„Toleranzen im Mikrometer- Bereich sind bei uns normal !“

Die Bearbeitung von Hartmetall stellt die spanende Fertigung aufgrund seiner durchschnittlichen Vickershärte HV 10 von 800 bis 2300 vor große Herausforderungen. Die AKS Hartmetalltechnik GmbH hat sich über Jahre das notwendige Prozess-Knowhow angeeignet und fertigt heute unter anderem auf CNC-Innenrundschleifmaschinen der Firma Fritz Studer AG Werkzeuge für die spanlose Formgebung.

1980 gründete der Vater des Firmeninhabers Sören Bertz die Firma AKS Hartmetalltechnik GmbH in Schwäbisch Gmünd. Heute fertigen ca. 60 Mitarbeiter Hartmetall-Präzisionswerkzeuge und -Verschleißteile. „Wir fertigen Werkzeuge für das Tiefziehen, Prägen, Stanzen, Schneiden aber auch Verschleißteile für Dichtungs- und Dosierelemente oder Pumpenteile. Das Hartmetall wird bei uns zu 90 Prozent schleifend bearbeitet. Nur wenn wir nicht mehr schleifen können, wird bei uns erodiert“, präzisiert Bertz.

Der Verbundwerkstoff stellt schon bei der Rohteil-Beschaffung hohe Anforderungen: Zunächst wird je nach Kundenanforderung ein spezieller Rohling konstruiert, der dann bei einem der wenigen Hartmetall-Hersteller hauptsächlich aus Wolframcarbid und Kobalt gesintert wird. Lagerhaltige Rundstäbe oder massive Hartmetallblöcke bei hohlrunden Formen einzusetzen, würde aufgrund der daraus resultierenden zeitintensiven Bearbeitung den Endpreis um ein Vielfaches erhöhen.

In Schwäbisch Gmünd werden hauptsächlich Teile nach Kundenzeichnung meistens in Losgrößen zwischen 1 und 100 Stück gefertigt. Unter den Bestellungen sind allerdings auch viele Wiederhol- teile und Abrufaufträge. Für diese werden oft Roh- und Fertigteile vorgehalten. „Die Losgrößen sind aufgrund der gestiegenen Qualität unserer Produkte und der damit verbundenen erhöhten Standzeit in den letzten Jahren eher gesunken. Da aber die Variantenvielfalt und unsere Kapazität zugenommen hat, sind die gefertigten Stückzahlen insgesamt gestiegen“, sagt Bertz.

Neben den Materialeigenschaften sind die extrem engen Toleranzen im Mikrometerbereich die Herausforderung. Die Hartmetall-Werkzeuge werden vorwiegend im Bereich von wenigen µm geschliffen. Toleranzen von einem Hundertstel Millimeter oder mehr kommen eher selten vor. „Wir sind durch die Fertigungstoleranzen beim Schleifen immer an der Leistungsgrenze der Maschinen“, sagt Bertz. „Aufgrund der engen Toleranzen kann die Produktion bei unseren Kunden nach einem Werkzeugwechsel sofort wieder aufgenommen werden, und so ist das µ unser tägliches Brot.“

Einsatzbeispiele: Massenproduktion, Dosiertechnologie und Hochdrucktechnik

Zum Einsatz kommen die Hartmetallwerkzeuge in den unterschiedlichsten Bereichen: Die Werkzeuge werden etwa in der Massenproduktion der Automotiv- oder Elektro-Branche beim Stanzen und Umformen eingesetzt, daher benötigen die Kunden auch diese hohe Teilequalität. Hierfür reichen meist HSS oder pulvermetallurgische Stähle nicht mehr aus. Wenn der Verschleiß zu hoch wird, wird Hartmetall eingesetzt. Dies ist zwar teurer, aber mit Hartmetall werden höhere Standzeiten erreicht, und das Werkzeug muss nicht laufend ausgetauscht werden.

Form- und Lagegenauigkeit von einem µm oder weniger erlauben es, beispielsweise Ventilbolzen, -buchsen und -sitze so zu konstruieren, dass diese „metallisch dicht“ sind. Das heißt, das gepumpte Medium hat eine größere Teilchenstruktur als der Spalt zwischen Bolzen und Buchse. Somit können zum Beispiel Klebstoffe in der Montage ohne weitere Dichtungen gefördert und dosiert werden.

Ebenso wird Hartmetall aufgrund der hohen Druckfestigkeit in der Hochdrucktechnik gerne verwendet. So kommen die Hartmetallkomponenten auch beim Wasserstrahlschneiden zum Einsatz.

