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Schleifen von Medizinteilen
Feinschliff für die chirurgie
18.03.2009
Schleifen: Dynamisch, präzise und produktiv – Attribute, mit denen die 5-Achsen-CNC-Schleifmaschinen von Schütte bei der Fertigung hochgenauer Werkstücke überzeugen. Michael Bubolz Zerspanungstechnik hat sich diese Vorteile zu Nutze gemacht und setzt bei der Herstellung chirurgischer Instrumente mit Erfolg auf diesen Maschinentyp.
305linear von Schütte: Fünf Magazinplätze für Schleifscheiben. Das Magnetfinish erfolgt direkt in der Maschine ohne Umspannen.
Die Michael Bubolz Zerspanungstechnik GmbH ist nicht nur ein wichtiger Lieferant für die Automobilindustrie, sondern durch ihr in der Präzisionsbearbeitung gewonnenes Know-how ebenso zu einem bedeutenden Zulieferer für die Medizintechnik avanciert. Neben den Implantaten – Knochennägeln und -schrauben – werden am Standort Stuhr in der Nähe von Bremen seit über einem Jahr auch medizinische Instrumente wie Knochenbohrer hergestellt. Geschäftsführer Michael Bubolz ist hierzu eine enge Kooperation mit dem Unternehmen Stryker eingegangen, einem der weltweit führenden Hersteller und Anbieter orthopädischer und medizinischer Produkte und Dienstleistungen.
Anteil weiter ausbauen
Eine bis dato erfolgreiche Zusammenarbeit, wie der Geschäftsführer bekräftigt. Zugleich skizziert Bubolz seine weiteren Ziele: „Derzeit beliefern wir rund 40 Prozent des Bedarfs der Firma Stryker. Diesen Anteil wollen wir gerne weiter ausbauen. Dazu werden wir neue Artikel mit aufnehmen und entsprechende Erstbemusterungen durchführen.”
Betrug bis vor fünf Jahren der Automobilanteil des Unternehmens noch 85 Prozent, haben sich durch die verstärkte Akquisition in der Medizintechnik die Anteile in den Geschäftsfeldern neu geordnet. Heute fallen bereits 35 Prozent auf medizintechnische Produkte. „Wir haben in diesem Zeitraum weitere 70 Mitarbeiter für die Herstellung von Instrumenten und Implantaten einstellen können. Bis zum Jahr 2010 wollen wir diesen Fertigungsbereich forcieren und den Anteil auf 70 Prozent erhöhen,” erklärt der Geschäftsführer die Entwicklung des Produktportfolios.
Meine Meinung
Die 305linear ist eine hochgenaue und kompakte 5-Achsen-CNC-Schleifmaschine mit zahlreichen Features, die sich in der Praxis als vorteilhaft erweisen. Bei der Bedienung kann die von Schütte entwickelte Software SIGS überzeugen, da die einzelnen Schritte wie aus einem Einkaufskorb entnommen werden können. Als großes Plus erweist sich der Schleifscheibenwechsel bei dem der Kühlmittelverteiler immer mitgewechselt wird. Über den Lader können Teile mit einer Länge bis zu 350 mm zugeführt werden. Zudem ist das Magnetfinish in der Maschine ohne Umspannen möglich. Zum guten Ergebnis bei Bubolz hat auch die sehr gute Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller Schütte beigetragen.
Jürgen Gutmayr, Redaktion fertigung
Direktantriebe punkten
Bei der Fertigung dieser chirurgischen Instrumente steht Präzision an oberster Stelle im Pflichtenheft des Herstellers. Nicht ohne Grund setzt Bubolz deshalb seit knapp zwei Jahren auf Maschinen von Schütte. Fürs Schleifen dieser Komponenten investierte das Unternehmen mittlerweile über zwei Millionen Euro in sieben CNC-Schleifmaschinen der Baureihe 305linear. Die Direktantriebe in allen 5 Achsen punkten, wenn es um hohe Genauigkeiten bei gleichzeitig hoher Produktivität geht.
