ABS-Systeme sind sicherheitsrelevante Teile, an deren Komponenten sehr hohe Anforderungen gestellt werden. Das gilt auch für den Spulenkörper in diesen Systemen, den Hechinger Automotive für einen Automobilzulieferer fertigt. Das komplex aufgebaute Teil ist in weiten Bereichen nur 0,7 mm dick und stellt mit 2/100 mm sehr hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit. Nach dem Spritzen wird der Spulenkörper unter Zug umwickelt; auch danach müssen die Teile noch absolut maßhaltig sein.

Hergestellt wird das Spritzgießteil aus einem PPA (Amodel): ein schnell fließendes, aber auch schwierig zu verarbeitendes Material. 16 Mio. Stück sollen von dem Teil pro Jahr auf einem einzigen Werkzeug gespritzt werden.

Intensiver Vergleich der Anbieter
„Bevor wir der Günther Heisskanaltechnik GmbH als Heißkanallieferanten für diese komplexe Aufgabenstellung den Zuschlag gaben, hatten wir auch noch Kontakt zu einem anderen Heißkanalanbieter“, erklärt Vladimir Antolic-Mezin, Geschäftsführer bei Hechinger. „Dieser Heißkanal-Spezialist, aber auch der Materiallieferant hielten es für nicht möglich, das Material mit der geforderten Präzision auf einem 16-fach-Heißkanalwerkzeug zu verarbeiten.“

Vertrauen in die Systeme
Der Frankenberger Heißkanalspezialist Günther Heisskanal hatte da mehr Vertrauen in seine Systeme – er hielt das Projekt für realisierbar. „Wir arbeiten seit vielen Jahren partnerschaftlich mit Günther zusammen. Für den Bereich Heißkanaltechnik sind in etwa 95 Prozent unserer Werkzeuge Komponenten dieses Anbieters im Einsatz“, berichtet Antolic-Mezin. „Da wir bisher mit den Ergebnissen der Zusammenarbeit immer zufrieden waren, setzten wir auch beim Thema ‚Spulenkörper’ auf den Spezialisten aus Frankenberg. Bei den Produkten überzeugen uns zudem die Zuverlässigkeit und der geringe Verschleiß sowie der Service des Anbieters: Bei Problemen ist immer jemand da, der uns partnerschaftlich zur Seite steht.“

Für die Anwendung kam, das war für die Experten bei Günther klar, nur ein System mit Nadelverschluss in Frage, da der Anspritzpunkt auf keinen Fall herausragen darf, auch nicht im Hundertstelmillimeterbereich. Zum Einsatz kommen Nadelverschlussdüsen vom Typ NTT mit zweigeteiltem Schaft und einem Kanaldurchmesser von 6 mm. Der Heißkanal ist bei diesem System voll isoliert und für Hochtemperaturanwendungen ausgelegt – damit bleibt der thermische Abbau unter 10 Prozent.

Das Hauptproblem lag im sehr engen Verarbeitungsfenster des Materials Amodel. Das war bei der Temperaturführung des Heißkanalsystems zu berücksichtigen. Eine Herausforderung war dabei, die Temperatur speziell im Anspritzpunkt nicht zu sehr abfallen zu lassen, damit ein problemloses Öffnen und Schließen der Nadelverschlussdüse gewährleistet bleibt. Die andere Aufgabe war, im Heißkanal ein Temperaturprofil ohne Höhen und Tiefen, also ein möglichst konstantes und homogenes Temperaturprofil aufzulegen, um zu gewährleisten, dass das Material plastisch bleibt und nicht schon im Heißkanal geschädigt wird.

Herausforderungen gemeistert

„Anfangs hatten wir noch damit zu kämpfen, dass sich die einzelnen Kavitäten durch das enge Verarbeitungsfenster des Materials zunächst nicht vollständig füllen ließen“, erklärt Antolic-Mezin. Dies bekam der Spritzgießer allerdings relativ schnell mittels geschicktem Variieren der Spritzparameter in den Griff. „Als eine größere Herausforderung stellten sich Brandstellen an den vier Domen des Spulenkörpers dar, die während des Spritzgießens im Bereich des Fließwegendes auftraten. Nach etwa 1000 Schuss mussten wir deshalb das Werkzeug aufwändig auseinanderbauen und reinigen.“

Mehrere Maßnahmen, etwa der Einsatz von Vakuumtechnik, beseitigten dieses Problem. Zusätzlich wurden Komponenten umgebaut, verschiedene Materialausführungen mit unterschiedlichen Wärmeleitwerten getestet, um ein noch besseres, homogeneres Temperaturprofil im Heißkanalsystem zu erhalten. Weiter musste der Werkzeugmacher die Kerne neu und präziser erodieren.

„Die erforderliche Präzision, die aufgrund der filigranen Ausprägung der Teile erforderlich ist, erfordert eine sehr hohe Genauigkeit in der Bearbeitung der Form“, erklärt Antolic-Mezin. „Das wurde erst im weiteren Verlauf des Projekts deutlich.“

Alle Parameter im Griff
Weiterhin wird das Werkzeug nun während des Spritzprozesses mit Vakuum beaufschlagt. Aufgrund der kurzen Einspritzzeiten von etwa 0,2 s ergeben sich Probleme, in der kurzen Zeit die Luft aus der Kavität zu verdrängen. In Kontakt mit Luft treten aber an der Materialoberfläche Verbrennungseffekte auf, die das Material schädigen können und auch zu den Brandstellen an den vier Domen beitrugen. Die Beaufschlagung mit Vakuum wirkte diesem Effekt entgegen; zudem verringerte sich auch noch die Oberflächenrauigkeit des Spritzgießteils.

Dass Hechinger heute alle Parameter im Griff hat und der Prozess trotz seiner extremen Anforderungen völlig zufriedenstellend läuft, ist der Innovationskraft und der Bereitschaft zum kalkulierten Risiko des erfahrenen Spritzgießers zu verdanken. „Wir sind sehr froh, dass wir Günther Heisskanaltechnik als Partner haben und so gut zusammenarbeiten“, erklärt Antolic-Mezin. „Denn ob wir dieses Projekt allein so umfassend bewältigt hätten – da habe ich doch meine Zweifel.“

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Die Form für die Filterglocke einer Trinkwasser-Filteranlage, wie sie die Gebr. Schwarz GmbH in Rottweil-Neukirch für einen renommierten Hersteller von Anlagen zur Wasseraufbereitung herstellt, ist ein höchst anspruchsvolles Werkstück: Da die Glocke aus transparentem Kunststoff gefertigt wird und eine optimale Sicht auf das Filtermedium erlauben soll, werden an die Oberflächen der Kavität höchste Anforderungen gestellt. Das erforderte bislang umfangreiche manuelle Nacharbeit insbesondere beim Polieren.

Die Form wird aus 1.2343 gefertigt, bereits gehärtet auf 52 bis 54 HRC. Beim Schlichten ist ein Aufmaß von rund 0,1 mm abzutragen, die Toleranzen sind relativ unkritisch. Nicht aber die Oberflächenqualität. Neben mehreren kleineren Werkzeugen ist ein 12er-Kugelfräser im Einsatz – mit ihm wird die Form über mehrere Stunden bearbeitet.

