Hexagon Manufacturing präsentierte auf der Messe ›formnext‹ Systeme für die virtuelle Überprüfung und physische Inspektion in der additiven Fertigung und zeigte, wie IT-Lösungen Prozessoptimierungen vorantreiben und die Qualität generativ gefertigter Bauteile erhöhen können. Zwei Bausteine dafür sind die Simulationslösungen Simufact Additive und Digimat- AM von MSC Software, seit Anfang 2017 Hexagon-Tochter. Simufact Additive ist eine Simulationssoftware zur Vorhersage und Reduktion von Verzügen in Pulverbettschmelzverfahren für Metallwerkstoffe, Digimat-AM bietet Unterstützung für die additive Fertigung von Verbundwerkstoffen. Zudem wurden mobile Messtechnologien präsentiert, die der Digitalisierung additiv gefertigter Bauteile während der Inspektion oder Reverse-Engineering-Zwecken dienen – beispielsweise Hexagons Messarm mit optischem Scannersystem. 

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Geometrische Messtechnik

Erstmals präsentierte SLM Solutions auf der ›formnext‹ die Selektive-Laser-Melting-Maschine SLM 800. Das neue Maschinenkonzept ermöglicht die Integration in automatisierte und vollautomatische Fertigungsabläufe. Ein weiteres Highlight war der Additive Designer. Die unternehmenseigene Datenaufbereitungssoftware ist mit ihrem erweiterten Leistungsumfang für die metallbasierte additive Fertigung eine Alternative zu den bereits am Markt etablierten Programmen. Zudem waren die SLM 125 sowie die neue SLM 280 2.0 zugegen. Die vierte Generation der SLM 280 2.0, mit bis zu 2 × 700 W eine der leistungsstärksten Maschinen ihrer Klasse, wurde in vielen Punkten verbessert: Neu sind eine permanente Filtertechnologie, Melt Pool Monitoring (MPM) und Laser Power Monitoring (LPM) – jetzt auch für den Multilaser-Betrieb –, eine verbesserte Machine Control Software sowie eine optionale Pulverzuführung mittels Vakuumtechnik. 

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Additive Fertigung

Maßstäbe bei der Fertigung mittlerer bis großer Losgrößen sollen die 5-Achs-BAZ der M-Baureihe von Hwacheon setzen. Die Palette reicht von der M2 mit 500 mm Rundtisch bis zur M4 mit einem Ø 800 × 630 mm großen Schwenktisch, 55-kW-Spindel und 1009 Nm Drehmoment. Die M3 (Bild) ist mit einem 700-mm-Rundtisch ausgestattet und ermöglicht durch ihre Gantry-Bauweise mit 21-t-Meehanite-Gussbett die 5-Achs-Simultanbearbeitung ebenso wie die dynamische Schwerzerspanung mit spanintensivem Schruppen. Zwillingsantriebe in der A- und Y-Achse, Verfahrgeschwindigkeiten bis 48 m/min, ölgekühlte Motorspindeln Marke Eigenbau mit bis zu 37 kW bei 303 Nm sorgen für Produktivität. Magazine mit 40, 60 oder 90 Plätzen erlauben nebenzeitarmes Abarbeiten unterschiedlicher Bauteile. Das Softwarepaket umfasst adaptive Vorschubanpassung, Werkzeugüberwachung und einen Data-Server für Fanuc. 

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5-Achs-Bearbeitungszentren

Schwerzerspanung

Mit den Gewindebohrwerkzeugen der Serie HyperZ strebt Nachi nach höchster Prozesssicherheit. Stabile, optimal unterstützte Schneidkanten sollen ein Ausbrechen und vorzeitigen Verschleiß verhindern. Die neu gestaltete Nutgeometrie sorgt für zuverlässigen Spanbruch und optimalen Spänetransport. Zu Letzterem trägt eine spezielle Oberflächenbehandlung der Nut bei, die sich bereits bei Räumwerkzeugen bewährt hat. Versuche belegen optimale Ergebnisse bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten zwischen 5 und 20 m/min. Die HyperZ-Serie eignet sich laut Nachi universell zum Bearbeiten einer Vielzahl an Werkstoffen in einem breiten Spektrum an Festigkeit und Härte. Im Standard gibt es gerade und spiralisiert genutete Gewindebohrer wahlweise mit langem oder mit kurzem Anschnitt für Durchgangs- und für Sacklöcher für metrische Regel- und Feingewinde ab 3 bis 24 mm Durchmesser. Gewindebohrer der Serie HyperZ zum Bearbeiten korrosionsbeständiger Stähle gibt es in Kürze. 

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Gewindewerkzeuge

Danobat präsentiert die kundenindividualisierbare Hochpräzisions-CNC-Hartdrehmaschine LT-400. Sie adressiert Hersteller von Kleinserien mit häufig wechselnden Bauteilarten, die auf die Präzision des Schleifens nicht verzichten möchten. Ein Granitbett sorgt für thermische Stabilität und gute Schwingungsabsorbtion, die 45- Grad-Neigung für gute Späneabfuhr. Signifikant ist die Kreuzschlittenbauweise mit kontaktloser Hydrostatik. Die Linearmotoren der X- und Z-Achsen werden von Glasmaßstäben gesteuert und auf eine überwachte Temperatur abgekühlt. Ebenfalls an Bord: mit hydrostatischen Lagern und integriertem Motor versehener Werkstückspindelstock sowie ein beweglicher, linearmotorbetriebener Reitstock. So sind hochharte Werkstoffe in Submikrometer-Genauigkeit zu fertigen. 

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Hartdrehmaschinen

Die LNS Group will sich als Innovator im Bereich Industrie 4.0 profilieren. So wurde in einem ersten Schritt die Verbindung zwischen Peripheriegerät und Werkzeugmaschine entwickelt. Nun stehen Kommunikationslösungen (e-Connect) für die LNS-Geräte – allen voran Stangenladeeinrichtungen – im  Fokus, um diese in die Ressourcenplanung, das Fertigungsmanagement und die Qualitätskontrolle der Kunden zu integrieren. Diese erhalten auf den ersten Blick in Echtzeit Transparenz über ihre Produktion, beispielsweise die Arbeitsbelastung jeder Maschine, die Zyklusdauer und die Zeit der erwarteten Fertigstellung. Die Tele-Überwachung der Produktion über mobile Geräte spart Zeit, indem der Produktionsstopp und das Umrüsten antizipiert und in den Produktionsplan  integriert werden können, was Stillstandszeiten minimiert. 