Zurzeit werden in Stuhr rund 500 Knochennägel am Tag produziert. „Wir fertigen im 3-Schichtbetrieb mit 12 Mitarbeitern und stellen pro Schicht zudem etwa 120 Knochenbohrer her”, erklärt Frank Münz, Produktionsleiter Schleifen bei Bubolz.
Ausschlaggebend für die 305linear war neben der kompakten Bauweise die hohe Flexibilität der Maschine. „Wir können vom Durchmesser 2 bis 22 mm und einer Länge bis zu 480 mm die gesamte Produktpalette auf einem Maschinentyp bearbeiten – und zwar größtenteils vollautomatisiert”, bringt es Bubolz auf den Punkt. „Die Maschinen sind gemäß des Teilespektrums konfektioniert: drei haben einen Portalladesystem, zwei sind mit Lünetten unterstützt.” Konkret bedeutet dies bei Bubolz: Die Schütte-Maschinen können eine Schicht personalarm produzieren.
Erfolgsfaktor Ausbildung
Von vorneherein fand sich Bubolz bei Schütte gut aufgehoben. Insbesondere lobt er die technische Unterstützung sowie die Möglichkeit der Mitarbeiter-Ausbildung beim Maschinenhersteller. Auch Helmut Zigelsky, Vertriebsingenieur im Außendienst bei Schütte, betont den Erfolgsfaktor Ausbildung. „Bei der Einführung der Maschine war ein Mitarbeiter von Bubolz vier Wochen im Schütte-Stammhaus in Köln. Dort wurde er von den Anwendungstechnikern mit der Maschine vertraut gemacht – beginnend beim Grundaufbau bis hin zum Erstellen von Software-Programmen und Werkzeugen, die anschließend auf der CNC-Schleifmaschine abgearbeitet wurden,” erklärt der Vetriebsingenieur. Die guten Erfahrungen mit Präzision, Bedienung und Flexibilität haben Bubolz veranlasst, die Maschinen nun auch für Produktionsteile im Automobilbereich einzusetzen. Die neueste Anschaffung ist eine 305linear mit Roboterbeladung und integriertem Werkstückmesssystem. Hier hat sich die gute Zusammenarbeit zwischen Bubolz und Schütte besonders ausgezahlt. „Bei der Entwicklung dieser Maschine haben beide Seiten sehr eng miteinander kooperiert”, betont Zigelsky.
Entstanden ist eine vollautomatisierte Lösung mit Be- und Entladestation, automatischem Abrichten der Schleifscheiben innerhalb der Maschine sowie einer Vermessung der Teile nach dem Schleifprozess. Da die Messstation mit der Maschine gekoppelt ist, können die Messwerte direkt in die Steuerung einfließen und entsprechende Korrekturen an der Schleifscheibe gefahren werden.
Optimale Qualitätssicherung
„Das führt zu deutlich weniger Ausschuss an der Maschine”, führt Bubolz aus. „Zudem werden die Teile noch einer automatischen Rissprüfung unterzogen. Die Rissprüfanlage kann außerdem feststellen, ob das Teil gehärtet ist oder nicht. Damit ist zu 100 Prozent gewährleistet, dass keine nicht-gehärteten Teile an den Kunden geliefert werden. Hiermit haben wir in Zusammenarbeit mit Schütte einen Prozess entwickeln können, der uns eine optimale Qualitätssicherung gewährleistet.”
Eingesetzt wird diese spezielle entwickelte CNC-Schleifmaschine bei der Herstellung von Teilen für Lenksysteme in Nutzkraftfahrzeugen mit Genauigkeiten im μm-Bereich. Präzisionsanforderungen, bei denen die 305linear speziell mit ihren Linearmotoren punkten kann.
Präzision im Visier
Apropos Lineartechnik: Bei der 305linear sind alle fünf CNC-Achsen als spielfreie AC-Direktantriebe ausgeführt. Die X-, Y- und Z-Achsen werden durch verschleißarme Linearmotoren angetrieben. Damit ist die Schleifmaschine schnell, dynamisch und höchst präzise. Dies führt zu einer höheren Schleifleistung, besseren Oberflächengüten und genauen Werkstücken. Mit hohen Achsbeschleunigungen von 1 g und Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 48 m/min in der X-Achse, lassen sich komplexe und anspruchsvolle Profilformen auch mehrachsig und zeilenförmig im Pendelhubverfahren schleifen. Somit wird die Produktivität erhöht und gleichzeitig werden die Werkzeugkosten gesenkt, da einfache Schleifscheibengeometrien statt teurer Formschleifscheiben eingesetzt werden können.