Optimale Fräswerkzeuge

„Wir verstehen uns als Hochqualitäts-Werkzeugbau – unsere Werkzeuge werden in der eigenen Spritzerei verwendet“, erklärt Oliver Staiger, Fertigungsplaner Werkzeugbau bei Schwarz. „Für unsere Aufgabe benötigen wir optimale Fräswerkzeuge. Mit den Fräsern, die wir bei dieser Form bislang im Einsatz hatten, war die Oberfläche nach dem Schlichten noch immer vergleichsweise rau.“ Zudem waren für die sichere Bearbeitung einer Form stets mehrere Schwesterwerkzeuge nötig. Beim Neueinwechseln entstand auf der Oberfläche jedes Mal ein Kratzer, der später dann von Hand mühsam wieder wegpoliert werden musste.

So machten sich die Verantwortlichen auf die Suche nach einer leistungsfähigen Werkzeuglösung, die das Problem elegant beseitigt. „Unser Ziel war eine Oberfläche, die schon nach dem Fräsen sehr gut ist – wir wollten die teure Nacharbeit deutlich reduzieren“, erläutert Staiger. „Dazu war aus unserer Sicht unabdingbar, dass wir die gesamte Kavität prozesssicher mit nur einem Fräser bearbeiten können.“

Fündig wurde Staiger bei Horn in Tübingen. „Von Horn waren bei uns bereits T-Nutenfräser im Einsatz“, erklärt er. „Unser Betreuer, Frank Blocher, berichtete von der neuen VHM-Fräserserie, die Horn speziell auf den Werkzeug- und Formenbau ausrichtet und von der sich der Präzisionswerkzeughersteller hohe Performance und sehr gute Oberflächen verspricht. Das wollten wir genau wissen – wir holten uns die Fräser für einen Versuch ins Haus.“

Die neuen Werkzeuge sind VHM-Fräser der Serie DS, Sorte TS3E. Neben dem 12er Kugelfräser für die Kavität bestellten die Zerspanungsexperten für die Bearbeitung der Form auch Kugelfräser mit 3, 4, 6 und – zum Gravieren – mit 0,5 mm, dazu Torusfräser mit den Durchmessern 4 und 6 mm.

Ausschlaggebend für die Bewertung sollte indes die Bearbeitung mit dem 12er Kugelfräser sein. Bearbeitet wurde die Kavität mit den gleichen Parametern wie mit dem bisher eingesetzten Werkzeug auf der Röders RXP 800 DSH: Vorschub 2200 mm/min, Drehzahl 6300 min-1, Schnittgeschwindigkeit 240 m/min, Minimalmengenschmierung.

„Der Horn-Fräser war rund 8,5 h im Einsatz, der Zähler für den Fräsweg stand am Ende bei 1003 m“, erklärt Martin Wingler, CAM-Programmierer und Maschinenbediener bei Schwarz. „Die Oberfläche des Werkzeugs war, ohne dass wir das Programm geändert hatten, wesentlich glatter, wir konnten damit ohne Nacharbeit auf unsere Spritzgießmaschine und ein erstes Muster spritzen. Das ist bemerkenswert, auch wenn die Form natürlich für die Serienfertigung noch poliert werden muss. Zudem hat ein einziger Fräser die komplette Kavität problemlos geschafft.“

Ein weiterer Vorteil war die optimierte Form der Späne: „Mit den Werkzeugen, die wir bisher eingesetzt hatten, mussten wir immer wieder leichte Kratzer feststellen, weil sich Späne verklemmt hatten“, erläutert Wingler. „Dieses Problem ist bei den Horn-Werkzeugen bisher nicht aufgetreten.“

Nach der Bearbeitung legten die Messtechniker bei Schwarz den Kugelfräser unters Mikroskop. „Auch unter der 180-fachen Vergrößerung zeigt der Fräser kaum Verschleiß – geschweige denn irgendwelche Ausbrüche oder sonstige Beschädigungen“, erklärt Wingler. „Das Werkzeug war durchaus noch innerhalb der Toleranzen. Trotzdem wird der Fräser nach dieser Bearbeitung ausgetauscht, kann aber für weniger anspruchsvolle Aufgaben problemlos weiter verwendet werden.“

Dass der Horn-Fräser deutlich teurer ist als die Vorgänger-Werkzeuge, stört die Experten bei Schwarz nicht: „Die im Vergleich zu den Vorgängerwerkzeugen höheren Kosten amortisieren sich dank Verringerung der nachgelagerten Arbeitsschritte“, erklärt Staiger. „Mit dem neuen Fräser sparen wir pro Form 3 bis 5 h teure Polierarbeit. Dazu läuft der Prozess jetzt sicher und ohne Unterbrechungen. Der Fräser macht sich über seine Standzeit, die sehr gute Oberfläche und das Plus an Prozesssicherheit sehr schnell bezahlt. Bei uns ist er nun für diese und ähnliche Anwendungen die erste Wahl.“

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Die Tuschierpresse produziert nichts, und trotzdem ist sie ein inzwischen unverzichtbares Glied in der Wertschöpfungskette: „Heute verlangen bereits zahlreiche OEMs beispielsweise bei der Vergabe eines Stoßfängerwerkzeugs explizit, dass der Formenbauer über eine Tuschierpresse mit einem Tisch von mindestens 2 x 3 m verfügt“, erklärt Max Koller, Geschäftsführer der Koller Formenbau und Kunststofftechnik GmbH in Oberbürg. „Die Presse kann dem Kunden nicht in Rechnung gestellt werden – aber sie ist inzwischen oft die Vorbedingung, dass man überhaupt in die Auswahl gelangt.“

Wer sein Werkzeug fein abstimmen muss, kommt um eine Presse nicht herum. „Um es gleich vorweg zu sagen: Fräsen ,auf Null‘ ist eine Illusion – gerade bei sehr großen Werkzeugen müssen die letzten Hundertstel am Schluss auf der Tuschierpresse geholt werden“, weiß Koller. „Es gibt zwar auch Kollegen, die die Werkzeughälften einfach mit dem Kran zusammenfahren, auch auf die Gefahr hin, sich die exakten Kanten zu ruinieren. Andere wiederum tuschieren auf der Spritzgießmaschine. Aber damit lässt sich weder exakt noch komfortabel arbeiten.“

Keine Kompromisse beim Tuschieren
So sind beim Tuschieren per Kran nicht annähernd die Kräfte zu simulieren, die auf die Form im Betrieb einwirken. Und wer auf einer Spritzgießmaschine tuschiert, muss bedenken, dass die Werkzeughälften aufgrund der auf sie wirkenden Schwerkraft niemals in der Maschine parallel ausgerichtet sind. „Damit kann das Ergebnis niemals passen, zumal die Zustellung der Spritzgießmaschinen in der Regel doch sehr grobschlächtig gehalten ist“, betont Koller. „Zudem ist das Tuschieren auf Spritzgießmaschinen schlicht zu teuer – die sollen ja schließlich Teile produzieren. Und wer schon einmal versucht hat, an den hängenden Werkzeugen im engen Arbeitsraum Korrekturen auszuführen, weiß, dass dies von einem ergonomischen Arbeiten weit entfernt ist.“

Deshalb setzt Koller schon von Anfang an auf kompromissloses Tuschieren: Bereits die fünfte Maschine im Unternehmen war eine Tuschierpresse, heute stehen verschiedene Modelle unterschiedlicher Hersteller im Betrieb. „Jetzt aber wollten wir auch noch größere Werkzeuge komfortabel tuschieren – deshalb sahen wir uns am Markt nach einer neuen Lösung um.“