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Stangenlademagazine

Industrie 4.0

Hohe Schnittgeschwindigkeiten, Vorschübe und lange Standzeiten waren das Entwicklungsziel für den neuen MPS1-Bohrer von Mitsubishi Materials, der jetzt auch mit Längen in 10 × D bis 40 × D ab Lager lieferbar ist. Die Bohrer verfügen über geschwungene Schneidkanten, sodass in Verbindung mit dem innovativen Z-Anschliff der Schnittdruck reduziert wird. Dadurch werden Bohrungen mit hervorragender Geradheit und geringem Verlauf erzeugt. Hohe Schnittgeschwindigkeiten und extra lange Standzeiten dank der neuen Miracle-Sigma- Mehrlagenbeschichtung (Al-Ti-Cr-N) sollen für Alleinstellung des Bohrers mit vier Führungsfasen sorgen. Zudem werde durch die glatten Spannuten eine optimale Spanabfuhr erzielt. Die Form der Kühlkanäle leitet mehr als doppelt so viel Kühlmittel mit größerer Geschwindigkeit an die Schneide als herkömmlich üblich. Zudem sorgt die polierte Zero-µ-Oberfläche für weniger Aufbauschneidenbildung und einen niedrigen Reibungskoeffizienten. 

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Bohrwerkzeuge

Mit dem neuen Feedmax-P-Bohrer will Seco Tools die Bohrleistung für die Werkstoffe ISO-P (Stahl) und Gusseisen gegenüber aktueller Bohrtechnologie deutlich steigern können. Bis zu 35 Prozent höhere Bohrproduktivität seien dank der Kombination aus neuer Bohrer-Geometrie und dunkler TiAlN-Beschichtung möglich, zudem eine längere Werkzeugstandzeit. Die bessere Spankontrolle sorgt darüber hinaus für hohe Prozesssicherheit. Die Kühlmittelbohrungen liegen direkt in der Nähe der festen geraden Schneidkanten und ermöglichen so eine effizientere Kühlung. Die engen Führungsfasen minimieren die Hitzeeinwirkung auf den Bohrer, und eine erweiterte Spannnutenform schützt die Bohrspitzenecken und maximiert die Spankontrolle und -abfuhr. Mit der festen Spitzengeometrie des Bohrers sind Schnittgeschwindigkeiten bis 190 m/min in SMG P5 möglich, ohne Abstriche bei der Werkzeugstandzeit zu machen. Den Feedmax-P gibt es in Durchmessern von 2 bis 20 mm beziehungsweise 0,078 bis 0,787" und in L/D-Verhältnissen von 3, 5 und 7 × D. Interne Kühlmittelzufuhr ist Standard. 

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Vor allem in Drehmaschinen und Rundtaktautomaten werden die Stärken der neuen Tribos-Polygonspannfutter mit ER-Konus zum Tragen kommen, so Hersteller Schunk. Selbst kleinste Schaftdurchmesser ließen sich mit ihnen präzise spannen. Die Polygonspannfutter mit ER-Konus lassen sich mit allen handelsüblichen Aufnahmen für ER-Spannzangen kombinieren, insbesondere auch mit angetriebenen Werkzeughaltern. Das Spannsystem nutzt die hohe Genauigkeit des ER-Kegels und verbindet diese mit der Präzision der Polygonspanntechnik. Anstelle der wenig präzisen Spannzange wird einfach die Tribos-Aufnahme in den vorhandenen Werkzeughalter eingesetzt und mithilfe der ER-Spannmutter fixiert. Der Vorteil: Die Werkzeuge lassen sich in den Tribos-Aufnahmen mit einer Genauigkeit von 0,01 mm in der Länge voreinstellen und bei Bedarf mit wenigen Handgriffen in die Spannzangenfutter einwechseln. 

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Werkzeugspanntechnik

Die Hoffmann Group hat im vergangenen Jahr den dreischneidigen Garant-MasterSteel-Feed-Vollhartmetallbohrer vorgestellt, der auch in langspanenden Stählen und Inox- Materialien 50 Prozent mehr Vorschub pro Umdrehung schafft und dazu eine außerordentliche Langlebigkeit bietet. Nun folgen Versionen mit größerer Bohrtiefe mit 8 × D und 12 × D. Um auch hier die von den drei Schneiden abfließenden Späne prozesssicher abzuführen, bedarf es besonders großer Spannuten. Der Bohrer wurde deshalb einer Kernverjüngung unterzogen. Diese erlaubt zum Ende der Spiralisierung hin größer werdende Spannuten bei gleichzeitig ausreichender Stabilität des Kerns. Die Spanabfuhr funktioniert in unterschiedlichsten Werkstoffen prozesssicher. Das konnte in internen Tests mit Werkstoffen wie zum Beispiel St37, C45, 42CrMo4, X155CrVMo12.1 oder X5CrNi18-10 bewiesen werden. Die drei Schneiden erlauben einen bis zu 50 Prozent höheren Vorschub. 

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Für die maschinelle Nachbearbeitung von Bohrungseintritt, Bohrungsaustritt und Querbohrungsaustritt bietet Gühring ein umfassendes Standardprogramm an Entgratwerkzeugen, darunter die weltweit erste VHM-Entgratreibahle für die maschinelle Ein- und Austrittsentgratung, die EWR 100 G. Im Unterschied zur zeit- und kostenintensiven Handarbeit verkürzt sich durch maschinelle Entgratung die Bearbeitung in einem vollautomatisierten Arbeitsprozess. Ein weiteres Highlight ist die EWR 500 (Bild), die Querbohrungen bis an die Wurzel entgratet. Während die Entgratung von Bohrungseintritten kein Problem darstellt, ist die Entgratung von Querbohrungen in vielen Fällen ein aufwendiger Arbeitsschritt, der oft zeit- und kostenintensiv von Hand durchgeführt werden muss. Hier findet die neuste Entwicklung, die Entgratreibahle EWR 500, ihre Anwendung. 

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Reibwerkzeuge

Schab- und Entgratwerkzeuge

In der Praxis gelten Aluminium und andere weichere Legierungen aufgrund geringer Zerspankräfte und -temperaturen als leicht bearbeitbar, Probleme wie niedriger Schmelzpunkt, starke Adhäsionsneigung mit Aufbauschneiden, Aufschweißungen, Anbacken der Späne sowie Gratbildung et cetera gelten als gelöst. In seinem aktuellen Ergänzungsprogramm präsentiert Nachreiner neue Tools zur Zerspanung von NE-Metallen, bei denen mittels Optimierungen bei Geometrie und Spanabfuhr die Leistungsfähigkeit nochmals erhöht werden konnten. Dazu gehören Werkzeuge mit Eckenradius, mit Innenkühlung (IK) sowie Fräsertypen für weiche Alu-Knetlegierungen. So etwa einen neuen VHM-Spiralbohrer mit IK in 5 × D (Ø 3,00 bis 16,00 mm) sowie VHM-Superstarfräser in langer Ausführung, abgesetzt mit Eckenradius (Ø 3,00 bis 20,00 mm) sowie mit Schutzfase Ø 3,00 bis 20,00 mm) oder Schutzfase und Innenkühlung (Ø 5,00 bis 20,00 mm). 

Nachreiner-Werkzeuge haben groß dimensionierte Spanräume mit extrem glatt polierten Spannuten. 

