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ZCC Cutting Tools: Scharfe Schneiden für die Titan-Bearbeitung

Scharfe Schneiden sorgen bei der Titan-Bearbeitung für eine hohe Laufruhe
Man muss dem Fräser zuhören

Bauer&Etten aus Kelberg ist gelungen, wovon viele träumen: Mit ZCC Cutting Tools als Werkzeugpartner, gelang dem mittelständischen Lohnfertiger der Einstieg in die Bearbeitung hochkomplexer Titan-Bauteile für die Luft- und Raumfahrttechnik. Die eingesetzten Fräswerkzeuge punkteten dabei besonders mit ihren scharfen Schneiden und der daraus resultierenden Laufruhe.
 
Autor: Frederick Rindle

Das Dröhnen auf der Straße lässt einen den nahen Nürburgring bereits erahnen: Auf dem Werksgelände von Bauer&Etten in Kelberg, rund zehn Minuten von der Nordschleife entfernt, packt einen fast das Rennfieber. In unmittelbarer Nähe des Lohnfertigers haben sich zahlreiche Tuningwerkstätten angesiedelt. In diesem Umfeld verwundert es wenig, dass auch der Hauptanteil der Kunden von Bauer&Etten im Bereich Automotive zu finden ist. „Wir haben in den letzten Jahrzehnten viel Knowhow in der Serienproduktion von Nutzfahrzeug-Komponenten gesammelt“, berichtet Ingo Zimmermann, Geschäftsführer und Inhaber des mittelständischen Lohnfertiges. Dabei steht den rund 20 Mitarbeitern ein moderner Maschinenpark mit neun vertikalen und horizontalen Fräsmaschinen, drei Drehmaschinen und einem 5-Achs-Fräszentrum zur Verfügung.

„Als ich die Firma Bauer&Etten im Jahr 2019 im Zuge einer Nachfolgeregelung übernommen habe, haben wir rund 95 Prozent unserer Produkte in den Bereich Automotive geliefert“, betont Zimmermann. Hauptsächlich handelte es sich dabei um Komponenten für Lkw und Traktoren. „Diese enorme Abhängigkeit von nur einer Branche wollte ich etwas zurückfahren“, erklärt der Geschäftsführer.

Durch die bis dato schon sehr lange Erfahrung von Ingo Zimmermann und die vielen Kontakte im Bereich der Zerspanung zeichnete sich auch schon ein Weg ab, wie das Unternehmen sich breiter aufstellen konnte. Neben Stationen bei Stihl, Grohmann (gehört heute zu Tesla) und Gühring haben sich dabei vor allem die Jahre bei Toyota Motorsport in Köln bezahlt gemacht. „Wir haben damals viele Bauteile aus schwer zerspanbaren Materialien für die Formel 1 5-achsig bearbeitet“, sagt Zimmermann. Mit diesem Knowhow gelang Bauer&Etten dann auch der Einstieg in die Bearbeitung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt.

Investitionen in das Qualitätsmanagement

Der Lohnfertiger musste allerdings zunächst erstmal investieren. „Gerade im Qualitätsmanagement muss bei Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt wesentlich mehr geleistet werden“, sagt Zimmerman. Mit einer Software werden die notwendigen Betriebs- und Maschinendaten heute kontinuierlich erfasst und zusammen mit den Fertigungsdaten und Materialzeugnissen archiviert. Maschinenseitig haben sich die Kelberger für die 5-Achs-Bearbeitung eine DMU 80T von DMG Mori angeschafft.

Bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen haben allerdings insbesondere das Werkzeug und der Prozess einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis. Gerade bei der Titanbearbeitung war es für Zimmermann wichtig, einen Partner an der Hand zu haben, der auch über die richtigen Frässtrategien verfügt.

Das Gleiche gilt auch für die Bauteile, die für die Proba-Satelliten der ESA gefertigt wurden. Die leichten und filigranen Titan-Bauteile werden dabei für die exakte Positionierung des Kamerasystems des Satelliten eingesetzt. Damit die Kamera später optimal ausgerichtet werden kann, müssen alle Bauteile auf allen Flächen und Positionen mit einer Toleranz von 2/100 mm gefertigt werden.

Unterstützung von Anfang an

„Wir unterstützen unsere Kunden gerade auch bei schwierigen Bearbeitungen gerne von Anfang an“, erklärt Norbert Reiche, Leiter des Test- und Demonstrationszentrums von ZCC-CT in Düsseldorf. „In diesem Fall ist es für mich persönlich auch noch aus einem anderen Grund etwas ganz Besonderes. Ingo Zimmermann und ich haben damals gemeinsam 13 Jahre bei Toyota Motorsport gearbeitet. Derart hochkomplexe Bauteile wie die Satelliten-Komponenten waren für uns damals beinahe alltäglich. Von daher habe ich mich auf die Zusammenarbeit mit Ingo gefreut.“

ZCC Cutting Tools hat für die Bearbeitung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt spezielle Werkzeuge im Programm. Die TM-Fräser-Serie wurde zum Beispiel eigens für die für die Schrupp- und Schlichtbearbeitung von Titan und Superlegierungen entwickelt. Die Serie umfasst sowohl Kugelfräser mit vier und fünf Schneiden als auch Torusfräser mit vier bis neun Schneiden. Die torischen TM Multi-Fräser haben eine auf den Durchmesser angepasste Schneidenanzahl von bis zu neun Schneiden. Das umfangreiche Programm umfasst mittlerweile 246 Werkzeuge mit einem Durchmesser von 6 bis 25 mm. In Zukunft wird das TM-Fräser-Sortiment in Zusammenarbeit mit der Firma HPTec noch um eine Reihe an Mikrowerkzeugen im Durchmesserbereich von 0,5 bis 5 mm ergänzt.

