoren. Speziell die durch Assistenzsysteme und Fortschritte im autonomen Fahren rasant zunehmende Menge an Sensoren im Auto ist hierbei im Fokus des Heidenheimer Werks. Herzstück der Induktivitäten sind mit modernsten Maschinen gefertigte Kupferwendeln in mikroskopischer Größe. Im nächsten Bearbeitungsschritt wird ein Eisenkern durch eine ferrithaltige Masse eingebracht und versiegelt.

Weiter geht die Reise hin zur fertigen Induktivität mit der Galvanisierung. Hierfür sind jedoch die zuvor vergossenen Oberflächen an den Kontaktpunkten wieder zu öffnen und die Kupferkontakte mit einem präzisen Schliff zu versehen. Dabei macht besonders die Kombination aus abzutragendem Kunststoff und Kupfer den Schleifprozess zur Herausforderung. Beide Werkstoffe wirken schmierend und können so den Schleifstein zusetzen oder zu hohem Verschleiß führen.

Genau hier setzt die erfolgreiche Zusammenarbeit mit Supfina an: Gesucht wurde ein Partner, der kurzfristig und in direkter Absprache mit TDK einen komplexen Schleifprozess entwickelt, testet und produziert, der nicht nur die Bearbeitung verschiedener Werkstoffe, sondern auch die enormen Ansprüche der Automobilindustrie berücksichtigt.

Oberflächenqualität genügt den  hohen Automobilanforderungen

In der partnerschaftlichen Zusammenarbeit konnte Supfina als Lösungsanbieter überzeugen. Auf Basis der Feinschleifmaschine ‘Spiro F5’ entwickelte und optimierte man im Supfina-Testcenter gemeinsam einen individuellen Schleifprozess, der alle Herausforderung erfüllt. Nach einer Vielzahl von Messungen und Versuchen gelang es, die Schmierung und die resultierende potenzielle Beschädigung des Schleifsteins zu verhindern. Die Lösung lag in der Kombination aus richtigem Schleifverfahren, optimalen Prozessparametern und dem korrekten Schleifmaterial.

Auch die enormen Anforderungen der Automobilindustrie meistert die Supfina-Anlage seit ihrer Inbetriebnahme im April 2021 mit ihrer hohen Oberflächenqualität problemlos. „Perfekt!“, lautet entsprechend das Urteil von Herbert Lux, Development Engineering bei TDK. „Wir sind insbesondere vom partnerschaftlichen Vorgehen und lösungsorientierten Service aus einer Hand sehr zufrieden.“

Aktuell laufen bei TDK abschließende Testreihen, bevor die neu entwickelten Werkstücke aus der Initial-Line an Kunden ausgeliefert werden. So müssen die Mikro-Induktivitäten für den Einsatz im Automobil höchsten Anforderungen entsprechen: Neben dem Langzeit-Funktionstest (bis zu 3000 Stunden Laufzeit) müssen die Teile eine ganze Reihe härtester Qualitätstests über sich ergehen lassen: Versuche mit hoher Luftfeuchtigkeit, extremen Temperaturen oder Temperatur-Wechseln bis hin zur maximalen Schwingung insbesondere in Eigenresonanz.

Die aktuelle Produktionslinie ist auf rund eine Million Teile pro Jahr ausgelegt, erfolgsbedingt ist eine Erweiterung auf bis zu 400 Millionen Werkstücke pro Jahr bereits in Planung. Und auch über eine Erweiterung des Schleifprozesses wird nachgedacht: Mit einer automatisierten Be- und Entladung lässt sich die Supfina Spiro noch effizienter und wirtschaftlicher in den Produktionsprozess integrieren.

Technologische Flexibilität  im Sinne der Kundenzufriedenheit

Auch Supfina wertet die Zusammenarbeit mit TDK Electronics als vollen Erfolg: „Die Entscheidung für unseren Vorschlag und die partnerschaftliche Zusammenarbeit sehen wir als Bestätigung für unsere Positionierung als Lösungsanbieter mit dem Anspruch, die individuell beste Oberflächenlösung für jedes Szenario zu entwickeln“, so Achim Fehrenbacher, verantwortlicher Produktmanager bei Supfina.

