Dem Trilemma der Weltwirtschaft, nämlich der Unmöglichkeit, gleichzeitig Demokratie, nationale Selbstbestimmung und wirtschaftliche Globalisierung voranzutreiben, wird man sich dieser Tage gerade in Deutschland wieder schlagartig bewusst. Allein die hitzigen Diskussionen rund um die Strategien zu Eindämmung der Pandemie machen deutlich, wie weit es in unserer demokratischen Gesellschaft um die Konsensfähigkeit bestellt ist. Dass der Wunsch nach nationaler Selbstbestimmung für viele andere Völker in absehbarer Zeit nicht zur Realität wird, sehen wir an zahlreichen Orten der Welt, am Beispiel der Ukraine direkt vor unserer Haustür. Und als Exportweltmeister wissen wir nur zu gut um die Bedeutung der internationalen Absatzmärkte für unsere Industrieprodukte.

In der aktuellen Lage verschärft sich die Situation zunehmend. Gerade zu einem Zeitpunkt, als wichtige Branchenindikatoren ausnahmslos eine positive Entwicklung einschlagen, wie unsere Branchennews auf den nächsten Seiten verdeutlichen, kommt es in der Ukraine zu Kriegsgeschehen, die einen sprachlos zurücklassen. Die bislang gegen Russland verhängten Sanktionen umfassen auch Lieferverbote, die weite Teile des europäischen Maschinen- und Anlagenbaus betreffen und ein Volumen von mehreren hundert Millionen Euro haben, wie VDMA-Hauptgeschäftsführer Thilo Brodtmann bestätigt.

Um die Demokratiebewegung zu stärken, sind Exportbeschränkungen das Gebot der Stunde. Doch auch unsere Importe, vorrangig Energieträger wie Gas und Öl, stammen selten aus demokratisch geführten Erzeugerländern. Die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen und damit von Staaten, die teils weit entfernt von unseren Grundrechten agieren, kann nicht von heute auf morgen aufgelöst werden. Der Spagat, den Deutschland die letzten Jahrzehnte betrieb, war wirtschaftlich sinnvoll, aber moralisch bequem. Ohne einschneidende Folgen lässt sich das Trilemma nicht auflösen. Die Herausforderung besteht darin, die Krise als Startschuss zu begreifen um die verbliebenen Handelsoptionen gemeinsam neu auszuloten. Ein beschwerlicher Weg, der für den Erhalt von Demokratie und Freiheit aber jeden Schritt wert ist.

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Editorial Ricchiuti

Schwieriges reproduzierbar  und präzise in Serie fertigen

Die Cemec Intelligente Mechanik GmbH überzeugt mit ihrer Highend-Entwicklung und -Produktion auch anspruchsvollste Kunden aus der Luft- und Raumfahrt. Durch den Einsatz einer Kern Micro HD hat das Unternehmen die Grenzen des Machbaren deutlich erweitert.

Schaut Martin Schwab in den Himmel, dann weiß er, dass dort bis in den tiefen Weltraum hinein Bauteile umherfliegen, die sein Unternehmen, die Cemec Intelligente Mechanik GmbH, hergestellt hat. Denn die Luft- und Raumfahrtindustrie ist eine der Hauptbranchen, für die der 58-jährige Firmengründer und Geschäftsführer sowie seine sieben Mitarbeitenden Highend-Produkte entwickeln und mit enormer Präzision fertigen. Um für seine Kunden innovative Produkte zu ermöglichen, die zuvor als nicht herstellbar eingestuft wurden, benötigt der Feinwerktechnik-Ingenieur Highend-Werkzeugmaschinen.

So beschaffte er 2019 das 5-Achs-BAZ ‘Micro HD’ von Kern Microtechnik. Damit gelang Cemec der Sprung auf ein neues Level der Präzision und Reproduzierbarkeit – auch im Bereich größerer Volumina. Das Unternehmen in Spalt bei Nürnberg, fertigt bislang meist Kleinserien. Oft müssen Toleranzen von wenigen Mikrometern bis einigen hundert Nanometern reproduzierbar eingehalten werden.

Direkt nach seinem Feinwerktechnik-Studium machte sich Martin Schwab als Entwicklungsingenieur selbstständig. Schon bald wuchs die Erkenntnis, dass Entwicklung und Produktion eng voneinander abhängig sind, gerade bei hohen Präzisionsanforderungen. „Hier müssen die Experten beider Bereiche sich ständig auf Augenhöhe die Bälle zuspielen, um sich an das gewünschte Ergebnis heranzuarbeiten“, erläutert er sein Credo. Deshalb setzte der Ingenieur schon bald eigene Bearbeitungsmaschinen ein, um beide Felder eng zu verzahnen. Seit der Cemec-Gründung im Jahr 2001 hat er sich so den Ruf als Problemlösers für scheinbar Unmögliches geschaffen.

Heute entwickelt und produziert sein Unternehmen Produkte für verschiedene Branchen, etwa Lösungen für Antriebstechnik, optische oder elektronische Baugruppen. Um eine optische Baugruppe handelt es sich auch beim jüngsten Vorzeigeprojekt, das bald im Weltraum fliegen wird und das Schwab ohne die Kern Micro HD nicht hätte realisieren können, wie er betont. Das eher unscheinbare, 66 mm lange ‘Teleskop’ mit 20 mm Durchmesser hat es in sich. Es muss mit zwei Linsen in der Kommunikationseinheit eines Satelliten helfen, einen Laserstrahl mit 5 mm Durchmesser so zu bündeln, dass er in 100 000 km Entfernung auf maximal 10 mm aufgeweitet ankommt – und das in einem Temperaturfenster von -40 bis +60 ° C. Zudem muss diese Optik, die zu einem größeren System gehört, die enormen Belastungen beim Raketenstart überstehen und darf dabei nichts an Präzision einbüßen.

Schon die gewählte Alu-Legierung ist mit einem Silizium-Anteil von 40 Prozent extrem spröde und schwer zerspanbar. „So einen schwierigen Werkstoff habe ich schon lange nicht mehr bearbeitet“, sagt Schwab und ergänzt mit deutlichem Stolz: „Mit der Kern Micro HD können wir trotzdem mit Mikrometer-Genauigkeit feinste Gewinde hineinfräsen.“ Die Parallelität der beiden Linsensitze muss besser als 2 µm sein, und weil dazwischen noch ein Ring zur Kompensation thermischer Ausdehnung verbaut wird, müssen die Einzelteile bis auf weniger als 1 µm genau gearbeitet sein.

„Früher hätte ich eine derartige Anfrage ablehnen müssen, und ich glaube, es hätte auch kein anderer realisieren können. Die Teleskop-Innovation ist erst durch das hochpräzise BAZ in Kombination mit unserem Wissen möglich geworden“, betont Schwab und belegt das: „Mit der Kern Micro HD realisieren wir Ebenheiten von weniger als 800 nm und können zudem mikrometerweise nacharbeiten, wenn es notwendig ist.“

Eigentlich wäre das Teleskop ein klassisches Drehteil. Doch auf der Drehmaschine wurde die erforderliche Präzision nicht erreicht. Daher fertigt Cemec es komplett in einer Aufspannung auf der Kern Micro HD – 40 min auf der einen Seite, 120 min auf der gegenüberliegenden. Um die hohe Präzision und Reproduzierbarkeit der Bearbeitung zu erreichen, haben die Entwickler bei Kern in die Micro HD einige Innovationen integriert. Vor allem die ‘Mikrospalt’-Hydrostatik, lineare Direktantriebe und das neue Temperaturmanagement bringen in ihrem Zusammenspiel erhebliche Vorteile.

