Blum Novotest GmbH: Schneller, aber gleichbleibend präzise

>> Ein traditionsreiches Familienunternehmen als langjähriger Partner der führenden Getriebehersteller – dafür reichen nur historisch gewachsene Strukturen nicht aus. Um immer schneller, günstiger und dabei gleichbleibend präzise Qualität liefern zu können, dafür bedarf es einer beständigen Weiterentwicklung, wobei Messtechnik von Blum-Novotest einen beträchtlichen Teil dazu beiträgt. Und der stete Fortschritt ist Programm beim Spezialisten für Aluminium-Kokillenguss, der Ernst+Landerer GmbH im schwäbischen Balzhausen.

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Blum-Novotest GmbH

BLUM-NOVOTEST GmbH

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Ernst & Landerer Leichtmetall- giesserei GmbH & Co. KG

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80 Mitarbeiter hat die in zweiter Generation geführte Giesserei. Und diese Zahl soll auch nur langsam ansteigen, denn das Ziel ist überschaubare Firmengrösse, dafür beste Qualität der Produkte. Bereits vor über 40 Jahren wurde die Firma als reine Aluminium-Kokillengiesserei gegründet. Die Kunden aus Antriebs- und Medizintechnik, Maschinenbau und Bautechnik jedoch wollten nicht mehr nur Rohteile, sondern einbaufertige Gussprodukte. Um die Jahrtausendwende kam deshalb die mechanische Fertigung zum Guss dazu. Inzwischen ist dieses Standbein der grösste Geschäftsbereich, mit 22 Bearbeitungszentren von Haas, die im 2-Schicht-Betrieb im Einsatz sind. 30–40 Prozent der Fertigungsteile werden an Getriebehersteller geliefert, hochgenaue Bauteile mit Toleranzen von j6, h6 beim Spindeln von Durchmessern, und ¹/₁₀₀-mm-Abweichungen bei Rechtwinkligkeit und Parallelität.

Massgefertigte Vorrichtung

«Unsere Kunden haben uns gefordert, deshalb haben wir uns immer weiter spezialisiert und verbessert», erklärt Thomas Ernst, einer der beiden Geschäftsführer. Die Rohteile werden mit geringstem Bearbeitungsaufmass gegossen. Für jedes Werkstück gibt es eine eigene Vorrichtung zum Spannen auf der Bearbeitungsmaschine. Die Anforderungen der Bauteile sind derart komplex, weshalb nahezu alle Teile in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden. Je nach Grösse können bis zu vier Bauteile parallel in einem Arbeitsdurchgang gefertigt werden. Jahrelang wurden die Teile nach der Bearbeitung auf eine 3D-Messmaschine transferiert und vermessen. Der Messaufwand war nötig, aber sehr zeitaufwendig. Zeigte sich bei bereits fertigbearbeiteten Bauteilen eine Toleranzabweichung, konnte nur mit sehr hohem Aufwand nachbearbeitet werden. Logische Konsequenz war deshalb, das Bauteil bereits im Bearbeitungszentrum zu vermessen. Über 3-Punkt-Messgeräte wurde per Hand z. B. ein bestimmter Durchmesser des jeweils zum Schluss bearbeiteten Bauteils vermessen. War dieser noch innerhalb der Norm, mussten sich alle zuvor gespindelten Durchmesser ebenfalls innerhalb der Toleranzen befinden.

Einige Zeit wurden die Bauteile bei Ernst + Landerer auf diese Weise vermessen. Einerseits zeitaufwendig – die Maschine musste während des Messvorgangs gestoppt werden –, andererseits fehleranfällig, da von Hand gemessen wurde, und bei der Messmethode die Oberflächen absolut sauber sein mussten.

Ohne Abschalten

Eine bessere Lösung war nötig. Und die zeigte sich beim Im-Prozess-Messen. Fast 90 Prozent der Bearbeitungszentren sind von der Firma Haas. Diese Maschinen sind sehr standardisiert; es sind vergleichsweise wenige Sonderkonfigurationen möglich, dafür bietet der Hersteller ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Zwei der Bearbeitungszentren hatten einen Messtaster eines Messtechnikherstellers mit im Lieferumfang. Damit war erstmals eine Messung während des Bearbeitungsprozesses möglich. Allerdings stellte sich bald heraus, dass das Messen mit diesen Messtastern sehr lange dauerte, da die Antastgeschwindigkeit sehr gering war. Darüber hinaus mussten die Werkstücke frei von Kühlmittel sein, um Messfehler zu vermeiden.

