Wie die vollautomatische Fertigung von Elektroden gelingt

Der Märkische Kreis im Nordwesten des Sauerlands gilt als Region der Tüftler und kreativen Köpfe. Und er ist eine Hochburg der Drahtbearbeitung. Hier ist die Firma Finkernagel zu Hause – genauer in Altena, einer Kleinstadt mit rund 16.000 Einwohnern. Im Jahr 1738 wurde erstmals ein Drahtwerk am Standort des Unternehmens erwähnt, heute zählt der Familienbetrieb zu den führenden Anbietern im Bereich Draht und Umformwerkzeuge.

Timo Finkernagel darf sich mit Fug und Recht zu den Tüftlern in der Region zählen. Er hat viel Zeit investiert, um eine Lösung für die vollautomatische Fertigung von Elektroden mit höchster Präzision zu entwickeln, mit denen dann Umformwerkzeuge hergestellt werden. Die Basis bildet eine Bearbeitungsmaschine Hermle C22U Dynamic, darin integriert sind ein Roboter von Kuka und die modularen Nullpunktspannsysteme 9000 und 5000 von Carl Hirschmann aus Fluorn-Winzeln (Baden-Württemberg). Eine spezielle Software steuert die automatisierten Prozesse.

„Das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten ist die Besonderheit bei der Bearbeitung“, erklärt Finkernagel. Mit dieser individuellen Lösung kann das Unternehmen über Nacht ohne Personaleinsatz bis zu 50 Elektroden in unterschiedlichen Formen mit einer Genauigkeit von fünf Mikrometer fräsen. Diese werden im weiteren Prozess dann in einer Senkerodiermaschine mit dem Nullpunktspannsystem 5000 zur Herstellung von Umformwerkzeugen eingesetzt.

Und genau hier spielen die beiden Nullpunktspannsysteme von Carl Hirschmann ihre Stärken aus. Beim Wechsel vom Fräsen in der ersten zum Senkerodieren in der zweiten Maschine müssen die einzelnen Teile nicht neu ausgerichtet werden, durch das Spannsystem 5000 in beiden Maschinen ist eine Bearbeitung ohne Toleranzverlust möglich.

In die Eigenkonstruktion zur Fertigung von Elektroden in der Hermle C22U Dynamic hat Finkernagel rund 40 Stunden Entwicklungsarbeit investiert. „Für die gewünschte Automatisierung gab es keine standardisierten Angebote am Markt“, sagt Finkernagel. Seine Lösung: Auf dem Maschinentisch ist das modulare Nullpunktspannsystem 9000 befestigt, darauf adaptiert das Spannsystem 5000 für die Fräsbearbeitung. Weil der Roboter die Palette im Nullpunktspannsystem 9000 immer auf der exakt gleichen Position absetzt, ist eine höchst präzise Fräsbearbeitung garantiert. Das Stichmaß von 160 Millimeter für das System 9000 konnte Finkernagel selbst bestimmen.

Auf einem externen Rüstplatz positioniert ein Mitarbeiter in einer Matritze zunächst bis zu 25 Elektroden, meist aus besonders robustem Wolfram-Kupfer, die später zum Senkerodieren von Hartmetall in der Werkzeugherstellung benötigt werden. Der Roboter greift die bestückte Matritze und legt sie im internen Maschinenlager ab. Zur Bearbeitung über Nacht entnimmt der Greifer die einzelnen Elektroden und platziert sie mit Hilfe des Spannsystems 5000 höchst präzise in der Fräsmaschine. Diese Funktion ist ebenfalls eine Eigenkonstruktion: Der Roboter kann sowohl einzelne Rohlinge als auch ganze Paletten greifen.

Flexibilität bietet auch die Medienübertragung bei dieser speziellen Konstruktion: Die einzelnen Teile können entweder mit Druckluft oder hydraulisch gespannt werden – eine weitere Besonderheit in diesem Bearbeitungszentrum. Ist der Prozess abgeschlossen, legt der Roboter die Matritzen mit den gefrästen Elektroden wieder ab. Ein Mitarbeiter entnimmt diese dann und setzt die Elektroden in die Senkerodiermaschine ein, wo danach die Werkstücke bearbeitet werden.