Perfekte Kühlung
Der Produktionsleiter schätzt an den Schütte-Maschinen unter anderem die optimale Kühlung beim Schleifprozess. „Das Wichtigste beim Schleifen ist, dass das Kühlschmiermittel exakt dort hin kommt, wo geschliffen wird,” erklärt Münz. Um auch anspruchsvolle Bearbeitungsaufgaben wirtschaftlich bewältigen zu können, ist die 305linear mit einem automatischen Schleifscheibenwechsler ausgestattet. Doch bei Schütte werden nicht nur die Schleifscheiben gewechselt, sondern der komplette Einsatz mit zugeordetem Kühlmittelverteiler. Somit ist immer eine optimale Kühlung und Schmierung gewährleistet.
Der automatische Schleifscheibenwechsel erfolgt unter Nutzung der Maschinenachsen, mit denen die Übergabeposition exakt angefahren wird. Eine HSK-Schnittstelle in der Spindel stellt die μm-genaue Positionierung der Schleifscheibe sicher. Unterschiedliche Ausbaustufen ergeben dabei eine hohe Flexibilität: Optional können bis zu 12 oder 24 Schleifscheibenplätze gewählt werden.
Ein pneumatisch betätigter SchwenkÂarm erledigt die Werkstückbe- und entladung. Wird dieser, wie bei Bubolz mit einem Doppelgreifer bestückt, können beide Vorgänge direkt nacheinander erfolgen. Der Schwenkarm bedient sich aus Kettenmagazinen oder Paletten unterschiedlichster Größe, mit maximalen Kapazitäten von 170 Werkstücken im Kettenlader oder je nach Werkstückdurchmesser bis zu 400 Palettenplätzen. Alternativ zum Pick-Up-System kann die Werkstückrotationsachse auch direkt über einen Roboter bestückt werden.
Einsatz von Pick-Up-Systemen
Bubolz setzt bei der Instrumenten-Fertigung auf Pick-Up-Systeme, mit denen Werkstücke bis zu einer Länge von 350 mm aus einer Palette entnommen und dem Schleifprozess zugeführt werden. Geführt und stabilisiert durch Lünette oder Reitstock werden die Teile vollautomatisch mit Drehzahlen bis zu 2500 min-1 auf der A-Achse geschliffen. Für Kleinstwerkzeuge kann optional auch mit bis zu 4000 min-1 gearbeitet werden.
Ein wichtiger Aspekt ist die anschließende Schneidkantenpräparation. Hier hat Schütte als einziger Hersteller das Magnetfinishingverfahren in die Maschine integriert. Ganz ohne Umspannen und vollautomatisch über den Schleifscheibenwechsler kann nach dem Schleifen ein Finishingkopf eingewechselt werden, mit dem sich eine definierte und gleichmäßige Verrundung entlang der Schneidkante, weitgehend unabhängig von der Werkzeuggeometrie, herstellen lässt.
Praxisgerechte Software
Als praxisorientiert erweist sich die Programmierung der 305linear mit der Schütte Integrated Grinding Software, kurz SIGS. Auf der Basis von Maschinen-, Schleifscheiben-, Technologie- und Werkstückdaten generiert die Software innerhalb kürzester Zeit ein NC-Programm. Die SIGS-Bedienoberfläche ist hierzu in die Steuerungsoberfläche implementiert und leicht verständlich dargestellt, was den Bedienkomfort zusätzlich erhöht. Michael Bubolz zieht abschließend das Resümee: „Wir waren ein absoluter Neueinsteiger in die Schleiftechnologie und hätten ohne die großartige Unterstützung von Schütte diesen großen Schritt in so kurzer Zeit nicht bewältigen können.” gt
