Schwerpunkt
Komponentenfertigung
In der Schmuckindustrie hat modernste Frästechnik mit bis zu fünf Achsen Einzug gehalten. Die Carl Benzinger GmbH überträgt die Erfahrung aus der Entwicklung und Produktion solcher Maschinen auf innovative CNC-Maschinen zur Fertigung hochpräziser Kleinteile für den industriellen Bereich. Auf allen Maschinen setzt Benzinger Messkomponenten von Blum-Novotest ein, um eine automatisierte Fertigung zu ermöglichen.
Schon seit Anfang der 1950er- Jahre entwickelt Carl Benzinger in Pforzheim manuelle Dreh- und Fräsmaschinen. Die Nähe zur Schmuckindustrie in der „Goldstadt Pforzheim“ machte es wohl unvermeidlich, dass Benzinger-Maschinen in der Serien- und Einzelteilfertigung von Schmuck eingesetzt wurden. Die von Benzinger entwickelten und gebauten Anlagen werden in zwei Bereichen verkauft und eingesetzt: Die Schmuckmaschinen sind vor allem darauf ausgerichtet, vollautomatisch Einzelteile sowie kleine und mittlere Serien zu fertigen. Dabei werden beispielsweise Ringrohlinge aus Gold, Silber, Platin und anderen Materialien überdreht und gefräst - und dies so, dass die glänzenden Schmuckstücke nicht mehr poliert werden müssen. Danach bohrt die Maschine hochpräzise Löcher, in die Diamanten eingesetzt und verstemmt werden. Diese Maschinen sind üblicherweise nach Kundenwunsch auf ein Produkt oder eine Produktfamilie optimiert.
Im zweiten - dem Industriebereich - ist mehr Flexibilität, aber dieselbe Präzision gefragt. Auf diesen Anlagen entstehen beispielsweise winzige Zahnräder für Getriebe, die in der Medizin- oder Dentaltechnik, in Uhren oder in Elektroantrieben zum Einsatz kommen. Weitere Kunden finden sich in Bereichen wie der Fluidtechnik, wo Teile von Ventilen gefertigt werden, aber auch in der Sanitärarmaturentechnik, wo Bauteile mit glänzenden Oberflächen ohne nachträgliches Schleifen gefertigt werden. Automotive, Feinwerktechnik oder auch Aerospace sind weitere Branchen, in denen Benzinger-Maschinen zum Einsatz kommen.
„Wir sind immer auf der Suche nach dem µm“, fasst der geschäftsführende Gesellschafter von Benzinger, Rainer Jehle, die Philosophie seines Unternehmens zusammen, „und wir legen viel Wert auf prozesssichere Maschinen. Der Kunde bekommt eine Maschine, die genau das kann, was er benötigt, und die ihn dabei unterstützt, so einfach und effizient wie möglich seine Produkte herzustellen.“ Das äußert sich unter anderem in einer sehr ausgefeilten Programmierung der Maschinen, die beispielsweise den Werkzeugwechsel und das Einsetzen neuer Werkzeuge sehr vereinfacht. Der Benutzer wird durch den Prozess geführt, und dieser ist soweit wie möglich automatisiert. Dazu gehört unter anderem, dass neue Werkzeuge automatisch vermessen werden - die Anlage stellt sich dann automatisch auf die Länge des neuen Werkzeugs ein.
Diese Funktion hängt von einer sehr präzisen Werkzeuglängenmessung ab, wie sie die Messkomponenten von Blum bieten. In den Schmuckanlagen sind Lasermesssysteme verbaut, in den Industrieanlagen je nach Aufgabe neben Lasern auch Werkstück- und Werkzeug-Messtaster. „Die Messung in der Maschine ist die Grundlage aller Automatisierung“, betont Stefan Fenchel, Anwendungstechniker Schmuck. „In diesem Bereich arbeiten wir seit vielen Jahren fast exklusiv mit Blum zusammen. Produkte anderer Hersteller bauen wir nur auf Kundenwunsch ein, ansonsten sind die Blum-Komponenten gesetzt.“
Hervorzuheben ist die Messanordnung in den Schmuckmaschinen: Die Lasermesssysteme sitzen auf dem Schlitten, auf dem auch die zu wechselnden Werkzeuge in den Bearbeitungsraum gefahren werden. Nach jeder Bearbeitung wird vor dem Werkzeugwechsel das letzte Werkzeug kontrolliert, um abgebrochene Werkzeuge, aber auch Verschleiß zu erkennen. Zudem wird bei manchen Anlagen die Länge der Drehwerkzeuge im Revolver gemessen, um die Längenänderung der Werkzeuge durch die Erwärmung der Maschine zu kompensieren - „wie gesagt, wir suchen das µm!“, wiederholt Fenchel.