Klassisches Drehteil im Fräszentrum gefertigt

Bei der Mikrospalt-Hydrostatik handelt es sich um eine zum Patent angemeldete Weiterentwicklung der hydrostatischen Antriebe, mit denen Kern schon lange die ‘Pyramid Nano’ ausstattet. Hydrostatische Führungen und Antriebe unterliegen keinem mechanischen Verschleiß, ermöglichen hohe Beschleunigungen bei zugleich hervorragender Vibrationsdämpfung und eine schonendere und absolut ruckfreie Bewegung der Werkzeuge, was deren Standzeiten erhöht. Die Mikrospalt-Hydrostatik in der Kern Micro HD ist jedoch robuster und benötigt etwa 80 Prozent weniger Energie als herkömmliche hydrostatische Systeme. Gleichzeitig verbessern sich durch den kleinen Spalt Steifigkeit und Dämpfungseigenschaften der Maschine. Neben hoher Präzision sind so Ra-Werte von 0,05 µm in Serie ohne Poliervorgang erzielbar.

Auch die großdimensionierten und aktiv temperierten Linearmotoren bringen gegenüber Kugelgewindeantrieben deutliche Vorteile in Dynamik und Regelgenauigkeit. Dafür musste man die hohe Wärmeentwicklung der Linearmotor-Technologie in den Griff bekommen. Studien belegen, dass Temperatureinflüsse für rund 70 Prozent aller Genauigkeitsfehler im Hochpräzisionsbereich verantwortlich sind. Daher werden Linearmotoren aktiv temperiert und in das hydrostatische System integriert, was den Wärmeeintrag minimiert. Außerdem hat Kern bei der Micro HD das Temperaturmanagement nochmals auf ein neues Niveau gebracht.

Temperatur schwankt um maximal ± 0,05 Kelvin

Die Kühlflüssigkeiten werden sehr genau geregelt und mit einem Volumenstrom von bis zu 200 l/min durch Maschinenständer, Dreh-/Schwenkachsen, Linearachsen und Spindel geschickt. Der positive Effekt dieser Neuerung zeigt sich bei einem thermischen Stresstest. Barbara Bergmann, Gebietsverkaufsleiterin bei Kern: „Die Regelgenauigkeit des zentralen Temperaturmanagements beträgt lediglich ±0,05 Kelvin. Das ist die perfekte Basis für eine hochpräzise Bearbeitung.“

Dies und die Mikrospalt-Hydrostatik waren für Cemec kaufentscheidende Aspekte bei der Kern Micro HD, wie Martin Schwab betont: „Bei einer Bearbeitung mit grober Zerspanung unter hohem Drehmoment und schnellen Zerspanungsschritten wärmt sich die Maschine unweigerlich auf. Ohne aktive Temperierung lässt sich beim Finishen die erforderliche Präzision nicht erreichen.“ Die Hydrostatik schließlich liefert die Garantie, dass die Präzision dauerhaft erzielt wird. „Zu wissen, dass die Maschine auch in 15 Jahren noch so präzise arbeiten wird wie heute, ist sehr wertvoll“, betont Schwab.

Perfekte Unterstützung durch Kern-Techniker

Für ihn ist klar: „Die Micro HD ist ein wesentlicher Baustein in dem Qualitätsanspruch, den wir erfüllen müssen und wollen“. Dazu trägt auch der kontinuierliche Austausch mit den Experten des Maschinenbauers aus Eschenlohe bei. „Wenn wir ein Problem haben, melden wir uns bei Kern und bekommen jede Unterstützung, die man sich vorstellen kann. Das habe ich noch bei keiner anderen Firma so perfekt erlebt“, hebt Schwab hervor. Daher will der Unternehmer auch bei seinem geplanten Ausbau auf Anlagen von Kern setzen. Bislang fertigt Cemec meist Prototypen und Kleinserien von fünf bis 2000 Stück. Mit der neuen Maschine hat Schwab sich dafür gerüstet, auch größere Volumen in der gleichen Präzision herzustellen. „Mein Plan ist, noch wenigstens zwei oder drei weitere Kern-Maschinen einzusetzen“, beschreibt er die Perspektive.

Blick in den Arbeitsraum der Kern Micro HD  bei der Cemec GmbH: Mit dem 5-Achs-BAZ erzielt Martin Schwab Ebenheiten von weniger als 800 nm, was es ermöglicht, Werkstücke mikrometerweise nachzuarbeiten

Barbara Bergmann, Gebietsverkaufsleiterin bei Kern, und Cemec-Chef Martin Schwab sehen das ausgeklügelte Thermomanagement im Kern-Fräszentrum als Voraussetzung für die erzielte hohe Bearbeitungspräzision

Teleskop für einen Kommunikationssatelliten im Schnitt: Dieses optische Bauelement sowie Einzelteile, wie etwa ein Ring zur Kompensation thermischer Ausdehnung, fräst Cemec auf der Kern Micro HD reproduzierbar bis auf weniger als 1 µm genau

Die Kern Micro HD bei Cemec: Auf geringer Stellfläche vereint das 5-Achs-BAZ sehr hohe Präzision und Effizienz

Hauptartikel

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Peter Klingauf ist Geschäftsführer der Agentur für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit k+k-PR in Augsburg

5-Achs-Bearbeitungszentren

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Bearbeitungszentren

5-Achs-Simultanbearbeitung

Spanende Verfahren

Mikrozerspanung

Werkzeugmaschinen für die Mikrobearbeitung

Produktions-Schleifmaschine in der Medizintechnik

Schleifmaschinenhersteller Anca hat in Zusammenarbeit mit dem Schleifscheibenhersteller Tyrolit ein Verfahren zum Schleifen von Hüftköpfen entwickelt. Die Basis bilden ein ausgefeilter Prozess, clevere Anwendungstechnik und die Produktions-CNC-Schleifmaschine ‘MX7 Linear’.

Die Anzahl orthopädischer Hüftoperationen wird den Prognosen zufolge bis 2026 jährlich um fünf Prozent steigen. Angesichts der Bevölkerungsentwicklung ist das keine Überraschung. Damit steigt auch die Nachfrage nach Werkzeugen und Komponenten zur Unterstützung dieser Eingriffe. Allerdings ist die Medizintechnik eine Branche, in der Qualität und Produktsicherheit besonders kritisch sind. Das gilt umso mehr für orthopädische Implantate, die dauerhaft im menschlichen Körper eingesetzt werden sollen. Folglich brauchen die Kunden, die orthopädische Implantate kaufen und anwenden, absolutes Vertrauen in das Produkt, was wiederum absolutes Vertrauen in den Herstellungsprozess erfordert.

Hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Hüftköpfe, die in Hüftgelenkersatzimplantaten verwendet werden, gilt die Gleichmäßigkeit bei Rundheit, Größe und Oberflächenbeschaffenheit als das wichtigste Qualitätskriterium. Um dies zu erreichen, hat Anca ein Verfahren auf seiner Produktions-CNC-Schleifmaschine ‘MX7 Linear’ entwickelt, das eine Reihe von Schleif-, Hon- und abschließenden Poliervorgängen umfasst. Das Ergebnis ist eine Oberflächengüte Ra der Kugel von <0,01 µm und eine Teilunrundheit von unter 3 µm.

