Bearbeitungszentrum

Automatisierter Werkzeugbau im Kleinteilespritzguss

27.11.13 | Redakteur: Anne Richter

Hörgeräteteile mit 0,01 g bis 5 g Schussgewicht – hohe Anforderungen an die Präzision.
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Hörgeräteteile mit 0,01 g bis 5 g Schussgewicht – hohe Anforderungen an die Präzision. (Bild: Toolcraft)

>> Der Präzisionsfertiger Toolcraft aus Mittelfranken hat ein neues Bearbeitungszentrum (BAZ) in Betrieb genommen. Das vollklimatisierte BAZ besteht aus mehreren Maschinen. Alle Werkzeugteile und Elektroden sind auf einem UPC-Palettensystem automatisch gesteuert. Ausserdem sind im Messbereich zwei Messmaschinen im Einsatz, welche die Messdaten direkt aus der Konstruktion beziehen. Zum Einsatz kommt das BAZ bei Fertigung von Hörgeräten.

Anfang 2013 hat der Geschäftsbereich Werkzeugbau des mittelständischen Unternehmens Toolcraft ein neues Bearbeitungszentrum (BAZ) in Betrieb genommen. Das BAZ ist vollklimatisiert und besteht aus folgenden Maschinen: einer Exeron-HSC-600-5-Achs-Fräsmaschine mit Awex-50/5-Wechsler, einer Exeron-HSC-300-3-Achs-Fräsmaschine mit Awex-50/5-Wechsler sowie der Erodiermaschine Exeron EDM 313 mit Awex-50/5-Wechsler, zwei Exeron-EDM-312-Erodiermaschinen mit Erowa-ERM-Roboter und einer Exeron-EDM-310-Erodiermaschine. Ausserdem sind im Messbereich zwei Zeiss-Contura-3D-Koordinaten-Messmaschinen im Einsatz, welche die Messdaten direkt aus der Konstruktion beziehen. Die Reinigung der Paletten erfolgt durch eine Robospa-Anlage von Erowa. Der Clou dieses BAZs ist die automatische Steuerung aller Werkzeugteile und Elektroden auf einem UPC-Palettensystem, basierend auf der Automatisierungssoftware Certa.

Zeitnaher Teilestrom und Werkzeugkonstruktion in Fertigung

Nach Auskunft von Klaus Dörr, Betriebsleiter Formenbau und Spritzgiessen, ermöglicht das neue BAZ einen automatisierten Werkzeugbau auf dem neuesten Stand der Technik, mit dem der Teilefluss zentral gesteuert werden kann. Dies ermöglicht, bei Bedarf rund um die Uhr zu produzieren, bei hohem Durchsatz und kurzen Lieferzeiten. Die Investition des neuen Konzepts betrug laut Klaus Dörr rund 1,5 Mio. EUR. Durch die neue Anlage kann nicht nur ein zeitnaher Teilestrom erreicht werden, sondern auch die Werkzeugkonstruktion wird in die Fertigung einbezogen: So können die Werkzeugkonstrukteure Messpunkte und Toleranzen direkt an die Messeinrichtungen von Zeiss senden. Durch eine Vernetzung von Konstruktion und Fertigung ergibt sich eine kontinuierliche Überwachung der Qualität. Mit diesem industrialisierten Werkzeugbau werden ein hohes technisches Niveau, bei hohen Durchsätzen, und eine deutliche Verringerung der Handarbeit erreicht.

Automatisierter Werkzeugbau und Spritzgiessfertigung

Der Geschäftsbereich Formenbau und Spritzgiessen von Toolcraft hat seine Wurzeln in der Modelleisenbahnfertigung. Miniaturen dieses Bereiches stellten damals bereits höchste Ansprüche an Detailtreue und Fertigungswissen. Nach dem «Abwandern» dieser Industrie aus Deutschland wandte sich Toolcraft den Herstellern von Hörgeräten zu, um diese mit kompletten Baugruppen zu beliefern. Inzwischen zählen alle namhaften Hersteller in Europa, Amerika und Asien zum Kundenkreis. Der Anspruch der Szene sei sehr hoch, so Klaus Dörr: «Die winzigen Bauteile stellen sehr hohe Ansprüche an den Werkzeugbau, aber auch an Fertigung und Montage. Die geforderten Spaltmasse und die Passgenauigkeit der Einzelteile bewegen sich auf einem Niveau, welches in anderen Branchen deutlich einfacher erreichbar ist.» Die kleinen Teile für Hörgeräte bewegen sich von 0,01 g bis 5 g Schussgewicht. Um Komplettlösungen im Rahmen der Präzisionsstrategie anbieten zu können, verfügt Toolcraft neben dem Bereich Formenbau mit insgesamt 18 Maschinen und 70 Mitarbeitern über eine Kleinteilespritzerei mit 20 Spritzgiessmaschinen und 30 Mitarbeitern. Zudem stehen separat Maschinen für Einfahr- und Serienanlauf zur Verfügung.