Gleichzeitig beweist die Zusammenarbeit mit TDK auch die Flexibilität der Feinschleif-Serie Spiro, die mit den Modellen F5, F7 und F12 eine bewährte Basis für unterschiedlichste Produktionsanforderungen bietet.

Höchstmögliche Präzision und Qualität für den Einsatz in autonom gesteuerten Elektro-Fahrzeugen

Feinschleifanlage Supfina Spiro  im Einsatz bei TDK 

Herbert Lux, Development Engineering bei TDK (rechts), und Achim Fehrenbacher, Produktmanager Feinschleifen bei Supfina

Die Platinen mit den Mikro-Induktivitäten vor und nach der Feinschleifbearbeitung

<a href="https://www.tdk-electronics.tdk.com/de" target="_blank">www.tdk-electronics.tdk.com/de</a>

<a href="https://www.supfina.com" target="_blank">www.supfina.com</a>

Schleifen, Polieren

Oberflächentechnik

Mechanisches Bearbeiten manuell

In der Wälzlager- und Automobilindustrie stehen Sonderlager hoch im Kurs, allen voran in den Bereichen Radträger und Lenkung. Nagel reagiert darauf mit der Superfinishmaschine ‘NaTrack’, die Kugel- und Rollenlagerlaufbahnen wirtschaftlich, präzise und flexibel finalisiert.

Die Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik zählt sich seit Jahren mit Durchlauf- und Einstechmaschinen für Wälzkörper (Rollen und Nadeln) zu den Marktführern. Im vergangenen Jahr hat das Produktportfolio des in Nürtingen ansässigen Unternehmens in Form der Superfinish-Maschinenplattform ‘NaTrack’ eine Erweiterung erfahren.

Ausgangspunkt der Neuentwicklung war die Überlegung, dass Wälzlager zwar genormt sind, Kunden aber in  ihren Werken unterschiedliche Abmessungsbereiche fertigen müssen. Mit der NaTrack ist es laut Hersteller nun gelungen, die Maschinenplattform derart flexibel auszulegen, dass damit die jeweiligen Abmessungsbereiche abgedeckt werden können.

Besonders interessant an dem neuen Konzept ist, dass das Rüsten zwischen Lagertypen mit einem stark reduziertem Wechselteileaufwand vereinfacht wurde. Ermöglicht wird das unter anderem durch eine Transport- und Zentrierschiebe mit einer besonderen Kontur der Transporttaschen, mit der unterschiedlichste Durchmesser ohne Wechsel gehandhabt werden können. Dazu wird im Programmspeicher die entsprechende Taktposition dem Werkstück zugeordnet und abgerufen. Ein aufwendiger Wechsel beziehungsweise ein Positionieren der Werkstückaufnahme auf der Treiberscheibe der Werkstückspindel entfällt so komplett. Nagel sieht diese Transport- und Zentrierschiebe für außen zentrierbare Werkstücke auch als ein äußerst effizientes Mehrbereichstooling.

Die NaTrack-Maschinenmodelle verfügen bereits in der Standardversion über eine Direktoszillation mit einer Frequenz bis 70 Hz (4200 dH/min). Dabei wurde die Schwenkachse als NC-Achse ausgelegt. Der Nullpunkt, um den oszilliert wird, lässt sich so über das Programm definieren. Wird also von einem Radialkugellager mit einem Druckwinkel von 0° auf ein Schrägkugellager mit einem Druckwinkel von 15° umgestellt, erfolgt eine automatische Nullpunktverschiebung.

Die Oszillationsmodule für Kugel- und Rollenlager lassen sich beliebig und einfach austauschen. Wahlweise werden bei der NaTrack die jeweilige radiale oder lineare Oszillation direkt verbaut. Bei einer sehr hohen Werkstückvielfalt empfiehlt der Nürtinger Maschinenbauer einen Oszillationswandler, der eine radiale in eine lineare Oszillation wandelt, um das Rüsten zwischen Kugel- und Rollenlagerringen zu vereinfachen.

