Kern Micro HD als Benchmark im Werkzeugbau

Warum die Kern Micro HD im Werkzeugbau eine Schlüsselrolle spielt

Der Werkzeugbau der Quittenbaum GmbH bildet die Grundlage für mehrere Hundert Millionen Präzisions-Stanz- und Stanzbiegeteile pro Jahr. Gefertigt werden unter anderem Mikrostanzteile, Pressfits und Schirmungen. Rund 70 % der Bauteile gehen derzeit an die Automobilindustrie. Weitere Anfragen kommen aus der Luft- und Raumfahrt, der Telekommunikation sowie aus anderen Bereichen der Elektronik.

Im internen Werkzeugbau steht seit Oktober 2020 eine Kern Micro HD. Das fünfachsige Präzisionsbearbeitungszentrum produziert komplexe Biege- und Prägegesenke für Folgeverbundwerkzeuge. Seit 2023 verfügt die Maschine zusätzlich über eine Schleifoption.

Simon Schoner, Gruppenleiter CNC-Fräsen im Werkzeugbau, und Werkzeugmacher Stefan Dufter bewerten sowohl die technische Lösung als auch die Zusammenarbeit positiv: „Kern setzt für unsere Partner einen Benchmark in puncto Technologie und Zusammenarbeit.“

Grundlage für die Investitionen ist nach Darstellung des Unternehmens auch die Entscheidungsfreiheit der Mitarbeiter. Schoner erklärt: „Sowohl unser Eigentümer als auch unser Geschäftsführer leben das, was sie predigen. Sie stehen hinter uns Mitarbeitern und lassen uns unglaublich große Entscheidungsfreiheiten. Entsprechend schnell können wir auf Kundenanforderungen reagieren und haben zudem bei Investitionen in neue Technologien und Maschinen ein gewichtiges Wort mitzureden.“

Wie der Bedarf an Fünfachsbearbeitung entstand

Ausgangspunkt für die Investition waren zunehmend komplexe Umformbauteile aus Hartmetall. Freiformflächen und Hinterschnitte ließen sich auf den vorhandenen dreiachsigen Maschinen nicht in einer Aufspannung bearbeiten. Zusätzliche Erodierprozesse erhöhten den Aufwand.

Schoner beschreibt die damalige Situation: „Unsere Kollegen aus der Fertigung benötigten immer häufiger komplexe Umformbauteile aus Hartmetall mit Freiformflächen und Hinterschnitten. Diese konnten wir mit unseren dreiachsigen Maschinen natürlich nicht in einer Aufspannung fräsen. Das und zusätzliches Erodieren machte den Herstellprozess aufwändig. Die produktive Lösung war mir und Stefan Dufter schnell klar: Ein fünfachsiges Bearbeitungszentrum muss her.“

Die beiden Werkzeugmacher führten das Auswahlverfahren eigenverantwortlich durch. Dazu tauschten sie sich zunächst mit verschiedenen Werkzeugmaschinenherstellern aus. Anschließend ließen sie ein komplexes Musterbauteil auf den jeweiligen Bearbeitungszentren fertigen.

Der Ablauf war laut Schoner bei nahezu allen Anbietern vergleichbar: „Uns wurde in rund zwei Stunden erläutert, wie das Programm für das simultane Fünfachsfräsen aussehen wird. Eine gewisse Zeit später bekamen wir dann das fertige Werkstück zur Ansicht.“

Zwei Tage bei Kern prägen die Maschinenentscheidung

Bei Kern Microtechnik verlief der Auswahlprozess anders. Schoner und Dufter verbrachten zwei Tage am Standort Eschenlohe und arbeiteten dort mit einem Anwendungstechniker an der Programmierung und Bearbeitung des Musterbauteils.