Über den Lieferanten der Bearbeitungszentren wurden Thomas Ernst und seine Mitarbeiter auf einen Workshop über Messtechnik aufmerksam. Mit einem Bauteil zum Probemessen im Gepäck fuhren Thomas Ernst und Jürgen Hinkofer Anfang 2009 zum Workshop für Messtechnik des Anbieters Blum-Novotest. Die Guss-Spezialisten waren begeistert, und bereits vor Ort erfolgte die erste Bestellung von Mess- und Werkzeugtastern. Bereits ein halbes Jahr später wurde die Zahl der Taster aufgestockt. Im Laufe der Zeit kamen weitere neue Bearbeitungszentren dazu: u. a. eine Horizontal-Bearbeitungsmaschine mit Palettenwechsler und Pool für 6 Paletten. Das war Mitte 2010. Dieses neue Bearbeitungszentrum wurde ebenfalls mit Messtechnologie von Blum-Novotest ausgestattet. Inzwischen ist jedes Bearbeitungszentrum bei Ernst +Landerer, an dem hochgenaue Teile gefertigt werden, mit einem Werkzeugtaster Z-Nano sowie einem Messtaster TC52 bestückt. Insgesamt sind mittlerweile über 25 Systeme von Blum im Einsatz.

Reklamationen sind selten

«Alle Getriebeteile, die mit Passungen versehen sind, werden inzwischen von den Messtastern von Blum gemessen, es hat sich einfach herausgestellt, dass es tatsächlich schnell und zuverlässig funktioniert», erklärt Thomas Ernst. Bereits vor Einzug der Messtechnologie von Blum-Novotest gab es wenige Reklamationen. Diese Zahl hat sich seit dem Einsatz der Messtaster weiter verringert. Bei einer Produktfamilie von hochgenauen Getriebeteilen, von denen ca. 20 000 Stück im Jahr hergestellt werden, kamen 2010 weniger als zehn reklamierte Werkstücke zurück – bei 100-Prozent-Kontrolle des Kunden.

Wie der Geschäftsführer von Ernst +Landerer ausführt, hat sich durch den Einsatz der Blum-Messtaster die Verfügbarkeit der Bearbeitungszentren deutlich erhöht. Bereits vorher wurde sehr sorgfältig gemessen, so dass sich der Ausschuss insgesamt nicht wesentlich reduzierte. Allerdings war ein deutlich erhöhter Zeitaufwand nötig. Mit der Messtechnologie von Blum-Novotest sind die Einfahrzeiten geringer und die Prozesssicherheit signifikant besser geworden.

Extrem schnelle Werkzeugbruchkontrolle

Im Vergleich zu anderen Metallbearbeitungsverfahren sind beim Giessen Gefügeunregelmässigkeiten häufig, die durch Verunreinigungen beim Guss auftreten können. Keramische Teilchen im Guss z. B. können am Werkzeug vorzeitigen Verschleiss bewirken. Bei Bohrungen mit Durchmessern im unteren Millimeter-Bereich kann es häufig zum Bruch des Werkzeugs kommen. War während der Bearbeitung ein Werkzeug gebrochen oder arbeitete fehlerhaft, konnte dies früher erst nach Beendigung des gesamten Bearbeitungszyklus per Sichtkontrolle festgestellt werden. Seit Einsatz des Werkzeugtasters Z-Nano wurde bei Ernst + Landerer kein Bauteil mehr gefertigt, bei dem die Mitarbeiter am Ende feststellen mussten, dass ein Gewinde fehlte, weil ein Bohrer ungemerkt gebrochen war. Jedes einzelne Werkzeug wird nach Bearbeitung des Bauteils zum Werkzeugtaster Z-Nano geführt und sekundenschnell kontrolliert. Dadurch wird sichergestellt, dass das Werkzeug funktionsfähig ist und der entsprechende Bearbeitungsschritt auch durchgeführt wurde. Erkennt der Z-Nano einen Schaden am Werkzeug, wird die Bearbeitung unterbrochen. Der Mitarbeiter wechselt das Werkzeug, dann kann das Bearbeitungsprogramm fortgesetzt werden. Mit den Werkzeugtastern Z-Nano können Werkzeuge ab einem Durchmesser von ¹/₁₀ mm vermessen werden. Durch eine Kugelführung verfügt das Messwerk über eine sehr geringe Messkraft. Bei Kontakt des Werkzeugs mit der auswechselbaren Messfläche wird im Inneren des Z-Nano eine Miniaturlichtschranke abgeschattet und ein Schaltsignal generiert. Über Kabel bzw. Infrarot wird das Signal an die Steuerung der Bearbeitungsmaschine weitergegeben.

