Komplexe Bauteile in einer Aufspannung Einstieg in die Hochpräzisionsfertigung

Von Nikolaus Fecht

Das junge Familienunternehmen Tschida Medical Solutions ist auf die Herstellung medizintechnischer Instrumente spezialisiert. Ursprünglich nur auf Konstruktion und Entwicklung ausgerichtet, investierte das Unternehmen als Einsteiger in ein Hochpräzisionsdrehfräszentrum Bumotec s191.

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Lehrreich: Ein Jahr lang erlernten Peter Tschida, seine Söhne Florian (im Bild) und Maximilian, wie sich mit dem 7-Achsen-Bearbeitungszentrum Bumotec s191 medizinische Instrumente µm-genau herstellen lassen.
Lehrreich: Ein Jahr lang erlernten Peter Tschida, seine Söhne Florian (im Bild) und Maximilian, wie sich mit dem 7-Achsen-Bearbeitungszentrum Bumotec s191 medizinische Instrumente µm-genau herstellen lassen.
(Bild: Starrag/Ralf Baumgarten)

Was macht ein schwäbischer Konstrukteur, der chirurgische Instrumente aus Edelstahl erfindet, entwickelt und auf 3D-CAD konstruiert, die ihm Job Shops zum Beispiel bei Musterbau und Kleinserien dann aber nur schleppend herstellen? «Dann mache ich halt alles in eigener Regie», sagte sich Peter Tschida, Geschäftsführer seines Familienunternehmens Tschida Medical Solutions (TMS) mit Sitz in Fridingen, und orderte im Jahr 2017 ein Hochpräzisionsdrehfräszentrum Bumotec s191 von Starrag. Es war eine mutige Entscheidung, verriet der Chirurgie-Mechaniker aus dem Landkreis Tuttlingen. Er und seine Söhne Florian und Maximilian waren nämlich totale Laien in Sachen CNC-Zerspanung und CAM-Programmierung.

Vorteil: 80 Prozent der Bauteile in einer Aufspannung herstellen

«Ich schwärme schon lange von dieser Maschine», freute sich Peter Tschida am Nikolaus Tech Day im Jahr 2017 im Techcenter für Medizintechnik und Feinmechanik (TCI) in Immendingen, als er die neue Maschine gerade bestellt hatte. «Noch darf die Konkurrenz allerdings nicht wissen, dass ich demnächst mit einer Bumotec in einer Aufspannung hochgenaue Medizintechnik-Bauteile herstellen werde. Für die Maschine spricht, dass ich mit ihr 80 Prozent meiner Bauteile in einer Aufspannung komplett zerspanen kann.» Mehr verriet er damals nicht. Die Vermutung lag nahe, dass es sich um sehr anspruchsvolle Teile aus hochfestem Material handelt, denn «für 08/15-Produkte ist» – so Oliver Lenhardt, Leiter der Anwendungstechnik am TCI – «die s191 viel zu gut». Für das Bearbeitungszentrum sprechen u. a. die kompakte Bauweise (Platzbedarf: 4 m²), die verhältnismässig geringe Masse (4,2 t) und die hohe Systemsteifigkeit.

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Der schwäbische Tüftler besass von der Handwerkskammer die Erlaubnis, in seinem 2001 gegründeten Unternehmen Lehrlinge auszubilden und Medizintechnik-Produkte herzustellen. Die passende Maschine entdeckte er im Jahr 2017 und stellte sofort fest: «Die Bumotec s191 ist das richtige Werkzeug, um alles selbst zu fertigen.» Starrag bezeichnet das Hochpräzisionsbearbeitungszentrum als Schweizer Taschenmesser, weil es nicht nur dreht und fräst, sondern bei Bedarf auch bohrt, schleift, räumt, sägt oder sogar guillochiert. Neuerdings gehört zusätzlich auch Wälzschälen (Skiving) zu den Standards.

Einstieg in die Hochpräzisionszerspanung

Für den Hersteller sprach, dass Starrag mit namhaften Herstellern von Steuerungen, Werkzeugen und Software eng zusammenarbeitet. Dazu zählen auch regional präsente Anbieter, die am Nikolaus Tech Day sehr überzeugend demonstrierten, wie sich mit einem CAM-Programm die Bearbeitung virtuell optimieren lässt. Fasziniert erkannte der schwäbische Tüftler, der seine patentierten Ideen mit 3D-CAD realisiert, dass sich eine Hochpräzisionsmaschine nur mit der richtigen CAM-Software richtig ausreizen lässt. Mit dem Kauf allein war es jedoch nicht getan. «Der Anfang war nicht leicht, denn wir mussten alles erst lernen – vom CNC-Drehen und -Fräsen bis hin zum 3D-Schlichten», blickt Tschida auf ein anstrengendes Lehrjahr zurück. «Wir absolvierten sogar mehrere Lehrgänge auf dem CAM-System.» Als besondere Hilfe für die CAM-Einsteiger erwies sich ein Postprozessor, der es ihnen erlaubt, Befehle und Makros schon voreingestellt zu erledigen. Mit dem frisch erworbenen Wissen gelang dem Trio schnell der Einstieg in die CNC-Zerspanung.