Zusätzlich zum Werkstoff Titan waren bei der Bearbeitung der Satelliten-Komponenten auch die dünnen Stege innerhalb der Bauteile eine Herausforderung. Denn die Wandungen können aufgrund ihrer geringen Wandstärken leicht zum Vibrieren angeregt werden. Die eingesetzten Werkzeuge von ZCC-CT überzeugten besonders in diesen Bearbeitungssituationen durch ihre hohe Laufruhe und damit verbundene hohe Standzeit.

Die hohe Laufruhe ist ein Resultat aus dem optimalen Zusammenspiel aus dem Feinstkornsubstrat, der Beschichtung und der Geometrie. Bei der Geometrie sind vor allem die Mikro-Kantenverrundungen an der Schneide erwähnenswert. Denn die Kanten werden vor dem Beschichten extra nochmals bearbeitet, sodass die Schneide extrem scharf und robust gegen abrasiven Verschleiß ist. Neben dem Werkzeug wurde auch der Fräs-Prozess optimal ausgelegt. „Begonnen haben wir damit, die Spannsituation zu verbessern. Hierzu wurden an das Bauteil extra Spannmöglichkeiten konstruiert“, erklärt Zimmermann. Des Weiteren haben wir uns für eine Hochdruckkühlung mit 80 bar Innenkühlung entschieden.“

Insgesamt sind bei Bauer&Etten für die Satteliten-Bauteile von der Schrupp- bis zur Finish-Bearbeitung 18 verschiedene Werkzeuge von ZCC Cutting Tools im Einsatz. Dabei handelt es sich um Wendeplattenfräser, Schaftfräser mit Eckenradius, Kugelfräser, Bohrer und Gewindefräser.

Nachts kann man dem Fräser am besten zuhören

Bis alles stand, war auch Ingo Zimmermann mit seinem Knowhow immer wieder gefordert. „Ich habe den Prozess extra nachts eingefahren“, erzählt Zimmermann. „Denn dann ist es hier in der Fertigung leise, man kann das Werkzeug arbeiten hören und so den Prozess immer weiter optimieren.“ Besonders knifflig war die geforderte Plan-Parallelität zwischen den oberen und unteren Auflageflächen am Bauteil. Diese Flächen wurden zunächst mit einem Wettbewerbswerkzeug bearbeitet. Allerdings wurden damit die geforderten Toleranzen nie erreicht. „Erst als wir den neuen 8er-Fräser von ZCC-CT im Einsatz hatten, haben wir die geforderte Plan-Parallelität und Raumgenauigkeit erreicht“, sagt Zimmermann. „Unser 8er-Fräser konnte hier mit seiner enormen Laufruhe punkten. Mit seinen fünf Schneiden überzeugt er zudem mit einer hohen Standzeit“, sagt Reiche.

Neben der rein projektbezogenen Unterstützung sind die Anwendungstechniker und Vertriebsmitarbeiter von ZCC Cutting Tools auch sonst regelmäßig in Kelberg. „Wir sind mindestens einmal im Monat bei unseren Kunden, um einfach auch bei Routine-Aufgaben unterstützen zu können“, sagt Stefan Franzen, der für den technischen Vertrieb in NRW zuständige ZCC-CT-Mitarbeiter. „Aber auch bei sich kurzfristig ergebenden Fragestellungen sind wir gerne immer vor Ort dabei.“ So konnten die Werkzeug-Experten auch bei einer weiteren hochgenauen Bearbeitung helfend eingreifen.

Ein Kunde wollte sich durch eine exakte Fräsbearbeitung das sonst notwendige Schleifen ersparen. Das Bauteil sollte dafür bereits nach dem Fräsen eine Oberflächengüte von Ra = 1,7 aufweisen. „Hierbei konnten wir mit unserem neuen Planfrässystem FMWX punkten, das bei uns in Düsseldorf extra für hochgenaue Oberflächen entwickelt wurde“, freut sich Reiche. Die Planfräser mit einem Durchmesserbereich von 50 bis 125 mm sind für das Schlichten von Stahl, nichtrostendem Stahl und Gusseisen geeignet. Die präzisionsgeschliffene Breitschlicht-Wendeschneidplatte sorgt dabei für die hohe zu erreichende Oberflächengüte.

Für Ingo Zimmermann ist jedenfalls klar: „Die Werkzeuge von ZCC Cutting Tools haben mich bei der Titan-Bearbeitung derart überzeugt, dass ich jederzeit wieder auf die Werkzeuge und die Unterstützung aus Düsseldorf zugreifen werde.“

Bauer & Etten GmbH & Co. KG.
Auf der Struth 4
53539 Kelberg
Tel.: +49 (0) 26 92 – 8 59 10
info@cnc-bauer-etten.de

www.cnc-bauer-etten.de

ZCC Cutting Tools Europe GmbH
Wanheimer Str. 57
40472 Düsseldorf
Tel.: +49 211 989240–0
info@zccct-europe.com
www.zccct-europe.com

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