Der erste Schritt im Prozess ist das Schleifen des Ausgangsteils auf sein genaues Maß. Mit beschichteten CBN-Schleifscheiben wird überschüssiges Rohmaterial vom Rohdrehteil entfernt. Dieser Vorgang erleichtert die nachgelagerten Prozesse, indem er die Voraussetzungen für das Erreichen der geforderten Toleranzen auf der Schleifmaschine schafft.

Es folgt eine Reihe von Feinbearbeitungsprozessen, die zu einer schrittweisen Optimierung der Oberflächengüte führt. Anwendungsingenieure von Anca und dem Schleifscheibenhersteller Tyrolit haben gemeinsam einen Prozess entwickelt, der stabile Produktionsergebnisse für Hüftköpfe liefert.

Die Tyrolit-Schleifscheiben wurden speziell für Hüftimplantat-Anwendungen entwickelt, der Prozess wurde mit Bezug auf den Verschleiß optimiert. Anca profitiert in dem Zusammenhang von den Vorteilen der LinX-Linearmotoren sowie des CNC- und Servoantriebssystem aus dem eigenen Haus. Steuerungs- und Antriebstechnik sowie hochwertige Antriebe ermöglichten es den Anca-Systemingenieuren, einen völlig neuen Steuerungsalgorithmus für diese Anwendung zu entwickeln. Damit kann der Maschinenbediener die gewünschten Vorschubkräfte einfach programmieren und anpassen. Die drei verschiedenen Tyrolit-Scheiben konnten gemäß ihrer eigenen einzigartigen Schleifkraftparametern eingesetzt werden, um eine spiegelglatte Oberfläche und eine gleichbleibende Formtoleranz zu erzielen.

Zusätzlich wurde eine automatische Scheibenmessung entwickelt, die sicherstellt, dass jeder Bearbeitungsvorgang von der korrekten Zustellposition aus startet, was – unabhängig von der Abnutzung der Schleifscheiben, die nach jedem Vorgang auftritt – die Kontinuität des Prozesses gewährleistet.

Breites Anwendungsfeld  in der Medizintechnik

Ein abschließender Poliervorgang ist der letzte Schritt, der die Oberfläche der Kugel auf Hochglanz bringt, was von entscheidender Bedeutung ist, um sicherzustellen, dass mechanische Reibung und Verschleiß beim fertigen Hüftimplantat minimiert werden.

Die MX7 Linear erwies sich als die ideale Maschinenplattform für diese Anwendung. Der 6-Scheiben-Wechsler ermöglicht es, dass alle Schleif-, Abzieh- und Polierarbeiten in einer Aufspannung durchgeführt werden können. Zudem lassen sich Werkzeuge für die Kugelproduktion leicht auf die Herstellung von Schneidwerkzeugen umstellen. Anstatt also eine spezielle Maschine für die Herstellung von Hüftköpfen zu kaufen, können die Anwender ihre Maschine problemlos für andere Schleifanwendungen nutzen, die ihren Markt und ihr Geschäftsmodell ergänzen. Die Herstellung von chirurgischen Fräsern, Bohrern und Reibahlen sowie Hüftraspeln sind ideale Anwendungen für die Produktion auf derselben MX7- Linear-Maschine, die am Markt für medizinische Orthopädie mit Sicherheit immer häufiger zu sehen sein wird.

Vorher-Nachher-Ergebnisse bei der Herstellung von Kugeln mit der MX7 Linear

Honprozess im Rahmen der Kugelbearbeitung

Tyrolit Schleifmittelwerke  Swarovski K.G.

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Hon-, Läpp-, Poliermaschinen

Schleifen, Polieren

Oberflächentechnik

Mechanisches Bearbeiten manuell

Schleifen

Schleifmaschinen

Hartmetallfräser für die Medizintechnik

Mit der torischen Variante der Serie `CrazyMill Cool Plunge & Slot` gibt es für Anwender in der Medizintechnik von Mikron Tool einen weiteren Bohrfräser, dessen Charakteristik neue Performance-Maßstäbe setzen soll und der sich anbietet, wenn Eckenradien gefordert sind.

Die Medizintechnik hat in den vergangenen Jahren stark von neuen Trends und Technologien der Fertigungsindustrie profitiert. Neu gewonnenes Know-how und Kompetenz sind entscheidend für die Zukunft von Entwicklung und Produktion, so auch bei der industriellen Verarbeitung von Metallen. Besonders im Bereich der Medizinprodukte stellen die verschiedenen Werkstückformen und -abmessungen und unterschiedlichste Produktionsmengen sowie der hohe Anteil an schwer zerspanbaren Werkstoffen höchste Anforderungen an die zerspanenden Werkzeuge.

Der Schweizer PräzisionswerkzeugHersteller Mikron Tool mit seinen 250 Beschäftigten versteht sich als ein Vorreiter in Sachen Neuentwicklung für innovatives und gleichzeitig wirtschaftliches Zerspanen. Das verdankt er einem der modernsten Entwicklungszentren weltweit. Im eigenen Technology Center mit einem Maschinenpark, der auf die Hochleistungszerspanung im Mikrobereich für diffizile Werkstoffe ausgelegt ist, entstehen immer neue Werkzeugentwicklungen, die sich anschicken, neue Benchmarks zu setzen.

Neuer torischer Fräser taucht senkrecht bis 1 × d ein

Als eine solche Entwicklung ist auch die erfolgreiche Fräserfamilie ‘CrazyMill Cool Plunge & Slot‘ für Schrupp- und Schlichtbearbeitungen aufzufassen. Sie wurde nun um eine torische Variante erweitert. Das neue Werkzeug vereint die Stärken von Fräsen und Bohren und zielt auf die Bearbeitung von rostfreiem Stahl, Titan, CoCr-Legierungen und Superlegierungen. Wie seine zylindrischen Vorgänger hat auch dieser Bohrfräser die Fähigkeit, direkt bis 1 × d senkrecht ins Material einzutauchen und seitlich weiter zu fahren. Auf engstem Raum fräst er Nuten und Taschen mit hoher Präzision und Gleichmäßigkeit bei hervorragenden Schnittdaten, auch ins Volle – scheinbar mühelos. Wenn Eckenradien gefordert sind, ist er ‘in seinem Element‘. Alles in allem gilt:  Für jede Form das richtige Werkzeug. Im Folgenden sollen die Faktoren beleuchtet werden, die das außergewöhnliche Leistungsvermögen des Bohrfräsers begründen. Der erste Faktor: Eine bis ins Detail durchdachte Geometrie.

Eine neue Schneidengeometrie ermöglicht ein prozesssicheres, vibrationsarmes Eintauchen (Bohren). Mikron Tool fand hier eine Lösung, die das Ausbrechen der Schneide verhindert und die Eindringkraft reduziert. Der extraweite Spanraum in der Kopfpartie erlaubt es, die Späne während des Bohrprozesses aufzunehmen und seitlich in die ebenfalls erweiterten Spannuten abzuführen. Angepasste Span- und Freiwinkel sowie stabile Schneidecken verhindern das seitliche Einhaken und das Ausbrechen der Schneiden aufgrund von Vibration − eine der zentralen Schwierigkeiten beim ‘Bohren‘ mit einem Fräser.