Hochpräzision mit vielen Extras

In Fridingen ist seit 2019 eine Hochpräzisionsmaschine mit sehr vielen Extras im Einsatz. Ausstattungsdetails verrät dem Starrag-Techniker der Blick aufs Typenschild: Bumotec s191 H50_FTL_PRM. H50 bezeichnet ein Horizontalzentrum, das Stangen mit einem maximalen Durchmesser von 50 mm laden und zerspanen kann. FTL (franz.: Fraisage, Tournage, Linéaire) steht für linearangetriebenes Drehfräs-Zentrum und PRM (franz.: Pince, Reprise, Multiples) deutet auf ein Highlight auf der Gegenstation hin: Dort wartet eine Mehrfachgreifeinrichtung auf ihren Einsatz.

Wie sich mit ihr Nebenzeiten extrem senken lassen, demonstriert ein Animationsvideo: In Sekundenschnelle fährt die Gegenstation zum schwingungsarmen Fräsen der Stange heran. Dann schwebt eine Abgreifachse heran, um die Stange beim prozesssicheren und hochpräzisen Bohren zu halten. Abschliessend übernimmt das Bauteil eine Spannvorrichtung, in der die Stirnseite der Stange gebohrt und das Bauteil auf das vorgesehene Mass abgesägt wird. Das ist effektive Komplettbearbeitung in mehreren Aufspannungen in Reinkultur. Ein anderes Beispiel aus der Praxis nennt Tschida: «Wir fräsen im Revolver gleichzeitig bis zu neun Bauteile. Das erspart uns im Vergleich zur Einzelfertigung acht Werkzeugwechsel.»

Filigrane Instrumente von der Stange

Auf dem Neuling entstehen aus hochlegierten Edelstahlstangen (X20Cr13, Ø 25 mm) Pinzetten, Scheren und Nadelhalter, die TMS dann zu komplexen Mikrofeder-, Mikrobajonett- und Rohrschaft-Instrumenten vereint. «Diese zum Teil sehr filigranen Teile fertigen wir prozesssicher in Serie rund um die Uhr – sogar vollautomatisiert nachts in mannlosen Geisterschichten», lobt der Firmenchef. «Dabei sorgt das präzise Temperaturmanagement für eine sichere und reale Wiederholgenauigkeit von maximal zwei Mikrometern in allen fünf Achsen. Ich bin erstaunt über diese stets zuverlässig hohe Massgenauigkeit bei Tag und bei Nacht, im Sommer wie im Winter!»

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Sehr zufrieden ist er auch mit der Gegeneinheit: Sie hält und stützt komplexe Teile so sicher, dass sich selbst bei 6-Seiten-Bearbeitung sehr enge Toleranzen erreichen lassen. Für Optimierung des Herstellprozesses sorgt das endkonturnahe Schlichten der Oberflächen, die der Anwender auch dem stabilen und vibrationsarmen Maschinenbett verdankt. Zusammenfassend meint der Firmenchef: «Die geforderte Form und Qualität der Einzelteile bleiben in Serie gleichbleibend sehr hoch: Das verkürzt den Zeitaufwand für das Veredeln der Teile. Es sinken auch die Endmontagezeiten, da die Teile in sich passen und die gewünschte Funktion schneller erreicht wird.»

Unbemerktes Tüfteln – bis die Entwicklung abgeschlossen ist

Das Lehrjahr und die Investition in die Bumotec haben sich gelohnt. So fertigt TMS mittlerweile für Händler sogar leicht und zuverlässig zu reinigende Rohrschaftinstrumente. Mit Blick auf viele bereits erfolgreich auf dem Markt eingeführte Produkte blickt der altgediente Instrumenten-Entwickler positiv nach vorne: 2022 stehen weitere Projekte an, von denen eines bereits im Frühjahr auf den Markt kommt. Strikte Geheimhaltung, ein Muss für jeden Erfinder, fällt ihm jetzt dank s191 leichter. Tschida: «Das Frechste an dieser Maschine ist, dass das Know-how im Haus bleibt. Wir tüfteln unbemerkt, bis die Entwicklung einer Innovation abgeschlossen ist.» SMM

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