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Fräswerkzeuge

Werkzeuge für Leichtbauwerkstoffe

Industrie 4.0, Internet of Things, 3D-Design 

Internet of Tools heißt eine Internet-Plattform rund um Präzisionswerkzeuge, die mehr bieten soll als die üblichen Werkzeugkataloge. Mit ihrer ersten Applikation, dem ›Tool Designer‹, lassen sich schnell und einfach 3D-Grafiken von Komplettwerkzeugen erstellen. 

Auf deutlich über 100 000 schätzt der Tübinger Softwareentwickler TDM Systems die Anzahl der zerspanenden Industrieunternehmen weltweit. »Sie alle benötigen 3D-Grafiken ihrer Werkzeuge für die CAM-Programmierung und Simulationen«, sagt Christian Kübel, Projektleiter bei TDM Systems. Deshalb haben er und seine Spezialisten für das Tool Data Management als erste Applikation für ihre neue Werkzeug-Plattform www.internet-of-tools.com den ›Tool Designer‹ freigeschaltet. Mit ihm lassen sich mit nur wenigen Mausklicks 3D-Grafiken von Werkzeugen erstellen und downloaden – derzeit noch im Step-Format, zukünftig auch direkt in gängigen CAM-Formaten. Diese Dateien stehen dann ohne weitere Umwandlung für die CAM- und Simulationssysteme zur Verfügung. 

Digitales Werkzeugdatenhandling als Einstieg in Industrie 4.0 

Der Tool Designer ist sozusagen der Appetizer für die neue Internetwelt der Präzisionswerkzeuge. »Mit dem Internet of Tools wollen wir eine globale Heimat für digitale Werkzeuge schaffen«, erklärt Christian Kübel. Dort sollen die Nutzer alles vorfinden, was sie für den Werkzeugeinsatz und die zukünftige Werkzeugverwaltung benötigen. Die Plattform ist herstellerneutral gehalten. Zielgruppen seien im ersten Schritt Unternehmen, die CAM/Programmierungs- und Simulationssysteme verwenden. 

Da nicht nur die Plattform selbst, sondern auch die integrierten Applikationen komplett webbasiert in der Cloud arbeiten, reicht ein einfacher Rechner mit Internetbrowser, um alle Angebote zu nutzen. Als Software-as-a-Service-Lösung bietet sie den Vorteil, dass keine Programme lokal auf dem Rechner oder auf Servern installiert werden müssen; sie laufen in den gängigen Browsern, auch auf Tablets. Die Fertigungsunternehmen stehen vor der Herausforderung, Industrie-4.0-fähig zu werden. »Mit dem Internet of Tools bauen wir eine neue, globale Plattform für das Generieren und Bereitstellen digitaler Werkzeugmodelle auf«, sagt Kübel. 

von Michael Pyper Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

WB_2017_12_Werkzeugwissen-weltweit.pdf

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Toolmanagement

Fräswerkzeuge, Turbinenbau, Zeitspanvolumen 

Wenn bei Global Hydro Energy in Österreich Peltonturbinen-Laufräder gefräst werden, kommt es auf ein maximales Zeitspanvolumen an. Dass dennoch die hohen Qualitätsanforderungen erfüllt werden, ermöglichen Wendeschneidplatten mit ›Dragonskin‹-Beschichtung von WNT. 

Wenn es um regenerative Energien geht, dann ist Wasserkraft noch immer der wichtigste Energielieferant. Weltweit werden über 20 Prozent an elektrischer Energie aus der Wasserkraft gewonnen. 

Auch die Kleinwasserkraftwerke und Turbinen von Global Hydro Energy aus dem oberösterreichischen Niederranna, die zu 90 Prozent exportiert werden, tragen zu dieser Energiegewinnung bei. Das Unternehmen kann auf eine große Kompetenz auf dem Gebiet der Kaplan-, Pelton- und Francisturbinen verweisen und agiert als integrierter Systemlieferant. »Wir liefern hochqualitative, schlüsselfertige Lösungen für Kleinkraftwerke bis zu einem Leistungsbereich von 15 MW«, sagt der Leiter der mechanischen Fertigung Ewald Perr und ergänzt: »Alle Kernkomponenten werden in unserer Produktionsstätte in Niederranna gefertigt und montiert.« 

Bis zu 80 Tonnen VA-Werkstoff werden Jahr für Jahr zerspant 

Für die Auftragsbearbeitung zur Fertigung von Turbinenlaufrädern mit einem Jahreszerspanvolumen von maximal 80 Tonnen VA-Werkstoff steht ein moderner Maschinenpark zur Verfügung. Mit bis zu sechs Achsen sowie CAM-Integration lassen sich selbst hochkomplexe 3D-Geometrien herstellen und Werkstücke bis 3600 mm Durchmesser, 2500 mm Höhe und einem Stückgewicht bis 15 Tonnen bearbeiten. 

Schon seit elf Jahren arbeitet Global Hydro Energy mit dem Werkzeuglieferanten WNT aus der Ceratizit-Gruppe zusammen. Aus einem guten Grund, wie Ewald Perr nicht zu erwähnen vergisst: »Für uns sind die Qualität des Werkzeugs sowie eine schnelle, verlässliche Lieferung extrem wichtig; genau das stellt WNT für uns sicher.« 

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Groß-5-Achs-BAZ, Komplettbearbeitung, Projekt- und Servicequalität 

Bei der Fertigung großer, schwerer Werkzeug-, Formen- und Maschinenbauteile erfüllt Lohnfertiger Hetec die Genauigkeitsanforderungen der Kunden im Hundertstel-Millimeter- Bereich. Wie? Mithilfe hochpräzisen Fräsens auf 5-Achs-Bearbeitungszentren von Hermle. 

Der hauseigene Slogan ›Leistung ist kein Zufall‹, der die Philosophie des Zerspanungs-Dienstleisters Hetec in Breidenbach so treffend auf den Punkt bringt, resultiert aus Erfahrungen mit weitreichenden Konsequenzen. Denn es war der unbefriedigende Zustand, sein fertigungstechnisches Fachwissen und Können auf (zu) lange Sicht hin nicht zum Wohle der Kunden einsetzen zu können, der Friedhelm Herhaus in die Selbstständigkeit und damit weg von seinem bisherigen Arbeitgeber führte. 

So gründete er im Sommer 1998 zusammen mit seinem Bruder Günter zunächst in Bad Laasphe die Hetec oHG. Die Brüder verfolgten dabei das Ziel, als Zerspanungsspezialisten in den Segmenten Maschinenbauteile in Kleinserie sowie Werkzeuge und Formen in Einzelfertigung endlich auch das technisch Machbare einsetzen und anwenden zu können. 

