Die Kern Micro- und Feinwerktechnik GmbH&Co. KG in Murnau hat sich seit ihrer Gründung im Jahr 1962 zu einem Spezialisten mit fundiertem Know-how in der Mikrobearbeitung entwickelt. Heute beschäftigen sich über 130 Mitarbeiter an zwei Standorten mit der Entwicklung von Maschinen sowie mit der Auftragsfertigung von Mikrobauteilen. Im bayerischen Eschenlohe konstruiert und produziert das Unternehmen hochwertige Bearbeitungszentren zum Bearbeiten von Werkstücken mit Abmessungen im Millimeter- und Submillimeter-Bereich sowie für Anwendungen, die höchste Präzision und Oberflächenqualität auch an größeren Bauteilen bis 500 mm Kantenänge

erfordern. Um Präzisionsteile im Nano- und Mikrobereich fertigen zu können, hat KERN die Maschinen Pyramid Nano, die fünfachsige Triton, die Evo, auch in unterschiedlichen Automatisierungsstufen und als Turn-Key-Fertigung im Programm.

Lohnfertigung auf selbst entwickelten Maschinen

Am Produktionsstandort Murnau hat Kern die Auftragsfertigung konzentriert. Das Fertigungsspektrum umfasst die Bearbeitung von Mikrobauteilen, die Fertigung von Hochpräzisions- Bauteilen auf fünfachsigen Fräszentren und Erodiermaschinen sowie das Flach- und Koordinatenschleifen. Selbstverständlich gehört dazu auch eine bestens ausgestattete Qualitätssicherung mit hochwertigen optischen und taktilen Messgeräten, die im Mikrometerbereich zuverlässig messen können.

Wie Thomas Mauer, als Leiter des Bereichs µ-part verantwortlich für die Mikroteilefertigung, in Murnau erläutert, hängt der Erfolg bei der Präzisionsbearbeitung von Mikrobauteilen wesentlich vom passenden Zusammenspiel von Maschinen, Spannvorrichtungen, Werkzeugen, NC-Programmen und der Erfahrung der Bediener ab. „Mit DIXI haben wir die richtige Wahl getroffen. Die Bohr- und Fräswerkzeuge von diesem Hersteller liefern auf unseren Maschinen sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Genauigkeit und der Prozesssicherheit“, führt er aus.

In Bezug auf die Genauigkeit arbeiten die Mikrofertiger in einer Welt mit eigenen Maßstäben. Da Toleranzen immer als prozentuale Angaben zum Bezugsmaß definiert sind, ergeben sich häufig maximal zulässige Abweichungen im Bereich von 1 bis 2 µm. Addiert man die möglichen Abweichungen des Werkzeug-Spannsystems sowie in der Geometrie und im Rundlauf der meist nur wenige zehntel Millimeter im Durchmesser messenden Werkzeuge, erkennt man die anspruchsvollen Forderungen nach Genauigkeit. Bei den Bearbeitungszentren Evo und Pyramid Nano von KERN tragen beispielsweise die

Monoblock-Bauweise, hydrostatische Führungen, gekühlte Hochfrequenzspindeln und integrierte Laser-Mess-

systeme (Renishaw) zu einer hohen Grundgenauigkeit bei.

Werkzeugkonzept für höchste Genauigkeit

Bei den Werkzeugen muss man sich allerdings auf die Fertigungsqualität beim Werkzeughersteller verlassen können. Rolf Hergert, bei DIXI für den Vertrieb in Deutschland zuständig, erläutert sein Konzept beim Herstellen der Werkzeuge, um diese hohen Genauigkeiten einzuhalten: „Wir schleifen unsere Mikrobohrer auf Toleranzen von 0 bis - 4 µ. So halten die damit erzeugten Bohrungen selbst bei einem minimalen Rundlauffehler der Maschine und der Spannzange oder der HSK-Aufnahme noch die geforderten Toleranzen.“ Selbstverständlich werden die Werkzeuge vor dem Bearbeiten einzelner Geometrien im Arbeitsraum der Bearbeitungszentren mit einem Lasersystem gemessen. Dazu

erläutert Mauer: „Nur mit Laserlicht und automatisierten

Abläufen lassen sich die Mikrowerkzeuge prüfen. Für den Maschinenbediener sind die kleinen Werkzeuge im Arbeitsraum optisch kaum noch wahrnehmbar. Auch akustisch lässt sich ein korrekter Werkzeugeingriff nicht mehr erkennen.“

Mikrogeometrien mit µ-view sichtbar gemacht

Um zu gewährleisten, dass von Beginn an beim Rüsten der Bearbeitungszentren nur einwandfreie Werkzeuge eingesetzt werden, hat Kern inzwischen das Visualisierungsgerät