Das sagt die Redaktion:

Nicht am falschen Ende sparen!
Ein „Tuschieren“ per Kran oder auf der Spritzgießmaschine ist wohl eher als „Beruhigungspille“ einzustufen – nicht von ungefähr bestehen große OEMs zunehmend auf den Einsatz der Tuschierpresse. Nur mit einer feinfühligen Maschine lassen sich die letzten Hundertstel aus der Form holen – unerlässlich gerade bei sehr großen Werkzeugen. Gute Tuschierpressen verfügen über ein automatisches System, das Stempel und Matrize per Knopfdruck in einer für den Bediener ergonomischen Position ablegt. So lassen sich Korrekturen bequem, wirtschaftlich und schnell ausführen – deutlich einfacher als etwa auf Spritzgießmaschinen. Auch wenn die Presse (hoffentlich!) keine Späne macht – in vielen Fällen amortisiert sich ihre Investition sehr schnell über mehr Flexibilität und eine Entlastung von Mitarbeitern und Produktionsmitteln.
Richard Pergler

Hallenhöhe limitiert Baugröße
Die bislang vorhandene größte Presse musste aufgrund der Hallenhöhe und der Kräne bereits in eine Grube abgesenkt werden. „Unsere neue Presse sollte daher sehr kompakt bauen und ebenerdig stehen können, um ein ergonomisches Werkzeug-Handling zu ermöglichen“, erläutert Koller. „Wir wollten den Tuschier-Prozess so effizient und für den Bediener so angenehm wie möglich gestalten. Deshalb sahen wir uns im Vorfeld der Entscheidung bei unterschiedlichen Herstellern nach einer optimalen Lösung um.“

Fündig wurde Koller beim italienischen Pressenhersteller Millutensil, die MIL 303 aus der Blue Line passte genau in das Anforderungsprofil. Ihre Ansteuerung über vier Zylinder spart Bauhöhe und hält die Maschine kompakt. Zudem verteilt sich so der Anpressdruck sehr gleichmäßig über die gesamte Fläche der Tische.

Mit ausschlaggebend für die Entscheidung zugunsten der MIL 303 war indes das Handling der Formen auf der Maschine: „Besonders hat uns gefallen, dass nach dem Tuschieren Stempel und Matritze automatisch in eine Position gefahren werden können, in der sie vom Werkzeugmacher bequem nachbearbeitet werden können“, erklärt Koller. Der Stempel lässt sich um bis zu 180° schwenken und vor der Presse ablegen, die Matrize fährt seitlich aus der Presse und kann nach beiden Seiten um jeweils bis zu 70° geschwenkt werden. „Beide Komponenten sind damit sehr ergonomisch zugänglich, der Mitarbeiter hat alle relevanten Bereiche im Blick und kann so sehr schnell und genau prüfen, wo noch Nacharbeit notwendig ist, und die notwendigen Maßnahmen ausführen.“

Kraftvoll, aber auch sehr feinfühlig
So kraftvoll die Presse auch zudrücken kann, so feinfühlig ist sie auch: Vier Lasersysteme an den Seiten der Presse sorgen für eine exakte Parallelismus-Kontrolle. „Ihr Toleranzfeld ist auf 2/10 eingestellt – das ist eine Abweichung, die bei uns im Formenbau im Normalfall niemals vorkommen kann. Für die Steuerung ist dieser Grenzwert ein klares Indiz für eine Störung“, erklärt Koller. Die intelligente Steuerung der Maschine erkennt den Fehler und zieht die Werkzeugkomponenten sicher zurück. „So wird gewährleistet, dass die Form nicht beschädigt wird, auch wenn einmal ein Hammer in ihr liegen bleibt.“

Hydraulikanschlüsse ermöglichen es, Kernzüge und Schieber des Werkzeugs auf der Presse zu bewegen und so in der Aufspannung einen kompletten Zyklus durchzufahren. Sowohl Positionierung als auch Anpresskraft lassen sich sehr exakt und feinfühlig regeln. Optional kann die Presse auch so konfiguriert werden, dass sich per eingespritztem Wachs ein erstes Modell fertigen lässt. Bei Koller hat man darauf verzichtet, da entsprechend leistungsfähige Spritzgießmaschinen im Unternehmen vorhanden sind.

Unentbehrliche Hilfe auch bei Reparaturen und Änderungen
„Wir greifen aber nicht nur bei Neuwerkzeugen auf die Presse zurück – sie ist auch bei Werkzeugreparaturen und -änderungen eine unentbehrliche Hilfe, da dabei in der Regel sehr viele manuelle Arbeitsgänge erforderlich sind“, erklärt Koller. „Mit der neuen Presse, ihrem einfachen Handling und den ergonomischen Arbeitspositionen an den Werkzeugkomponenten können wir auch bei komplexen Reparaturen und Änderungen sehr schnell reagieren. Oft schaffen wir das sogar über Nacht, so dass das Werkzeug am nächsten Tag wieder laufen kann und der Ausfall auf ein absolutes Minimum beschränkt bleibt. Diese Flexibilität und die Fähigkeit, schnell auf die Bedürfnisse der OEMs reagieren zu können, ist für ein Werkzeug- und Formenbauunternehmen in Deutschland ein gewichtiger Wettbewerbsvorteil.“

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Dem Zusammenspiel von Maschine und Werkzeug wird künftig noch mehr Bedeutung zukommen. Einerseits erfordern komplexere Werkzeuge eine angepasste Steuerung der Maschine. Weiterentwicklungen wie beispielsweise das Spritzprägen oder die Mehrkomponententechnik waren deshalb zentrale Themen dieser Veranstaltung. Dabei ging es unter anderem um neue Möglichkeiten für den Spritzgießwerkzeugbau, Anforderungen an Maschinen- und Verfahrenstechniken bis hin zur Prozesseffizienz mittels prozessoptimierter Formteilgestaltung. werkzeug&formenbau berichtet in einem zweiteiligen Beitrag über die besprochenen Entwicklungen und Trends.

Mehr Produktivität und Effizienz
Produkte und Technologie sind weiter im Wandel. Hier muss die Motivation sein, dass der Werkzeugbau Produktivität und Effizienz liefert. So zumindest sieht es Axel Demmer vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT. Massenprodukte sind heute meist aus Kunststoff. Die Anforderungen an deren Oberfläche (Optik und Haptik) steigen stetig. Während aber der Einsatz von Spritzgießwerkzeugen mit direkt strukturierter Oberfläche als besonders wirtschaftlich gilt, ist die Herstellung solcher Werkzeuge mit einem sehr hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Zudem unterliegt das Strukturdesign engen prozessspezifischen Grenzen. Die Oberflächenstrukturen lassen sich zudem nicht mit kon­ventionellen Verfahren reproduzierbar herstellen. Das heißt, es müssen anforderungsgerechte Fertigungstechnologien zum Einsatz kommen.