Ist das Werkzeug einwandfrei?

Bei Ernst + Landerer findet mit dem Z-Nano die Längen-Kontrollmessung der Werkzeuge statt. Aktuell wird keine Temperaturkompensation durchgeführt, obwohl der Z-Nano dazu in der Lage wäre. Die Wiederholgenauigkeit liegt bei 0,2 µm. Durch die Vermessung des Werkzeugs wird auch sichergestellt, dass das Gewinde tatsächlich korrekt geschnitten wurde. Im Laufe der Bearbeitungszyklen kann es vorkommen, dass sich der Gewindebohrer in der Spannzange zurückschiebt. Dann verringert sich die Gewindetiefe. Das war früher ein Problem bei der Fertigung der hochgenauen Bauteile. Ein weiteres Problem war ein unbemerkt im Werkstück steckengebliebener Bohrer; nachfolgende Werkzeuge wurden durch die Kollision ebenfalls zerstört.

Wo liegt das Bauteil im Raum?

Neben dem Werkzeugtaster Z-Nano ist der Messtaster TC52 aus der Fertigung bei Ernst + Landerer nicht mehr wegzudenken. Der Messtaster ist rotationssymmetrisch aufgebaut und kann deshalb ein konstantes Antastverhalten ohne Vorzugsrichtung vorweisen. In der Kokillen-Giesserei wird er zur Nullpunkterfassung, zum Nachmessen von Passungen sowie zur Positionskontrolle der Vorrichtung eingesetzt.

Um ein Bauteil mit einer Aufspannung bearbeiten zu können, haben die Mitarbeiter von Ernst + Landerer eine Vorrichtung entwickelt, auf der das Bauteil wie auf einem Teller gedreht werden kann. Um eine Kollision zu verhindern, wird auf dem Bauteil ein Messpunkt definiert. Dieser Messpunkt wird mit dem Messtaster TC52 angefahren. Durch die Vordefinition des Messpunktes im Raum wird die Lage des Bauteils im Raum bestimmt. Nach den Voreinstellungen dürfen dann bestimmte Verfahrwege nicht durchgeführt werden, da es sonst zur Kollision kommt. Damit findet eine Lageüberprüfung des Bauteils in der Ebene statt.

Schnelle Messung trotz Kühlmittel

Bei der Kontrolle mit dem Messtaster TC52 fliesst das Kühlmittel unvermindert weiter. Der Messtaster arbeitet mit einer etwas höheren Messkraft und benötigt eine gewisse Auslenkung zur Erzeugung des Schaltsignals. Deshalb führt Kühlmittel auf der Werkstückoberfläche zu keiner Fehlmessung. In dem Moment, in dem durch das optoelektronische Messwerk das Schaltsignal generiert wird, werden zugleich die Maschinenachsen ausgelesen und im Speicher der Steuerung abgelegt. Die tatsächliche Position des Werkstücks oder andere Messwerte stehen damit zur Verfügung.

Durch das berührungslose Schaltprinzip ist das Messwerk sämtlicher Blum-Taster verschleissfrei und erlaubt einen wartungsfreien Einsatz über einen langen Zeitraum.

Thomas Ernst ist nicht zuletzt deswegen sehr zufrieden: «Wir haben auch vorher gute, massgenaue Teile gefertigt, allerdings mit erheblich mehr Mess- und Zeitaufwand.» Die Zusammenarbeit mit Blum-Novotest soll so weitergehen, wünscht sich der Geschäftsführer. Bereits von Anfang an war die Partnerschaft zwischen Blum und Ernst + Landerer optimal, gab es messtechnische Fragen, war am nächsten Tag bereits eine Lösung da. <<

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