Seit zwei Jahren setzt Benzinger auf seinen Maschinen das neue Lasermesssystem LC50-Digilog ein, das mit seiner Digital-Analog-Technologie diverse Vorteile bietet: So ermöglicht die digiloge Messung extrem schnelle Messzyklen, vor allem beim Scannen von Werkzeugschneiden. Durch die vielen tausend Messwerte, die der LC50-Digilog pro Sekunde aufnimmt, reichen gerade einmal acht Umdrehungen des Werkzeugs bei voller Arbeitsdrehzahl, um die notwendigen Werte zu erhalten. Die analoge Messung nimmt ein kontinuierliches Profil jeder Schneide auf, wenn diese sich in der Drehung durch den Laserstrahl bewegt. Dadurch lassen sich Geometrieveränderungen der Schneide wie Abnutzung oder Materialaufbau erkennen. In der mannlosen Fertigung sperrt der Blum-Messzyklus defekte Werkzeuge, das fehlerhafte Teil wird ausgeschleust und - wenn vorhanden - auf ein Schwesterwerkzeug gewechselt. So steht die Fertigung nie still.
„Wir erreichen mit den Digilog-Lasermesssystemen genauere Ergebnisse als mit den bisherigen Systemen“, berichtet Fenchel. „Ein Voreinstellgerät setzen wir nicht mehr ein. Wir vermessen alle Werkzeuge unter Drehzahl im Bearbeitungszentrum, so erzielen wir Genauigkeiten, die sich mit außerhalb der Maschine gemessenen Werkzeugen kaum erreichen ließen.“ Die genaue Kontrolle der Werkzeuge nach jeder Bearbeitung hat auch finanzielle Gründe: Während zum Schruppen Hartmetallwerkzeuge verwendet werden, kommen beim Schlichten Diamantwerkzeuge zum Einsatz, die hochpräzise sind und oft auch vierstellige Summen kosten. Da ist es wichtig, sicherzustellen, dass die vorherige Schruppoperation wie vorgesehen beendet wurde.
Fenchel weist auf einen weiteren Vorteil der Digilog-Technologie hin: „Die Diamantwerkzeuge sind halbtransparent und haben Facetten, die das Licht ablenken. Zudem können sie nur berührungslos gemessen werden, um Beschädigungen zu vermeiden - Lasermessung ist dadurch unumgänglich. Bei den bisherigen Lasermesssystemen konnten die optischen Eigenschaften des Diamantmaterials dazu führen, dass einzelne Messungen wiederholt werden mussten, während der LC50-Digilog immer beim ersten Messen ein präzises Ergebnis liefert.“ Auch das Kühlmittel oder am Werkzeug haftende Späne unterbrechen einen Messzyklus nicht. Die intelligenten Filter der Digilog-Technologie rechnen Verschmutzungen einfach heraus.
Das eingesetzte Werkzeugspektrum bei Benzinger ist vielfältig, so kommen bei der Schmuckbearbeitung vor allem sehr kleine Werkzeuge zum Einsatz. Ringe werden oft mit Stichel graviert und Fassungen mit sehr dünnen Bohrern mit zum Teil nur 15 Hundertstelmillimeter Durchmesser gebohrt. Selbst bei diesen Durchmessern zeigt das Lasermesssystem keine Schwächen: „Beim LC50-Digilog kommt eine neue Optik zum Einsatz. Hier wurden der Fokusdurchmesser, Strahlform und Homogenität des Laserstrahls weiter verbessert. Wo bei Mikrowerkzeugen früher eine spezielle Sonderoptik eingesetzt wurde, kann heute mit dem Standardsystem gemessen werden“, erklärt Markus Majer, Vertriebsingenieur bei Blum-Novotest. Ein wichtiges Feature des Digilog-Lasermesssystems ist die sehr zuverlässige Tropfenerkennung. Da die Hauptspindel der Fünf-Achs-Schmuckmaschinen vertikal steht und Kühlmitteldüsen rund um die Spindel sitzen, fallen beim Anfahren des Lasers immer wieder Tropfen oder auch Späne vom Werkzeug durch den Laserstrahl. Die neue Elektronik differenziert Verschmutzung von Werkzeug mit einer Plausibilitätsprüfung anhand der Abschattungsdauer noch besser, so dass Messungen nicht wiederholt werden müssen.