Neben den exakten Maschinen ist das sichere Beherrschen des Prozesses das A und O, um Produktionsergebnisse in solcher Güte zu erzeugen. „Für unseren Betrieb ist es unumgänglich, gut ausgebildetes Fachpersonal einzusetzen“, sagt Bertz. „Da es auf dem Arbeitsmarkt nur bedingt passende Fachkräfte gab, wurde auf Mitinitiative meines Vaters der Lehrberuf Zerspanungsmechaniker Schleifmaschinensysteme in den Ausbildungskanon der IHK Ostwürttemberg etabliert. Aber, obwohl wir selber sehr viel ausbilden, gibt es einfach zu wenige Fachkräfte.“

CNC-Hartmetallschleifen wurde als Gemeinschafts-Projekt umgesetzt

Vor rund zehn Jahren beschafften sich die Schleifexperten mit einer S31 die erste Studer. Das Ziel war es, das CNC-Außenrundschleifen von Hartmetall prozesssicher zu beherrschen. „Die größte Schwierigkeit beim Hartmetall-CNC-Schleifen entsteht dadurch, dass die Diamant-Schleifscheiben aufgrund der Härte und geringen Belagdicke nicht nach jedem Schleifzyklus in der Maschine abgerichtet werden können. Der Schleifscheibenverschleiß muss somit über Korrekturfaktoren kompensiert werden“, erklärt der Fertigungsleiter der AKS Hartmetalltechnik, Edgar Feifel. „Das CNC-Hartmetallschleifen wurde seinerzeit im Zusammenspiel von Programmierern, Maschinen- und Schleifscheibenherstellern realisiert“, erinnert sich Werner Schmid, Gebiets-Verkaufsleiter von Studer.

CNC-Innenrundschleifen ist eine echte Herausforderung

Nachdem das CNC-Außenrundschleifen für die Mitarbeiter kein Problem mehr darstellte, wagte man den nächsten Schritt. „Das CNC-Innenrundschleifen war technologisch ein noch größerer Sprung, denn beim Innenrundschleifen können die Schleifstifte schon mal einen Durchmesser von unter einem Millimeter haben. Im Minimalfall können das sogar nur 0,6 Millimeter sein. Das Problem dabei ist dann, dass die Schleifstifte aufgrund des kleinen Durchmessers eine geringe Stabilität aufweisen“, sagt Feifel.

Auch beim CNC-Innenrundschleifen setzte man aufgrund der guten Erfahrungen auf Schweizer Technik. „Wir hatten parallel zu Studer auch immer wieder Kontakt mit dem Bieler Unternehmen Combitec. Combitec war ein Experte für das Thema CNC-Innenrundschleifen und wurde so in diesem Bereich zu unserem Partner. Von daher haben wir die Übernahme von Combitec durch Studer im Jahr 2008 mit Spannung verfolgt“, sagt Bertz.

Schmid ergänzt: „Studer hat bereits in den 80ziger Jahren begonnen, eigene Innenrundschleifmaschinen zu entwickeln. Aber mit der Übernahme von Combitec 2008 konnten wir unser Knowhow auf diesem Gebiet entscheidend verbessern. In Biel steht jetzt unser Kompetenzzentrum Innenrundschleifen.“

Gekühlt wird mit Öl anstatt einer Emulsion auf Wasserbasis

Zum CNC-Innenrundschleifen wurde als erstes eine CT250 von Combitec angeschafft. „Wir haben mit der einfacheren Maschine begonnen, um unsere Mitarbeiter nicht zu überfordern. Sobald wir gemerkt haben, dass wir auch diese Technologie beherrschen, haben wir uns die nächst größere Maschine angeschafft. Eine CT450, die ebenfalls noch von Combitec war“, sagt Bertz. „Nach der Übernahme durch Studer, gab es dann auch bezahlbare größere Maschinen mit gesteuerter B-Achse. Wobei die Qualität weiterhin gewohnt hoch blieb. Daher haben wir vor drei Jahren eine CT730L mit gesteuerter B-Achse beschafft.“

Gekühlt werden die Maschinen mit Öl statt mit einer Wasseremul- sion. „Weil wir auf das Kühlmedium Öl setzen, sehen unsere Maschinen nach zehn Jahren aus wie Maschinen mit Wasseremulsion nach drei Wochen“, sagt Bertz. „Allerdings gibt es mit Öl andere Probleme. Alle Maschinen haben eine eigene Ölnebel-Absaugung und die Brandgefahr ist höher. Daher müssen die Maschinen extra mit Löscheinrichtungen ausgestattet werden. Aber das nehmen wir gerne in Kauf“, sagt Feifel.

Der Fachkräftemangel verhindert weitere Investitionen

„Der Service von Studer ist regional untergliedert. Daher gibt es in Baden-Württemberg 14 Mitarbeiter. So hält Studer die Anfahrtskosten und -zeiten gering“, sagt Ralf May, Gebietsverkaufsleiter von Ilg+Sulzberger, der Regionalvertretung in Baden-Württemberg für die Schleifring-Gruppe, zu der Studer gehört. „Wir erwarten einen Top-Service, sonst würde es in der Beziehung knirschen. Bei uns trägt der Service zu einem Drittel zur Kaufentscheidung bei. Die Studer-Mitarbeiter sind für uns ständig verfügbar, auch wenn wir mal ungewöhnliche Anfragen haben. Wie zum Beispiel nachdem bei einem Einbruch ein Teil der Steuerung geklaut wurde. Hier haben die Servicemitarbeiter sofort mit Ersatz ausgeholfen“, sagt Feifel.

Die Schleifexperten denken aber schon über weitere Investitionen nach. „Sobald wir unsere Hallenkapazitäten erweitert haben, werden wir uns eine CT750 oder CT960 mit Revolver anschaffen. Wobei die größere Herausforderung sein wird, das geeignete Fachpersonal zu finden“, blickt Bertz in die Zukunft. (fr)

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