Als zweiter leistungsbestimmender Faktor kann die Kühlschmierung aufgefasst werden. Die im Schaft integrierten Kühlkanäle führen das Kühlschmiermittel direkt an die Schneiden und sorgen in jeder Position für eine konstante und gezielte Kühlung. Die gekühlten Schneiden erlauben hohe Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten. Zudem werden dank des massiven Kühlschmiermittelstrahls die Späne kontinuierlich aus der Fräszone gespült. So vermeidet man, dass sie in der Vertiefung liegen bleiben und mehrfach zerstückelt werden, denn das würde den Fräser und die gefräste Oberfläche beschädigen. Das Resultat sind laut Mikron Tool lange Standzeiten und eine hervorragende Oberflächengüte.

Schneidstoff und Beschichtung als weitere maßgebende Faktoren

Als dritter Faktor wäre der Schneidstoff zu nennen. So verwenden die Präzisionswerkzeug-Profis ein speziell für diesen Fräser entwickeltes Ultrafeinkorn-Hartmetall, das sich durch hohe Zähigkeit auszeichnet und alle Anforderungen in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften erfüllt. Beispielsweise unterstützt der robuste Hartmetallschaft ein stabiles und schwingungsfreies Fräsen. Höchste Genauigkeit und Oberflächenqualität sind demzufolge laut Hersteller garantiert.

Eine Hochleistungsbeschichtung mit der Bezeichnung SNP steigert zudem nicht nur die Oberflächenhärte, sondern erhöht die Verschleißfestigkeit und die Wärmeresistenz. Auch der Gleitwiderstand bei der Späneabfuhr wird verringert, um ein Verkleben der Schneiden zu verhindern. Wichtige Resultate dieses Vorgehens sind ein optimaler Spänetransport und eine lange Standzeit. Die Kombination dieser Faktoren ermöglicht sehr hohe Abtragraten, die sich aus den hohen Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten und einer Zustellung aP von jeweils 1 × d ergeben. Wie der Hersteller betont, erreicht der Bohrfräser die langen Standzeiten und hervorragende Oberflächenqualitäten schon ab einem Durchmesser von 1 mm. Im direkten Vergleich zu marktüblichen Werkzeugen werden von Mikron Tool folgende Parameter genannt: ein bis zu fünfmal höheres Zeitspanvolumen, bis zu fünfmal längere Standzeiten, eine bis zu fünfmal kürzere Bearbeitungszeit, eine perfekt kontrollierte Späneabfuhr sowie eine exzellente Oberflächengüte von Ra ≤= 0.5 µm.

Praxisfall bestätigt  die Leistungsfähigkeit

Bei einer Anwendung in der Medizintechnik hat der torische Hochleistungsfräser in Vergleichstests schon überzeugt, berichtet der Hersteller. So habe eine Aufgabe darin bestanden, eine flache, 5 mm tiefe Bohrung mit 5,2 mm Durchmesser im oberen Bereich eines Hüftschaft-Implantats möglichst zeitsparend zu realisieren (Werkstoff TiAI6V4-ELI/3.7165/ASTM F136).

Gelöst wurde diese Aufgabe mit hilfe eines CrazyMill Cool P&S Torisch (Durchmesser 4 mm, r = 2,5 × d, r = 0,5 mm, Z3 Typ A). Mittels Spiralinterpolation fräste das Werkzeug mit einer axialen Zustellung ap von 1,0 mm sowie einer radialen Zustellung ae von 2,52 mm und mit einem Vorschub fz von 0,013 mm/U. Er trägt das Material mit einer Schnittgeschwindigkeit von 120 m/min ab. Im anschließenden Schlichtvorgang wird die definitive Lochabmessung bei einer exzellenten Oberflächenqualität erreicht, wie man bei Mikron Tool berichten kann.

Der Fräser erzielte schließlich ein Zeitspanvolumen von 0,94 cm3/min gegenüber 0,17 cm3/min, die mit einem herkömmlichen Fräser erreichbar sind. In der Konsequenz betrug die Bearbeitungszeit inklusive Schlichten für die Bohrung gerade einmal 14,5 s gegenüber 1 min 11 s bei einem marktüblichen Fräser. Demnach erwies sich Mikron Tool mit dieser Lösung als 4,7-mal schneller und erzielte ein 5,5-fach höheres Zeitspanvolumen.

Nicht zuletzt aufgrund solcher Kennwerte nimmt der Hersteller nach eigenem Bekunden stetig neue Anfragen von Kunden entgegen, die ihre Fertigungsprozesse optimieren wollen. Marco Cirfeta, Verkaufsleiter Europa, sagt dazu: „Unsere Bohr- und Fräswerkzeuge sind echte Problemlöser für schwer zu zerspanende Werkstoffe wie sie in der Medizintechnik zur Anwendung kommen. Darüber hinaus bietet Mikron Tool dank des hervorragend aufgestellten Technology Centers die komplette Entwicklung von CAM-Bearbeitungsprozessen komplexester Bauteile an: von medizinischen Instrumenten über Knochenplatten bis hin  zu Implantaten wie künstlichen Kniegelenken.“ Das mache Mikron Tool zu einem ganzheitlichen Partner − vom Hochleistungswerkzeug bis zur kompletten Bearbeitungsstrategie.

Übrigens ist der Hartmetall-Bohrfräser CrazyMill Cool P&S Torisch zurzeit von 1 bis 8 mm Durchmesser in zwei Versionen verfügbar, und zwar zum einen als Typ A: 2,5 × d CrazyMill Cool P&S Torisch, Schneidenlänge 2,5 × d, Z3, und zum anderen als Typ C: 5 x d CrazyMill Cool P&S Torisch, Schneidenlänge 2,0 × d, Z3.

Mittels Spiralinterpolation fräst hier der ‘CrazyMill Cool P&S Torisch‘ die flache Bohrung eines Hüftschaftimplantats aus Titan Grad 23

Originalverhältnis

Der CrazyMill Plunge & Slot Torisch mit Eckenradius eignet sich für zahlreiche Anwendungsfälle, sei es das Fräsen von Bohrungen, Rampen, Taschen, Nuten oder Konturen 

Die integrierte Kühlung der Werkzeuge von Mikron Tool trägt maßgeblich zu deren langen Standzeiten, der mit ihnen ereichbaren hohen Abtragraten sowie der erzeugten sehr guten Oberflächenqualität  am Bauteil bei

Beim Einbringen einer flachen Bohrung im oberen Bereich die- ses Hüftschaft- implantats erzielte der Fräser ein Zeitspanvolumen  von 0,94 cm3/min gegenüber 0,17 cm3/min,  die ein herkömmliches Werkzeug erreichte

Im modernen Technology Center von Miron Tool bewährt sich der Fräser innerhalb komplexer CAM-Prozesse für medizinische Instrumente, Knochenplatten oder Implantate wie Kniegelenke, ausführbar auf allen gängigen Werkzeugmaschinen

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Mikro-Präzisionswerkzeuge

Präzisionswerkzeuge

Fräswerkzeuge

Oberflächenfeinstbearbeitung in der Medizintechnik

In der Medizintechnik müssen Endoprothesen und andere Gelenk-Implantate mit sphärischen Konturen unter höchsten Anforderungen an die Formgenauigkeit, Oberflächengüte und Verschleißfestigkeit bearbeitet werden. Für derartige Anwendungen hat Thielenhaus Technologies mit der Baureihe ‘Sphero’ eine flexible und kompakte Maschinenlösung geschaffen.