Dem Start mit einer Fräsmaschine folgten in den Aufbaujahren bald zwei Bearbeitungszentren, eine Drahterodieranlage sowie ein 2D-CAD/CAM-System. Mit wachsenden Geschäftsumfängen kam Bruder Werner Herhaus hinzu, im Jahr 2000 folgte die Umfirmierung zur Hetec GmbH sowie in rascher Folge der Invest in die nächste, dreidimensionale CAD/CAM-Stufe, in das erste 5-Achs-BAZ sowie in das dafür erforderliche softwaretechnische und organisatorische Umfeld. 2003, man hatte sich zunehmend auf die Großteilebearbeitung fokussiert, siedelte Hetec aus Platzgründen in eine neue Fertigungshalle am heutigen Standort in Breidenbach um. Fortan war die Handhabung von bis zu 1300 kg schweren Werkstücken möglich. 

von Udo Hipp Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Komplettbearbeitung

HSC- / HPC-Bearbeitung

Tiefbohren, Mittenverlauf, Prozesssicherheit, Messtechnik 

Tieflochbohrer sind infolge ihrer Nachgiebigkeit von Haus aus anfällig gegen Störeinflüsse.  Vor allem ein Mittenverlauf der erzeugten Bohrung verursacht am Ende der Wertschöpfungskette irreparablen wirtschaftlichen Schaden. Ein sensorisches Bohrrohr kann Abhilfe schaffen. 

In der Öl- und Druckmaschinenindustrie sowie in der Luftfahrt gehört das Einbringen tiefer Bohrungen zum Tagesgeschäft. Die Qualität der Tieflochbohrung wird anhand der Durchmesser- und Rundheitsabweichungen sowie der Oberflächenqualität bewertet. Daneben ist der sogenannte Mittenverlauf – die radiale Abweichung der erzeugten von der gewünschten Bohrachse (Bild 1) – ein wichtiges Gütekriterium [1]. Infolge eines großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisses (L/D-Verhältnis) erweist sich das eingesetzte Bohrrohr als sehr nachgiebig, was es anfällig gegenüber Störeinflüssen macht, die einen Mittenverlauf verursachen können [1]. 

Beispiele für solche Störeinflüsse sind Inhomogenitäten in der Gefügestruktur oder ungünstige Schnittbedingungen. Mit zunehmendem L/D-Verhältnis steigt der Mittenverlauf und macht diesen zum entscheidenden Qualitätskriterium. Weil das Tiefbohren häufig gegen Ende der Wertschöpfungskette erfolgt, führen Fertigungsfehler zu hohen wirtschaftlichen Verlusten. Daher ist eine hohe Prozesssicherheit beim Tiefbohren wünschenswert. 

Ein häufig genutztes Verfahren ist das BTA-Tiefbohren (BTA steht für ›Boring and Trepanning Association‹), mit dem sich L/D-Verhältnisse größer 100 realisieren lassen. Es ist durch eine äußere Bohrölzufuhr zwischen der Bohrungswand und dem Bohrkopf gekennzeichnet. Das Bohröl transportiert die erzeugten Späne durch den Bohrkopf und das Bohrrohr nach außen (Bild 2). 

Das BTA-Tiefbohren erfordert Spezialwerkzeuge, deren Durchmesser in der Praxis zwischen 16 und 1500 mm liegen [2]. 

Im Sinne einer höheren Prozesssicherheit entwickelt das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) Hannover zusammen mit der BTA-Tiefbohrsysteme GmbH ein sensorisches Bohrrohr. Ziel dieser Entwicklung ist es, den Mittenverlauf m hauptzeitparallel bestimmen und überwachen zu können und auf dieser Grundlage eine automatisierte Korrektur zu ermöglichen. 

von Berend Denkena, Benjamin Bergmann, Sebastian Kaiser, Dieter Bolle und Matthias Behrmann Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Tiefbohrmaschinen

Werkzeugaufnahmen, Stabilität, Maschinenoptimierung 

Im Industriearbeitskreis Werkzeugschnittstelle (AK WZS) werden am WZL der RWTH Aachen umfangreiche Untersuchungen an Werkzeugschnittstellen durchgeführt. Der Arbeitskreis beschäftigt sich mit dem Einfluss von Fräs- und Drehschnittstellen auf den Zerspanprozess. 

Das System Werkzeug – Werkzeugschnittstelle bildet das direkte Bindeglied zwischen der Werkzeugmaschine und der Zerspanstelle und beeinflusst direkt die Bearbeitungsgenauigkeit. Bei der Wahl der geeigneten Schnittstelle für eine Anwendung standen den Maschinenbetreibern lange Zeit nur weni- ge aussagekräftige Daten zur Verfügung. 

Um eine belastbare Vergleichsbasis zu schaffen, werden am WZL zahlreiche vergleichende Untersuchungen zum Verhalten genormter Werkzeugschnittstellen durchgeführt. Derzeit liegt der Fokus auf Tests zum Verhalten genormter Werkzeugschnittstellen unter statischen Biege- und Torsionsbelastungen. Um die Versuche praxisnah zu ergänzen, werden die Schnittstellen vermehrt im Einsatz in Werkzeugmaschinen untersucht (Bild 1). 

Hohe Biegemomente im Kraftfluss belasten die Werkzeugschnittstelle 

Besonders bei der Schwerzerspanung treten an der Zerspanstelle hohe Kräfte auf, die vom Werkzeug und von der Werkzeugschnittstelle auf die Maschine übertragen werden. Die Werkzeugschnittstelle liegt direkt im Kraftfluss und wird, je nach Werkzeuglänge, mit hohen Biegemomenten belastet. Unter dieser Belastung lassen sich an Werkzeugschnittstellen typische Biegekennlinien messen, wobei der Kippwinkel die Verkippung des Werkzeugs gegenüber der Spindel in der Plananlagefläche angibt. 

Während der Belastung zeigen sich in der Biegekennlinie drei ausgeprägte Bereiche, von denen der erste lineare derjenige ist, in dem die Bearbeitung vorrangig stattfindet. Er wird hauptsächlich von der Konstruktion der Schnittstelle bestimmt [2]. Das Ende des linearen Bereichs MB,krit markiert bei Schnittstellen mit einer Plananlagefläche (HSK-A nach DIN 69893-1, PSC nach DIN ISO 26623-1, TS nach DIN ISO 26622-1) das beginnende Abheben der Plananlage. 

von Christian Brecher, Christian Bergs und Marcel Fey Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Bandsäge, Vorfertigung, Zuführeinrichtung, Prozesskontrolle 

Sämtliches Rohmaterial muss beim Medizinprodukte-Hersteller Likamed aus Eppingen zunächst auf Maß gesägt werden. Mit der universellen Bandsägemaschine HBE 321A Dynamic von Behringer entschieden sie sich für einen zuverlässigen Allrounder. 

Seit 1978 ist Likamed erfolgreich im medizinischen Markt tätig. »Betrachtet man die Historie, hat sich das Unternehmen zunächst mit Dialyseliegen und deren Zubehör spezialisiert und später dann die Produktpalette erheblich weiterentwickelt und ausgebaut«, erklärt Bernhard Gaupp, technischer Geschäftsführer des Eppinger Unternehmens. Mittlerweile deckt Likamed eine große Bandbreite an Produkten für unterschiedlichste Einsatzzwecke im medizinischen und kosmetischen Bereich ab. 