Äußerst flexibel gestalten sich auch die Möglichkeiten der Aufnahmen. Das Konzept eignet sich für alle gängigen Ringaufnahmen wir Rollenaufnahmen, Zentrierdorne- und -tassen, sowie magnetisch aktivierte Systeme.

Neue Maßstäbe will Nagel mit dem Programmablauf für Prozesse setzen.  Damit verbindet man ein Mehr an Freiheitsgraden bei der Programmierung. Für Kugellager stehen beispielsweise statt der bisher üblichen zwei bis drei bei der NaTrack fünf Programm-Einzelschritte zur Verfügung, in denen sämtliche einstellbaren Parameter, wie Andrückkraft, Kontaktzeit, Oszillationsfrequenz und -winkel sowie Werkstückdrehzahl frei programmierbar sind.

Für Rollenlager ergänzt die NaTrack die prozessrelevanten Möglichkeiten, beispielsweise mit dem Zonenfinishen zur Bearbeitung logarithmischer Laufbahn-Querprofile. Dieser ‘Pilgerschritt’ mit Verweilzeiten sowie die Option zum Bordfinishen (Bearbeitung von Anlaufflächen) ist besonders bei Kegelrollenlager interessant. Die Parametereingabe erfolgt über Masken und werden der Werkstückkennung (Typ, Zeichnungs- oder Auftragsnummer) zugeordnet.

Konzept ist gezielt auf den  Arbeitsbereich hin auslegbar

Zusammenfassend ist dem Unternehmen Nagel mit der Entwicklung der NaTrack also ein Konzept gelungen, mit dem sich die Kosten hinsichtlich der Anzahl an Wechselteilen, erforderlichen Lagerflächen und kürzeren Umrüstzeiten deutlich reduzieren lassen. Andererseits bietet die NaTrack ein mehr an Flexibilität, denn die Maschine lässt sich unter Berücksichtigung physikalischer und geometrischer Grenzen nach definierten Arbeitsbereichen auslegen.

Die Oszillationsmodule für Kugel- und Rollenlager lassen sich beliebig und einfach austauschen. Wahlweise werden bei der NaTrack die jeweilige radiale oder lineare Oszillation direkt verbaut

Christian Feuchter, Vertrieb Superfinish bei Nagel, ist zufrieden, denn die Messschriebe für die Rundheit, Querform und Oberfläche belegen die hohe Qualität und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse

Die enge Zusammenarbeit der Prozessentwicklung, hier vertreten durch Sebastian Vogt (rechts), mit dem Vertrieb Superfinish in Person von Christian Feuchter (links) ist für eine erfolgreiche Endprodukt unerlässlich

Nagel Maschinen- und  Werkzeugfabrik GmbH

<a href="https://www.nagel.com" target="_blank">www.nagel.com</a>

Superfinishmaschinen

Im lukrativen, aber umkämpften Markt der Präzisionswerkzeuge nimmt der schwedische Toolspezialist Sandvik Coromant seit Jahren eine Spitzenstellung ein. Im WB-Interview spricht Helen Blomqvist, Präsidentin von Sandvik Coromant, über die gegenwärtigen Herausforderungen sowie Strategien, mit denen das Unternehmen den zukünftigen Markterfordernissen entsprechen will.

<b>Das Interview führte Frank Pfeiffer</b>

WB Werkstatt+Betrieb: Frau Blomqvist, welche Bilanz ziehen Sie nach einem Jahr als Präsidentin?

Helen Blomqvist: Nun, der Zeitraum von etwas mehr als einem Jahr, in dem ich diese Funktion inne habe, hat sich als einer der herausfordendsten überhaupt für Sandvik Coromant erwiesen und damit natürlich auch für mich. Aber das ging sicher vielen so. Ich glaube, dass zu Beginn der Pandemie niemand in unserer Branche erwartet hatte, dass der Virus SARS-CoV-2 unser Geschäft in solch einem Maße beeinträchtigen würde. Hinzu kommen die Lieferschwierigkeiten, mit denen vorrangig die Automobilindustrie zu kämpfen hat, unsere wichtigste Abnehmerbranche, und die auch uns betreffen. Doch wir müssen mit dieser Situation professionell umgehen, müssen sie meistern. Und das können wir.