Die Maschinen verfügen über eine Werkstückspindel, die sich um bis zu 90 Grad schwenken lässt, sodass stets die prozessspezifisch optimale Bearbeitungsposition gewählt werden kann. Am eingespannten Implantat erfolgt die Feinstbearbeitung der gesamten Außenflächen von Kugeln und Innenflächen von Kalotten. Dafür können die entsprechend konturierten Microfinish-Werkzeuge mit bis zu 4000 min-1 rotieren.

Die Microfinishmaschine Sphero bietet die Basis für die dabei bestehenden Anforderungen. Neben einer groß dimensionierten, steifen Bogenführung gehört dazu auch die patentierte Kraftregelung ‘MicroSense’, welche die Kraft, die das Werkzeug auf das Werkstück ausübt, mit einer Genauigkeit kleiner 1 N kontinuierlich überwacht und steuert. Sämtliche Bearbeitungsparameter werden prozessbegleitend dokumentiert und zur Weiterverarbeitung im Firmennetzwerk bereitgestellt. Die Kraftsteuerung schließt Bedienfehler aus und ermöglicht eine exakte Wiederholbarkeit sowie einen weitgehend autonomen und ununterbrochenen Betrieb.

Die Werkzeugeinheit ist vertikal angeordnet und für schnelles Umrüsten gut zugänglich. Eine Polmessung sorgt für die Reduzierung von Bearbeitungszeit und Werkzeugverbrauch, da die Bauteile so stets perfekt positioniert sind. Durch den integrierten Wechsler mit einer Kapazität von bis zu zehn Werkzeugen können auch komplexe Bearbeitungsprozesse in einer Aufspannung ausgeführt werden. Auch lässt sich im Anschluss an die Microfinish-Bearbeitung ein Polierprozess integrieren.

Haupteinsatzgebiet der Sphero in der Medizintechnik ist vor allem die Feinstbearbeitung von Endoprothesen aus Metalllegierungen oder Keramik. Für eine dauerhaft zuverlässige und einwandfreie Funktion müssen Hüftgelenkprothesen eine hohe geometrische Formgenauigkeit bei möglichst geringer Rautiefe aufweisen. Darüber hinaus sind die Form von Gelenkkugel und -pfanne exakt aufeinander abzustimmen. Die mit dem Microfinish-Verfahren gefertigten hochpräzisen Oberflächen steigern die Tragfähigkeit der Implantate und verringern gleichzeitig deutlich deren Verschleiß.

Auf der platzsparenden Sphero können Werkstücke bis 75 mm Durchmesser bearbeitet werden. Darüber hinaus sind auch sehr kleine Werkzeuge einsetzbar und selbst die Bearbeitung dünnwandiger Teile ist möglich.

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Der Blick in den Arbeitsraum der Sphero zeigt einen in der Werkstückspindeleinheit aufgespannten Hüftgelenkkopf bei der In-Prozess-Messung. Darüber ist die vertikal angeordnete Werkzeugspindel mit der Topfscheibe sichtbar. Weitere Bearbeitungswerkzeuge stehen im Werkzeugwechsler (oben links) bereit

Feinstbearbeitung / Finishen

Medizintechnische Apparate und Materialien

Elektrotechnik, Elektronik

Um ihr Werkzeug-Fachwissen für die Bearbeitung von Medizintechnik-Komponenten direkt an der Maschine zu beweisen, hat die Zecha GmbH gemeinsam mit dem Maschinenhersteller Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH eine exemplarische Knochenplatte hergestellt.

Beim spanenden Bearbeiten von Komponenten der Medizintechnik lassen sich die Produktionskosten mittels Automation, kürzeren Haupt- und Nebenzeiten sowie einer längeren Lebensdauer der Werkzeuge reduzieren. Diese Erkenntnis war Maßgabe bei einem gemeinsamen Projekt der Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH und des Maschinenherstellers Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH (SW) mit dem Ziel, eine exemplarische Knochenplatte herzustellen.

 Um in puncto Taktzeit, Maßhaltigkeit und Präzision Bestmarken zu erzielen, haben die beiden Firmen die Fertigung der Titan-Demoknochenplatte (Grade 5) mit einer maximalen Oberflächengüte bis Ra 0,03 mm sowohl hochdynamisch als auch mit absoluter Prozessstabilität umgesetzt.

Robuste Mehrspindelmaschine spant hoch produktiv und präzise

Auf einem SW-Bearbeitungszentrum BA W02 wurde ausgehend von einer mittigen Startbohrung mittels trochoidalem Fräsen (Werkzeugdurchmesser 0,35 mm) eine Torx-Kontur aus dem Vollen gefräst. Die verwindungssteife, kompakte Monoblockbauweise der Werkzeugmaschine reduzierte deren Wärmegang auf ein Minimum. Horizontal ausgeführt und mit integrierter Kühlmittelzufuhr ausgestattet, stellte die ein- beziehungsweise zweispindlige 5-Achs-Maschine mit bewährter Linearmotortechnik von SW einen optimalen Spänefall sicher.

 Die mehrspindlige Maschine ermöglicht im Vergleich zu einer einspindligen kürzere Nebenzeiten mit flexibleren Umrüstmöglichkeiten und eine schnellere Werkzeugbruchkontrolle. Flankiert von tiefgehender Expertise des Maschinenherstellers sind alle gängigen Strategien wie das Trochoidal- und das Gewindefräsen von Kegelgewinden sowie das Interpolationsdrehen mit maximaler Präzision realisierbar.

 „Mit über 40 Jahren Erfahrung in der Herstellung von CNC-Fräsmaschinen leisten wir einen enormen Beitrag durch optimierte und wirtschaftlichere Zerspanung“, erklärt Andreas Kienzle, Key Account Medizintechnik bei SW. „Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf höchsten Qualitätsansprüchen.“

Um das Potenzial für eine Kostenreduktion voll auszuschöpfen, stattet man die Hightech-Maschinen bei SW mit ebenso leistungsstarken wie fortschrittlichen Präzisionswerkzeugen aus. Andreas Kienzle zum Thema Werkzeuge: „Mit Zecha haben wir einen erfahrenen Lieferanten mit fortschrittlichen Produkten von höchster Qualität und Lebensdauer gefunden – einen zuverlässigen Partner, der wie auch wir zukunftsweisende Technologien vorantreibt, um die Erwartungen unserer Kunden zu übertreffen.“

Um in den anspruchsvollen Fertigungsprozessen jeglichen Werkzeugbruch von vornherein auszuschließen, verwenden die SW-Fachleute solche Zecha-Werkzeuge, die speziell für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe in der Medizintechnik entwickelt wurden. So kommt beispielsweise beim Spanen von Titan mit seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit außer stabilen Werkzeugmaschinen Qualitätswerkzeugen mit geeigneter Kühschmierung und ‘intelligenter‘ Schneidengeometrie eine zentrale Bedeutung zu.

Die für das Fertigen der Knochenplatte ausgewählten Werkzeuge waren auf der Serie 455 basierende ‘Kingfisher‘-Fräser, bei denen die Merkmale neues Vollhartmetall-(VHM-)Substrat, innovatives Kühlsystem sowie besonders stabile Grundgeometrie bestmöglich zusammenwirken. Gepaart mit der neuesten WAD-Beschichtungstechnologie meistern die Tools standfest und präzise jede Herausforderung.