Dufter erinnert sich: „Wir waren zwei Tage in Eschenlohe, wo uns ein Anwendungstechniker im Detail erklärte, worauf es bei der Programmierung solcher Bauteile ankommt und was die Kern Micro HD am Ende daraus macht – mit perfekter Oberfläche und Maßhaltigkeit. Da haben wir gemerkt, dass nicht nur die Maschine alles kann, was wir uns wünschen, sondern auch das menschliche Miteinander passt. Und das können wir auch heute – sechs Jahre später – vollumfänglich unterschreiben.“

Auch die Zusammenarbeit mit Vertrieb, Technik und Service wird hervorgehoben. In der Bilddokumentation zur Mitteilung erklären die Werkzeugbauer: „Für uns stellt die Zusammenarbeit mit Vertrieb, Technik und Service von Kern den Benchmark für alle anderen Partner dar.“

Wie die Automatisierung eine 24/7-Fertigung ermöglicht

Die Kern Micro HD läuft bei Quittenbaum nahezu rund um die Uhr, obwohl die Mitarbeiter im Werkzeugbau weitgehend einschichtig arbeiten. Möglich macht dies eine an die räumlichen Bedingungen angepasste Automatisierungslösung.

Der integrierte Werkzeugwechsler übernimmt gleichzeitig die Funktion eines Werkstückwechslers. Statt gut 200 Werkzeugen stehen dadurch rund 100 Werkzeugplätze zur Verfügung. Zusätzlich lassen sich 30 Werkstücke in der Anlage unterbringen.

Dufter bewertet diese Aufteilung als klaren Produktivitätsgewinn: „Wir bringen dank dieser Lösung 30 Werkstücke unter. Das hilft uns viel mehr als die zusätzlichen Werkzeugplätze.“

Die Fünfachsprogramme entstehen an einem von der Fertigungsumgebung getrennten Programmierplatz. Anschließend werden sie auf die Kern Micro HD übertragen, eingerichtet und simuliert. Erst danach startet die Bearbeitung. Die Kombination aus externer Programmierung, Werkstückbevorratung und automatischem Wechsel unterstützt die weitgehend mannlose Produktion außerhalb der regulären Arbeitszeit.

3 µm Maßhaltigkeit und reproduzierbare Oberflächen

Neben der Laufzeit steht die Ergebnisqualität im Mittelpunkt. Nach Angaben von Quittenbaum erreicht das Bearbeitungszentrum prozesssicher eine Maßhaltigkeit von 3 µm. Gleichzeitig entstehen Spiegeloberflächen mit Rauheitswerten bis Ra = 0,05 µm.

Dufter erläutert den Unterschied zum früheren Prozess: „Wir erreichen prozesssicher eine Maßhaltigkeit von 3 µm und stets gleiche Spiegeloberflächen mit bis zu Ra = 0,05 µm. Früher musste ein qualifizierter Mitarbeiter jedes Werkstück von Hand eine halbe Stunde polieren. Die Ergebnisse waren dann auch sehr gut, aber der Zeitaufwand war enorm und die Oberfläche nie exakt gleich.“

Die reproduzierbare Bearbeitung ist insbesondere bei Form- und Prägestempeln wichtig, die erst Monate nach der ersten Fertigung erneut benötigt werden. Da Quittenbaum seinen Kunden exakte Ergebnisse gewährleisten muss, werden die Bauteile im Werkzeugbau vollständig geprüft.

Das Resultat fasst Dufter so zusammen: „Unsere Kern erzeugt eine hundertprozentige Hartmetall-Gutteilquote und braucht dafür nicht einmal die halbe Zeit gegenüber unserer vorherigen Lösung.“

Welche Maschinentechnik hinter der Präzision steht

Kern-Gebietsverkaufsleiterin Barbara Bergmann führt die Bearbeitungsergebnisse unter anderem auf das Temperaturmanagement und die Mikrospalt-Hydrostatik der Maschine zurück. Die Hydrostatik kommt in allen Linearachsen zum Einsatz und wird mit Linearmotoren kombiniert.

Bergmann erklärt: „Wir haben mit der Kern Micro HD ein Präzisionsbearbeitungszentrum im Portfolio, das sich durch ein paar Innovationen vom Markt unterscheidet. Dazu zählen beispielsweise unser einzigartiges Temperaturmanagement sowie die patentierte Mikrospalt-Hydrostatik in allen Linearachsen. In Kombination mit Linearmotoren sorgt der extrem geringe Spalt für besonders hohe Steifigkeit und beste Dämpfungseigenschaften der Maschine, was sich am Ende in höchster Oberflächengüte und Genauigkeit am Werkstück widerspiegelt.“

Die Maschine bearbeitet bei Quittenbaum unter anderem Hartmetall-Umformstempel. Nach dem Schruppen werden die entscheidenden Profile und Flächen fünfachsig geschlichtet. Dabei entstehen die geforderten Konturen und Oberflächen in Polierqualität.

