Mit Ideenreichtum zum Serienprodukt

Wenn mittelständische Unternehmen über die Produkte der Zukunft nachdenken, ist die Technische Hochschule (TH) in Wildau (FH) ganz vorn mit dabei. Im Labor für Kunststofftechnik von Prof. Andreas H. Foitzik der TH Wildau, nahe Berlin, entstehen auf einer Demag-Spritzgießmaschine sowie auf zwei Babyplast-Mikrospritzgießanlagen Prototypen und Miniserien kleiner und kleinster Kunststoffteile aus Thermoplasten, lange bevor sie zu Serienprodukten werden. Dabei handelt es sich um Produkte für den medizintechnischen Bereich genauso wie für die Bereiche Zahnmedizin oder Biotechnologie sowie anderer Branchen.

Prof. Foitzik und Projektkoordinator Steffen Zinn werden von 20 weiteren Mitarbeitern unterstützt. Deren Stellen finanziert der Bund mit Fördermitteln für Projekte, die die KMUs und die

Bei der Herstellung der Formen und Werkzeuge an der TH Wildau sorgt ein Nullpunktspannsystem von AMF für größtmögliche Flexibilität bei engen Toleranzen.

Hochschule für eine Förderung einreichen können. Bei Genehmigung entsteht eine Projektpartnerschaft, in der alle Partner gewinnen. So hat jüngst ein mittelständisches Unternehmen Musterteile einer Projektidee herstellen lassen, die auf einer Messe gezeigt wurden. Als die Bestellungen während und nach der Messe eingingen, konnte das Unternehmen das Serienwerkzeug herstellen und produzieren. Zinn berichtet: „Für die Herstellung des Protypenwerkzeugs und der Musterteile waren der finanzielle Einsatz und das Risiko zu hoch. Gleichwohl war das medizintechnische Produkt hochinteressant und förderungswürdig. Und unser Institut hatte ein zukunftsfähiges Praxisprojekt, das einem Studierenden eine Stelle bieten konnte.“

Rüstvorgänge optimieren

In der Standard-Grundplatte sind vier AMF-Nullpunktspannmodule K 10.2 mit extrem flachen 22 mm Einbautiefe verbaut.

Bei der Herstellung der Formen und Werkzeuge, die auch in der TH Wildau konstruiert werden, sollten die Rüstvorgänge mit einem Nullpunktspannsystem optimiert werden, das sich im Wechsel auf zwei Maschinen einsetzen lässt. Das Projektteam entschied sich für das Nullpunktspannsystem von AMF, das nun für größtmögliche Flexibilität bei engen Toleranzen sorgt. So gelingt der Wechsel zwischen zwei Fräszentren mit höchster Genauigkeit. In der TH Wildau steht eine generalüberholte DMG-Fräsmaschine zur Verfügung, die mit Glasmaßstäben für größte Genauigkeit und einer zusätzlichen Hochgeschwindigkeitsspindel ausgestattet wurde, sowie ein höchst präzises Mikrobearbeitungszentrum MMP 2522 von Kern.

Trends-µ-genau

Nullpunktspannsystem von AMF

• ermöglicht den Wechsel zwischen zwei Maschinen mit höchster Genauigkeit
• besteht aus einer dünn gehaltenen Standard-Grundplatte mit vier AMF-Nullpunktspannmodulen K 10.2
• kann bei der Zerspanung hohe Kippmomente aufnehmen
• ermöglicht hohe Präzision und Maßgenauigkeit auch bei großen Zerspanungskräften
• extrem flaches Spannmodul mit 22 mm Einbautiefe
• auf der Grundplatte sitzt eine Sonderplatte mit vier niedrig gebauten AMF-Nullpunktspannmodulen K 5, auf der ein Spannstock verschraubt ist
• Sonderplatte ist mit nur 23 mm Bauhöhe extrem flach
• im Viererverbund spannen die Werkstücke mit 52 kN
• Wiederholgenauigkeit von 1,3 µm dank eingebauten Renishaw-System

Um Formwerkzeuge nach dem Schruppen auf der DMG ohne große Rüstzeiten auf der Kern zur Mikrobearbeitung aufzuspannen, musste das Nullpunktspannsystem einige Voraussetzungen erfüllen: Die Bauhöhe sollte so gering wie möglich sein, da die Kern Micro bauartbedingt lediglich 128 mm Gesamthöhe für Spannsystem und Werkstück zulässt. Zugleich sollte die Grundplatte mit 140 x 140 mm Größe genügend Platz bieten, um größere Werkstücke vollständig aufnehmen zu können. Das System sollte einfach zu handhaben sein und problemlos zwischen beiden Maschinen gewechselt werden können. Dabei sollte die Wiederholgenauigkeit unter 3 µm liegen.

Maßgeschneiderte Lösung

Viele Anbieter hatten zwar Platten mit 70 x 70 mm im Sortiment, aber Zinn wollte größere Werkstücke wegen eventueller Schwingungen auf keinen Fall überstehen lassen. „Das komplette Team von AMF ging auf unsere Wünsche ein“, erklärt

Beim Wechsel von der DMG-Maschine auf die Kern wird eine Wiederholgenauigkeit von 1,3 µm gemessen.

Zinn. „Unsere Partner von AMF lieferten uns eine hervorragende Lösung, die genau auf unseren Bedarf ausgerichtet war.“

Nach Erstellung eines umfangreichen Lastenhefts ist seit Herbst 2014 die neue Nullpunktspanntechnik im Einsatz. Sie besteht aus einer Standard-Grundplatte mit vier AMF-Nullpunktspannmodulen K 10.2, die für die DMG-Maschine vorgesehen ist. Mit 112 mm Durchmesser verfügt das Modul K 10.2 über eine große Auflagefläche und ist unempfindlich gegenüber bei der Bearbeitung entstehenden Seiten- oder Zugkräften. Es spannt mit 25 kN Kraft und kann bei der Zerspanung hohe Kippmomente aufnehmen. Das ermöglicht dem Anwender hohe Präzision und Maßgenauigkeit auch bei großen Zerspanungskräften. „Ideal für die Schrupparbeiten, die wir auf der DMG fahren“, betont Zinn.