 Klaus Bruder, technischer Vertrieb bei Zecha, konkretisiert: „Für die Herstellung der exemplarischen Knochenplatte wurden Torusfräser von 3 bis 4 mm Durchmesser mit einem ausgeklügelten Schaftkühlungssystem (SK), bei dem das Kühlmedium innerhalb des Spann- und Wirkdurchmessers des Werkzeugs mit einer Vielzahl von zylindrischen Bohrungen austritt, eingesetzt. Sie eignen sich nicht nur perfekt für das Schruppen des Bauteils, sondern auch zur µ-genauen Finishbearbeitung. Dabei wurde die dazugehörige Mikrogeometrie auf die Bauart des Werkzeugs sowie dessen Abmessungen optimal abgestimmt.“ Mit Technologien wie unterschiedliche Helix, ungleiche Teilung, Kernverstärkung und optimierte Spanräume seien eine bestmögliche Stabilität und ein ruhiges Schneidverhalten erzielbar. Bruder: „Alle Werkzeuge haben eine hohe Wuchtgüte, um keine zusätzlichen Vibrationen zu erzeugen.“

Außer der Kingfisher-Serie überzeugten in diesem Projekt die neu gestalteten Fräser der ‘Peacock‘-Familie mit ihrer Leistungsfähigkeit und Verschleißfestigkeit bei Werkstoffhärten bis 70 HRC. Mit einer deutlichen Standzeitverlängerung aufgrund der stabilen Schaft- und Schneidengeometrie erzeugen die WAD-beschichteten Fräser eine sehr hohe Oberflächenqualität – selbst bei solch feinen Konturen, wie es sie in der Medizintechnik gibt.

 Die Mikrofräser erreichen eine Formgenauigkeit von maximal 0,005 mm und einer Rundlaufgenauigkeit von maximal 0,003 mm − Werte, aus denen eine hohe Bauteil-Formgenauigkeit resultiert. Merkmal der speziell konzipierten Flach-Umfangsfräser der Linie 599.F4 ist ein feinstgeschliffener Schutzradius von maximal 0,05 mm. Aufgrund einer neuen Beschichtungstechnologie, einer stabilisierten Grundgeometrie und einer sehr feinen Mikrogeometrie sind die Sonderfräswerkzeuge zur Außen- und Umfangsbearbeitung sehr harter Werkstoffe – sowohl trochodial als auch mit seitlicher Zustellung in großen Vorschüben – bestmöglich gewappnet.

Fräser bewähren sich beim präzisen Bearbeiten sehr harter Werkstoffe

Speziell für das Fräsen von Torx-Konturen in Titan- und Edelstahlschrauben hat Zecha Mikrowerkzeuge im Programm, die eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächengüte bei nachhaltiger Wirtschaftlichkeit ermöglichen. Komplexe Aufgaben in der Medizintechnik erfordern vermehrt Sonderwerkzeuge, da die optimale Werkzeuglösung meist nicht als Standard im Katalog zu finden ist. „Gerade Kundenanforderungen, die nicht der Norm entsprechen, stellen große Herausforderungen dar, denen wir uns gerne stellen“, erklärt Klaus Bruder. „Unser Ziel ist es, gemeinsam mit dem Kunden Lösungen auch für spezielle Anwendungsfälle mit kleinsten Toleranzen sowie anspruchsvolle Fertigungsaufgaben umzusetzen.“

Exemplarische Knochenplatte, bei der die trochodiale Torx-Bearbeitung (unten)  und die 3D-Konturbearbeitung (oben) mit 0,35- und 0,40-mm-‘Kingfisher‘-Fräsern  von Zecha ausgeführt wurden

Prädestiniert für Medizintechnikteile und andere Hochpräzisions-Komponenten: Bearbeitungszentrum BA W02 der Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH

Diese Mikrofräser ‘Peacock‘ von Zecha für Werkstoffe bis 70 HRC erreichen eine Form- und eine Rundlaufgenauigkeit von 0,005 und 0,003 mm. Daraus resultiert eine hohe Bauteil-Formgenauigkeit

ZECHA Hartmetall- Werkzeugfabrikation GmbH

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Schneidstoffe für Präzisionswerkzeuge

Am Beispiel der Bearbeitung des Implantats ‘Tibiaplateau‘ wird deutlich, wie effektiv die Zusammenarbeit des Werkzeugspezialisten Seco Tools mit seinen Partnern DMG Mori und  Renishaw ist, wenn es gilt, Tools, Maschinen und Messsysteme aufeinander abzustimmen.

Eine alternde Bevölkerung und wachsende Ansprüche an die Lebensqualität lassen die Nachfrage nach medizinischen Implantaten für den menschlichen Bewegungsapparat steigen. Um die hohen Anforderungen an Qualität, Belastbarkeit und Verwendungsdauer der Komponenten zu erfüllen, setzen Unternehmen der Medizintechnik auf herausfordernde Werkstoffe, die innovative Fertigungslösungen benötigen.

Die Qualitätsanforderungen der Medizintechnik kommen den Fertigungsstandards von Komponenten für die Luftfahrt oder die Kerntechnik gleich und übertreffen diese sogar teilweise. Die Implantate bestehen aus biokompatiblen Materialien wie Titan-  und Kobaltchrom-Legierungen, die  aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit sehr schwierig zu bearbeiten sind. Angesichts der steigenden Nachfrage und des weltweiten Wettbewerbs ist es für Implantathersteller entscheidend, Produktivität  und Qualität zu steigern, sichere und beherrschbare Prozesse zu etablieren sowie gleichzeitig die Kosten zu senken. Speziell gilt es, manuelle Nachbearbeitung und den Anteil von Nicht-in-Ordnung-Teilen (NiO-Teile) zu minimieren.

Als ein führender Hersteller von Werkzeugen für die Medizintechnik unterstützt Seco Tools mit spezialisierten Tools, Geometrien und Schneidstoffen Anwender beim Bearbeiten von Hüft-, Knie- und Dentalimplanten sowie Wirbelsäulen- und Traumakomponenten.

Breites Medical-Standardprogramm erübrigt Invest in Sonderwerkzeuge

 „Wir haben ein umfangreiches, breit verfügbares Standardprogramm entwickelt, das alle Marktanforderungen an Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Standzeit erfüllt. Anwender können in vielen Fällen auf kostenintensive Sonderwerkzeuge verzichten und ihre Lagerbestände schlank halten“, erläutert Jörg Wilde, Projektingenieur Maschinenausrüstung Seco Tools. Zudem hat Seco Tools die Veranstaltungsreihe Medical Inspiration through Innovation (ITI) ins Leben gerufen, um den Austausch über Trends und Innovationen sowie die Teamarbeit zwischen Firmen der Medizintechnik und den Fertigungsspezialisten voranzubringen.

Im Rahmen der Medical ITI 2021 hat Seco Tools gemeinsam  mit dem Werkzeugmaschinenbauer DMG Mori und dem Messtechnik-Spezialisten Renishaw die Bearbeitung von Tibiaplateaus präsentiert. Die Implantate für die untere Fläche des Kniegelenks werden im Regelfall aus endkonturnahen Rohlingen gefertigt. Seco Tools hat eine Auswahl an Vollhartmetall-(VHM-) Fräsern speziell für die Bearbeitung der Tibiaplateaus entwickelt, die alle Prozessschritte vom Schlichten der Wandungen (‘JH710‘) über das Schruppen und das Schlichten des Bodens (‘JH770‘ oder ‘JH740‘) bis hin zum Hinterschnittfräsen (‘JH790‘) abdecken.