Sie bieten Mehrwerte für Patienten und Personal, da neben der Funktionalität auch auf besten Komfort und ein ansprechendes Design Wert gelegt wird. Diesem Anspruch folgend, werden alle Produkte selbst entwickelt, getestet, produziert und montiert. »Diese hohe Fertigungstiefe zeichnet uns aus und ist ein entscheidender Wettbewerbsvorteil«, bekräftigt auch Fertigungsleiter Michael Mogler. Die Zuverlässigkeit und optimale Funktionalität der Bandsäge am Anfang der Prozesskette seien daher das A und O für alle nachgelagerten Bearbeitungsprozesse. 

Basis vieler Likamed-Produkte ist eine stabile und tragfähige Schweißkonstruktion aus Rund- und Vierkantrohren sowie Vollmaterialien in verschiedenen Profilformen überwiegend aus Stahl. Bei einem jährlichen Durchsatz von rund 56 Tonnen oder 94 000 Metern Rohstahl hat die Bandsägemaschine gut zu tun. Als äußerst praktisch erweist sich bei dieser Menge die Paketspanneinrichtung, mit der gleich mehrere Stangen in einer Lage oder einem Paket gleichzeitig gesägt werden können. Der Spannbereich umfasst 15 × 350 mm in der Breite und 10 × 320 mm in der Höhe. »Die Materialpakete werden auf einer vorgelagerten Verschieberollenbahn hauptzeitparallel kommissioniert, während ein weiteres, zusammengestelltes Paket gesägt wird«, beschreibt der Fertigungsleiter. 

von Kerstin Besemer Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Säge- und Trennmaschinen

Bohrwerkzeuge, Verfahrenssubstitution, Baumaschinen 

Der Baumaschinen-Zulieferer Lehnhoff Hartstahl erzielte beim Fertigen von Stahl-Aufhängelaschen einen signifikanten Zeitgewinn, indem er die Bohrwerkzeuge Allied Revolution Drill und Combi-Line von Wohlhaupter kombinierte. Aufwendiges Zirkularfräsen wurde ersetzt. 

Die Lehnhoff Hartstahl GmbH mit Sitz in Baden-Baden ist ein mittelständisches Unternehmen, das sich als Hersteller für Baggerlöffel und Schnellwechselsysteme zu einem Marktführer in seiner Branche entwickelt hat. Mit einem umfassenden Werkzeugprogramm für alle Baggertypen am Markt bietet Lehnhoff nicht nur dem allgemeinen Tief- und Straßenbau effektive Anbaugeräte, sondern bedient auch spezielle Sparten wie Abbruch und Recycling, Garten- und Landschaftsbau sowie Steinbrüche und Kieswerke mit innovativen Produkten. 

Die Vielzahl an Teilevarianten erfordert stetige Prozessoptimierung 

Ein besonderes Highlight: Vor 25 Jahren entwickelte Lehnhoff ein Anbaugeräte-Schnellwechselsystem, das inzwischen zum Standard mit über 150 000 ausgerüsteten Baggern geworden ist. Lehnhoff hat mit dem Schnellwechsler am Bagger und dem Adapter am Anbaugerät eine universelle Schnittstelle geschaffen, die den Einsatz aller Komponenten an unterschiedlichen Baggerfabrikaten ermöglicht – mechanisch, hydraulisch sowie vollhydraulisch. 

Weil das Schnellwechselsystem für Bagger bis 100 Tonnen inzwischen einen großen Prozentsatz der Produktion bei Lehnhoff ausmacht, ist das Unternehmen stets darauf bedacht, besonders hier die Abläufe effizient zu gestalten, um die Produktivität und die Qualität zu steigern.Ein Bauteil, das beim Schnellwechselsystem eine große Rolle spielt, ist die Aufhängelasche des Schnellwechslers aus verschleißfestem Stahl Hardox 400 mit einer Dicke von 60 bis 100 mm. Die Laschen werden später sowohl auf den Adapter als auch auf den Löffel geschweißt. »Jedes Schnellwechselsystem benötigt zwei dieser Laschen«, erläutert Michael Zeferer, Fertigungsleiter in der mechanischen Fertigung bei Lehnhoff. »Weil sich die Größe nach der Kinematik des jeweiligen Baggers richtet, müssen wir eine große Varianz an Teilenummern, die sich in Bezug auf den Bohrungsdurchmesser und den Abstand unterscheiden, produzieren – die Teile haben verschiedenste Schnittdaten.« 

von Andrea Ludwig Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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VHM-Bohrer, langspanende Werkstoffe, Tiefbohren 

Eine verbesserte Spanabfuhr ermöglicht es, dreischneidige Bohrer nicht nur für Guss, sondern auch für Stahl und Inox-Werkstoffe einzusetzen und dabei von den deutlich höheren Vorschüben dieser Werkzeuge zu profitieren. Nun ist sogar ein L/D-Verhältnis von 12 × D möglich. 

Dreischneidige Vollhartmetall-Bohrer (VHM) gibt es schon seit geraumer Zeit. Die ersten Werkzeuge dieser Art kamen vor rund 50 Jahren auf den Markt. Bei der Bearbeitung von Grauguss haben sie sich inzwischen etabliert, werden dort auch prozesssicher eingesetzt. Ihr Vorteil: ein gesteigerter Vorschub aufgrund der dritten Schneide. Für langspanende Werkstoffe waren Dreischneider bislang jedoch kaum geeignet, weil sie das infolge der dritten Schneide erhöhte Zerspanvolumen über die konstruktionsbedingt kleinen Spanräume nicht abführen konnten. Mit dem unzureichenden Spanabfluss wiederum nahm die Gefahr eines Spänestaus zu, und es drohte ein Werkzeugbruch. Dreischneidige Bohrer sind deshalb bislang kaum verbreitet, und die Idee ihres Gebrauchs schlummerte quasi über Jahrzehnte in der ›Mottenkiste‹. 

Eine clevere Form der Ausspitzung verbesserte die Späneabfuhr deutlich 

Im vergangenen Jahr wurde mit dem ›Garant MasterSteel Feed‹ erstmals ein  dreischneidiger VHM-Bohrer vorgestellt, der auch in langspanenden Stahlsorten und Inox-Werkstoffen 50 Prozent mehr Vorschub pro Umdrehung schafft als ein  Zweischneider und zudem eine außerordentliche Langlebigkeit verspricht. Um das zu erreichen, hatten die Entwickler die Gestalt der Ausspitzung, die Fähigkeit zu gezieltem Spanbruch und die Spanabfuhr des Werkzeugs optimiert. 

