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Werkzeughersteller unterstützt bereits während der Anlagenentwicklung

Sondertools machen Sonderanlagen fit
Werkzeughersteller unterstützt bereits während der Anlagenentwicklung

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Je größer die zu bearbeitenden Stückzahlen sind, umso mehr stehen Taktzeiten und Werkzeugkosten im Vordergrund. Um sie zu optimieren, müssen die Eigenschaften von Maschine und Werkzeug perfekt aufeinander abgestimmt sein.

Patricia Müller
PR Projekt Manager,
Mapal Dr. Kress KG, Aalen

„Wir haben bei Kundenanfragen unseren eigenen Ansatz“, sagt Meinolf Wolke, Teamleiter Vertrieb bei der Elha-Maschinenbau Liemke KG (Elha) in Hövelhof. Der mittelständische, inhabergeführte Sondermaschinenbauer stellt das Werkstück und dessen Bearbeitung in den Mittelpunkt und entwickelt eine exakt für den jeweiligen Prozessablauf ausgelegte Lösung. „Über die Maschine hinaus bieten wir Dienstleistungen, die von der Prozessentwicklung sowie der Konstruktion von Vorrichtungen bis hin zur kompletten Turnkey-Lösung mit Automation und Produktionsbegleitung reichen.“

Sonderwerkzeuge für niedrige Gesamtkosten

„Die Zerspanungsaufgaben sind oft genauso individuell wie die Bauteile selbst, einschließlich ihrer Werkstoffe“, ergänzt Alexander Wiesner, Technischer Berater bei Mapal. „Natürlich lassen sich viele Bearbeitungen an komplexen Bauteilen auch mit Standardwerkzeugen umsetzen, allerdings ergeben sich daraus vor allem bei großen Stückzahlen oft erhebliche Nachteile bezüglich Taktzeit, Qualität und Wirtschaftlichkeit.“ In diesen Fällen sind Sonderwerkzeuge, die die Aalener Präzisionswerkzeug-Spezialisten gezielt auf die Bearbeitung abstimmen, das Mittel der Wahl.

„Bei der Werkzeugauslegung kommt es auch darauf an, die erforderlichen Parameter des Bearbeitungsprozesses zu ermitteln“, sagt Wiesner, „insbesondere bei anspruchsvollen Geometrien.“ Um den Prozess bestmöglich auszulegen, fertigt Mapal deshalb häufig Werkzeuge als Prototypen. Damit werden dann umfangreiche Versuche am zu bearbeitenden Bauteil gefahren. „Dies wiederum hilft dem Sonderanlagen-Hersteller, die Maschine mit den ermittelten Werten aus den Versuchen auszulegen“, so Wiesner. Mit Elha bestehe auf diesem Gebiet eine langjährige Entwicklungspartnerschaft. Daraus ergeben sich für die Kunden mehrere Vorteile.

Hybridwerkzeug bearbeitet Querlenker

Ein Beispiel dafür ist das Vollbohren in Aluminium inklusive der Herstellung einer Passung beim Bearbeiten eines Querlenkers. „Hier stellten uns die Leistungen der bisher eingesetzten Lösung nicht zufrieden“, erinnert sich Elha-Projektleiter Friedhelm Dresmann. Zum Einsatz kamen Werkzeuge mit gelöteten Schneiden aus polykristallinem Diamant (PKD). Um die Bearbeitungszeit möglichst gering zu halten, wurden diese Bohrer mit sehr hohen Vorschüben eingesetzt. Als Nachteile erwiesen sich dabei die dafür nötige hohe Antriebsleistung sowie die unzureichende Haltbarkeit der PKD-Schneiden an der Vollbohrstufe. Auf der Suche nach einer Lösung wandten sich die Verantwortlichen des Maschinenbauers an Mapal. Gemeinsam arbeiteten die Spezialisten beider Unternehmen an einer Lösung. Entstanden ist ein Hybridwerkzeug, das mit dreischneidigen, CVD-diamantbeschichteten ISO-Wendeschneidplatten zum Vollbohren in der Werkzeugspitze bestückt ist. Gelötete PKD-Schneiden auf der zweiten Stufe des Werkzeugs erzeugen die Passung.

Die Versuchsingenieure von Mapal testeten das neue Werkzeug im eigenen Forschungs&Entwicklungs-Zentrum. Neben den geringeren Kosten der Wendeschneidplatten ergab sich eine verringerte erforderliche Antriebsleistung aufgrund der positiven Schneidengeometrie. Zudem bilden sich keine langen Späne mehr. Die Wendeschneidplatten an der hoch belasteten Bohrerspitze können einfach und schnell gedreht und bei Bedarf getauscht werden. So sank auch der Instandhaltungsaufwand beträchtlich. Insgesamt reduzierten sich die Kosten für den Hersteller des Querlenkers pro Bohrung um mehr als 50 %.

Prozesssicher Taktzeiten einhalten

„Auch beim Bearbeiten geschmiedeter Querlenker haben wir gemeinsam nach einer effizienten Lösung gesucht“, erläutert Elha-Projektleiter Marcel Thieschnieder, „Ziel war es, prozesssichere Werkzeuge zu entwickeln und die geforderten Taktzeiten einzuhalten.“ Bei dem Querlenker muss aus dem vollen Material am Ende des Lenkers eine Gabel erzeugt werden. Bei dem langspanenden Werkstoff sind bei der geforderten vierspindligen Bearbeitung hohe Antriebsleistungen der Maschine nötig. Zudem weist die innere Kontur des Bauteils mehrere Schrägen und Radien auf, was den Abfluss der Späne beim Fräsen erschwert.