WB: Wie haben sich diese Schwierigkeiten auf die wirtschaftliche Situation des Unternehmens ausgewirkt?

 Blomqvist: Wir weisen keine eigenen Geschäftszahlen aus, aber unsere übergeordnete Organisationseinheit Sandvik Manufacturing and Machining Solutions bilanziert für das Jahr 2020 einen Umsatzrückgang von 15 bis 20 Prozent.

WB: Welche aktuellen Trends identifizieren Sie, auf die ein Werkzeughersteller reagieren muss?

 Blomqvist: Uns als weltweit größten Hersteller von Präzisionswerkzeugen tangieren praktisch alle Veränderungen in der Welt der Fertigungstechnik. Aber lassen sie mich nur einige davon herausgreifen. Zu nennen sind der sich weiter verstärkende Trend zu Leichtmetallen, die zunehmende Elektrifizierung im Fahrzeugbau, die Digitalisierung, das nachhaltige Handeln und das Befolgen alle Maßgaben, die aus dem Klimaschutz resultieren. Sowohl auf die aktuellen technischen als auch auf gesellschaftliche Themen angemessen reagieren zu können halte ich für eine Notwendigkeit.

WB: Wie reagieren Sie auf diese Veränderungen?

Blomqvist: Zunächst, indem wir uns breiter aufstellen als bisher. So verstehen wir uns nicht mehr nur als Anbieter von Werkzeugen, sondern von software-unterstützten Lösungen. Demgemäß haben wir Ende 2020 das auf CNC-Maschinen-Simulation und -optimierung mittels Vericut spezialisierte US-Softwarehaus CGTech übernommen und erst jüngst die ebenfalls us-amerikanische Firma CNC Software, Anbieter der CAM-Software Mastercam. Schon 2016 hatten wir Prometec in Aachen in die Gruppe integriert, um unsere Expertise in puncto Prozessüberwachung zu erweitern − eine Voraussetzung, um Industrie-4.0-Konzepte zu realisieren.

Blomqvist: Verstärkte Anstrengungen in unsere eigene Software-Entwicklung. Basierend auf unseren Erfahrungen in der Zerspanung können wir den Anwendern praktikable Komplettlösungen bieten, mit denen sie ihre Fertigung optimieren und beispielsweise mittels Predictable Maintenance Versagensereignisse vermeiden können. Mit unserer neuen Angebotsvielfalt dringen wir zwangsläufig in die Sphäre anderer Wettbewerber ein, mit denen wir uns messen lassen müssen und auch wollen. Jedenfalls eröffnen sich mit unserem Streben nach mehr Digitalisierung und Services sowohl für uns als auch für unsere Kunden neue Geschäftsmodelle.

WB: Welchen Umsatz erwarten Sie auf diesem Gebiet?

Blomqvist: Da kann ich auch wieder nur für unser Geschäftsfeld Sandvik Manufacturing and Machining Solutions sprechen. Mit Software und auf ihr basierenden Geschäftsfeldern wollen wir innerhalb der nächsten fünf Jahre einen Umsatz von umgerechnet rund 100 Millionen Euro erzielen.

WB: Tritt dadurch ihr Kerngeschäft in den Hintergrund?

Blomqvist: Ganz sicher nicht. Unser primäres Geschäft ist und bleibt die Herstellung von Präzisionswerkzeugen. Das unterstreicht unser jüngstes Engagement in China, einem besonders zukunftsträchtigen Markt. Mit der Übernahme des chinesischen Herstellers rotationssymmetrischer Werkzeuge Chuzhou Yongpu haben wir dort unsere Kapazitäten deutlich erweitert. Was generell unsere Präsenz betrifft, so handeln wir nach der Maxime: You have to be local. Denn nur derjenige Hersteller wird langfristig bestehen, dem es gelingt, in wichtigen Märkten ganz nah am Kunden zu sein.

WB: Dann ist Ihr verstärktes Engagement in Deutschland auch ein Beleg für die Bedeutung dieses Marktes?