 Beschichtungen, Hartmetallsubstrat und Schneidengeometrien der vier Werkzeuge wurden eigens für die verwendeten Werkstoffe wie Kobaltchrom und Titan optimiert: PVD-Multi-Layer-Beschichtungen mit diversen Anschliffen sorgen für hoch stabile Schneiden und einen ‘weichen‘, sauberen Schnitt ohne hohen Druck oder Temperaturen, die das Gefüge verändern können.

Die reibungsarmen Top-Layer ermöglichen eine sehr gute Späneabfuhr. Bis zu sechs Schneiden erlauben noch kürzere Bearbeitungszeiten. Das Ergebnis sind eine hohe Präzision und Oberflächengüten von Ra 0,06/0,07 µm. Die Produktivität steigt, und Nachbearbeitungen werden minimiert.

Das Realisieren der geforderten Schnittgeschwindigkeiten und Oberflächengüten setzt eine optimale Abstimmung von Werkzeug und Maschine voraus. Horst Lindner, Leiter des DMG Mori Medical Excellence Center in Seebach, erklärt: „Entscheidende Anforderungen im Bereich Medizintechnik sind eine sehr hohe Prozesssicherheit und -stabilität sowie eine sehr gute Automation, sodass die Maschinen durchgängig laufen können.“ Bei DMG Mori sind für das Fräsen der Tibiaplateaus die kompakten 5-Achs-Bearbeitungszentren ‘DMU 40 eVolution‘ und ‘DMU 50 3rd Generation‘ erhältlich. Beide haben standardmäßig eine starke ‘speedMaster‘-Motorspindel, die Drehzahlen bis 20 000 min-1 erreicht.

 Umfangreiche Kühlmaßnahmen ermöglichen höchste Präzision bei der Bearbeitung. Das Ein- und Auswechseln der Werkzeuge und der Teile erfolgt automatisiert, sodass ein Bediener drei Maschinen simultan über einen Multi-Touch-Screen bedienen kann, der zudem die durchgängige Verwaltung, Dokumentation und Visualisierung von Auftrags-, Prozess- und Maschinendaten erlaubt. Dabei haben Anwender während des gesamten Fertigungsprozesses Einblick auf das Werkstück.

Die Qualitätssicherung geschieht  direkt auf der Werkzeugmaschine

Die Konturen der Tibiaplateaus müssen maßgenau und übergangsfrei gefräst werden. Vor allem dürfen keine Absätze durch den Einsatz unterschiedlicher Werkzeuge entstehen. Renishaw hat eines der weltweit leistungsstärksten Messtechnikportfolios für Maschine, Werkzeug und Werkstück.

 Die Systeme ermöglichen eine präzise Messung sowohl der Zerspanungswerkzeuge als auch der Werkstücke,  um diese während des Prozesses optimal zueinander einzustellen. Das laserbasierte, berührungslose Messsystem ‘NC4+ blue‘ erfasst die Dimension des Werkzeugs in der Werkzeugmaschine kurz vor der Bearbeitung und kann selbst Verschleiß und Temperaturschwankungen kompensieren. Die Lageerkennung des Teils erfolgt über den scannenden Messtaster ‘Sprint‘ in der Werkzeugaufnahme der Maschine. An dessen ‘Spitze‘ tastet eine kleine Kugel das Teil ab, ohne es ausspannen zu müssen, und liefert mit 1000 Messpunkten je Sekunde genaue Informationen bezüglich Form- und Lagezustand.

 Die primäre Anforderung an die Teile-Lageerkennung ist das schnelle, prozesssichere Einrichten, um den Werkstücknullpunkt zu ermitteln. Mit einer bis zu 80 Prozent schnelleren Einrichtung minimiert Sprint den Verlust an wertvoller Fräszeit. Hinzu kommen mehrere In-Prozess-Messungen sowie ein Abschlusstest, ob sich alle Geometrien in den Toleranzen befinden. Daniel Mutz, Technical Key Account Manager bei Renishaw, resümiert: „Die saubere Erfassung erlaubt die Kompensation aller Maßabweichungen, sodass Ausschuss und manuelle Eingriffe in den Prozess minimiert werden, und das bei reduzierter Bearbeitungszeit.“

Die Anwender erhalten Komplettlösungen aus einer Hand

Seco Tools ist ein DMQP-Partner (DMG Mori Qualified Products) von DMG Mori bei Aerospace und Medical. Die Werkzeuglösungen werden projektspezifisch dort eingesetzt. Speziell für den Bereich Medizintechnik betreibt DMG Mori das Medical Excellence Center in Seebach, in dem auch die jährlichen Medical Days stattfinden. Dort haben die beiden Partner schon viele Bearbeitungen der unterschiedlichsten Implantate realisiert und präsentiert. Firmen der Medizintechnik profitieren von optimal aufeinander abgestimmten Werkzeugen, Maschinen und Messsystemen aus einer Hand, die eine hohe Prozessstabilität und Qualität der Implantate ermöglichen sowie Bearbeitungszeiten und NiO-Teile minimieren. Die Abnahme der Anlagen erfolgt beim Kunden durch DMG Mori. Anwender erhalten Zugriff auf das komplette benötigte Know-how, viele Service-Leistungen und technische Betreuung vor Ort.

Der Zerspanungsspezialist Seco Tools hat als langjähriger Ansprechpartner in puncto Medizintechnik eine ganze Reihe von Vollhartmetallfräsern für die Bearbeitung von medizinischen Komponenten  entwickelt

Zu den Zerspanlösungen für orthopädische Komponenten gehören auch VHM-Fräser zum Bearbeiten von Tibiaplateau-Implantaten

Das Bearbeitungszentrum ‘DMU 40 eVolution‘ von DMG Mori bearbeitet auch schwer zerspanbare Medizintechnik-Werkstoffe effizient, zum Beispiel Titan oder Kobaltchrom. Indem man kompakte Automationsanlagen anbindet, wird eine maximale Produktivität gewährleistet

Das Universal-Bearbeitungszentrum ‘DMU 50 3rd Generation‘ ermöglicht dem Hersteller zufolge eine maximale Flexibilität im Bereich der 5-Achs-Simultanbearbeitung von Bauteilen der Medizintechnik

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Fertigungsmesstechnik

Messtechnik

Flexible und automatisierte Komplettbearbeitung im Set

Pumpenteile mithilfe eines WFL-Drehfräszentrums in einer Aufspannung komplett zu bearbeiten war für den Spezialisten für Schlauchpumpen Bredel nur die eine Seite der Produktivitätsmedaille. Die zweite waren 120 Produktiv-Wochenstunden bei nur einer Präsenzschicht.

Der Hersteller industrieller Schlauchpumpen Bredel im niederländischen Delden hat in ein ‘M65-G Millturn’-Drehfräszentrum von WFL investiert. Die Bearbeitungsmaschine wurde von Oude Reimer aus Hilversum geliefert. Um die Produktivität und die Möglichkeiten des Drehfräszentrums optimal zu nutzen, verfügt die Maschine über ein großes Werkzeugmagazin, eine Automatisierungslösung von Promot und ein speziell für dieses Projekt entwickeltes Spannbackenwechselsystem von Schunk. Mit der Komplettanlage kann Bredel Werkstücke für Schlauchpumpen mannlos produzieren und kurze Durchlaufzeiten realisieren.