Warum Quittenbaum eine Schleifoption nachrüstete

Im Jahr 2023 ließ Quittenbaum die Kern Micro HD um eine Schleiffunktion erweitern. Ausschlaggebend war der wachsende Bedarf an Umformeinsätzen und Prägegesenken aus Hartmetall. Beim Schruppen dieses Werkstoffs unterliegen kostenintensive Fräswerkzeuge einem hohen Verschleiß.

Mit der Schleifoption übernehmen preisgünstigere Schleifstifte die Schruppbearbeitung. Die anschließende Feinbearbeitung erfolgt weiterhin mit fünfachsigen Strategien. Profile und Funktionsflächen werden dabei in derselben Maschine und Aufspannung auf die geforderte Qualität gebracht.

Schoner sieht darin einen deutlichen wirtschaftlichen Vorteil: „Dass wir auf diese Weise deutlich wirtschaftlicher arbeiten und sich das in einer Maschine und einer Aufspannung erledigen lässt, finde ich sehr beeindruckend.“

Auch die Dauer der Umrüstung hebt er hervor: „Dabei dauerte die komplette Nachrüstung lediglich drei Tage. Das ist super, oder?“

Die Möglichkeit, Maschinen nachträglich an veränderte Anforderungen anzupassen, bezeichnet Bergmann als Bestandteil der Strategie von Kern: „Wir wissen, dass sich die Märkte und damit das Teilespektrum vieler unserer Kunden ständig verändern. Dem werden wir durch Weiterentwicklungen und der Anpassungsfähigkeit unserer Maschinen jederzeit gerecht.“

Welche Rolle eine Laseranlage künftig spielen könnte

Der Werkzeugbau von Quittenbaum beschäftigt sich bereits mit einer weiteren Technologie. Im Austausch mit Kern rückte die Laseranlage Kern Femto E3 in den Fokus. Sie trägt Material nicht mit einem Fräswerkzeug, sondern mit einem verschleißfreien Laser ab.

Schoner beschreibt den gemeinsamen Entwicklungsansatz: „Wir loten immer die Grenzen des Machbaren aus, und da Kern genauso tickt, tauschen wir uns regelmäßig aus. Bei einer solchen Gesprächsrunde sind wir auf eine Maschine mit ganz anderer Technologie gestoßen – die Kern Femto E3.“

Für ausgewählte Formwerkzeuge lässt Quittenbaum diese Technologie bereits extern einsetzen. „Deshalb lassen wir aktuell einige Produkte auf diese Weise in Lohnfertigung herstellen.“

Ob und wann sich eine eigene Laseranlage wirtschaftlich rechnet, ist laut Mitteilung noch offen. Schoner und Dufter halten eine entsprechende Investition jedoch grundsätzlich für erwägenswert.

Quittenbaum fertigt für mehrere Hightech-Branchen

Die Quittenbaum GmbH wurde 1982 von Heinz Quittenbaum gegründet und befindet sich weiterhin in Familienbesitz. Das Unternehmen mit Sitz in Schönau am Königssee beschäftigt gut 100 Mitarbeiter.

Zum Produktspektrum gehören komplexe Präzisions-Stanz- und Stanzbiegeteile für die Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation, Elektronik, Agrarwirtschaft und Medizintechnik. Die hohe Fertigungstiefe mit eigenem Werkzeugbau ermöglicht nach Angaben des Unternehmens kurze Reaktionszeiten.

Die Kern Micro HD ist dabei ein zentraler Bestandteil der technischen Ausstattung. Sie verbindet fünfachsiges Fräsen, Schleifen und eine angepasste Automatisierung auf engem Raum. Wie aus der Mitteilung von Kern Microtechnik hervorgeht, erreicht Quittenbaum damit reproduzierbare Präzision, eine vollständige Gutteilquote bei Hartmetallbauteilen und deutlich verkürzte Bearbeitungszeiten.