Blomqvist: Zweifellos. Für uns ist Deutschland ein Heimatmarkt, ein Top-Markt, in dem wir sowohl fertigen als auch entwickeln und vertreiben. Für wie wichtig wir ihn halten, haben wir erst jüngst, am 22. Juni, unterstrichen mit der Eröffnung unseres Sandvik Coromant Centers in Renningen. Dort bieten wir im Rahmen unseres Konzeptes weltweit untereinander vernetzter Center unseren Kunden die Möglichkeit, das gesamte Entwicklungs- und Anwendungs-Know-how des Konzerns zu nutzen, um die Produktivität der kompletten Wertschöpfung rund um das ideale Werkzeug zu optimieren, sich weiterzubilden und im praxisnahen Dialog mit unseren Experten Wíssen und Innovation in der Zerspanung voranzutreiben.

WB: Wie kommt die Nachhaltigkeit in ihrer Vorgehensweise zum Tragen?

Blomqvist: Nun, wir haben jetzt schon bei einigen Produkten einen Anteil wiederaufbereiteter Grundstoffe von gut 75 Prozent. Ihn wollen wir weiter steigern, denn wir streben eine Wiederverwertungsquote von 90 Prozent bis zum Jahr 2030 an. Dazu haben wir ein Buy-back-Programm ins Leben gerufen, bei dem unsere Kunden gebrauchte Tools sehr einfach zu uns zurückführen können. Daneben gibt es diverse weitere Projekte, mit denen wir Kunden dabei helfen, ihre Fertigung zu verbessern. Nennen möchte ich hier Coroplus PIP, einen Service, der den Output von Produktionsmitteln maximiert, aber auch deren ressourcenschonenden Betrieb ermöglicht. Und vom Bestreben, die eigene Produktion nachhaltig zu gestalten, zeugt unser Ziel, bis 2030 den CO2-Ausstoß zu halbieren.

WB: Auf welchem Sektor sind Sie sonst noch stark?

Blomqvist: Ganz sicher auf dem der Qualifizierung. Wer wie wir den Menschen im Zentrum jeglicher wertschöpfender Aktivität sieht, kommt nicht an der Tatsache vorbei, dass seine Zufriedenheit die Basis für eine rentable Produktion darstellt. Und diese Zufriedenheit erwächst aus der Anerkennung, die der Beschäftigte für seine Arbeit spürt, weil diese exzellent ausgeführt wird. Wir befähigen deshalb Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter weltweit, den steigenden Anforderungen vollauf gerecht zu werden. Dazu dienen Schulungen und Weiterbildungen in unseren Centern oder online, ergänzt um Projekte mit Hochschulen und Instituten.

WB: Welche Botschaft würden sie gern vermitteln?

Blomqvist: Dass Kunden weltweit auf Sandvik Coromant zählen können, wenn es um Komplettlösungen rund um die spanende Bearbeitung geht, und das unter Berücksichtigung ihrer lokalen Besonderheiten und ihrer individuellen Fertigungsaufgabe. Wir handeln sowohl global als auch lokal und fühlen uns gut vorbereitet auf die Veränderungen, die sich im Markt vollziehen. Sandvik Coromant wird auch zukünftig ein verlässlicher, kompetenter Partner sein.

WB: Frau Blomqvist, vielen Dank für das Gespräch.

Seit dem 1. Dezember 2020 ist Helen Blomqvist Präsidentin bei Sandvik Coromant, einem führenden Hersteller von Präzisionswerkzeugen mit rund 7600 Beschäftigten und einer Präsenz in 150 Ländern. Sie gehört zugleich dem Führungsteam von Sandvik Manufacturing and Machining Solutions an und berichtet an ihre Vorgängerin Nadine Crauwels, der Präsidentin dieser Unternehmenseinheit. Blomqvist ist seit 17 Jahren bei Sandvik Coromant. Die Schwedin promovierte in ‘Structural Chemistry‘ an der Universität Stockholm und startete 2003 als Forschungsingenieurin. Seitdem bekleidete sie Top-Positionen in den Bereichen Produktmanagement, F&E und Vertrieb, unter anderem als General Managerin Nordeuropa. Helen Blomqvist wurde 2018 mit dem Titel ‘Sandvik Coromant Leader of the Year‘ ausgezeichnet.