Bredel, Teil der Watson-Marlow Fluid Technology Group, ist der weltweite Marktführer auf dem Gebiet der Schlauchpumpen. Die Pumpen gelangen zu Kunden in den unterschiedlichsten Branchen, vom Bergbau bis hin zur Medizin- und Lebensmittelindustrie. Um den Wettbewerbsvorsprung zu sichern und auszubauen, ist Bredel permanent auf der Suche nach Möglichkeiten, die Produktivität zu verbessern und Prozesse zu optimieren. Fortlaufende Investitionen gehören zu dieser Philosophie. Ein gutes Beispiel dafür ist der Kauf einer neuen, automatisierten WFL M65-G Millturn. Das Drehfräszentrum wird auf lange Sicht ein älteres Bearbeitungszentrum von WFL ersetzen. In der Zwischenzeit werden alle Programme und Komponenten schrittweise optimiert und auf die neue M65-G Millturn übertragen.

Der Grund, warum Bredel das alte CNC-Bearbeitungszentrum von WFL ersetzt, hängt einerseits mit dem Alter und den aus heutiger Sicht begrenzten Möglichkeiten der Maschine zusammen, andererseits mit dem Wunsch, die neue Maschine mit nur einer bemannten Schicht für 120 Stunden pro Woche produktiv zu halten. Um dies zu erreichen, setzt Bredel auf einen automatisierten Produktionsprozess.

Bertus Groteboer, Senior Manufacturing Engineer bei Bredel, erklärt: „Die Entscheidung für ein neues Drehfräszentrum stand bereits im Vorfeld fest. Ende der 90er-Jahre haben wir nämlich bereits entschieden, dass wir nur noch in Maschinen investieren, die sowohl drehen als auch fräsen können. Obwohl diese Werkzeugmaschinen einen höheren Kaufpreis haben, ist die Rendite deutlich besser. Das liegt daran, dass Teilebearbeitungen zusammengefasst werden können, wodurch die Notwendigkeit für zwei getrennte Werkzeugmaschinen entfällt. Dadurch kann Bredel Pumpenteile mit Dreh- und Fräsbearbeitungen in einer Aufspannung komplett zerspanen.“

Die neue WFL M65-G hat einen Abstand von 2000 mm zwischen Haupt- und Gegenspindel. Beide Spindeln haben eine identische Leistung von 56 kW. Dank der zwei Spindeln und der Frässpindel können Werkstücke komplett bearbeitet werden. „Bei diesem Projekt haben wir tatsächlich den Schwerpunkt auf die unbemannte Produktion gelegt“, erklärt der erfahrene Fertigungsingenieur. „Die Produktionszelle holt das Rohmaterial aus der Werkstückbevorratung ab und legt nach der Bearbeitung das einsatzfertige Werkstück ohne personelles Eingreifen wieder dort ab. Dabei muss es möglich sein, unterschiedliche Werkstücke abwechselnd zu produzieren. So können wir die verschiedenen Teile einer Pumpe im Set herstellen, mit dem großen Vorteil, dass wir schneller verkaufen und lackieren können.“

Um dies zu ermöglichen, muss das Bearbeitungszentrum über eine Reihe wichtiger Elemente verfügen, die nicht nur einen unbemannten Produktionsprozess, sondern auch eine hohe Flexibilität ermöglichen.

Um eine Vielzahl von Teilen automatisiert bearbeiten zu können, hat Bredel das Drehfräszentrum von WFL mit einem großen Kettenmagazin ausgestattet. Insgesamt bietet das Magazin Platz für 200 Werkzeuge, während es relativ wenige Quadratmeter belegt. Besonders hervorzuheben ist, dass das Magazin Werkzeuge mit einer Länge bis maximal 900 mm aufnehmen kann.

Dies war eine besondere Forderung von Bredel, um so auch lange Räumwerkzeuge bevorraten zu können. Groteboer erläutert: „Wir haben die Zerspanungswerkzeuge für dieses Projekt kritisch betrachtet. Ein funktionierender Prozess lässt sich immer verbessern und Werkzeuge spielen dabei eine wichtige Rolle. Denken Sie beispielsweise an Kombiwerkzeuge, um Werkzeugwechselzeiten zu reduzieren oder spezielle Werkzeuge, die eine Bearbeitung viel schneller ausführen können. Jedes kleine Detail hilft, die Durchlaufzeit zu verkürzen und die Kosten des Werkstücks zu reduzieren. Nur so können wir am Fertigungsstandort Niederlande im Vergleich zur übrigen Welt wettbewerbsfähig bleiben.“

Um Verzahnung und Nuten zu bearbeiten, hat Bredel in Abstimmung mit WFL ein spezielles Räumwerkzeug entwickelt. Normalerweise benötigt das Werkzeug eine Vorschubkraft von 100 kN, die selbst mit der kräftigen WFL-Maschine nicht erreichbar war. Die modifizierte Version erfordert eine Vorschubkraft von nur 30 kN. Wo früher das Fertigen der Verzahnung mittels Stoßen bei einem Werkstück bis zu 30 Minuten benötigte, erfüllt das angepasste Räumwerkzeug diese Aufgabe in nur noch 1,5 Minuten.

Dank des neuen, automatisierten Drehfräszentrums, das kleine Chargen flexibel bearbeiten kann, hat Bredel die Durchlaufzeit eines Satzes von Pumpenteilen von drei Tagen auf nur einen Tag verkürzt. Außerdem kann der Hersteller viel schneller auf dringende Aufträge reagieren.

Dass bei Bredel nicht nur komplett bearbeitet sondern Prozesse auch komplett durchdacht und hinterfragt werden, wird aus der Methodik klar, die Groteboer wie folgt beschreibt: „Wir haben viele Werkstücke konstruktiv optimiert, um die Kapazität der Maschine optimal zu nutzen. Teile für Drehfräsbearbeitung sind dadurch komplexer geworden. Zusammen mit Siemens und WFL haben wir deshalb einen digitalen Zwilling der Maschine zur Simulation in der ‘Siemens NX’-CAD/CAM-Software erstellt. Darüber hinaus haben wir einige WFL-Zyklen wie Messzyklen, Prozessüberwachung und Gravieren ins Siemens NX gebracht. So können wir komplexe Teile schnell und zuverlässig offline programmieren.“

Im Endeffekt ordnen sich all diese Maßnahmen dem Ziel unter, das sich Bredel mit der neuen M65-G Millturn gesteckt hat: 5500 Spindelstunden pro Jahr prozesssicher zu erreichen.

Pumpenspezialist Bredel hat die WFL M65-G Millturn mit einem Portallader und einem Backenwechselsystem komplett automatisiert 

Das Bredel-Team freut sich über das neue Drehfräszentrum M65-G von WFL 

Der Portallader kann sowohl Werkstücke als auch Backen und Greifer handhaben 

Das WFL-Kettenmagazin bietet auf sehr kleinem Raum Platz für 200 Werkzeuge.

Auf dem Bild sind die langen Räumwerkzeuge zu sehen

Dank des neuen, automatisierten Drehfräszentrums  von WFL, das kleine Chargen flexibel bearbeiten kann, hat Bredel die Durchlaufzeit eines Satzes von Pumpenteilen von drei Tagen auf nur einen Tag verkürzt

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Mit dem richtigen Dreh zur Hochpräzision

Geht es um lange, schlanke Bauteile, setzt Citizen bei seinen Cincom-CNC-Langdrehern auf kundenindividuelle Anlagenkonfigurationen und die Integration wegweisender Entwicklungen wie die LFV- und ATC-Technologie, die Laserbearbeitung oder die Industrie-4.0-Konnektivität.