µ-view für Mikrowerkzeuge entwickelt und realisiert. Damit lassen sich die Stirn- (axial) und die Nutgeometrien (radial) der Werkzeuge bei bis zu 500facher Vergrößerung am Bildschirm exakt betrachten. Mit dieser optischen Kontrolle können die Mitarbeiter fehlerhafte Werkzeuge, zum Beispiel mit ungleichen Winkeln im Stirnanschliff, ungenügenden Freiwinkeln oder – bei Gewindewerkzeugen - schadhaften Flanken, sehr rasch erkennen und aussortieren. Das vermeidet Ausschuss und Stillstandszeiten in der Fertigung. Zudem nutzen die Murnauer Lohnfertiger dieses Gerät zur Eingangskontrolle. So können sie den Werkzeugherstellern fundierte Angaben und Dokumentationen über die Qualität der gelieferten Werkzeuge vorlegen. Darüber hinaus lässt sich damit das Verschleißverhalten von Werkzeugen über deren Einsatzdauer protokollieren und dokumentieren. Daraus erhalten die Lohnfertiger zusammen mit den Werkzeuglieferanten erstmals fundierte Angaben zu den Standzeiten unterschiedlicher Werkzeuge. Insbesondere in der Serienfertigung bei Losgrößen von mehreren hundert bis mehreren tausend gleichen Bauteilen entscheidet die auf dem Messgerät µ-view dokumentierte Werkzeugkontrolle und -prüfung vor und im Bearbeitungsprozess über Produktivität und Wirtschaftlichkeit. Das gilt vor allem für größere Serien, die bei Kern häufig

in unbeaufsichtigten Nacht- und Wochenendschichten gefertigt werden.

Interessanterweise zeigen schon neue Werkzeuge Fehler, die mit dem Visualisierungsgerät µ-view sicher erkannt werden. Dies gilt unabhängig vom Lieferanten für alle bei KERN genutzten Werkzeuge.

Mikrogewinde prozesssicher schneiden oder wirbeln

Wie Mauer erläutert, haben ihn die Bohr- und Fräswerkzeuge von DIXI dermaßen mit ihren technischen Vorteilen beeindruckt, dass er zunehmend auch Gewindebohrer und Gewinde-Wirbelwerkzeuge von DIXI einsetzt. Vor allem erreicht er mit diesen Werkzeugen größere Standmengen bzw. längere Standzeiten als mit den ehemals benutzten. „Das ist speziell in der Serienfertigung ein entscheidendes Kriterium bei der Wahl der Werkzeuge,“ führt er weiter aus. „Wollen wir auf unseren automatisierten Fertigungsinseln wirtschaftlich bearbeiten, müssen wir Stillstandszeiten verringern oder gar über die Laufzeit eines Fertigungsloses komplett eliminieren. Dies gelingt mit den Werkzeugen von DIXI.“ Hinzu kommt ein weiterer Vorteil der Mikrowerkzeuge des schweizerischen Herstellers. Sie sind so exakt und scharf geschliffen, dass gegenüber anderen, vergleichbaren Werkzeugen die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten häufig wesentlich erhöht werden können. „Damit arbeiten wir natürlich sehr viel wirtschaftlicher und können manchen Auftrag gewinnen, den wir ansonsten verloren hätten,“ beschreibt Mauer die Situation. Meist nutzen die Murnauer Lohnfertiger unbeschichtete Werkzeuge. Wegen der Vielfalt an Werkstoffen, die bei einem Auftragsfertiger in häufigem Wechsel zu bearbeiten sind, eignen sich diese besser als die beschichteten Werkzeuge. Man kann damit Stahl ebenso wie Kunststoffe (zum Beispiel PMMA, PC, PA) und unterschiedlich legierte NE-Metalle bearbeiten. Besonders bewährt haben sich die Mikrogewindebohrer aus Vollhartmetall von DIXI. Im Zusammenspiel mit den hochpräzisen Maschinen von Kern werden damit genauste Mikrogewinde gefertigt.

Das komplette Werkzeugspektrum aus einer Hand

Auch das umfassende Werkzeug-spektrum bei DIXI überzeugte Mauer: „Wir bekommen bei einem Hersteller beschichtete und unbeschichtete Bohr-, Fräs- und Gewindewerkzeuge mit zwei, drei und vier Schneiden ab

0,05 mm Durchmesser in Abstufungen von 0,01 mm. Neben den Hartmetallwerkzeugen setzen wir auf unseren Maschinen auch mit Diamant bestückte Werkzeuge für die Glanzbearbeitung ein – auch diese sind bei DIXI im Fertigungsprogramm. Das ist speziell bei der Auftragsfertigung ein echtes Plus. Wir sind für jede erdenkliche Bearbeitung bestens gerüstet. Bei der Lohnfertigung zählt diese Flexibilität, die Auftraggeber heute nahezu wie selbstverständlich erwarten.“ Zur hohen Verfügbarkeit der Werkzeuge bei vertretbaren Kosten trägt auch der Service von DIXI bei.

Der Werkzeughersteller stellt dabei die gesamte Palette an Werkzeugen in einem Lager beim Kunden bereit.

Monatlich werden nur die verbrauchten Werkzeuge ergänzt und kaufmännisch abgerechnet. So wird der Bestand anhand der Verbräuche fortlaufend optimiert. Das minimiert die Beschaffungs- und Logistikkosten, schafft aber für den

Artikel erschienen in WT 117 auf Seite 48.