Instrumentenfertigung Schnell und präzise – dank der Linearantriebe

Redakteur: Anne Richter

Sirona, Markt- und Technologieführer der Dentalindustrie, optimiert am grössten Produktionsstandort in Bensheim permanent Prozesse und Strukturen. So wurde vor kurzem im Bereich Instrumentenfertigung in linear angetriebene Drehmaschinen investiert, die sich optimal zur Präzisionsbearbeitung kleiner Teile eignen. Zum Zug kamen die Lang-/Kurz-Dreher MLK linear von Maier Werkzeugmaschinen, die durch ihren modularen Aufbau wesentliche Prozessanpassungen erlauben.

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Markus Schröder (links), Leiter der Prozesskette Spannsysteme bei Sirona, und Maschinenbediener Ralf Erlebenbach sind mit der neuen MLK125 linear von Maier sichtlich zufrieden.
Markus Schröder (links), Leiter der Prozesskette Spannsysteme bei Sirona, und Maschinenbediener Ralf Erlebenbach sind mit der neuen MLK125 linear von Maier sichtlich zufrieden.
(Bild: Maier Werkzeugmaschinen)

Seit der Erfindung der ersten elektrischen Zahnbohrmaschine (1887) steht Sirona an der Spitze des technologischen Fortschritts in der Dentaltechnik. Allein im Jahr 2013 präsentierte das Unternehmen 25 Innovationen, die das tägliche Arbeitsleben von Zahnärzten und Zahntechnikern erleichtern. Entwickelt und produziert wird ein Grossteil der Produkte in Bensheim, Deutschland, dem weltweit grössten Entwicklungs- und Produktionsstandort der Dentalindustrie.

Um eine solche Spitzenposition zu halten, muss parallel zur Entwicklung auch die Produktion innovativ sein und vorausschauend agieren, mit qualifizierten Mitarbeitern und einem Maschinenpark, der permanent auf neuestem Stand gehalten wird. Dieser Aufgabe stellt sich bei Sirona unter anderem der Geschäftsbereich Instrumente, dem Hand- und Winkelstücke sowie Turbinen zugeordnet sind. Jürgen Schreiber, der sich dort für die Prozessplanung der Teilefertigung und der Kaufteile verantwortlich zeichnet, weist auf beobachtete Trends hin: «Unsere handgehaltenen Instrumente erfordern zunehmende Präzision. Die Durchmesser- und Längenmasstoleranzen sowie Form- und Lagetoleranzen werden enger, was unter anderem mit den sehr hohen Drehzahlen zusammenhängt, die zuverlässig übertragen werden müssen. Diese liegen bei elektrisch angetriebenen Winkelstücken bei 200 000 min-1 und bei Turbinen sogar bei 400 000 min-1. Ausserdem äussern unsere Kunden immer häufiger spezielle Wünsche in puncto Funktionen und Design. Auf diese müssen wir schnell reagieren können.»

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Zukunftsfähige Produktionsbedingungen

Die Produktionsverantwortlichen sind daher permanent am Überprüfen von Prozessen und Maschinen sowie auf der Suche nach Verbesserungsmöglichkeiten. So zum Beispiel in dem Bereich der Teilefertigung, der sich mit allen rotierenden Bauteilen innerhalb eines Dentalinstruments beschäftigt. Markus Schröder, Gruppenleiter in der Teilefertigung, erklärt: «In unseren Aufgabenbereich fallen viele kleine Teile, die in einem Winkelstück oder einer Turbine verborgen sind. Wir bearbeiten diese vom Rohmaterial bis zur einbaufertigen Komponente.» Dazu stehen Markus Schröder fast 20 CNC-Maschinen verschiedener Technologien zur Verfügung.

Einer der ersten Prozessschritte ist die Drehbearbeitung, der dann noch weitere Verfeinerungs- und Veredelungstechnologien folgen. Für das Drehen der kleinen Teile wurde ein Verbesserungsbedarf festgestellt. Zum einen konnten die vorhandenen Maschinen die wachsenden Stückzahlen kaum noch bewältigen, zum anderen war es an der Zeit, vorhandene Maschinentechnik gegen Maschinen, die auf dem letzten Stand der Technik sind, auszutauschen.

So begaben sich die Verantwortlichen auf die Suche nach der passenden Maschine. Die Federführung des Beschaffungsprojektes übernahm Robert Schmitt, der zum einen Markus Schröder als Technologe zur Seite steht und zum anderen selbst als Gruppenleiter für den Messraum im Bereich der Instrumentenfertigung fungiert: «Um die am besten geeignete Maschine zu finden, haben wir verschiedene Angebote mit speziellen Testwerkstücken auf Herz und Nieren geprüft. Als ein an der US-Technologiebörse NASDAQ notiertes Unternehmen sind wir bei grösseren Einkäufen verpflichtet, mindestens drei vergleichbare Angebote einzuholen und die Wirtschaftlichkeit der Investition nachzuweisen.»

Dentaltechnik stellt hohe Anforderungen

In der Auswahl befand sich neben bisherigen Lieferanten der Drehmaschinenhersteller Maier Werkzeugmaschinen, Wehingen. «Wir hatten dessen Maschinen schon seit längerem im Auge», berichtet Robert Schmitt, «allerdings noch nie ein konkretes Projekt verwirklicht. Bereits die Vorbesprechungen verliefen derart positiv, dass wir zuversichtlich waren, dass es zu einer interessanten Partnerschaft kommen könnte.» Abnahmeteile mit verschiedenen Schlüsselmerkmalen sollten Aufschluss geben, ob die Hauptkriterien Präzision und Qualität in der Praxis eingehalten werden. Denn die kleinen Drehteile – sie bewegen sich in Längen bis zu 50 mm und einem Durchmesser bis zu 12 mm – erfordern Toleranzen bis in den µm-Bereich hinein.