Auch die fünfachsige Schlichtbearbeitung mit torischen Fräsern bietet laut IPT Potenzial: So musste die Oberfläche eines Rotationsschiebers für eine Spritzgießform bislang nach dem Fräsen poliert werden. Eine der Grundvoraussetzungen dafür ist, dass schon beim Fräsen eine sehr gute Oberflächenqualität erzielt wird. So wurde eine dreiachsige Bearbeitung mit Kugelkopfwerkzeugen einer fünfachsigen Simultanbearbeitung mit Torus-Werkzeugen gegenübergestellt. Während die dreiachsige Bearbeitung eine Bearbeitungszeit von 120 min in Anspruch nahm und eine Oberflächenqualität von Ra 1 µm erreicht wurde, konnten bei der fünfachsigen Simultanbearbeitung Bearbeitungszeiten von 25 min mit Oberflächen von Ra 0,25 µm realisiert werden.

„Lösen sie sich davon, immer nur in den Spritzgießprozess zu sehen“, betonte Marco Gruber, KraussMaffei Technologies GmbH. „Betrachten Sie die gesamte Wertschöpfungskette.“ So bietet etwa der Spritzgießcompounder IMC die Möglichkeit, einen Compoundierschritt einzusparen. Mit SkinForm dagegen werden die Möglichkeiten des Mehrkomponentenspritzgießens mittels Polyurethan genutzt. Dabei geht es um einen vollautomatisierten Produktionsprozess. Diese Mehrkomponententechnik mit PUR überzeugt nicht nur im Kostenvergleich, sondern kann durch hochwertige Oberflächen (Haptik, Softtouch, als Lederersatz und Kratzfestigkeit) sowie der Kombination aus Weichschäumen bei beispielsweise Akustik- oder Dämmsystemen punkten.

Prägetechnik für exakte Bauteile
André Lück von der Sumitomo Demag Plastics Machinery GmbH sieht bei der Herstellung von Bauteilen per Prägetechnik eine zentrale Rolle beim Werkzeugkonzept. Deshalb haben sich auch nach seiner Meinung in den vergangenen Jahren zwei Arten von Werkzeugkonzepten durchgesetzt: Während die einen eine Prägebewegung über die Schließeinheit der Maschine ermöglichen, erlauben die anderen einen Prägevorgang über die Bewegung des Werkzeugelements. Welche Variante eingesetzt wird, entscheidet die Art der Geometrie und die Zielvorgabe einer Anwendung.

Bei dickwandigen Bauteilen neigt man eher zum Werkzeugprägen via Hydraulikstempel, da diese Teile eine deutlich längere und höhere Schwingung aufweisen. Dünnere und großflächigere Bauteile erfordern dagegen eher exakte kräftige Prägehübe. Das spricht dann für das Maschinenprägen.

Der wohl wichtigste Verfahrensvorteil beider Konzepte liegt im flächigen Nachdruckverhalten beim Verpressen der Kunststoffschmelze. Der erzielte gleich­mäßige Werkzeuginnendruck kann der Schwingung lokal konstanter entgegenwirken. Ebenso wichtig ist die Überfüllmöglichkeit bei vergrößerter Kavität. Sie minimiert nicht nur den Fülldruck, sondern wirkt der Schwindung bereits in der Füllphase entgegen. Lück sieht die Spritzprägetechnik als ernstzunehmendes Sonderverfahren, um höchste Genauigkeit und Qualität zu erreichen.

Für Helmut Eckardt, Wittmann Battenfeld GmbH, bieten innovative Verfahren mit dem Focus auf Integration mehrerer Funktionen, Einsparungen von Arbeitsgängen oder auch Rohstoffkombinationen neue Lösungsansätze zu Kostensenkung und Qualitätserhöhung. So eröffnet das Spritzprägen mit den aktuellen Entwicklungen durchaus Möglichkeiten, um Kosten einzusparen. Neben dem Mehrkomponenten-Spritzgießen sind nach seiner Meinung aber auch die Gasinjektionstechniken weiter auf dem Vormarsch. Das Vermeiden von Einfallstellen, Verzugs- und Gewichtsreduzierung sowie die Erzeugung definierter Hohlräume und die geringere Schließkraft eignen sich besonders für griffähnliche Teile, flächige Formteile sowie Formteile mit Dichtstellen.

Optimale Auswahl löst Probleme
Wie mit optimaler Auswahl von Spritzgießmaschine und Verfahren Probleme gelöst werden können, zeigt das Chassis eines CD-Wechslers: Bislang bestand das Problem im Verzug. Per Gasinjektionstechnik erfolgte die volumetrische Füllung mit Schmelze über eine Gaseinspritzung an drei Stellen durch Gas-Einspritzbausteine. Der Gasdruck ersetzt so den Schmelznachdruck.

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Wie tragfähig eine Partnerschaft ist, zeigt sich insbesondere dann, wenn es sehr schnell gehen muss: „Das ist meist dann der Fall, wenn unsere Kunden mit eiligen Aufträgen vor der Tür stehen – dann muss jeder mitziehen, damit das Unmögliche eben doch noch möglich wird“, betont Wolfgang Faßnacht, Geschäftsführer bei Wolfgang Faßnacht Werkzeug- und Formenbau in Bobingen, südlich von Augsburg. „Und zwar nicht nur die eigene Mannschaft – auch die externen Partner.“

Tragfähige Partnerschaft
Wenn es um Formaufbauten geht, setzt Faßnacht auf den Normalienspezialisten Meusburger aus Wolfurt im österreichischen Vorarlberg. „Nicht ausschließlich, denn wir wollen uns nicht von einem einzigen Zulieferer abhängig machen“, erklärt er. „Aber wir haben von Anfang an stets gute Erfahrungen mit Produkten und Dienstleistungen von Meusburger gemacht. Hier ist eine gute, belastbare Partnerschaft entstanden.“

Eine Partnerschaft, die längst über den Zukauf einfacher Platten und Führungen hinausgeht. „Im Bereich Normalien bietet Meusburger alles aus einer Hand – bis auf den Heißkanal“, erklärt Faßnacht. „Das ist aus meiner Sicht aber auch gut so – denn der Heißkanal ist ein eigenes Gebiet, für das es hervorragende Spezialisten gibt.“

Die Aufbauten bezieht der Werkzeugbauer komplett bearbeitet, inklusive aller Bohrungen und der Kühlung. Damit hat Wolfgang Faßnacht seinen Maschinenpark und seine hoch qualifizierte Mannschaft weitgehend von der Routinearbeit entlastet.

Die Normalienpartner, mit denen Faßnacht zusammenarbeitet, müssen ebenso zuverlässig sein wie die eigene Fertigung. Termintreue ist im Normalienbereich inzwischen eine Selbstverständlichkeit. „Mit seinem 24-Stunden-Service ist Meusburger allerdings einer der Schnellsten in der Branche – zumal das Unternehmen eine sehr breite Palette an Standard-Teilen direkt auf Lager hat“, erläutert Faßnacht. „Und Sondergrößen werden schnellstmöglich erstellt.“ Für Fassnacht ist diese schnelle Lieferfähigkeit ein wichtiger Faktor, da er sein Unternehmen als extrem schnellen Lieferanten für anspruchsvolle Werkzeuge positioniert hat. „Dazu kommt die sehr hohe Qualität der Produkte zu einem sehr guten Preis-Leistungsverhältnis.“

