Technik, mit der sich hier und heute Geld verdienen lässt

Von Chefreporter Wolfgang Filì chefreporter@fili.net

Schlagwörter sollte man spätestens dann aus dem Verkehr ziehen, wenn sie verschlissen, ungut belegt oder – schlimmer noch – beides zugleich sind. Bei Kantenbruch und Aufbauschneide wird es kaum anders gehalten. Bei Modebegriffen jedoch gibt es Ausnahmen. „High Tech“ oder etwa der „Neue Markt“ umschreiben griffig, wodurch das Bearbeiten sprödharter Stoffe unter Ultraschall überhaupt erst möglich wird, und wo für die Nutzer dieser Technik die Zukunft liegen dürfte. Es geht um das schwingungsgestützte Schleifen, Bohren und Fräsen von Hochleistungsmaterialien. Und es geht um rasant wachsende Nachfrage – um High Tech für einen neuen Markt eben.

Christian Thönes erläutert die Grundlagen. Was die Bearbeitungszentren der Bauart Ultrasonic mit diesen Stoffen – so genannten „Advanced Materials“ anstellten, unterscheide sich von herkömmlichen Verfahren ganz erheblich. „Eigentlich kann man nicht einmal mehr von Zerspanung sprechen“, sagt der Geschäftsführer der Stipshauser Sauer GmbH. „Vielmehr wird die Oberfläche in Kleinstpartikel zerschlagen.“ Die Rotation der diamantbesetzten Werkzeugschneide werde dabei von einer Vertikalbewegung mit 20 kHz überlagert, die zum einen den Löwenanteil des Materialabtrags trage, zum anderen aber das Werkzeug schone. Hinzu kommen eine moderate Arbeitstemperatur sowie hohe Oberflächenqualität. So liege – bedingt durch den jeweils nur kurzen Kontakt zwischen Tool und Teil – die Rauigkeit der Werkstücke unter 0,2 µm. Ausgetüftelte Algorithmen und Steuerungen der jüngsten Generation regeln den Prozess.

Bislang als heikel geltendes Material wie Keramik, Silizium oder Glas sind für die Ultrasonic kein Problem. Auch Verbundstoffe, Hartmetall, Korund und gehärteter Stahl haben den hochfrequenten Diamanttools wenig entgegenzusetzen – allesamt verschleiß- und korrosionsfest, druck-, form- und temperaturbeständig, lassen sie sich auf mit Ultraschall direkt bearbeiten. „Gleichzeitig werden ganze Prozessschritte gespart“, fährt Thönes fort. Insoweit ergebe sich gegenüber herkömmlichen Verfahren ein Produktivitätssprung um den Faktor 2. Beispielsweise lassen sich Prägestempel in nur einem Durchgang und ohne Nacharbeit herstellen. Der Zeit- und Kostenvorteil gegenüber der Erodiertechnik ist auf Seite 24, unten, an einem Referenzteil dargestellt.

Gut 150 Maschinen hat Thönes’ Unternehmen bislang gebaut. 2001 war die dreiachsige Ultrasonic 35 auf der Branchenmesse Emo in Hannover als erste vorgestellt worden. Mit 350 mm x 240 mm x 340 mm Arbeitsraum ist sie die kleinste der Reihe. 2002 folgte die mit Werkzeugwechsler bestückte größere Ausführung Ultrasonic 50. Sie bot erstmals die Wahl zwischen konventionellem Fräsen und Ultraschallbearbeitung sowie die Kombination beider Verfahren. Zwei Jahre später, auf der Emo 2003 in Mailand, wurden die Ultrasonic 50-5 und 70-5 gezeigt. Mit Schwenkrundtisch und bis zu 750 mm x 500 mm x 520 mm Bauraum machen sie Komplettbearbeitung auf fünf Seiten und in fünf NC-Achsen möglich. Der Preis für die kleinste Maschine in Grundausstattung bis hin zur komplett ausgerüsteten 70-5 liegt zwischen 200 000 und 400 000 Euro. Die Lieferzeit beträgt drei bis fünf Monate.

Etwa 40 % der Ultrasonics stehen in Europa. Die anderen tun vor allem in Südostasien sowie in den USA Dienst. Acht von zehn Maschinen seien dreiachsig, erläutert Thönes. Allerdings gehe der Trend zu fünf Achsen. Direkter Wettbewerb zu anderen Systemen bestehe nicht, weil keine der Ultraschallbearbeitung entsprechende Technik existiere. Gleichwohl gebe es in Teilbereichen Konkurrenz zu konventionellen Verfahren. So werde Quarzglas für die optische Industrie mit Diamant-Werkzeugen geschliffen und gefräst. In der Mikromechanik wiederum treffe man bisweilen auf Hersteller feinwerktechnischer Bearbeitungszentren. Wachsende Nachfrage sieht der Sauer-Chef zudem im Werkzeug- und Formenbau, in der Medizin- und Feinstwerktechnik, Uhrenindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt. Er rechnet mit kontinuierlich im zweistelligen Prozentbereich wachsenden Verkaufszahlen – und zwar unabhängig vom konjunkturellen Zyklus.