Die Module bieten den sicheren vibrationshemmenden Sitz von Werkstück oder Wechselpalette.

Mit nur 22 mm Einbautiefe baut das Spannmodul extrem flach. So kann die Grundplatte ebenfalls sehr dünn gehalten werden, und der Aufbau auf dem Maschinentisch lässt viel Platz nach oben.

Die Bauhöhe des Nullpunktspannsystems musste so gering wie möglich sein, da die Kern Micro bauartbedingt lediglich 128 mm Gesamthöhe zulässt.

Die Module bieten einen sicheren vibrationshemmenden Sitz von Werkstück oder Wechselpalette, die über die AMF-Spannnippeltechnik ge-spannt werden. Der Referenzpunkt bleibt in der Mitte, und Temperaturschwankungen sowie Mate-rialausdehnungen werden über ein intelligentes System ausgeglichen. Die Technologie, die dahinter steckt, will man bei AMF jedoch nicht preisgeben.

Sehr flache Bauhöhe

Auf der Grundplatte sitzt eine Sonderplatte mit vier AMF-Nullpunktspannmodulen K 5, auf der ein kleiner und kräftiger aber zugleich niedrig bauender Spannstock verschraubt ist. Diese Sonderplatte ist mit nur 23 mm Bauhöhe extrem flach. Das ist möglich, weil auch die Spannmodule K 5 sehr niedrig bauen. Dennoch sind sie mit 13 kN Spannkraft bei einem geringen Einschraubdurchmesser von M45 mm sehr stark. Im Viererverbund spannen sie folglich die Werkstücke mit 52 kN.

Die Sonderplatte mit Spannstock kann nun einfach zwischen beiden Fräsmaschinen hin und her gewechselt werden. Beim Wechsel von der DMG-Maschine auf die Kern hat Zinn mit dem

„Wenn wir für ein KMU einen Prototypen oder ein Vorserienteil herstellen, geht es nicht immer nur um ein
zukünftiges Produkt, sondern manchmal auch um die Zukunft des Unternehmens.“
Steffen Zinn, Projekt-
koordinator der Technischen Fachhochschule Wildau

eingebauten Renishaw-System eine Wiederholgenauigkeit von sagenhaft niedrigen 1,3 µm gemessen. Zinn betont: „Das hat uns sehr beeindruckt, ist es doch viel genauer als wir gefordert hatten. Nun bietet uns diese Spannlösung noch mehr Möglichkeiten.“

Profil

Technische Hochschule (TH) Wildau (FH)

Die Technische Hochschule Wildau wurde 1991 gegründet. Sie ist die größte Fachhochschule im Land Brandenburg und knüpft an die Tradition der ehemaligen Ingenieurschule Wildau an. Ein Schwerpunkt der Ausbildung ist der Maschinenbau. Um die Studien- und Lehrbedingungen nachhaltig sichern zu können, hat die TH Wildau als erste Hochschule in Deutschland im Jahr 2009 ihre Qualitätsstandards extern nach der ISO 9001 begutachten und zertifizieren lassen. Das Labor für Kunststofftechnik wird von Prof. Andreas H. Foitzik geleitet und hat sich auf Formenbau und Mikrobearbeitung spezialisiert. Hier entstehen Prototypen und Miniserien kleiner und kleinster Kunststoffteile, lange bevor sie zu Serienprodukten werden. Dazu gehören beispielsweise Produkte für den medizintechnischen Bereich genauso wie für die Bereiche Zahnmedizin oder Biotechnologie sowie anderer Branchen.

Extreme Maßhaltigkeiten

Wenn Prozesse oder Teiletoleranzen noch anspruchsvoller sind und beispielsweise der kleine Fräser mit nur 40 µm Durchmesser eingesetzt wird, erreichen die Wildauer sogar Maßhaltigkeiten von 1 µm. Dazu lässt Zinn den Aufbau nach dem Einrichten auf der Kern Micro in dem klimatisierten Raum sich auch schon mal 24 h akklimatisieren.

Im Labor für Kunststofftechnik an der Technischen Hochschule Wildau entstehen Prototypen und Miniserien kleiner und kleinster Kunststoffteile, lange bevor sie zu Serienprodukten werden.

Die Ergebnisse der Bearbeitung werden mit einem Keyence-Mikroskop gemessen. Und wenn es noch genauer sein muss, kann das Projektteam an der TH auch auf ein Rasterelektronenmikroskop zugreifen.

Im Institut freut man sich bereits auf das nächste Projekt. Da geht es um Hartmetallwerkzeuge, die ein Hersteller von Spritzgießteilen selbst nicht fertigen kann. In Wildau hat man bereits Hartmetall mit 56 HRC und sogar 90 HRA bearbeitet.

Zinn, der die konstruktiven Lösungen für die Werkzeuge und Formen entwickelt und sich selbst als „lösungsgeil“ bezeichnet, freut sich: „Mit unserer Erfahrung und dem Nullpunktspannsystem von AMF sind wir auf die Ergebnisse gespannt.“ Dass die Zusammenarbeit zwischen den Wildauern und AMF so gut klappt, führen beide auch auf die „Chemie“ zurück, die stimmt.

Kontakt:

• Andreas Maier GmbH & Co. KG, www.amf.de
• Technische Hochschule Wildau (FH), www.th-wildau.de