Komplexen CFK-Bauteilen gehört die Zukunft

In Deutschland produktiv fertigen? „Aber sicher“, sagt Christian Fuchs, Gründer und Geschäftsführer eines Unternehmens, das von der Entwicklung über die Herstellung von Prototypen bis zur Kleinserie alle Aufgaben übernimmt. Voraussetzung: Es muss sich um hochkomplexe Bauteile – primär aus Faserverbundwerkstoff – handeln. In der Fertigung stehen deshalb ausschließlich 5-Achs-Bearbeitungszentren mit Highend-Steuerungstechnik, die sich für 3D-Geometrien bestens eignen.

Schon während seines Studiums der Werkstoffwissenschaften hatte Christian Fuchs den Wunsch, einmal selbstständig zu arbeiten und eigene Ideen zu verwirklichen. Dass es bereits direkt nach seinem erfolgreichen Abschluss sein würde, war zwar nicht geplant, aber – aus heutiger Sicht – genau das Richtige, wie der diplomierte Ingenieur erzählt: „Als ich 1995 von der Hochschule kam, hatte die Krise der vergangenen Jahre viele Ingenieure und Techniker die Arbeitsstelle gekostet. Daher bekamen wir als frische Absolventen kaum eine Chance, uns zu beweisen. Also nahm ich mein Glück selbst in die Hand und gründete mit Crosslink mein eigenes Unternehmen. Heute beschäftigen wir über 100 Mitarbeiter.“

Gemeinsam mit ein paar Freunden, die als Zerspanungsexperten ihr Knowhow einbringen konnten, fiel die Entscheidung, eine kleine Halle zu mieteten und mit dem Unternehmen Crosslink GmbH durchzustarten. Die Geschäftsidee: komplexe Bauteile aus Composite-Werkstoffen entwickeln, als Prototyp herstellen und bis zur Serienreife begleiten.

Nach ersten Kleinaufträgen meldete im Jahr 1997 Siemens Medizintechnik Interesse an den Dienstleistungen von Crosslink an. Die Aufgabe bestand darin, den Träger für ein chirurgisches Röntgengerät zu entwickeln und gegebenenfalls zu fertigen. Von der Entwicklungsarbeit überzeugt, kam im Jahr 1998 der Produktionsauftrag für diese im Durchmesser rund 1,80 Meter großen Trägerbauteile aus CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder umgangssprachlich Carbon). Eine Herausforderung, die die Anschaffung eines geeigneten 5-Achs-Fräszentrums zur Bedingung hatte. Fuchs und sein Team fanden bei dem Sondermaschinenbauer Eima mit der Sinumerik-gesteuerten FP42 die am besten geeignete Lösung.

„Ich fühlte mich mit der neuen CNC sofort wohl“

Beeindruckt war der CNC-Fachmann Wolfgang Ludwig von den Leistungsdaten der 5-Achs-Maschine ebenso wie von der eingesetzten Highend-CNC Sinumerik 840D sl, die damals vom Hersteller empfohlen wurde. „Ich hatte davor primär mit anderen Steuerungen gearbeitet, fühlte mich aber mit der Sinumerik in kürzester Zeit sehr wohl“, berichtet Ludwig. Die für die simultane 5-Achs-Bearbeitung wichtigen Leistungsdaten wie kurze Blockzykluszeiten, leistungsfähiger Lookahead und schneller Satzsuchlauf haben ihn ebenso überzeugt wie die Bedienerfreundlichkeit der grafischen Benutzeroberfläche Shopmill. „Die komplexen Programme erstellen wir natürlich an externen Arbeitsplätzen und übertragen sie via Netzwerk auf die Maschine. Wir benötigten aber oft einfache Regelgeometrien zum Ausschneiden der Bauteile, und die lassen sich schnell und zuverlässig direkt an der Maschine programmieren.“

Sind die Werkstückprogramme final eingerichtet, werden sie von der Eima FP42 präzise abgearbeitet. Anschließend spielt sie der zuständige Facharbeiter zurück auf einen zentralen Server, auf dem sie archiviert werden. Sollte der Kunde zu einem späteren Zeitpunkt ein weiteres, baugleiches Werkstück benötigen, kann dieses jederzeit und ohne großen Aufwand zurückgespiegelt und gefertigt werden.