Speziell die Konstruktion der Ausspitzung ist ausschlaggebend dafür, ob es gelingt, die Späne aus der Wirkzone schnell und zuverlässig abzutransportieren. Mit einer innovativen, zum Patent angemeldeten Ausspitzung wurde dieses Ziel erreicht. In ihrer Umgebung werden die Späne ausreichend gestaucht und sogar bei der Bearbeitung duktiler Werkstoffe günstig gebrochen. 

von Steffen Hedrich Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Ablängen, Rundstahl und Vollmaterial, Schertechnik 

Vollmaterial wie Profile und Rundstäbe in häufig wiederkehrenden Querschnitten und Formen können mit der Trenntechnologie des Abscherens wirtschaftlich, gratfrei und quasi ohne Materialverluste auf Länge gebracht werden.  

Das Abscheren von Profilen und Vollmaterial gewinnt in der modernen Fertigung immer mehr an Bedeutung. Insbesondere wenn es um große Stückzahlen geht, liegt das Abscheren eindeutig im Vorteil. Der Grund: Abscheren gilt als wirtschaftliche, umweltschonende und präzise Fertigungstechnik. 

Seit mehr als 50 Jahren ist die Firma Staco (ursprünglich Gebr. Hezel) spezialisiert auf die Herstellung von Ablänggeräten und -maschinen. Diese langjährige Erfahrung spiegelt sich in ausgeklügelter und patentierter Technik wider. Im Vordergrund steht ein Scherscheibenpaar, welches mehrere Profile in unterschiedlichen Größen aufnehmen kann und jeweils exakt für das zu scherende Profil gefertigt wird. Somit lassen sich mehrere Profile mittels einer Scherscheibe trennen. 

Umweltfreundlich und  gratfrei schneiden 

Während beim Sägen, Abstechen und Trennschleifen Materialverluste entstehen und Kühlschmierstoffe eine Belastung für die Umwelt darstellen, geht das Ablängen mittels Scheren umweltfreundlich und ohne Materialverlust vonstatten. Vor allem Rund-, Vierkant- oder Sechskantstähle sind beliebte Geometrien, die schnell und effektiv abgeschert werden können. Aber auch Form- oder Winkelprofile lassen sich in den verschiedensten Materialien wie Stahl, Messing, Kupfer und NE-Metallen optimal ablängen. Das Abschneiden erfolgt gratfrei und mit kleinster Längentoleranz. Vollmaterial kann bis zu einem Durchmesser von 30 mm geschnitten werden. Dabei ergeben sich nahezu plane Schnittflächen, weil das zu schneidende Material auf beiden Seiten der Trennstelle sicher in den passgenauen Profilführungen gehalten wird. Durch die Weiterentwicklung ›Schnellscheren‹ wird die Schnittqualität noch wesentlich verbessert. Blank gezogene Profil- und Rundstäbe können nach dem Abscheren in Spannzangen problemlos spanend weiterbearbeitet werden. 

von Thomas Späth Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Gewindewerkzeuge, schwer zerspanbare Werkstoffe, Werkzeugauswahl 

Um in ISO-S-Werkstoffe, die von Branchen wie Aerospace, Automotive oder Medizintechnik immer öfter nachgefragt werden, Gewinde einzubringen, bedarf es moderner, praxisangepasster Werkzeuge. Für deren schnelle Auswahl bieten sich interaktive digitale Lösungen an. 

Wer sich in die Phalanx der Weltmarktführer auf dem Sektor der Präzisionswerkzeuge und Zerspanungslösungen einzureihen gedenkt, sollte auf ein Komplettprogramm an leistungsstarken Werkzeugen für die effiziente, produktive Gewindebearbeitung verweisen können. Gefragt sind beispielsweise Gewindebohrer, die für alle Arten von Werkzeugmaschinen geeignet sind und sämtliche Gewindeprofile und Werkstoffgruppen abdecken. 

Solche anspruchsvollen Produktprogramme sollten kontinuierlich erweitert werden und mit den Anforderungen der zentralen Schlüsselbranchen mitwachsen. Schließlich steigt in der Aerospace- und Automotive-Industrie, aber auch in der medizintechnischen Fertigung sowie bei der Herstellung von Pumpen und Ventilen für die Öl- und Gasförderung die Nachfrage nach Bauteilen aus ISO-S-Werkstoffen. Diese zeichnen sich durch ihre besonders hohe Beständigkeit gegen Hitze, Korrosion und Chemikalien aus, sind aber zugleich äußerst schwer zerspanbar. 

Spezialisierung der Werkzeuge hilft beim Senken der Ausschussraten 

Speziell für die Herstellung von Gewinden in hochwertigen ISO-S-Werkstoffen wie Superlegierungen auf Titan- oder Nickel-Basis hat der Zerspanwerkzeug-Spezialist Sandvik Coromant eine Reihe neuer Bearbeitungswerkzeuge entwickelt, die dazu beitragen sollen, Standzeiten, Effizienz und Produktivität zu steigern. Sie zielen darauf, die Ausschussraten zu verringern und zum Beispiel die Herstellung von Triebwerkskomponenten wie Gehäusen, Wellen und Scheiben beziehungsweise von Triebwerksbauteilen, die Schultern und/oder Flansche aufweisen, zu optimieren. 

Aufgabenadaptierte Werkzeuge sind unter den Bezeichnungen CoroTap 200 SM für Durchgangsbohrungen in Titan, CoroTap 300 SM für Grundlochbohrungen in Titan sowie CoroTap 200 SD und CoroTap 300 SD für Nickelbasislegierungen verfügbar. 

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Bohrwerkzeuge, gerader Bohrgrund, Vielseitigkeit 

Bohrer müssen gerade, zylindrische, runde Bohrungen erzeugen, und das möglichst gratfrei. Neueste Bohrwerkzeuge von Sumitomo erfüllen diese Anforderungen. Sie ermöglichen mit einem Spitzenwinkel von 180° aber auch einen geraden Bohrgrund. Das hat viele Vorteile. 

Man nehme ein schönes Loch und wickle Material darum herum«,  hat einmal ein Komiker erklärt. Schön wär’s. Doch die Realität legt der Herstellung einer exakten Bohrung Stolpersteine in den Weg. Da ist allein schon der Werkstoff, der sich je nach Art und Härte oder Zähigkeit sehr unterschiedlich verhalten kann. Mal neigt er zu langen Spänen, verklebt die Schneiden oder gibt dem Bohrerschneiddruck nach; ein anderes Mal zeigt er sich hoch abrasiv und lässt die Schneide schnell verschleißen. 

Weitgehende Werkstoffunabhängigkeit als typisches Merkmal der Bohrer 

Eine neue Hartmetallsorte berücksichtigt diese Zusammenhänge und verleiht Vollhartmetall-(VHM-)Bohrern die Eigenschaft außergewöhnlicher Vielseitigkeit –  zum Beispiel dem Typ MDF von Sumitomo Electric Hartmetall. Eine ebenfalls neue, eigens darauf abgestimmte Beschichtung ist ein weiterer Grund für die bislang ungeahnte Universalität der MDF-Bohrer, die sich bei der Zerspanung einer Vielzahl von Werkstoffen bewähren. Wie Anwender berichten, werden auch im gemischten Einsatz mit unterschiedlichen Werkstoffen deutlich längere Standzeiten erreicht, als man sie von konventionellen Bohrern her kennt. 