Höchste Anforderungen an die Präzision

Die Ansprüche bei Hörgeräten sind vielfältig: Neben der hohen Präzision dieser Miniaturen hat die Passgenauigkeit einen hohen Stellenwert. So fordern die Kunden kleine Spaltmasse von 10 bis 20 μ, ein Wert, der in vielen anderen Branchen längst nicht so gering ausgelegt wird. Spritztechnisch sind die Teile schon sehr bemerkenswert. Ein besonderes Thema ist daher auch Verzug im Teil. Um diesen so gering wie möglich zu halten, setzt Toolcraft auf konturnahe Kühlung im Werkzeug: An relevanten Stellen im Werkzeug sorgt die konturnahe Kühlung für «Beruhigung» an dieser Front. «Ein sehr effektives Mittel», so Klaus Dörr, «bei dem die Fertigungsstärken des klassischen Werkzeugbaus mit der generativen Fertigung des Laserschmelzens mit Metallen für kombinierte Lösungen sorgen, die fertigungstechnisch überzeugen. Klar ist auch, dass solche Teile eher nach Präzision als nach möglichst geringen Zyklusgeschwindigkeiten verlangen.»

«Quantensprung hin zu einem industrialisierten Prozess»

Interview mit Klaus Dörr, Betriebsleiter der Geschäftsbereiche Werkzeugbau und Spritzgiessen bei Toolcraft:

SMM: Die Investitionssumme von 1,5 Mio. EUR ist kein Pappenstiel. Welche Effekte sind mit einem automatisierten Werkzeugbau möglich?

Klaus Dörr: Im Werkzeugbau bedeutet dies einen kleinen Quantensprung hin zu einem industrialisierten Prozess. Es beginnt mit einer hochwertigen Produktionskette von Einzelanlagen in einem klimatisierten Umfeld. Diese sind über ein zentral steuerbares Automatisierungssystem von Certa vernetzt. Auf den CNC-Anlagen kommen alle erforderlichen Daten direkt an. Das System ermöglicht einen schnellen Teilefluss innerhalb der jeweiligen Bearbeitungsschritte, im Ergebnis geringere Durchlaufzeiten und die Verringerung von Handarbeit beim Zuführen und Rüsten. Nicht zuletzt ist die Konstruktion mit der Fertigung vernetzt. Der Konstrukteur kann direkt bis in den Messraum seine Masse am Bauteil überprüfen. So können wir Techniken und Methoden gezielt einsetzen, um unseren Qualitätsanspruch im Auftrag unserer Kunden zu verwirklichen.

Die Ansprüche an Kleinteile für Hörgeräte sind hochgesteckt. Welche Methoden setzten Sie ein, um diesen gerecht zu werden?

K. Dörr: Da ist zunächst einmal der Werkzeugbau als Keimzelle, aber auch eine hohe Fertigungskompetenz in der Spritzerei. Beides aus einer Hand zu bekommen ist für unsere Kunden attraktiv. Das geforderte Niveau stellt hohe Ansprüche an Maschinentechnik und Prozesse. Neue Verfahren, wie das Metall-Laserschmelzen zur Herstellung von Werkzeugen mit konturnaher Kühlung, zählen auch zu unserem Spektrum. Angesichts der Kleinteile stehen allerdings weniger Zykluszeitverbesserungen im Vordergrund, sondern eher die Verzugsfreiheit. Schliesslich sollen diese sehr masshaltig und passgenau sein. Die Spaltmasse von 10 bis 20 μ zählen ohnehin zu den höchsten mir bekannten Kundenanforderungen. Die kleinen Teile für Hörgeräte bewegen sich von 0,01 g bis 5 g Schussgewicht, bei denen sehr unterschiedliche Werkstoffe bis hin zu Hochleistungswerkstoffe zum Einsatz kommen. Hier zählt dann die langjährige Erfahrung unserer Mitarbeiter in Konstruktion und Spritzgiessfertigung.

Was würden Sie sagen, charakterisiert Ihren Werkzeugbau?

K. Dörr: Ich denke, dass jeder Werkzeugbauer einzigartig ist. Jeder engagierte Werkzeugbauer hat eine eigene Philosophie, die er seinen Kunden vorträgt. Toolcraft setzt in allen Unternehmensbereichen auf modernste Maschinen- und Prozesstechnik. Das bedeutet primär eine hohe Investitionsquote. Wenn wir einen hohen Anteil des verdienten Geldes in unser Equipment investieren, sind wir für zukünftige Aufgaben gut aufgestellt. Klar ist auch: Für uns zählt der Mensch. Sein Wissen verstärken wir konsequent durch Aus- und Weiterbildung. Auch werden wir unsere Ausbildungsquote weiter erhöhen, um die Qualifikation der Mitarbeiter gezielt auszubauen. Erfreulich ist auch, dass wir strukturell eine sehr gewachsene Mischung von jungen und älteren Mitarbeitern haben. So ergibt sich eine Balance von Erfahrungen der Älteren mit der Energie der «jungen Wilden». Qualität, Termintreue und Zuverlässigkeit sind für die ganze Mannschaft Anspruch der täglichen Arbeit.

Wir danken für das Gespräch. <<

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