Inzwischen stehen ein weiteres großes simultanes 5-Achs-Zentrum von Eima und zwei hochpräzise C40U von Hermle in den modernen, eigenen Werkshallen von Crosslink in Cadolzburg. Investitionen in diese Maschinen waren insofern notwendig, da sich die Qualität der umfangreichen Dienstleistungen des fränkischen Unternehmens branchenübergreifend herumgesprochen hatten. Schon im Jahr 1999 zählten Premiumautomobilhersteller wie die Audi AG zu den Kunden des Composite-Werkstoff-Spezialisten. In 2001 kamen zwei Formel 1-Teams und im Laufe der Jahre weitere Hochtechnologieunternehmen aus den großen Branchen Elektrotechnik und Maschinenbau dazu.

Potenzial für Wachstum sieht Firmenchef Fuchs auch heute noch zur Genüge. Dabei sind insbesondere das umfangreiche Know-how und die Erfahrung seiner Mitarbeiter mit dem Werkstoff CFK entscheidend: „Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind relativ leicht, stabil und unterliegen keiner Wärmeausdehnung. Das ist insbesondere bei schnell laufenden Teilen ein großer Vorteil.“ Die Gewichtsvorteile gegenüber Stahl sollen bei durchschnittlich 60 Prozent und gegenüber Aluminium bei 30 Prozent liegen. „Außerdem lassen sich Carbonteile unter bestimmten Voraussetzungen mit Metallen und anderen Werkstoffen kombinieren“, ergänzt Fuchs.

Der einzige Nachteil von CFK liegt in der Komplexität des Werkstoffs, die bei der Entwicklung und Herstellung der Bauteile zu berücksichtigen ist. Ohne die Unterstützung von erfahrenen Werkstoffspezialisten – die wissen, worauf es ankommt und mit entsprechender Technik ausgestattet sind – geht es nicht. Hier setzt Crosslink an, denn das Unternehmen kennt die Eigenschaften von Carbon bestens und übernimmt für seine Kunden alle Prozessschritte, von der Entwicklung über den Prototypenbau bis zur Serienfertigung. „Kleine Serien bis etwa 10 000 Stück pro Jahr übernehmen wir selbst“, erläutert Produktionschef Elgo Willeke. „Wenn’s noch mehr sein soll, geben wir diese Aufträge an klassische Serienfertiger ab, die oftmals nicht in Deutschland beheimatet sind. Ich denke, das ist auch richtig so. Denn unser Maschinenpark ist für solche Aufgaben nicht ausgelegt, und wir sehen uns ganz klar als Lösungsanbieter für komplexe Aufgaben.“

Höchste Präzision bei 5-Achs-Geometrien

Exakt für diese Anforderungen sind die Maschinen in der Fertigung von Crosslink ausgerichtet. Mit den 5-Achs-Zentren von Eima sind die fränkischen Fertigungsprofis in der Lage, Freiformflächen für die Formen von besonders großen CFK-Teilen zu fräsen. Zudem kann dort die Nachbearbeitung der komplexen Faserverbundwerkstücke erfolgen. Demgegenüber zeichnen sich die C40U von Hermle durch höchste Präzision bei 5-Achs-Geometrien im kleineren Maßstab aus. Die hohen Positionstoleranzen dieser Maschine von wenigen µm erlauben es dem Fertigungsprofi Willeke, jederzeit Werkstückgenauigkeiten im Hundertstel Millimeterbereich zu erreichen – egal ob Carbon oder Metalle zerspant werden.