MDF-Bohrer gibt es mit und ohne Kühlkanäle für innere Kühlschmiermittelzufuhr, was ihre Universalität noch einmal erhöht. Die großvolumigen Kühlkanäle bringen viel Emulsion an die Schneide; das fördert den Spanbruch, kühlt die Schneide und führt die Späne auch aus tiefen Bohrungen gut ab. Unterstützt wird diese Fähigkeit sowohl von großzügig gestalteten Spankanälen als auch von einer ungewöhnlichen Schneidengeometrie. Diese Schneidengeometrie mit der Bezeichnung RS verleiht den Schneidkanten eine sehr hohe Stabilität. 

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Verfahrensintegration, Präzisionsdrehen, Laserschneiden 

Citizen hat an der Wirtschaftlichkeit von Fertigungsprozessen gefeilt und kombiniert erstmals Dreh- und Laserbearbeitung auf einer Maschine. 

Ganz gleich, ob es um endoskopische oder chirurgische Instrumente geht, um OP-Besteck, Knochenschraube oder Implantat: In der Medizintechnik gelten höchste Standards bei Entwicklung und Produktion der eingesetzten Arbeitsmittel. Gerade die minimal-invasive Eingriffsmethode hat die stetige Miniaturisierung vorangetrieben – mit weitreichenden Anforderungen an die Produktionsbetriebe. 

Wo beim Drehen und Fräsen selbst mit Mikrowerkzeugen fertigungstechnische Grenzen gesetzt sind, kommt die moderne Lasertechnik ins Spiel. Mit ihr lassen sich ultrafeine Stege in unnachahmlicher Präzision herstellen, was den Rahmen für kommende Innovationen immer weiter steckt. 

Um aber den gewonnenen Produktionsvorteil nicht durch Zeitverluste beim Umrüsten zunichte zu machen, kombiniert die Citizen Machinery Europe GmbH aus Esslingen das Feinste beider Welten – Präzisionsdrehen und Laserschneiden – in einer einzigen Maschine. 

Die Cincom-L-Serie von Citizen ist ein vertrauenswürdiger Klassiker geworden, der in Produktionshallen rund um den Globus wertvolle Dienste leistet. Dazu Markus Reissig, Prokurist und Leiter Service und Technik bei der Citizen Machinery Europe GmbH: »Da die L20 bereits die idealen Bedingungen für komplexe 3D-Fräsoperationen mitbringt, eignet sie sich besonders für Produkte aus der Medizintechnik: Implantate oder Knochenschrauben aus meist schwer zu bearbeitenden Materialien wie Titan, Kobalt-Chrom oder hochlegierten Stählen sind Paradedisziplinen der Cincom L20. Da war es nur logisch, gerade diese Maschine zuerst um die neue Lasertechnologie zu erweitern.« 

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Laserbearbeitungen

Der 3D-Metalldruck als Schlüssel für neue Denkansätze 

Prozesskette 3D-Druck, Verfahrenssubstitution, Funktionsintegration 

Bei dem Projekt ›3i-Print‹ vereinen die Kooperationspartner ihre Kompetenzen, um in  einer Konzeptstudie eine Vorderwagenstruktur grundlegend neu zu entwickeln. Klassische Fertigungsmethoden, ergänzt um generative Verfahren, weisen die zukünftige Richtung. 

Die additive Fertigung hat zahlreiche Vorteile. Angefangen beim Werkstoff, den der Anwender beispielsweise sehr frei wählen kann. Denn ob Stahl, Aluminium, Titan oder andere Metalle – das Prinzip für die Herstellung und die einzusetzende Anlage bleiben weitgehend gleich. Zudem werden keine Werkzeuge benötigt, was schon einmal diese Kosten entfallen lässt. In Konsequenz daraus kann die Fertigung sehr flexibel arbeiten. ›Stückzahl 1‹ stellt keine besondere Herausforderung dar. 

Als ebenso wichtig bezeichnet Stefan Herrmann, Leichtbauexperte beim Entwicklungsdienstleister CSI, die neuen, ästhetischen Freiheiten: »Wir können Bauteile ganz anders gestalten und neue Funktionen integrieren. So lassen sich etwa durch intelligente Konstruktionen thermische Wärmeleiteffekte nutzen, Luft- oder Flüssigkeitsleitungen integrieren oder eine Lastpfad- und Crash-optimierte Topologie anwenden. Mit diesem Projekt zeigen wir, wie man die Vorteile der additiven Fertigung durch entsprechende Parameterwahl, Erfahrung, Expertise und gute Partner in den Griff bekommt.« 

Welche Verfahren sind in der  industriellen Praxis relevant? 

Das Potenzial des 3D-Metalldrucks ist demnach sehr groß. Doch welche Verfahren werden das Rennen machen, in welchem Umfang wird die additive Fertigung zum Einsatz kommen, und wie lassen sich deren Vorteile am besten nutzen? CSI stellt sich diese Fragen schon seit Jahren – und hat inzwischen einige Antworten parat. 

Derzeit entwickelt sich laut dem Engineering-Unternehmen das pulverbettbasierte Laserschmelz-Verfahren besonders positiv. In Forschung und Entwicklung sind hier jedes Jahr große Fortschritte zu erkennen. Zwar werden der Baugeschwindigkeit dieser Maschinen immer physikalische Grenzen gesetzt bleiben, die Möglichkeiten der Individualisierung sind dafür enorm. 

von Peter Klingauf Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Prozesssicherheit, Leistungsplus, Standzeitbeeinflussung 

Die Gestaltung einer applikationsspezifischen Werkzeugspanntechnik birgt ein oft unterschätztes Effizienzpotenzial für den Gesamtprozess. Die optimale Abstimmung von Faktoren wie Auskragung, Kühlschmierung oder Spannprinzip bietet viele Ansätze, es zu erschließen. 

Es gilt als Binsenweisheit, dass nur die für eine Bearbeitungsaufgabe jeweils beste Verbindung zwischen Maschinenspindel und Werkzeug ein hochwertiges Zerspanergebnis sicherstellt. Erst ein System zur Aufnahme, Dämpfung und Weiterleitung der entstehenden Kräfte mit bestmöglich aufeinander abgestimmten Komponenten führt zum gewünschten Fertigungsergebnis. 

Welchen Einfluss die Werkzeug- spanntechnik auf den Gesamtprozess hat, verdeutlicht die Wechselwirkung zwischen ihr und dem Faktor Werkzeug-Auskraglänge. Wie man weiß, kann eine Verlängerung der Auskraglänge die Lebensdauer des Schneidstoffes um 50 bis 70 Prozent verkürzen – je nach Bearbeitungssituation. Wenn zudem noch die Faktoren Schlankheitsgrad, zu bearbeitender Werkstoff und Spannsituation in einem ungünstigen Verhältnis zueinander stehen, bildet sich ein kompliziertes Bedingungsgefüge heraus mit großem negativem Potenzial im Hinblick auf die Effizienz. 