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Schneidstoffe für Präzisionswerkzeuge

Präzisionswerkzeuge

Toolmanagement

Damit der Schweizer Werkzeugmaschinenhersteller Tornos SA seinen hohen Ansprüchen  in puncto Präzision und Qualität gerecht werden kann, bewährt sich in Moutier seit 2019  ein spezielles Stufenfeinbohrwerkzeug des Aalener Präzisionswerkzeug-Spezialisten Mapal.

Die Tornos SA ist ein Schweizer Traditionsunternehmen des Werkzeugmaschinenbaus, spezialisiert auf Technologien zur hochproduktiven Fertigung von Großserienbauteilen. Die Anlagen müssen höchste Erwartungen bezüglich Produktivität, Produktqualität und Langlebigkeit erfüllen. Entsprechend sorgfältig erfolgen auch die Bearbeitung und die Kontrolle der im Stammhaus gefertigten Schlüsselkomponenten. „Bei bestimmten Schlüsselkomponenten unserer Produkte sind die Präzisionsanforderungen so hoch, dass wir ihre Bearbeitung grundsätzlich nur selbst durchführen“, sagt Jean-Luc Maurer, Prozessverantwortlicher bei Tornos in Moutier

Das gilt auch für eine Bauteilfamilie aus GGG 40, in die jeweils eine Reihe zylindrischer Bohrungen mit äußerst strengen Vorgaben bezüglich Maßgenauigkeit, Konzentrizität und Oberflächenqualität eingebracht werden müssen. Die Arbeitsgänge erfolgen auf einem hochpräzisen Bearbeitungszentrum (BAZ) unter Beachtung außergewöhnlich genauer Vorschriften, unter anderem bezüglich der thermischen Verhältnisse von Bauteil, Maschine und Messraum. Weil die langen Belegungszeiten der Maschine von zehn Stunden oder mehr hohe Kosten verursachten, suchten die Verantwortlichen nach Möglichkeiten, diese durch den Einsatz eines Sonderwerkzeugs zu verkürzen.

Langjährige Partnerschaft  mit dem Toolspezialisten Mapal

„Mit Tornos arbeiten wir schon seit fast zwanzig Jahren bei verschiedensten Projekten eng zusammen“, sagt Andreas Mollet, Mapal-Gebietsverkaufsleiter in der Schweiz. Das betreffe einerseits die Entwicklung von Bearbeitungslösungen für Kunden von Tornos, die  zu ihren Maschinen auch die komplette Technologie inklusive Werkzeugen und Prozess erwerben möchten. Andererseits würden die Tornos-Mitarbeiter immer dann auf Mapal zukommen, wenn anspruchsvolle Aufgaben mit den üblichen Standardwerkzeugen nicht oder nur mit Einbußen bezüglich Produktivität oder Qualität lösbar sind.

 Im Laufe dieser langjährigen Partnerschaft ist eine solide Vertrauensbasis gewachsen. Deshalb landete auch das hier beschriebene Problem auf dem Schreibtisch von Andreas Mollet. Die ersten Gespräche zum Projekt begannen im Herbst des Jahres 2018.

„Das zu bearbeitende Teil hat sechs Bohrungen, die jeweils drei ineinander übergehende zylindrische Bereiche mit Durchmessern von 100, 99 und 98 mm aufweisen“, erläutert Jean-Luc Maurer. „Die Konzentrizitätsabweichung aller drei Bohrungen darf ungeachtet der Gesamtlänge von knapp 345 mm nicht mehr als 10 µm betragen. Dazu findet sich im ersten Bereich, in dem ein H5-Durchmesser gewährleistet werden muss, eine Nut.“ All das erfordere einen unterbrochenen Schnitt mit entsprechenden Auswirkungen auf die Auslenkung und die Schwingungsanregung des verwendeten Feinbohrwerkzeugs.