«Dabei sind die zu zerspanenden Materialien zum Teil sehr anspruchsvoll», weist Markus Schröder hin. «Sie sind Teil eines Medizinproduktes und müssen dauerhaft sterilisationsfest sein. Daher verarbeiten wir vorwiegend hochlegierte Stähle, die anspruchsvoll zu zerspanen sind.» Die engen Toleranzen gelten nicht nur für Durchmesser- und Längenmasse, sondern insbesondere für Form und Lage. Denn um in den Instrumenten mit Bohrerdrehzahlen bis zu 400 000 min-1 die Laufgeräusche niedrig und die Lebensdauer hoch zu halten, sind exakte Rundheiten, Koaxialitäten und Passungen notwendig.

Schnelle Umrüstbarkeit gehörte ebenfalls zu den Wünschen Schröders, denn seine Losgrössen liegen zwischen 700 Stück bis hin zu ein paar Tausend: «Wir streben kurze Reaktionszeiten an, um möglichst schnell und flexibel auf Kundenwünsche reagieren zu können. Daher wollen wir keine Maschine über mehrere Wochen mit einem Produkt belegen.»

Effizienz und Schnelligkeit auf kleinstem Raum

Letztendlich entschieden sich die Verantwortlichen für eine MLK125 linear von Maier Werkzeugmaschinen, eine als Langdreher konzipierte Maschine, die sich jedoch – wie bei Sirona der Fall – auch als Kurzdreher betreiben lässt. Der Maschinentyp MLK linear ist mit Abmessungen von 1500 x 800 mm der kompakteste der Maier-ML-Serie. Mit einem Stangendurchlass von maximal 12 mm können hochpräzise Kleinteile gefertigt werden, wie sie beispielsweise in der Uhrenindustrie, aber auch bei Sirona benötigt werden. Für Qualität und Wirtschaftlichkeit sorgen bis zu 20 Werkzeuge. Zwei unabhängige Schlitten, verfahrbar in X- und Y-Richtung, ergeben ein echtes 3-Teile-System, das Drehen und Fräsen beziehungsweise Schruppen und Schlichten zur gleichen Zeit möglich macht.

Eine wesentliche Besonderheit der MLK125 linear beruht auf den Linearmotoren in den beiden X- und Z-Achsen. Sie verleihen der Maschine eine hohe Dynamik, die sich in Beschleunigungen bis zu 2 G und Eilgängen bis zu 40 m/min niederschlägt. So steht die MLK125 linear einem kurvengesteuerten Langdrehautomaten in Sachen Schnelligkeit nichts nach, ist jedoch viel flexibler und somit für die genannten Anforderungen ideal geeignet. Zumal die eingesetzten absoluten Wegmesssysteme eine hohe Präzision gewährleisten. Für die passende Leistung in Haupt- und Gegenspindel sorgt jeweils ein 1,5 kW starker Built-in-Motor, dessen Spitzenleistung bei 2,2 kW liegt und der Drehzahlen bis zu 10 000 min-1 ermöglicht.

Oliver Loth, selbständiger Handelsvertreter und Vertriebsbeauftragter von Maier Werkzeugmaschinen für Baden-Württemberg und Bayern sowie für bestimmte Key-Account-Kunden wie die Firma Sirona, hat das Projekt von Beginn an betreut. Er bestätigt: «Dieses Maschinenkonzept mit der beschriebenen Achskonfiguration ist für die Produkte bei Sirona sehr vorteilhaft.»

Standard mit entscheidenden Besonderheiten

Für Markus Schröder ist es ein wichtiger Faktor, dass es sich um eine Standardmaschine handelt: «Wir haben zwar besondere Anforderungen, wollen aber auf keinen Fall eine Sondermaschine, die nur einmal auf der Welt existiert. Das würde die Themen Ersatzteilversorgung, Reparatur und Service zu schwierig gestalten.» Seinem neuen Lieferanten Maier Werkzeugmaschinen schreibt er eine grosse Stärke im Bereich des Prozess-Know-hows zu: «Maier kann nicht nur Maschinen liefern, sondern ist in der Lage, nach unseren Vorstellungen mechanisch und steuerungstechnisch tief in die Prozesse einzugreifen. So sind die Maschinen in der Halle letztendlich ein gemeinschaftliches Produkt.»

Maier unterstützte die Qualifizierung der Maschinenbediener durch verschiedene Schulungen, so dass sie die Möglichkeiten der MLK125 linear schon nach kurzer Zeit voll ausschöpfen konnten. «Die Investition in diese Maschinen war absolut richtig», resümiert Markus Schröder. «Mit dem heutigen Fertigungsprozess können wir deutliche Verbesserungen generieren, unter anderem in der Prozessstabilität, aber auch hinsichtlich kürzerer Bearbeitungszeiten. Wir sind sehr zufrieden mit dem Ergebnis und dem gesamten Ablauf, was mit ein Verdienst der intensiven technologischen Betreuung von Maier ist.» <<

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