„Um kurze Prozesszeiten zu gewährleisten, haben wir einen Scheibenfräser mit ISO-Wendeschneidplatten entwickelt, der Schruppen und Schlichten mit Minimalmengenschmierung in nur einem Schritt ermöglicht“, erläutert Alexander Wiesner.

Die Wendeschneidplatten sind CVD-diamantbeschichtet. Durch die exakt definierte Anordnung der einzelnen Platten, ist die erforderliche Antriebskraft begrenzt. Nach umfangreichen Tests in Aalen und den daraus resultierenden Daten, legte Elha den Antrieb seiner Maschine konkret auf diese Leistung aus. Ein positiver Nebeneffekt des Scheibenfräsers waren verkürzte Taktzeit, weil nur noch ein Schnitt erforderlich war. Darüber hinaus wird durch das Werkzeug nur eine Spindelreihe belegt und die Werkzeugfolgekosten fallen für den Endkunden geringer aus.

Tieflochbohrer bohrt Schmiedeteile

Eine weitere Herausforderung beschreibt Elha-Projektleiter Jörg Rodehutskors so: „Unser Kunde stellt Verteiler für die Hochdruck-Kraftstoffversorgung von Ottomotoren her. Dafür werden tiefe Bohrungen in schlanke geschmiedete Edelstahl-Rohlinge eingebracht.“ Das Material ist schwer zerspanbar. Die Bohrung ist 300 mm tief. Der axiale Verlauf des Bohrers muss möglichst gering sein. Ansonsten würde die geforderte Mindestwanddicke des hoch druckbelasteten Bauteils unterschritten. Früher bearbeitete der Hersteller diese Bohrungen in einer separaten, einspindligen Werkzeugmaschine mit einem Einlippen-Tieflochbohrer.

Um seine Prozesse zu optimieren, stellte der Kunde an Elha die Anforderung, dass die beschriebene sowie alle anderen Bearbeitungsaufgaben mehrspindlig innerhalb des selben Fertigungsmoduls ausgeführt werden. Die Teile sollten das Modul in einbaufertigem Zustand verlassen.

Standweg fast verdreifacht

Um das zu erreichen, sollte Mapal einen Bohrer liefern, der die Bearbeitung schneller sowie mit geringerem Verlauf und Verschleiß ausführt. Die Ingenieure des Werkzeugherstellers entwickelten einen exakt darauf ausgelegten zweischneidigen Vollhartmetallbohrer. Bei den Einsatzparametern vc = 90 m/min und f = 0,5 mm erreicht das neue Werkzeug einen Standweg von 80 m und damit fast den dreifachen Weg, den die zuvor eingesetzte Lösung erzielte.

Zu den Besonderheiten der gemeinsamen Entwicklung zählt auch, dass die Werkstücke in der Spannvorrichtung während der Bearbeitung gegenläufig zur Drehrichtung des Bohrers rotieren, wodurch der Verlauf der Bohrung zusätzlich minimiert wird. Für den Kunden, der pro Jahr bis zu fünf Millionen dieser Bauteile herstellt, ergeben sich dadurch erhebliche Taktzeitvorteile. Zudem benötigt er nur noch eine Maschine, um alle Bearbeitungen zu realisieren.

Synergien durch Entwicklungskooperation

„Diese Beispiele zeigen die Vorteile unserer engen Zusammenarbeit mit Mapal“, bilanziert Carina Becker vom Technischen Vertrieb von Elha. Die Erfahrung in der Entwicklung von Hochleistungswerkzeugen sowie die moderne F&E-Abteilung der Aalener gestatten es Elha, schon während der Planungsphase einer Anlage neue Werkzeuglösungen entwickeln und intensiv testen zu lassen. Somit kann der Maschinenbauer seinen Kunden noch ausgereiftere und wirtschaftlichere Lösungen anbieten.

Die Fertigungsmodul-Philosophie

Die Fertigungsmodul-Baureihe wurde vor allem für die Produktion von Großserien mit Losgrößen über 100.000 Teilen entwickelt. Bei diesem Konzept werden nicht die Werkzeuge bewegt, sondern die Bauteile zu den jeweils in Reihen angeordneten Tools verfahren. Jede Werkzeugreihe verfügt über ein auf die Bearbeitungsaufgabe hin optimiertes Spann- und Antriebssystem. Die Werkstücke werden mitsamt der Spannvorrichtung von Werkzeugreihe zu Werkzeugreihe verfahren, wodurch kürzeste Span-zu-Span-Zeiten möglich sind. Das modular aufgebaute System kann mit unterschiedlichen Mehrspindel-Modulen bestückt werden. Für noch mehr Flexibilität finden bis zu 128 direkt angetriebene Werkzeuge Platz auf Mehrspindel-Revolvern.

Kontakt:

Mapal Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG
Obere Bahnstraße 13
73431 Aalen
Tel.: +49 7361 585–0
www.mapal.com

Elha-Maschinenbau Liemke KG
Allee 16
33161 Hövelhof
Tel.: +49 5257 508–0
www.elha.de



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