Schleifen durch Fräsen ersetzen
Mehr Wirtschaftlichkeit wagen
Mit der ›Micro HD‹ bietet Kern ein Fünfachs-Bearbeitungszentrum an, dessen Werte für Präzision, Oberfläche und Dynamik außergewöhnlich sind.
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Wer als Fertigungsbetrieb in Hochlohnländern erfolgreich sein will, muss hochautomatisiert sein und/oder besonders komplexe und präzise Teile herstellen. In beiden Fällen ist viel Know-how sowie prozessstabile Maschinentechnik gefragt. Felder, in denen die Kern Microtechnik GmbH seit jeher zuhause ist.
Dies kommt in der ›Micro HD‹ deutlich zum Vorschein. In dieses Fünfachs-Bearbeitungszentrum haben die Entwickler mehrere Innovationen integriert, die eine einzigartige, prozessstabile Leistung und Präzision hervorbringen. Das bestätigt unter anderem Thomas Engel, Abteilungsleiter Präzisionszerspanung, in der Kern-Auftragsfertigung. Dort werden viele komplexe Bauteile für die Hochfrequenztechnologie, Medizintechnik und für die Halbleiterindustrie hergestellt.
Die Anforderungen dieser Branchen an reproduzierbaren Oberflächengüten und Positioniergenauigkeiten sind – mit unterschiedlicher Gewichtung – extrem hoch. Außerdem ist die Wirtschaftlichkeit immer wichtig. Gründe, sich mit der neuen Kern Micro HD intensiv zu beschäftigen.
Thomas Engel stimmt dem zu und erklärt: »Bevor wir Bauteile höchstpräzise schlichten, muss meist durch Schruppen etwas mehr Span abgetragen werden. Mit der HD erledigen wir dies um bis zu 50 Prozent schneller als das mit der ›Vario‹ möglich ist.« Doch auch auf andere Weise erhöht der gelernte Zerspanungsmechaniker und studierte Wirtschaftsingenieur in seinem Verantwortungsbereich die Produktivität.
Hintergrund dazu: In der Hochfrequenztechnologie werden oft Hartmetallbauteile mit einer reproduzierbaren Oberflächengüte von Ra = 0,1µm benötigt. Um dies zu erreichen, spannen viele Produktionsbetriebe die Werkstücke nach dem Fräsen noch in einer Schleifmaschine auf. Bei Thomas Engel entfällt dieser zusätzliche Arbeitsschritt. »Wir erreichen mit der Micro HD bei Bedarf Ra-Werte im niedrigen Nanometerbereich. Das heißt, für Ra = 0,05 Mikrometer in Serie brauchen wir definitiv keinen Schleifvorgang.«
Bewährte Basis
Die modulare Basis des BAZ bildet die Plattform ›Kern Micro‹. Gegenüber der ›Kern Micro Vario‹ gibt es drei entscheidende Veränderungen: Mikrospalt-Hydrostatik, lineare Direktantriebe und Temperaturmanagement. Aus diesen Neuerungen resultieren letztlich die wesentlichen Vorteile der dauerhaft prozessstabilen Präzision, Oberflächengüte und Dynamik. Vor allem die bei Kern entwickelte und zum Patent angemeldete Mikrospalt-Hydrostatik ist im Maschinenbau ein Novum. Dank einer Spaltdicke von weniger als 10 µm reichen kleinere Pumpen, die den Energieverbrauch für die Hydrostatik um bis zu 80 Prozent senken. Gleichzeitig erhöht der geringe Spalt die Steifigkeit sowie die Dämpfungseigenschaften des Systems. Beides spiegelt sich letztlich in höchster Oberflächenqualität und Genauigkeit am Werkstück wider.
Als weitere Besonderheit sind die aktiv temperierten Aluminiumachsen und hydrostatischen Medien zu nennen: So garantiert Kern maximale Stabilität – auch bei nicht idealen Umgebungsbedingungen. Für den praktischen Einsatz bedeutet das eine gleichbleibend perfekte Qualität der Werkstücke im Serienbetrieb.
Hochwertige, großdimensionierte und aktiv temperierte Linearmotoren sind ein weiteres Highlight, der Kern Micro HD. Sie bringen gegenüber Kugelgewindeantrieben deutliche Vorteile in Dynamik und Regelgenauigkeit. Mit Eilgangsgeschwindigkeiten von 60 m/min liegen diese etwa doppelt so hoch als das konventionell möglich war. Gleiches gilt in punkto Beschleunigung. Hier werden jetzt etwa 2 g erreicht. Das spart insbesondere dann enorm Zeit, wenn Bauteile bearbeitet werden, die viele einzelne Bearbeitungsschritte erfordern, wie das etwa in der Halbleiterindustrie häufig der Fall ist. Da müssen oft zigtausende Bohrungen hochgenau gesetzt werden. Hilfreich hierfür: In Linearmotoren gibt es keine mechanischen Übertragungselemente, die verschleißen könnten. Auch dadurch erreicht die Kern-Maschine dauerhaft eine Präzision, die bei kleiner 1 µm liegt.
Techniksprung
Angesprochen auf die in der Regel relativ hohe Wärmeentwicklung von Linearmotoren, stimmt Entwickler Christian Maier der generellen Problematik zu: »Aus diesem Grund waren Linearmotoren bislang nur bedingt für Hochpräzisionsmaschinen geeignet. Doch dies hat sich inzwischen dank neuer Entwicklungen geändert. Denn zum einen sind unsere Linearmotore aktiv temperiert und in das hydrostatische System integriert, was den Wärmeeintrag minimiert. Zum anderen haben wir bei der HD unser Temperaturmanagement nochmal auf ein neues Niveau gehoben. So können wir das unglaubliche Potenzial dieser Technologie nutzen und die Steigerungen in Leistung und Präzision selbst unter schwierigen Prozessbedingungen dauerhaft gewährleisten.«
Sicherheit in diesem Bereich ist letztlich sehr wichtig, denn laut Maier belegen Studien, dass Temperatureinflüsse für rund 70 Prozent aller Genauigkeitsfehler im Hochpräzisionsbereich verantwortlich seien. Dementsprechend beweist der Ingenieur seine Behauptungen auch bei einem thermischen Stresstest. Bei diesem Prozess werden die Temperaturschwankungen in der HD gemessen, die 35 Minuten lang einem festgelegten Belastungsplan folgen. Heißt: Volle Spindeldrehzahlen von 42 000 min-1 wechseln sich mit Ruhephasen und zusätzlichem Achspendeln unter Volllast ab. Im Ergebnis bleiben bei der Micro HD von Kern die Temperaturunterschiede während der gesamten Zeit bei ± 50 Millikelvin.
Entscheidend dafür ist primär das erweiterte Kern-Temperaturmanagement. Hier werden die Medien sehr genau geregelt und mit einem Gesamtvolumenstrom von bis zu 200 l/min durch Maschinenständer, Dreh-/Schwenkachsen, Linearachsen und Spindel geschickt. Projektleiter Maier ergänzt dazu: »Der besonders hohe Durchfluss sorgt entscheidend dafür, dass der Unterschied von Zu- und Rücklauf stets unter einem halben Grad liegt.«
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Diesen Artikel finden Sie auch in Heft 6/2020 auf Seite 22. Zum besagten Heft führt ein Klick auf den nachfolgenden Button!
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