Messtaster Im µ-Bereich noch genauer messen

Von Theo Drechsel

Das Präzisionshartdrehen zählt im Geschäftsfeld Werkzeugmaschinenlager von myonic zu den wichtigsten Fertigungsschritten. Gedreht wird direkt auf Endmaß mit einstelligen μ-Toleranzen. Wichtige Werkstückmaße werden jetzt mit einer Messtasterlösung direkt in der Maschinenaufspannung gemessen.

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Hohe Drehzahlen, kleine Abmessungen: Bei der Dentaltechnik, der Keimzelle von myonic, ist man seit Jahren Weltmarktführer.
Hohe Drehzahlen, kleine Abmessungen: Bei der Dentaltechnik, der Keimzelle von myonic, ist man seit Jahren Weltmarktführer.
(Bild: myonic)

Die Wurzeln von myonic reichen bis zur Gründung von Roulements Miniatures de Bienne S.A. (RMB) im Schweizer Kanton Biel im Jahr 1936 zurück. 2001 wurde die RMB S.A. schließlich in myonic GmbH umbenannt. Seit 2009 gehört myonic als selbstständig agierendes Unternehmen zur Minebea-Mitsumi-Gruppe. Die Japaner sind mit 90 Tochterunternehmen in 27 Ländern und rund 100.000 Mitarbeitern mit Abstand Marktführer bei hochpräzisen Teilen und Baugruppen, die weltweit an so ziemlich alle hierfür relevanten Industriebranchen geliefert werden. Myonic hat sich zwar ursprünglich auf Teile und Komponenten für die Dentalindustrie fokussiert, wo man ebenfalls seit vielen Jahren Weltmarktführer ist, das kontinuierlich erweiterte Produktportfolio umfasst mittlerweile aber auch die Geschäftsfelder Werkzeugmaschinen, Medizin- und Feinwerkzeugtechnik, Automotive sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Die Aktivitäten rund um Werkzeugmaschinenlager sind in einer exakt klimatisierten Halle an einem zweiten Standort in Leutkirch zusammengefasst, an dem sich auch der Arbeitsplatz von Christoph Sauter befindet, der als Fertigungsleiter für die Herstellung dieser Präzisionslager verantwortlich ist: „Die Hochpräzisions-Rollenlager werden zum Beispiel für Rund- oder Schwenktische, Fräsköpfe oder Schwenkspindeln in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Diese zweiseitig wirkenden, anschraubbaren und einbaufertigen Präzisionslagereinheiten bilden bei myonic die AXRY-Lagerfamilie.“

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Lagerringe werden auf Drehzentren hart bearbeitet

Die Axial-Radiallager bestehen aus drei Ringen: Innenring, Außenring und Axialscheibe. Hinzu kommen die Zylinderrollen, Axial- und Radialkäfig, Schmiermittel sowie die Halteschrauben, die das montierte Lager zusammenhalten. Die Ringe bestehen aus dem bei Lagerringen und Wälzkörpern bewährten Chromstahl, die bei myonic ausschließlich auf Drehzentren hart bearbeitet werden.

Der Hartdrehprozess läuft in zwei Schritten auf unterschiedlichen Maschinen ab: Schruppen und Schlichten. Das Feinschlichten auf Endmaß mit einstelliger μ-Toleranz findet dann in einer Aufspannung und ohne weitere Nachbearbeitung größenabhängig auf einer Horizontal- oder Vertikaldrehmaschine statt. Zerspant wird nass (Kühlschmierstoff), gespannt werden die Werkstücke auf speziellen Magnetspannfuttern. Diese sehr steifen Maschinen mit extrem hoher Wiederholgenauigkeit stammen alle von dem niederländischen Präzisionsspezialisten Hembrug und verfügen über Details wie hydrostatische Hauptspindel, Granit-Maschinenbett und präzise Temperaturregelung. An dieser Stelle kommt nun auch Blum-Novotest ins Spiel.

„Wir messen inzwischen wichtige Maße, die in Z-Richtung liegen, gleich in der Aufspannung, also direkt auf der Maschine. Eine Neuerung, die heute signifikant zur Verbesserung der Fertigungsabläufe beiträgt”, berichtet Martin Haug, der als Bereichsleiter Fertigung auch für die Drehbearbeitung verantwortlich ist. „Diese hochgenaue Aufgabe übernimmt der berührende Taster TC52 von Blum-Novotest, der die Messwerte an einen Infrarotempfänger im Maschinenraum überträgt.“ Der TC52 wird auf den Hembrug Horizontal-Hartdrehmaschinen über den Werkzeugrevolver in Position gebracht.