Weitreichende Vorbearbeitung
Nicht nur die Formaufbauten kommen inzwischen aus Wolfurt, die Rohlinge für formgebende Komponenten eines Werkzeugs lässt Faßnacht teilweise auch bereits bei Meusburger anarbeiten. „Ohne diese Vorbearbeitung könnten wir manche Aufträge gar nicht bewältigen“, erklärt Faßnacht. Denn die Größe der Bearbeitungszentren in seinem Werkzeugbau ist limitiert: „Wir dürfen beispielsweise bauartbedingt auf unser größtes Bearbeitungszentrum maximal Werkstücke bis 500 kg laden. Für einen interessanten formgebenden Werkzeugeinsatz wog der unbearbeitete Rohling indes bereits rund 700 kg.“ Für diesen Auftrag ließen die Werkzeug- und Formenbauer die Kontur bei Meusburger anarbeiten, und nach der Zerspanung dort war der Rohling wieder im Gewichtslimit für ihre Maschine: „Wir konnten die Form problemlos fertigstellen“, erläutert Faßnacht. „Inzwischen lassen wir je nach Werkzeug teilweise

bis auf 1 mm Restmaterial an die Endkontur vorbearbeiten.“ Zudem belastet die ausgelagerte Schruppbearbeitung nicht den eigenen Maschinenpark, auch die Mitarbeiter haben den Kopf frei für die Feinbearbeitung der Werkzeuge. So lassen sich die eigenen Kapazitäten optimal für die Aufgaben einsetzen, für die sie gebraucht werden.



Das sagt die Redaktion

Drum prüfe, wer sich bindet …
Wer sich von Routinearbeiten freistellen und ausschließlich auf seine Kernkompetenzen konzentrieren möchte, hat zwar gute Chancen, seine Wettbewerbsposition zu verbessern. Allerdings begibt man sich damit auch in eine erhebliche Abhängigkeit von seinen Lieferanten. Deshalb ist es umso wichtiger, bereits im Vorfeld sehr genau zu prüfen, wen man sich da mit ins Boot holt. Hilfreich ist ein funktionierendes Netzwerk aus verlässlichen Partnern und Lieferanten, auf das man auch in einem Krisenfall zurückgreifen kann. Bei Faßnacht wird der Netzwerkgedanke sehr ernst genommen, neben klassischen Lieferanten werden unter anderem auch Wettbewerber als Partner aktiv mit eingebunden. So hat sich das Unternehmen für die Zukunft leistungsstark, kompetent und flexibel aufgestellt.
Richard Pergler

Nahtlos weiterbearbeiten
Da der Rohling exakt nach den Vorgaben der Werkzeugbauer gefertigt wird und die Geometriedaten selbstverständlich mitgeliefert werden, kann der vorbearbeitete Formeinsatz ohne erneutes Vermessen gleich aufs Bearbeitungszentrum. „Meusburger arbeitet wie wir mit Visi Series von Mecadat – aber auch bei anderen Systemen sollte der Datenaustausch keine Probleme bereiten“, erläutert Faßnacht. „Wir können für die Vorbearbeitung selbst die Eckenradien exakt definieren – der Werkzeugbauer hat es selbst in der Hand, wie weit und wie nah an die Endkontur er vorbearbeiten lässt und wo er dann selbst nahtlos in die Bearbeitung einsteigen möchte.“

Für eine hohe Qualität wird das Werkstück bei Meusburger in der Großzerspanung übrigens immer wieder zwischengeglüht, so dass Spannungen im Material weitestgehend eliminiert werden. „Mit den spannungsarm geglühten Materialien ist sichergestellt, dass wir in der weiteren Bearbeitung auf Sollmaß keine bösen Überraschungen erleben“, erläutert Faßnacht. „Meusburger ist für uns ein verlässlicher Partner geworden. Wir können unser Unternehmen auf diese Weise sehr schlank halten und uns auf unsere Kernkompetenzen konzentrieren – dem Kunden das optimale Werkzeug und den besten Service für seine Anwendung zu bieten.“

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List investiert stets in aktuelle Technologien, um Kosten zu senken und die Qualität zu steigern. Neueste Errungenschaft ist eine Körner Magic High-Speed-Fräsmaschine. „Damit können wir Geometrien per Fräsen herstellen, welche noch vor kurzem undenkbar waren und zwingend erodiert werden mussten“, erklärt Manfred List, Geschäftsführer der List CAD-CAM GmbH. Das Unternehmen kann nun in vielen Fällen auf Elektrodenkonstruktion und -vermessung verzichten und die Konstruktion viel direkter umsetzen.

„Wir haben früher mit einem anderen CAD- und einem anderen CAM-System gearbeitet, und ich hatte in der Konstruktion andauernd Schwierigkeiten in einigen einfachen, aber wichtigen Bereichen“, erklärt List. „Ein Bekannter hat mir dann die WeSt GmbH in Sulzbach und TopSolid empfohlen.“

Die bestehenden Probleme konnten mit TopSolid gelöst werden. Am Anfang wurden nur bestimmte Konstruktionsaufgaben in TopSolid bearbeitet, andere blieben in der alten Software. „Entsprechend wurden manche CNC-Programmieraufgaben in TopSolid’Cam bearbeitet und andere in unserem bestehenden System“, berichtet List. „Ein richtiges Durcheinander.“

Solch ein Vorgehen ist indes nicht unüblich: Nach wie vor gibt es zahlreiche Unternehmen, in denen die Aufgaben von Konstruktion, Werkzeugbau und Fertigung auf verschiedene Programme verteilt sind. Mit der Folge, dass Arbeit mehrfach erledigt wird, und das bei jeder Änderung neu. Nicht selten ist diese Verschwendung den Verantwortlichen nicht einmal bewusst, und so stört dies auch nicht weiter.

Komplett umgestellt
Manfred List hat es gestört. Die Kons­truktion wurde im Unternehmen komplett auf TopSolid’Design umgestellt, und die Produktivität stieg. „Ich brauchte mich nicht mehr bei jedem Schritt zu fragen, ob das Programm aussteigt, und konnte meine Konstruktionen ohne Umwege zum Fräsen geben.“

Mittlerweile konstruieren drei Mitarbeiter, und fünf verwenden die CAM-Software zur Programmierung der Fräsmaschinen. Zur Zeit werden nur die Formteile mit TopSolid’Cam programmiert. „Wir möchten in der nächsten Zeit die komplette NC-Programmierung einschließlich Form­platten und anderer sogenannter 2D-Teile auf TopSolid’Cam umstellen“, erläutert List. „Alle Mitarbeiter können dann in einer einheitlichen Software alle anfallenden Arbeiten komplett erledigen und die Änderungen aus der Konstruktion nachvollziehen.“ Davon verspricht sich der Unternehmer nicht zuletzt flexiblere und motiviertere Mitarbeiter und mehr Effizienz.

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Seit einer intensiven Schulung am Graphit-Technologie-Center der SGL Carbon Group ist für Mustapha Benkada, CNC-Programmierer und Maschinenbediener bei Eckert, die Tribos Polygonspanntechnik die erste Wahl für die anspruchsvolle Graphitbearbeitung. „Unsere Graphit­elektroden müssen durchgängig höchste Qualitätsanforderungen erfüllen“, erklärt er. „Die kleinsten Stege an den filigranen Werkstücken messen gerade einmal 0,1 mm. Solche Werte lassen sich prozesssicher nur mit einem Werkzeughaltersystem erreichen, das auf Dauer über einen hochpräzisen Rundlauf verfügt.“

Mit bis zu 30 000 min-1 bearbeitet die Mikron HSM 300 Graphite Master bei Eckert das spröde und extrem abrasive Material. Verarbeitet wird in erster Linie verschleißfester Feinkorngraphit R 8510 mit 10 µm Korngröße sowie Feinstschlichtgraphit R 8710 mit 3 µm Korngröße. Damit lassen sich Oberflächenrauheiten Ra ≤0,5 μm erreichen.

