Nullpunktspannsystem
für Kleinserien

„Wenn wir für ein mittelständisches Unternehmen einen Prototypen oder ein Vorserienteil herstellen, geht es mitunter nicht nur um ein zukünftiges Produkt, sondern manchmal sogar um die Zukunft des Unternehmens“, erzählt Projektkoordinator Steffen Zinn von der Technischen Fachhochschule. Am Labor für Kunststofftechnik entstehen Produkte für den medizintechnischen Bereich genauso wie für die Bereiche Zahnmedizin oder Biotechnologie sowie anderer Branchen.

Auf einer Demag-Spritzgießmaschine sowie auf zwei Babyplast-Mikrospritzgießanlagen entstehen Prototypen und Miniserien kleiner und kleinster Kunststoffteile aus Thermoplasten. Für die Herstellung der Werkzeuge und Formen, die hier auch konstruiert werden, gibt es eine generalüberholte DMG-Fräsmaschine, die mit Glasmaßstäben für größte Genauigkeit und einer zusätzlichen Hochgeschwindigkeitsspindel ausgestattet wurde, sowie ein Mikrobearbeitungszentrum MMP 2522 höchster Präzision von Kern. Mit einem Nullpunktspannsystem, das sich im Wechsel auf beiden Maschinen einsetzen lässt, sind die Rüstvorgänge optimiert worden. Durch die Besonderheiten des Instituts gab es anspruchsvolle Anforderungen.

Unterstützt werden Professor Andreas Foitzik und Projektkoordinator Zinn von 20 Mitarbeitern. Deren Stellen finanziert der Bund mit Fördermitteln für Projekte der Kunden, die die kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) und die 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. Wenn die Bestellungen eingehen, kann das Unternehmen das Serienwerkzeug herstellen und produzieren. „Für die Herstellung des Prototypenwerkzeugs und der Musterteile waren der finanzielle Einsatz und das Risiko zu hoch“, erzählt Zinn. „Gleichwohl war das medizintechnische Produkt hochinteressant und förderungswürdig.“

Um die Formwerkzeuge nach dem Schruppen auf der DMG ohne große Rüstzeiten auf der Kern zur Mikrobearbeitung aufzuspannen, sollte das Nullpunktspannsystem einige Voraussetzungen erfüllen: Die Bauhöhe musste gering sein, da die Kernmicro lediglich 128 Millimeter Gesamthöhe für Spannsystem und Werkstück zulässt. Zugleich sollte die Grundplatte mit 140 x 140 Millimetern 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 drei Mikrometern liegen. Viele Anbieter hatten zwar Platten mit 70 x 70 Millimetern im Sortiment, aber Zinn wollte größere Werkstücke wegen möglicherweise auftretender Schwingungen auf keinen Fall überstehen lassen: „AMF lieferte 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 Standardgrundplatte mit vier AMF-Nullpunktspannmodulen K 10.2 für die DMG-Maschine. Mit 112 Millimetern 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 Kilonewton 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.

Mit nur 22 Millimetern 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 Module bieten einen sicheren, vibrationshemmenden Sitz von Werkstück oder Wechselpalette, die über die AMF-Spannnippeltechnik gespannt werden. Der Referenzpunkt bleibt in der Mitte und Temperaturschwankungen sowie Materialausdehnungen werden durch ein intelligentes System ausgeglichen.

Wiederholgenauigkeit
besser als gefordert

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. Sie ist mit 23 Millimetern Bauhöhe extrem flach. Das ist möglich, weil auch die Spannmodule K 5 sehr niedrig bauen. Dennoch sind sie mit 13 Kilonewton Spannkraft sehr stark. Die Sonderplatte mit Spannstock kann zwischen beiden Fräsmaschinen hin und her gewechselt werden. Beim Wechsel von der DMG-Maschine auf die Kern hat Zinn mit dem eingebauten Renishaw-System eine Wiederholgenauigkeit von 1,3 Mikrometern gemessen. „Das hat uns sehr beeindruckt, ist es doch viel genauer als wir gefordert hatten. Nun bietet uns diese Spannlösung noch mehr Möglichkeiten“, freut sich Zinn.

Wenn Prozesse oder Teiletoleranzen noch anspruchsvoller sind und beispielsweise der kleine Fräser mit 40 Mikrometern Durchmesser eingesetzt wird, erreichen die Wildauer Maßhaltigkeiten von einem Mikrometer. Dazu lässt Zinn den Aufbau nach dem Einrichten auf der Kern Micro in dem klimatisierten Raum sich auch schon mal 24 Stunden akklimatisieren. Die Ergebnisse der Bearbeitung werden mit einem Keyence-Mikroskop gemessen. „Wenn es noch genauer sein muss, können wir auch auf ein Rasterelektronenmikroskop zugreifen“, betont Zinn. Im Institut freut man sich bereits auf das nächste Projekt. Da geht es um Hartmetallwerkzeuge, die ein Hersteller von Spritzgießteilen selbst nicht fertigen kann.