Reibungsloser Prozess dank Reiben

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Prozessorientierte Reibahlenentwicklung

Wenn Herr Mendes sagt «Reiben ist ein einfacher Prozess», dann haben im Vorfeld die Spezialisten von Bruderer wie auch Urma bereits einiges an Denkarbeit geleistet und sind Versuche gefahren, wie Kim Arnold (Technischer Berater, Urma AG) weiss: «Ein solch einfach zu handhabendes Reibsystem zu entwickeln ist für uns im Vorfeld allerdings alles andere als einfach. Denn die Anforderungen, wie Toleranzen, Zentrizität, Verlauf der Bohrungen usw. sind höchst anspruchsvoll. Bei einer der zu fertigenden Säulen ist die Bohrung beispielsweise geschlitzt. Wir haben hier nicht nur einen unterbrochenen Schnitt, sondern das Werkstück ist wegen des Schlitzes nicht geschlossen und verhält sich labil. Durch die Zerspanungskräfte besteht die Möglichkeit, dass sich das Werkstück erstens verformt, und/oder schwingungsanfällig ist. Solche Aspekte müssen berücksichtigt werden. Auch kann der Spanfluss negativ beeinflusst werden.»

R. Näf ergänzt: «Bei der zweiten Säule sind zudem Querbohrungen in der zu reibenden Bohrung mit relativ grossem Querschnitt vorhanden, die den Verlauf der Reibahle negativ beeinflussen können. Es sind also hoch anspruchsvolle Feinbohrungen mit diffizilen Randbedingungen. Hier hängt es von der Reibahlen-Konstruktion wie auch von der Steifigkeit und Präzision der Werkzeugmaschine ab, damit die Bohrung qualitativ ‹verhebt›. In einem solchen Fall müssen wir unbedingt im Vorfeld Tests fahren. Jetzt zurück zu obiger Aussage: Wir haben die Reibwerkzeuge an die Bearbeitungssituation in der Art angepasst, dass es heute tatsächlich ein sehr einfacher Fertigungsprozess ist für den Maschinenoperateur. Der Weg dahin war aber anspruchsvoll.»

Schwingungen kein Thema mehr

Beim bisherigen Fertigungsverfahren waren Schwingungen bei der geschlitzten und damit labilen Bohrungssituation immer eine Herausforderung.

D. Bänziger: «Teilweise mussten wir zu unkonventionellen Mitteln greifen, um die Schwingungen aus dem Prozess zu holen. Früher haben wir beispielweise einen Holzkeil in den Schlitz getrieben und anschliessend mit Schrauben verspannt. Dann lief der Prozess ohne Schwingungen. Aber das ist natürlich nicht das Ziel einer modernen Fertigungsstrategie.»

R. Mendes: «Schwingungen treten heute beim Reiben der geschlitzten Bohrung nicht mehr auf, da nun mehrere Schneiden über den gesamten Umfang im Einsatz sind. Dadurch stabilisiert sich die Bearbeitungssituation und hilft die Schwingungen zu unterdrücken.»

Wenn der Nachteil zum Vorteil wird

Der Nachteil des Reibsystems, dass es sich nicht flexibel auf den Durchmesserbereich anpassen lässt, ist auch sein grosser Vorteil. Beim Reiben ist die Wiederholgenauigkeit hervorragend. Das Verhalten der Reibahlen ist äusserst prozesssicher, wie René Näf erläutert: «Der Durchmesser der Bohrung nimmt zwar direkt nach den ersten Bohrungen um zirka 2 µm ab. Aber danach verläuft der Bohrungsdurchmesser fast wie eine Gerade innerhalb des Toleranzfeldes. Wir achten darauf, dass wir die Reibahle so auslegen, dass die ersten Bohrungsbearbeitungen etwas oben im Toleranzfeld zu liegen kommen, dann wird es relativ schnell um 2 µm weniger im Durchmesser. Wenn man das weiss, lässt sich der Prozess gut einstellen.»

K. Arnold: «Im Prinzip legen wir die Reibahlen im Durchmesser genau so aus, wie es von der Konstruktion vorgegeben ist. Manchmal ist es beispielsweise gewünscht, dass die Bohrung im oberen Drittel des Toleranzfeldes liegt. Das ist für uns völlig unproblematisch zu realisieren. Bei den Anwendungen von Bruderer gehen wir von etwa 500 Bohrungen Standzeit aus. Bei 150 Bohrungen im Jahr ist die Standzeit somit praktisch vernachlässigbar.»

Vier- bis fünfmal schneller als bisher

R. Näf: «Wenn ich mir die langen Standzeiten vergegenwärtige, dann sollten wir unser Geschäftsmodell nochmals überarbeiten. Aber so ist das nun einmal. Wenn ich ehrlich bin, machen wir unsere Umsätze eher mit unseren kleinen Reibsystemen, die in die Massenfertigung geliefert werden. Solche Anwendungen wie hier bei Bruderer sind Sonderanwendungen, mit denen wir ein Einmalgeschäft, aber kaum ein Folgegeschäft aufgrund der geringen Losgrössen haben. Aber es sind Anwendungen, die eine technologische Herausforderung haben und hohe Aufmerksamkeit bringen. Es zeigt, was mit Reibsystemen wirtschaftlich machbar ist.»

Preis ist hoch, Verfahren ist rentabel

R. Ackermann: «Wir sind mit dem Reiben jetzt etwa vier- bis fünfmal schneller (vc 120 m/min; fz 0,16; Z 12) als mit der bisherigen Fertigungsmethode, und noch dazu prozesssicherer. Der reine Reibprozess dauert weniger als 13 Sekunden. Die Säulen sind die ersten Anwendungen, die wir mit den Urma-Reibschneiden gerieben haben, jetzt können wir Schritt für Schritt zu weiteren Bohrungsbearbeitungen übergehen. Die Akzeptanz ist jetzt auch bei unseren Maschinenoperateuren vorhanden, da das Verfahren ausgezeichnet funktioniert. Wenn ein solches Verfahren neu in die Fertigung integriert wird, ist bei den Fachspezialisten immer Skepsis vorhanden. Das hat unterschiedliche Gründe, beispielsweise die langjährigen positiven Erfahrungen, die unsere Mitarbeiter mit dem bisherigen Verfahren gemacht haben. Der Preis hat uns zuerst ebenfalls abgeschreckt.»

Das Reibwerkzeug ist erheblich teurer als ein Ausdrehwerkzeug, dessen ist sich Daniel Bänziger bewusst und sagt: «Wir investieren in unsere Werkzeuge prozessbezogen. Was bedeutet das? Trotz des höheren Preises der Reibahlen kommen wir bei den Gesamtkosten des Fertigungsprozesses in einem Jahr auf etwa 50 % der gesamten Produktionskosten gegenüber der bisherigen Lösung.»

Wir hätten keine Chance gehabt

R. Näf: «Die Verantwortlichen müssen wirklich erkennen, dass mit dem Reiben ihr Fertigungsprozess und -ablauf viel einfacher wird. Aber wenn man die Preise der Werkzeuge vergleichen würde, dann hätten wir keine Chance.»

Die Stückkosten entscheiden – nicht die Werkzeugkosten

Dass Bruderer letztlich in das Reibsystem von Urma investiert hat, liegt auch am strategischen Einkauf, wie Remo Ackermann am Schluss ausführt: «Bei uns entscheiden die Stückkosten, nicht die Werkzeugkosten.»

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