Die Ansprüche der Kunden sind hoch. Für jedes Teil wird daher ein eigenes Prüfprotokoll erstellt. „Anhand unserer 100-prozentigen Qualitätskontrolle konnten wir feststellen, dass Tribos auch auf Dauer hochpräzise arbeitet“, betont Benkada. „Es gibt keinerlei auffällige Streuung bei den Messergebnissen.“

Das Geheimnis der konstant hohen Rundlaufgenauigkeit der Tribos-Polygonspannfutter von Schunk liegt im Spannprinzip: Der Werkzeughalter hat anstelle einer runden eine polygonförmige Aufnahmebohrung für das Werkzeug. Mit einer Spannvorrichtung wird von außen ein definierter Druck beaufschlagt, der die Aufnahmebohrung innerhalb des dauerelastischen Bereichs zu einem Zylinder verformt. Dieser Vorgang bewegt sich unterhalb der Rp-0,2-Prozent-Dehngrenze, so dass Gefügeänderungen im Stahl ausgeschlossen sind. So kann das Werkzeug spielend leicht in den Halter gefügt werden. Anschließend wird der äußere Druck reduziert, der Innendurchmesser bewegt sich aufgrund seiner Materialelastizität in die ursprüngliche polygonale Form zurück, und das Werkzeug wird über die Eigenspannung des Stahls kraftschlüssig gespannt – auch kleinste Werkzeugdurchmesser ab 0,3 mm.

Bei Tribos erfolgt die Werkzeugspannung nahezu wartungs- und verschleißfrei: Das soll dauerhafte Präzision sicherstellen.

Für hohe Schnittgeschwindigkeiten
Besonders interessant bei Graphit sind hohe Schnittgeschwindigkeiten, erst recht bei sehr kleinen Werkzeugdurchmessern. Aufgrund des abrasiven Graphit-Feinstaubs verwendet Eckert meist diamantbeschichtete CVD- und PKD-Werkzeuge. Das kleinste eingesetzte Werkzeug ist ein 0,4-mm-Kugelfräser mit Schaftdurchmesser 4 mm. Zudem testet Benkada derzeit Werkzeuge mit Durchmesser 0,2 mm an der Schneide.

Je höher die Schnittgeschwindigkeit an der Schneide, desto brillanter wird in der Regel die Oberfläche des Graphits. Die Polygonspannfutter von Schunk sind generell für Drehzahlbereiche bis 80 000 min-1 ausgelegt. Spezielle Aufnahmen, wie etwa der für die Mikrobearbeitung konzipierte Tribos-Mini, sind sogar für Drehzahlen bis 205 000 min-1 getestet.

Der sehr kompakte Werkzeughalter Tribos-RM verfügt über eine hohe Radialsteifigkeit, um die Möglichkeiten von HSC-Bearbeitungszentren voll auszunutzen. Seine Spannkräfte ermöglichen hohe Zerspanleistungen. Aufgrund der besonderen Anforderungen bei Eckert hat Schunk einen Tribos-RM mit Durchmesser 20 mm als verkürzte Sonder-aufnahme mit HSK-E 25-Schnittstelle gefertigt. So kann Eckert den Maschinenraum des Graphit-Bearbeitungs­zentrums besser nutzen.

Mit den Schnittstellen HSK-E 25, 32, 40, ISO 10 und HSK-A 40 sind die standardisierten Tribos-RM-Highspeed-Aufnahmen von Schunk auf kleine, hochdynamische Bearbeitungszentren abgestimmt. Sie spannen selbst kleinste Schaftdurchmesser ab 1 mm.

Ein Trend geht zu immer komplizierteren Konturen, teilweise mit sehr tiefen Kavitäten und vielen Störkanten. Aufgrund der Spanntechnologie können Tribos-Aufnahmen sehr schlank ausgeführt werden. Besonders deutlich wird dies am Tribos-S, der von Eckert insbesondere bei Arbeiten in beengten Räumen eingesetzt wird. Die relativ geringe Masse dieser Aufnahme erlaubt hohe Vorschübe bis zu 10 m/min.

Ein Winzling mit ebenfalls sehr schlanker Störkontur ist Tribos-Mini. Der Werkzeughalter spannt alle Werkzeugschäfte mit h6-Toleranz ab Durchmesser 0,3 mm. Vielfach kann mit Tribos-Mini auf den Einsatz hochpreisiger Sonderwerkzeuge verzichtet werden.

Schlanke Verlängerung
Besonders tiefe Stellen der Graphit­elektroden lassen sich mit dem wohl außergewöhnlichsten Mitglied der Tribos-Familie bearbeiten: Die extrem schlanke und hochpräzise Verlängerung Tribos-SVL ist universell einsetzbar und kann mit verschiedensten Spannfuttern kombiniert werden. Auch das spart oft den Einsatz teurer Sonderwerkzeuge. Die hochgenaue Verlängerung mit Rundlaufgenauigkeit < 0,003 mm wird einfach statt einem Grundwerkzeughalter gespannt. Per Polygonspanntechnik sorgt Tribos-SVL dann für den sicheren und präzisen Halt des Werkzeugs. „Mit dem Tribos-System haben wir Qualitätsanspruch und Kostenbewusstsein vereinen können, erklärt Benkada. „Die Investitionen in das präzise und prozesssichere Spannsystem haben sich bei uns sehr schnell ausgezahlt.“

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Bei Formentechnik Bayreuth greifen innovative Technologien wie Lasertechnik, HSC- und Hartbearbeitung oder 5-Achsen-Technik ineinander und sorgen dafür, dass anspruchsvolle Branchen aus Automotive-, Medizin- oder Pharmaindustrie mit hochwertigen Formteilen und Werkzeugen versorgt werden. Anspruchsvolle Werkzeuge für technische Kunststoff- und Mehrkomponententeile sowie Zubehör bilden den Produktschwerpunkt des oberfränkischen Unternehmens.

„Unser Wettbewerbsvorteil liegt vor allem in der exakten Ausführung nach Fertigstellung von Daten und Konstruktion. Wir legen höchstes Augenmerk darauf, dass die Daten und die Ausführung am Werkzeug absolut identisch sind. Nur auf dieser Basis können Präzisionswerkzeuge differenziert korrigiert und die Artikel unserer Kunden final in Toleranz gebracht werden“, erklärt Jürgen Ziegler, Geschäftsführer der Formentechnik Bayreuth. „Das gilt speziell auch für die Artikel-Toleranzen, die im Rahmen der Herstellung erhebliche Präzision im Werkzeug erfordern.“ Kein einfaches Unterfangen, denn Formen und Konturen werden ebenfalls komplexer, wie der Anspruch, Toleranzen, Oberflächen und Gradanforderungen am Fertigteil in immer engere Prozessfenster zu packen.

Im Rahmen der Werkzeugproduktion steht die Formentechnik Bayreuth GmbH deshalb auch immer wieder vor neuen Herausforderungen bei der Draht­erosion, denn je höher zum Beispiel die zu schneidende Kontur des Werkstückes ist, desto schneller stoßen gewöhnliche Messingdrähte an ihre Grenzen.