Allerdings müsse der Markt zunächst eine Art Losbrechmoment überwinden. „Ultraschall-Zentren“, so erklärt Christian Thönes, „bieten die Chance, bares Geld im Hier und Jetzt zu verdienen. Der Grund ist, dass in immer schnellerer Folge sehr harte Werkstoffe auf den Markt kommen, die es wirtschaftlich zu bearbeiten gilt.“ Man stehe hier erst am Anfang der Entwicklung.

Die Mack GmbH+Co. KG zählt insoweit zu den Pionieren. Der Dornstadter Lohnfertiger arbeitet seit Juli 2002 mit der Ultrasonic 35 und seit November 2003 mit der Ultrasonic 50. Damit sei machbar, was gestern bestenfalls angedacht war, bestätigt Geschäftsführer Franz Mack. Er bearbeitet so gut wie alle hartspröden Werkstoffe. Die Auftraggeber kommen aus der Forschung sowie aus Branchen, die weit in die Zukunft denken müssen, wie die Automobil- und Aeronautikindustrie. Und die Nachfrage steigt nicht nur bei ihm.

Mack darf keine Praxisbeispiele nennen. Allgemein führt er lediglich die Herstellung von Gewinden in Hartmetallteilen auf: Wo diese früher bestenfalls eingeklebt werden konnten, ließen sie sich jetzt direkt ins gehärtete Material schneiden. Auf jeden Fall bringe die Bearbeitung sprödharter Werkstoffe mit den Ultrasonics einen ordentlichen Deckungsbeitrag. Mehr noch: Die Ultraschall-Technik habe das Zeug, sich schnell zum neuen Standard zu entwickeln, ist Franz Mack überzeugt. „Das Ding kommt!“

Der Bielefelder Deckel-Maho-Gildemeister-Konzern, zu dem Sauer seit November 2001 gehört, hat dies kaum anders gesehen. Die Gruppe hat den früheren Werkstattbetrieb in ihre Strukturen integriert, zum Entwicklungszentrum ausgebaut und 2003 Millionen von Euro in neue Montage- und Vorführbauten investiert. 2004 sind technische Zentren im japanischen Yokohama und in Taichung/Taiwan gefolgt. Bis Ende 2005 sollen Kompetenzpools innerhalb der DMG-Niederlassungen in Chicago sowie in Shanghai hinzukommen.

Zusammen mit der ehemaligen Lasertec GmbH in Pfronten bildet Sauer den Konzern-Verbund „Neue Technologien“ und koordiniert Entwicklung, Produktion, Montage sowie den Service und Vertrieb der Systeme. Am Standort Stipshausen – derzeit 60 Mitarbeiter stark – wurden 2004 rund 10 Mio. Euro Umsatz allein mit Ultrasonic-Maschinen gemacht. Der Aufwand für Forschung und Entwicklung liegt hier bei zweistelligen Umsatzprozenten und damit doppelt so hoch wie im Schnitt des deutschen Werkzeugmaschinenbaus. Jeder vierte Beschäftigte bei Sauer arbeitet in diesem Bereich.

Als technische Weiterentwicklung der Ultrasonic kann Christian Thönes sich die Zusammenfassung von Ultraschall, Fräsen und Lasern auf ein und derselben Maschine vorstellen. Als parametrische Erweiterung stehen für das 2. Quartal 2005 je eine fünfachsige Ultrasonic 100-5 sowie eine 125-5 mit größerem Bauraum bereits fest. Als Ergänzung in Richtung Mikro- und Feinstwerktechnik wird es zur Emo 2005 in Hannover eine kleinere, ebenfalls fünfachsige Ultrasonic 20-5 geben – samt und sonders High-Tech-Maschinen eben. Und konzipiert für einen wachsenden Markt von „Advanced Materials“. Der Begriff dürfte noch eine Weile vorhalten …

Harte und äußerst spröde Werkstoffe setzen sich zunehmend durch

Geld verdienen mit Ultraschallbearbeitung? Aber Hallo!

Dieser Prägestempel aus 63 HRC hartem, pulvermetallurgisch aufgebautem Schnellarbeitsstahl wurde erodiert sowie alternativ ultraschall-bearbeitet. Aufmaß war in beiden Fällen 0,15 mm. Als Oberflächenqualität der Prägekontur waren jeweils Ra < 0,25 µm vorgegeben.

Senkerodiermaschine

Gesamtzeit: 10 h Schlichten, 6 h Polieren Werkzeugkosten: 300 Euro plus Poliermaterial

Bearbeitungszentrum Ultrasonic

Gesamtzeit: 8 h (lediglich ein Durchgang) Werkzeugkosten: 40 Euro