„Für die Spannsysteme von Carl Hirschmann haben wir uns entschieden, weil wir in der Vergangenheit schon sehr gute Erfahrungen gemacht haben. Bei dieser neuen Anwendung erreichen wir, selbst bei komplexen Formen, eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit von fünf Mikrometer“, sagt Finkernagel. Ein weiterer großer Vorteil liegt im manuellen Wechsel von der Fräsmaschine auf die Senkerodiermaschine. „Nullpunkt in Nullpunkt spannen ohne Toleranzverlust, das ist sensationell und spart viel Zeit“, bringt er den Sachverhalt auf den Punkt. So fertigt das Unternehmen mit den selbst gefrästen Elektroden auf einer Senkerodiermaschine Umformwerkstücke unter anderem für Zulieferbetriebe der Automobil-, Bau-, Elektro- und Maschinenbauindustrie, die den hohen Anforderungen an die Genauigkeit hundertprozentig entsprechen.

Mit seiner Lösungskompetenz und den innovativen konzeptionellen Ansätzen leistet Carl Hirschmann einen wichtigen Beitrag für hervorragende Produkte. Das von der Firma Finkernagel eingesetzte Nullpunktspannsystem 5000 gewährleistet eine präzise, prozesssichere und durchgängige automatisierte Herstellung unterschiedlichster Elektroden auf der Fräsmaschine. Diese können nach dem Fräsvorgang direkt in der Senkerodiermaschine eingesetzt und müssen nicht nachjustiert werden. Auch dadurch spart das Familienunternehmen Zeit und erzielt gleichbleibend exakte Ergebnisse – in der Praxis bedeutet dies hohe produktive Maschinenlaufzeiten, geringeren Personaleinsatz und bessere Effizienz.

Außer der Fräsbearbeitung von Elektroden sind in der Hermle-Maschine auch weitere Anwendungen möglich. So dient das Spannsystem 9000 zur exakten Positionierung unterschiedlichster Werkstücke für das Fräsen. Dafür stehen verschiedene Paletten zur Verfügung, auch diese kann der Roboter greifen und passgenau im Spannsystem einsetzen. „Die Werkstückträgerplatten spannen die Rohlinge exakt und prozesssicher mit einer Spannkraft von bis zu 40 Kilonewton“, unterstreicht Michael Schmidt, Gebietsverkaufsleiter von Carl Hirschmann. Aufgrund der hohen Kräfte, die teilweise auf die Werkstücke einwirken, lassen sich dadurch Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung und ein höherer Verschleiß der Spindel vermeiden. Mit Hilfe eines integrierten Blasluftkanals erkennt die Maschinensteuerung, ob die Palette korrekt gespannt ist.

Generell eignet sich das modulare Nullpunktspannsystem von Carl Hirschmann für zahlreiche Anwendungen. Damit lassen sich Vorrichtungen und Werkstücke auf allen spanenden Werkzeugmaschinen, Bearbeitungszentren, Messmaschinen und Senkerodiermaschinen präzise positionieren. Das Standardsortiment deckt bereits ein breites Spektrum an – für spezielle Anforderungen entwickelt und fertigt Carl Hirschmann individuell konfigurierte Palettier- und Spannsysteme.

Spannsysteme von Carl Hirschmann hat die Firma Finkernagel bereits seit 1997 im Einsatz, zuerst im Bereich Drahterodieren, dann beim Senkerodieren bis hin zum Nullpunktspannsystem. „Die kompetente Beratung und die zuverlässige Betreuung durch Carl Hirschmann haben uns auch bei diesem Projekt überzeugt. Gemeinsam konnten wir technisch komplexe Aufgaben hervorragend lösen“, unterstreicht Finkernagel. Außendienstmitarbeiter Schmidt hat mit seinem Wissen dazu beigetragen, dass die Firma Finkernagel mit dieser 2021 in Betrieb genommenen Anlage alle Anforderungen optimal erfüllen kann.

Quelle: Carl Hirschmann GmbH