In der daran anschließenden Bohrung mit 99 mm Durchmesser ist eine Bearbeitungstoleranz von 0,05 mm gefordert. Extrem werden die Anforderungen schließlich im letzten Bereich, wo bei einem Solldurchmesser von 98 mm und mehreren Schnittunterbrechungen durch Ringnuten eine Toleranz von -0 bis +15 µm einzuhalten ist. Weitere Vorgabe ist eine Oberflächenrauheit Ra von weniger als 1,2 µm.

Bei Einzelwerkzeugen ergaben sich Zeitverluste und Qualitätsrisiken

„Bis 2018 wurden die abschließenden Bearbeitungsgänge mit drei verschiedenen Ausdrehwerkzeugen durchgeführt“, berichtet Andreas Mollet. Daraus hätten sich Zeitverluste ergeben – nicht nur wegen der Werkzeugwechsel, sondern auch, weil nach jedem Arbeitsgang Durchmesser und Oberflächenrauheit in der Bohrung geprüft werden mussten. Zusätzlich seien beim Wechseln minimale Abweichungen bei der Positionierung in der Maschine entstanden.  Bei der Länge der Werkzeuge und den engen Toleranzvorgaben habe das zusätzliche Ausschussrisiken verursacht.

„Tornos wollte von uns deshalb ein Spezialwerkzeug, mit dem sich alle Aufgaben in nur einer Aufspannung erledigen lassen“, so Andreas Mollet. Gewisse Bedenken gab es zunächst mit Blick auf die nötige Länge sowie das Gewicht. Zudem war sicherzustellen, dass es nicht zu Positionierfehlern infolge axiale Abweichungen der zuvor verwendeten Schruppwerkzeuge kam. Deshalb entschieden sich die Entwickler bei Mapal für eine Auslegung des Werkzeugs als Stufenfeinbohrwerkzeug.

 Für den Einsatz auf dem BAZ ist das Tool mit einer BT-50-FC-Schnittstelle ausgestattet. Für die präzise Führung selbst bei unterbrochenem Schnitt sorgen bei ihm fünf Führungsleisten aus polykristallinem Diamant (PKD) in jeder der drei Stufen. Es ist nach dem bewährten Mapal-Prinzip aufgebaut und weist für die drei Durchmesserbereiche jeweils eine zweischneidige, beschichtete Hartmetall-Wendeschneidplatte auf, die sowohl radial als auch von der Verjüngung her feinfühlig justiert werden kann. Abweichungen der vorherigen Bearbeitung werden korrigiert, solange sie kleiner sind als das noch vorhandene Restaufmaß. Das ermöglicht ein kleiner Überstand der Schneiden zu den Führungsleisten. Das Mapal-Werkzeug folgt so über die gesamte Länge des Werkstücks seiner eigenen Bahn.

„Das von Mapal entwickelte Werkzeug ist jetzt seit Juli 2019 im Einsatz; mit den Ergebnissen sind wir sehr zufrieden“, bilanziert Jean-Luc Maurer. „Gegenüber der früheren Arbeitsweise reduziert das Werkzeug die Bearbeitungszeit beim Feinbohren der sechs Durchgänge um 20 bis 25 Prozent, sodass die Bearbeitung auf dem Bohrwerk innerhalb einer Schicht fertiggestellt werden kann. Wir erreichen Oberflächenrauheiten Ra von 1,0 bis 1,2 Mikrometern.“

Positiv ist aus der Sicht von Tornos auch die Verwendung von Wendeschneidplatten sowie die Lieferung eines speziellen Einstellgerätes, das ein Justieren der Schneiden in mehreren Dimensionen mit einer Auflösung von 1 µm ermöglicht. Dank der Wendeschneidplatten sind jetzt mit jedem Satz Schneiden sechs bis acht Werkstücke bearbeitbar, und die Schneidstoffkosten haben sich im Vergleich zur vorherigen Methode signifikant reduziert.

Mapal gestaltete ein Sonderwerkzeug, um bei Tornos in dieses Bauteil aus GGG 40  sechs Bohrungen mit je drei ineinander übergehenden zylindrischen Bereichen (100, 99 und 98 mm Durchmesser) hochgenau einzubringen