Selbst leicht reduzierte Auskragungen erhöhen Standzeit und Leistung stark 

Das Beispiel der Bearbeitung eines vergüteten Kunststoffformenstahls mit einer Arbeitshärte von 51 HRC zeigt deutlich den Einfluss der Auskraglänge auf das Zerspanergebnis beziehungsweise auf die Standzeit. Erreichte man bei einer Auskraglänge von 85 mm – das entspricht ungefähr einem L/D-Verhältnis von 4 – eine Standzeit von nur 16 min, bewirkte eine auf L/D 3 oder 65 mm reduzierte Auskragung, dass die Standzeit mit 28 min und damit das prozesssichere, personenarm erzielbare Zerspanvolumen um fast 100 Prozent zulegten. 

Zwangsläufig stellt sich die Frage: Wie kann die Auskragung form- oder anwendungsgerecht reduziert werden? Nicht selten lässt die Werkstückgeometrie keine geänderten Verhältnisse zu, oder das ausgewählte Aufnahmesystem ist bauartbedingt nicht kürzer herstellbar. Hier sei zum Beispiel die HSK-Schnittstelle genannt mit dem metrischen Feingewinde für den Einbau des Kühlschmiermittel-Übergaberohrs. 

von Sven Rahmlow Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Werkzeugbeschichtung, Verschleißminimierung, Umweltschutz 

Mit einem thermochemischen CVD-Beschichtungsverfahren ist es erstmals möglich, die verschleißenden Flächen von Bohrern, Reibahlen und anderen Werkzeugen mit ultraharten Metall-Reinstkarbiden zu beschichten, und das bei einer Temperatur von nur 480 bis 600 °C. 

Seit gut 100 Jahren ist es möglich, Werkzeugoberflächen zu veredeln, indem man Bor, Chrom, Vanadium und Titan mittels thermochemischer Hochtemperaturdiffusion bei einer Temperatur von 800 bis 1100 °C auf sie abscheidet. Leider verlieren die Teile dabei an Härte, sodass man sie nachhärten und anlassen muss. Weil das fast immer zu einem nicht akzeptablen, irreparablen Verzug führt, setzten sich diese Prozesse in der Industrie nicht vollständig durch, auch nicht zum Veredeln von Hartmetall. Als aus dem Gasnitrieren das Tieftemperatur-Ionennitrieren wurde, ließ sich dafür ausgelegter Stahl unter 550 °C behandeln, doch die Randzonen-Mikrohärte erreichte nur ein Niveau bis 1200 HV – zu wenig für die meisten Fälle. 

Was stets blieb, ist der Zwang zum Härten und Anlassen 

Erst Ende der Fünfzigerjahre wurde ein weiteres thermochemisches Hochtemperatur-Verfahren entwickelt: das Normaldruck-CVD-Verfahren. Damit ließen sich erstmals Titannitrid und Titankarbid als Mikroschicht im Hochtemperaturbereich  von 850 °C bis 1100 °C auf Stahloberflächen abscheiden. Leider blieben auch hier das Verzugproblem und der Zwang zum Nachhärten bestehen, auch wenn die Entwicklung verzugfreier Stahlsorten das Problem minderte. 

Nachdem das Normaldruck-CVD-Verfahren in den Siebzigerjahren zum Hochtemperatur-Unterdruck-CVD-Verfahren weiterentwickelt und industrialisiert werden konnte, ließen sich auch Hartmetallwerkzeuge mit Hartstoffen in bis zu 20 µm dicken kristallinen Mikroschichten veredeln. Die genannten Umstände bewogen Industriefachleute, nach einem rationellen Tieftemperaturverfahren zu suchen. Erste Erfolge brachte das im Dresdener Von-Ardenne-Institut entwickelte physikalische Bedampfen von Oberflächen mit Metallen. Die Idee wurde in der Industrie zum reaktiven Prozess zur Herstellung von Hartstoffen im Temperaturbereich von 100 bis 700 °C weiterentwickelt und im Westen unter dem Namen PVD-Verfahren auf den Markt gebracht (PVD – Physical Vapour Deposition). 

von Lienhard J. Paterok und Leonhard F. Paterok Sie möchten weiterlesen? Dann schalten Sie den Artikel jetzt frei.

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Beschichtungen für Präzisionswerkzeuge (CVD, PVD)

Werkzeugbeschichten

TBT baut auf universelle Maschinentechnik, die sich individuell an den Anwendungsfall anpassen lässt. Ein aktuelles Beispiel dafür sind die Maschinen der ML200- und ML250-Baureihen (Bild). »Es handelt sich um sehr kompakte Maschinen, die wenig Platz benötigen«, erklärt Technologieentwickler Dr.-Ing. Tobias Heymann. »Außerdem lassen sie sich einfach bedienen, spezielle Tiefbohrerfahrung ist nicht erforderlich.« »ML200 und ML250 sind für rotationssymmetrische Bauteile ausgelegt«, ergänzt Vertriebsingenieurin Dipl.-Ing. Annette Hanten. Die Medizintechnik-Branche kauft in der Regel nicht eine Maschine, sondern einen Prozess. »Wir beraten den Kunden, worauf es beim Auslegen der Maschine und des Prozesses ankommt«, betont der Technologieentwickler. Die Maschinen der ML200- und ML250-Serie gibt es wahlweise mit einer, zwei oder vier Spindeln. 

Die Hygiene spielt eine Hauptrolle bei der Herstellung medizintechnischer Produkte, die in den Körper des Menschen implantiert werden. So müssen Implantate sehr sauber sein. Anhaftungen von fremdem Material sind nicht erlaubt, denn sie können zu Unverträglichkeiten und Reaktionen im menschlichen Körper führen. Daher ist ein wichtiger Schritt die Auswahl des richtigen Werkstückspannsystems. TBT setzt auf speziell entwickelte Werkstück-Lünetten. »Die Lünetten dürfen keine Spuren und Anhaftungen auf den Werkstücken hinterlassen«, erklärt die Vertriebsingenieurin. »Ein externes Institut hat mit dem Rasterelektronenmikroskop im Auftrag eines Kunden festgestellt, dass bei unseren Lünetten keinerlei Anhaftungen auftreten.« 

Die Vielfalt der mit ML-Maschinen zu bearbeitenden Medizintechnik-Werkstücke ist hoch: So lässt sich spielend ein großes Teilespektrum tiefbohren (üblicherweise im Bereich: Länge 15 bis 400 mm; Durchmesser 1,3 bis 8,0 mm). »Gefragt sind in der Regel hohe Präzision und Oberflächenqualität. So weisen Tiefbohrungen in medizintechnischen Teilen eine Länge von bis zu 400 mm und Toleranzen hinsichtlich des Bohrungsverlaufs von 30 µm und einen Ra-Wert von 0,8 µm auf«, berichtet der Technologieentwickler. 