Das ist ein wichtiger Zeit- und Erfolgsfaktor, wie Jehle unterstreicht: „Am Ende rechnet der Kunde die Ausbringung der Anlage gegen den Maschinenpreis, da müssen wir zuverlässig hohe Taktraten nachweisen können, um den Auftrag zu erhalten. Unnötige Messzyklen können da einen großen Einfluss haben.“ Ebenso wichtig sind hohe Antastgeschwindigkeiten der Messtaster, wodurch die Messzeiten sehr niedrig gehalten werden können: „Bei der Werkstücknullpunkterfassung oder finalen Bauteilmessung verfährt die Achse mit dem Blum-Messtaster mit bis zu 2000 Millimetern pro Minute, ohne dass die Genauigkeit der Messung trotz der enormen Geschwindigkeit sinkt. Die Werkzeugbruchkontrolle mit den taktilen Systemen kann ebenfalls mit 2000 Millimetern pro Minute durchgeführt werden“, ergänzt Fenchel.
„Der Kunde kommt zu uns mit einer Bearbeitungsaufgabe, und wir gestalten dann den Prozess“, beschreibt Jehle den Ablauf eines typischen Projekts. Damit ist Benzinger verantwortlich dafür, einen stabilen Bearbeitungsprozess zu definieren - und dazu ist das Messen in der Maschine unabdingbar. „Wenn wir die Auswahl haben, setzen wir dabei immer auf Blum-Produkte, mit denen wir die besten Erfahrungen gemacht haben“, ergänzt Jehle. „Die Anforderungen der Kunden werden immer herausfordernder, das bedeutet, dass immer mehr Messtechnik in immer komplexeren Szenarien zum Einsatz kommt.“
„Bei den Großserien, die auf unseren Maschinen gefertigt werden, zählt jede Zehntelsekunde“, so Jehle weiter. „Da brauchen wir einen Partner, der nicht nur hochwertige Produkte liefert, sondern auch den Service, der es uns ermöglicht, die Abläufe zu optimieren.“ Die Systeme sind einfach in die Benzinger-Maschinen zu integrieren, hebt Fenchel hervor: „Aber man kann auch sehr komplexe Anforderungen erfüllen.“ Jehle unterstreicht dies: „Wir gehen in unseren Maschinen in vielen Aspekten an die Grenzen, vor allem bei der Präzision. Da brauchen wir einen Partner, der diesen Weg weitergeht. Mit Blum konnten wir bisher jede Anforderung unserer Kunden umsetzen. Und mit der Digilog-Technologie der Lasermesssysteme hat Blum gezeigt, dass man Gutes noch verbessern kann, wenn man innovativ ist. Das zeigt uns, dass wir auch in Zukunft bei unserer Suche nach dem µm auf Blum vertrauen können.“
Kontakt
Carl Benzinger GmbH, D-75180 Pforzheim-Büchenbronn, Tel.: 07231/41531-100,
Auf einen Blick
Digilog-Technologie von Blum-Novotest Am einfachsten lässt sich die Technologie anhand der Digilog-Messtaster zur Werkstückmessung erklären. Wo herkömmliche Messtaster einen Schalter darstellen, der bei einer bestimmten Auslenkung - durch Abschattung einer Miniaturlichtschranke im Inneren des Tasters - ein digitales Signal zur Messwerterfassung erzeugen, kann ein Digilog-Messtaster die exakte Auslenkung der Tastspitze messen und so einen Messdatenstrom generieren. In ganz ähnlicher Weise erfasst der neue LC50-Digilog die Abschattung des Laserstrahls durch die Werkzeugschneiden kontinuierlich während des Messvorgangs. So lassen sich statt eines einzigen Messsignals tausende Messwerte pro Sekunde erzeugen, wodurch die Messung bis zu 60 Prozent schneller, hochpräzise und vor allem sehr prozesssicher wird.
Zitat
„Wir erreichen mit den Digilog-Lasermesssystemen genauere Ergebnisse als mit den bisherigen Systemen.“ Stefan Fenchel, Carl Benzinger GmbH
1 Selbst kleinste Werkzeuge mit einem Durchmesser von 15 Hundertstelmillimeter vermisst das Lasermesssystem LC50-Digilog zuverlässig. 2 Drehwerkzeuge können mittels der radialen Hochpunktsuche mit dem Lasermesssystem gemessen werden.
1 Dank der Digilog-Technologie hat das Öl keinen negativen Einfluss auf die Messergebnisse. 2+3 Der Werkstück-Messtaster TC52 wird in 5-Achs-Bearbeitungszentren und Drehmaschinen eingesetzt.
Direkt am Werkzeugwechsler ist der Werkzeug-Messtaster TC76 montiert. Dieser ermöglicht mit seinem Tastwürfel die Messung von Fräs- und Drehwerkzeugen in verschiendenen Achsen. Von rechts nach links: Rainer Jehle, geschäftsführender Gesellschafter, und Stefan Fenchel, Anwendungstechniker Schmuck bei Benzinger, erklären Markus Majer, Vertriebsingenieur bei Blum-Novotest, die hohen Anforderungen vieler Bauteile.
Bilder: Blum-Novotest
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