Potenzial der Maschine ausschöpfen
Diese Einfachdrähte sind zwar günstig in der Anschaffung, jedoch nicht unbedingt sehr effizient und prozesssicher. Auch konnte mit ihnen das mögliche Potenzial des vorhandenen Drahtmaschinenparkes bei weitem nicht genutzt werden. Neben der geringen Schneidleistung kann im schlimmsten Fall der Draht reißen, und die Maschine steht still. Darüber hinaus können komplexe Konturen bei mangelhaften Spülbedingungen mit herkömmlichen Messingdrähten oft nur unzureichend oder gar nicht mehr bearbeitet werden.

Um auch bei solch schwierigen Bedingungen höchste und konstante Schneidleistung erreichen zu können, entschied sich Formentechnik Bayreuth deshalb auf Anraten ihres langjährigen spezialisierten Erodierzubehör-Partners Huber GmbH & Co. KG aus Fürth für den Einsatz der Hochleistungsdrahtelektrode topas plus X der Marke bedra von Berkenhoff. Die beschichtete Hochleistungsdrahtelektrode ist eine spezielle Entwicklung des Feindrahtherstellers Berkenhoff für Charmilles-Drahterodiermaschinen. Der neu entwickelte Schichtaufbau dieser Elektrode verspricht hohe Prozesssicherheit und kann selbst in diffizilen Situationen in der Drahterosion und bei schlechten Spülbedingungen eingesetzt werden, ohne dabei zu reißen. In der Praxis bedeutet das: Selbst bei starker Beanspruchung oder Unterbrechung der Spülung soll der topas plus X standhalten und so unterbrechungsfreies Arbeiten der Maschine garantieren.

Klaus Zapf (l.) und Jürgen Ziegler: „DIe Anschaffung des Topas plus X ist für uns langfristig eine sinnvolle Investition.“

Effizienzsteigerung um 40 Prozent
„Unser Partner Huber aus Fürth hat uns mit der Empfehlung der Drahtelektrode topas plus X sowie bei der ersten Anwendung auf unseren Maschinen sehr stark unterstützt“, erklärt Klaus Zapf, Leiter EDV bei Formentechnik Bayreuth. „Zwar haben wir den neuen Draht von bedra erst seit einigen Monaten im Einsatz. Dennoch können wir schon jetzt eine Effizienzsteigerung von rund 40 Prozent in der Drahterosion feststellen – das ist enorm. Selbst bei mehreren Nachschnitten macht sich der Leistungsvorteil noch deutlich bemerkbar.“ Die verkürzten Schneidezeiten sorgen weiterhin auch für einen niedrigeren Drahtverbrauch. „Damit“, ergänzt Zapf, „ist die Anschaffung des topas plus X langfristig eine sinnvolle Investition für uns.“

Der niedrigere Verbrauch sowie die verkürzten Erodierzeiten führen, neben dem gesteigerten Output des bestehenden Maschinenparks, auch zu Kosteneinsparungen, die direkt in die Angebotskalkulation einfließen. Ein Vorteil, der also nicht nur der eigenen Produktivität zu Gute kommt, sondern der auch die Wettbewerbsfähigkeit der Formentechnik Bayreuth GmbH steigert.

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Für hohe Verschleißfestigkeit werden Werkzeuge in gehärtetem Stahl ausgeführt. Wie in vielen anderen Werkzeug- und Formenbauunternehmen auch wurden bei Beckert Formen + Modelle in Bad Friedrichshall zunächst die Werkzeuge weich vorbearbeitet, dann extern zur Härterei gebracht und im Anschluss daran fertigbearbeitet. „Das kostete viel Zeit, und aufgrund des Verzugs und der Härte war die Nacharbeit mitunter sehr aufwändig“, erklärt Bernd Schalamun, Meister Formenbau. „Für mehr Präzision von Anfang an und kürzere Durchlaufzeiten entschlossen wir uns, die Prozesskette zu straffen.“

Sehr gute Oberflächenqualität nötig
Da die Maschinen – insbesondere eine Matec 30 HV und eine DMU 100 – auch für die Hartbearbeitung ausgelegt sind und zudem über eine innere Kühlschmierstoffzufuhr von 20 respektive 40 bar verfügen, entschlossen sich die Verantwortlichen, die Auswerferbohrungen künftig von Anfang an in gehärtetem Werkzeugstahl mit 55 HRC auszuführen. „Das ist durchaus eine Herausforderung, da die Führungslänge der Auswerfer je nach Größe zwischen 30 und 80mm beträgt“, erklärt Schalamun. „Das bedeutet auch, dass wir sehr hohe Oberflächenqualitäten benötigen.“

Zunächst wollte Schalamun einen Bohrprozess mit einer Hartreibahle fürs Finish kombinieren. Ahmet Köylüoglu, bei Mitsubishi zuständig für technische Beratung und Verkauf, und Axel Dollinger, Anwendungstechniker des Präzisionswerkzeugherstellers, schlugen indes einen direkteren Weg vor: „Sie behaupteten, dass sie das gewünschte Ergebnis auch mit einem Bohrprozess allein erreichen können“, erläutert der Meister. „Die neuen MHS-Vollhartmetallbohrer sollten in der Lage sein, die Bohrungen in einem einzigen Arbeitsgang fertig zu bearbeiten. Das wollten wir sehen – wir holten die Werkzeuge für einem Feldversuch ins Haus.“

Exakte Führung und hohe Standzeit
Die MHS-Bohrer bestehen aus einem TF15-Feinkornsubstrat, das Mitsubishi auch für Wendeschneidplatten und immer mehr auch für Vollhartmetall-Fräser einsetzt. Der Spitzenwinkel des Werkzeugs beträgt 140°, vier Fasen sorgen für exakte Führung. Für hohe Standzeiten und gute Oberflächenqualitäten soll die Miracle-Beschichtung sorgen, eine Schicht auf TiAlN-Basis. Zwei Kühlkanäle bringen den nötigen Kühlschmierstoff für optimalen Spänetransport an die Schneidkante.

Die Bohrer wurden speziell auf harte Materialien und hohe Fluchtgenauigkeit ausgelegt. Sie sind standardgemäß in Durchmessern von 3,0 bis 12,0 lieferbar, Sondergrößen auf Anfrage. „Bei uns kommen in erster Linie die Durchmesser 6, 8, 10 und 12mm zum Einsatz“, erklärt Schalamun. „Deshalb testeten wir zusammen mit den Mitsubishi-Experten auch diese Durchmessser auf Herz und Nieren.“

Eine einzelne Bohrung zu erstellen ist keine Kunst – wenn es indes darauf ankommt, in Form und Lage exakt zu positionieren, wird es schon komplizierter. Insbesondere dann, wenn es ins Harte geht, scheidet sich bei den Bohrwerkzeugen die Spreu vom Weizen: Der Bohrer muss schließlich exakt die Position halten können. Dafür müssen auch die Werkzeugaufnahmen sehr exakt und stabil sein.