Entscheidend dafür sind der stabile mechanische Aufbau des Hermle-Bearbeitungszentrums sowie die Qualität von Maschinenkomponenten wie etwa den eingesetzten digitalen Antrieben und den absoluten Messsystemen. Außerdem ist die Highend-Steuerung Sinumerik 840D entscheidend, wie Willeke bekräftigt: „Wir haben bei unseren Eima-Maschinen mit der Siemens-CNC derart gute Erfahrungen gemacht, dass wir diese Steuerung zur Bedingung für den Kauf der Hermle-Maschinen gemacht haben. Dabei profitieren wir von der guten Bedienbarkeit ebenso wie von der Leistungsfähigkeit der Sinumerik 840D sl.“

In punkto technische Eigenschaften loben der Crosslink-CNC-Fachmann und sein Chef die Siemens-Steuerung in verschiedensten Bereichen. Sie heben beispielsweise den Kinematikvermessungszyklus Cycle 996 hervor. Dieser ermöglicht es, regelmäßig, schnell und einfach die Genauigkeit der Maschine im 5-Achs-Bereich zu vermessen. Lediglich eine Kalibrierkugel und ein kalibrierter, schaltender Messtaster sind dafür notwendig. Im Ergebnis erhöht sich so die Prozessgüte, weil Korrekturen der Rundachsvektoren – z. B. aufgrund von Temperaturschwankungen oder mechanischen Schädigungen – automatisiert überprüft und daraus resultierende Ungenauigkeiten vermieden werden können.

Auch das Einrichten und Messen in geschwenkter Ebene sei trotz aller Komplexität bei der 5-Achs-Bearbeitung sehr unkompliziert. Mit dem zur Verfügung stehenden Schwenkzyklus lassen sich auch aufwändige Werkstücke mit Freiformflächen einfach und schnell für die Bearbeitung vorbereiten und abarbeiten.

Nur ein kleines Problem schildert Willeke: „Wir hatten vor einiger Zeit feststellen müssen, dass bei extrem großen 5-Achs-Programmen die Abarbeitung und Berechnung relativ lang dauert. Der Siemens-Service hat uns dieses Problem aber unkompliziert mit einer Speichererweiterung gelöst.“

Für Crosslink-Chef Fuchs steht fest, dass – sofern das Preis-/Leistungsverhältnis weiterhin passt – auch künftig Siemens als Steuerungspartner gesetzt ist. Dabei meint er nicht nur die Sinumerik-CNC in etwaigen neuen Werkzeugmaschinen: „Auch unsere neue Pressenanlage ist mit einer Siemens-Steuerung ausgestattet.“ Außerdem wollen die Franken demnächst ihr gesamtes Unternehmen vernetzen. Aufgrund bestmöglicher Durchgängigkeit ist Geschäftsführer Fuchs diesbezüglich mit Siemens im Gespräch. ■

Siemens AGwww.siemens.de/sinumerik

Crosslink Faserverbundtechnik GmbH & Co. KGwww.crosslink-fibertech.de

KernkompetenzVerbundwerkstoffe

Die Crosslink GmbH in Cadolzburg wurde im Jahr 1995 von Christian Fuchs gegründet. Inzwischen erwirtschaften die Franken mit derzeit 108 Mitarbeitern rund 13 Millionen Euro pro Jahr. Als Kernkompetenz gilt der Umgang mit Faserverbundwerkstoffen, die in Kombination mit anderen Materialien in verschiedensten Branchen zum Einsatz kommen – vom Karosseriedesign bis zu Kleinstteilen in der dynamischen Fertigung. Dabei begleitet Crosslink seine Kunden von der Forschung und Entwicklung über den Prototypenbau bis hin zur Serienfertigung. Zu den wichtigsten Kundenbranchen zählen neben Automotive und Medizintechnik auch der Maschinenbau, die Elektrotechnik sowie ballistische Schutzausrüstungen.