Die Bohrer benötigen durchaus progressive Vorschubwerte
„Wir setzten in unseren Versuchen bei jeder Durchmesser-Parameterkombination jeweils fünf Bohrungen“, erläutert Schalamun. „Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 20 m und einem Kühlmittelinnendruck von 20 bar fingen wir mit einem Vorschub von 0,1 mm pro Umdrehung an. Die erste Bohrung passte – die anderen waren zu klein.“ Beim Versuch mit 0,08 mm pro Umdrehung passte keine einzige Bohrung. Also wurde der Vorschub wieder erhöht – von 0,12 auf 0,14 und schließlich auf 0,15 mm pro Umdrehung. Das Ergebnis verbesserte sich umgehend: „Bei 0,15 waren 14 von 15 Bohrungen ok“, erklärt Schalamun. „Das liegt an der Präparation des Bohrers: Er verfügt über einen dickeren Kern als die Werkzeuge zur Weichbearbeitung. Mit seinen vier Führungsfasen stützt er sich bei kleineren Vorschüben weniger gut am Material ab. Das führt dann zu kleineren Durchmessern als beabsichtigt.“

Althergebrachtes hinterfragen
Grundsätzlich wurde bei Beckert entsprechend der allgemein gültigen Empfehlung kein NC-Anbohrer verwendet. „Als wir aber gegen alle Theorie einen Versuch mit einem NC-Anbohrer fuhren, stellten wir fest, dass die Ergebnisse nochmals deutlich besser wurden – jetzt passten 100 Prozent aller Bohrungen absolut exakt.“ Grundsätzlich wird jede Bohrung auf den Nenndurchmesser angespiegelt und zentriert. Der zusätzlich notwendige Werkzeugwechsel wirkt sich kaum negativ auf die Bearbeitungszeit aus.

Der Nachschleifprozess sollte bei Mitsubishi selbst erfolgen, um die hohen Qualitätsanforderungen gewährleisten zu können. Die Bohrer werden beim Hersteller entschichtet, dann wird verschleißunabhängig ein Stück abgeschliffen, um eventuelle Gefügeveränderungen zu entfernen, bevor wieder die Miracle-Schicht aufgetragen wird. Dafür verspricht der Hersteller dann auch wieder bis zu 98 Prozent der Standzeit eines Neuwerkzeugs.

„Mit den neuen MHS-Bohrern von Mitsubishi konnten wir die Bearbeitung der Auswerferbohrungen deutlich straffen“, erklärt Schalamun. „Vorher wurde jede Auswerferbohrung im weichen Werkzeugstahl von der Rückseite als Freibohrung fertiggestellt, für den Bereich der Führung wurde das Startloch gesetzt. Dann ging das Werkzeug zum Härten. Und anschließend musste es unter Berücksichtigung von Verzug fertigbearbeitet werden. Für die Auswerfer musste eine Referenzbohrung gesetzt werden, die dann anschließend beim Drahterodieren zum Anfahren genutzt wurde. Diese Arbeitsgänge können jetzt entfallen.“

Zudem kann jetzt das Werkzeug in deutlich weniger Aufspannungen als vorher bearbeitet werden: „So lassen sich sowohl die Durchlaufzeit als auch die Prozesssicherheit und die Präzision weiter verbessern“, erklärt Schalamun. „Alles in allem bringen uns die neuen Bohrer ein deutliches Plus an Genauigkeit und an Sicherheit. Und wir schaffen die Bearbeitung der Auswerferführungen im Vergleich zu vorher jetzt weitaus zügiger.“

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Harald Frank, Geschäftsführer der Frank Produktgestaltung GmbH und Steffen Kraußer, Technischer Leiter, sind stets darauf bedacht, ihre Maschinenausstattung auf dem aktuellsten Stand der Produktionstechnik zu halten. Sie müssen schnell und flexibel arbeiten, denn bei den Produkten, die ihr Unternehmen herstellt, geht es meist um Prototypen und Protoformen für Stecker und Gehäuse. Die Unterhaltungselektronik, der Automobilbereich und die Medizintechnik sind die Hauptindustrien, die zu bedienen sind.

Das Senkerodieren spielt in der Prozessklette des Unternehmens eine wichtige Rolle: „Wir haben versucht, eine Maschine zu finden, die mit hoher Abtragleistung und relativ geringem Verschleiß in kürzerer Zeit zu den gleichen Ergebnissen kommt, wie sie zuvor auf einer anderen Maschine erreicht wurden“, erklärt Steffen Kraußer. „Anders gesagt: Die Maschine sollte schneller und mit weniger Elektroden arbeiten. Das waren unsere zwei wichtigsten Kriterien für die Auswahl.

Versuchswerkstücke für eine objektive Maschinenauswahl
Die Verantwortlichen bei Frank Produktgestaltung erstellten Versuchswerkstücke, deren spezielle Anforderungen denen des realen Teilespektrums sehr nahekommen. „Unser Fachmann für das Senkerodieren war bei verschiedenen Maschinenanbietern und hat dort immer die gleichen Versuche ausgeführt“, erläutert Steffen Kraußer. „Wir haben uns nach ausgiebigen Tests schließlich für die Form 2000 von GF AgieCharmilles entschieden.“

Die neue Maschine trägt nicht von ungefähr den Zusatz „iQ“: „Sie ‚erkennt’ die zu erodierende Geometrie und arbeitet entsprechend der programmierten Zielvorgabe“, erklärt Steffen Kraußer. „Dazu verhelfen hinterlegte Standard-Technologien, nach denen intelligent geregelt wird. Alles läuft wie von selbst nach der Zielvorgabe des Programms ab.“

Mit einem Arbeitsbeispiel konnten die Erodier-Experten sowohl die Leistungsfähigkeit einer Hochleistungs-Erodiermaschine wie die vorteilhafte Eignung von Graphit als Elektrodenwerkstoff ausloten: Die filigranen Rippen der Elektrode tauchen auf ganzer Länge ins Volle ein. „Das ist das, was die Maschine bei uns können muss – und was die neue Maschine auch kann“, betont Steffen Kraußer. „Und beim Erodieren sind wir schneller, weil mit deutlich höherer Abtragleistung gefahren wird.“

In die Kavitäten werden beim Spritzgießen Kontakte eingelegt. Die Elektrode könnte man in Kupfer nicht herstellen, sie würde sich verbiegen. Graphit lässt sich auf einer HSC-Maschine schnell zerspanen. Auch filigrane Rippen dringen tief ein und verschleißen kaum. Auf der bislang bei Frank Produktgestaltung genutzten Maschine musste der Werker zu jeder Elektrode das Programm anpassen. Wenn dieser spezialisierte Fachmann krank oder im Urlaub war, gab es Probleme – er war quasi unersetzbar. Jetzt kommt man dank der iQ-Technologie des Senkerodierens bei einfacherer Bedienung in kürzerer Zeit mit weniger Elektroden zum gleichen oder sogar noch zu einem genaueren Ergebnis.

Prozesssicher zur Automatisierung
Und weil Prozesssicherheit gewonnen worden ist, konnte die Anlage auch automatisiert werden: Dafür steht neben der Form 2000 eine Erowa Robot Compact Automation, ausgelegt für zehn Paletten und 120 Elektroden. Weiterhin ist eine 3D-Messmaschine Preset 3D CNC von Erowa als Einrichtplatz angeschlossen. „Elektroden und Werkstücke werden voreingerichtet, der Wechsler wird bestückt, und die Maschine arbeitet die Aufgaben automatisch ab“, erläutert Steffen Kraußer. „So wird auch in die Nacht und in das Wochenende hinein gearbeitet und ein höherer Durchsatz erreicht.“

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