Messwerte sollen schon während der Aufspannung zur Verfügung stehen

Die Messungen, die Blum den Allgäuern heute in Z-Richtung abnimmt, sind vorher manuell außerhalb der Maschine gemacht worden. Gemessen werden bei myonic alle wichtigen geometrischen Merkmale bei jedem Lager. Das sind Stufen, Breite des Außenrings, Innen- und Außendurchmesser, ebenso alle Anschlussmaße wie zum Beispiel die Bohrung, also die Stelle, wo der Kunde das Lager auf seine Welle schiebt. Alles dies ist in einer Dokumentation zusammengefasst, die der Kunde zusammen mit dem Lager erhält. Neben der generellen Verbesserung des Fertigungsprozesses hat man sich in Leutkirch durch die Taster-Lösung auch eine noch höhere Genauigkeit beim Messen versprochen. Ebenso wichtig: Die Messwerte sollten schon während der Aufspannung zur Verfügung stehen. Schließlich muss der Prozess stabil gehalten und möglichst zeitnah die Information vorliegen, ob zum Beispiel nachgestellt werden muss. Daher nahm myonic Kontakt mit Blum-Novotest auf.

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Da es sich um ein Pilotprojekt mit Blick auf eine Zusammenarbeit mit Blum-Novotest handelte, waren die Allgäuer leicht skeptisch.

Erste Tests zeigten aber schnell, dass unsere Skepsis unbegründet war und das hochgenaue Werkstück-Messen die Erwartungen aller Beteiligten erfüllt und zum Teil übertroffen hatte. Denn jetzt konnten wir die Stufen sowie die Breite des Außenrings direkt in der Aufspannung teilautomatisiert messen.

Christoph Sauter, Fertigungsleiter myonic

„Das sind für uns extrem wichtige Maße: Wir haben hier drei Laufbahnen, einmal radial und zweimal axial – wenn man sich die Laufbahn als Hohlraum vorstellt, wollen wir wissen, wie groß dieser ist“, so Sauter weiter. Denn dessen Größe wird über die Stufen definiert. So weiß der Mitarbeiter bei der Montage des Lagers, welches Abmaß und welcher Zylinderrollen-Durchmesser zueinander passen, um die richtige Vorspannung zu erhalten.

Gegenüber dem manuellen Messen führte der Wechsel zur In-Prozess-Lösung also zu genaueren Messergebnissen. Die dahinterstehende Logik: Das zuvor eingesetzte Höhenmessgerät hat eine höhere Toleranz als der TC52-Messtaster in der Maschine, dessen Schaltpunktgenauigkeit Blum mit 0,3 Mikrometer in den Antastrichtungen X, Y, Z angibt. Da bei dieser Anwendung der Taster nur in Z-Richtung bewegt wird, hat man hier sogar eine Schaltpunktgenauigkeit von etwa 0,1 Mikrometer und liegt somit noch viel höher als die Gesamtgenauigkeit.

Hinzu kommt zwar noch die Toleranz der Maschine, die aber aufgrund der hohen Präzision von Maschine und Magnetspanntisch sehr gering ist. Einen Riesenvorteil stellt zudem das Handling der Messobjekte dar.

Erhard Strobel, Technischer Vertrieb von Blum-Novotest

Denn die AXRY-Lager gibt es in der Baugröße 50 Millimeter, die nur wenige Kilogramm wiegen, bis hin zu 650 Millimeter Bohrungsdurchmesser, die knapp 200 Kilogramm auf die Waage bringen.

Man kann sich vorstellen, dass bei diesem Gewicht der Handling-Aufwand beim manuellen Messen enorm ist. Je größer die Teile, desto größer ist für myonic der Vorteil der In-Prozess-Messung. Nach diesem erfolgreichen Start wurden bei myonic dann auch die anderen Hembrug-Drehmaschinen mit den TC52-Tastern ausgerüstet.

Nicht nur hochgenau, sondern auch robust

Erwähnt werden sollte noch eine der Herausforderungen bei der hier beschriebenen Anwendung, die für den Messtaster TC52 eigentlich zum normalen Alltag zählt. Denn im Gegensatz zu Fräszentren, wo sich die nicht eingewechselten Werkzeuge geschützt in einem Magazin befinden, sind diese bei den meisten Drehzentren – so auch bei den Horizontal-Hartdrehmaschinen von Hembrug – auf einem Revolver untergebracht. Und somit auch der Messtaster. Obwohl nur gemessen wird, wenn die Spindel steht, ist der Taster Kühlmittelstrahl und Späneflug ebenso ausgesetzt wie Vibrationen und heftigen Bewegungen, zum Beispiel durch den schnelldrehenden Revolver. Deshalb muss der Taster nicht nur hochgenau, sondern mechanisch besonders robust ausgelegt sein.

Hier zeigt sich der Vorteil der Werkzeugmaschinen-Messtaster von Blum, deren Schaltsignal optoelektronisch durch Abschattung einer Miniaturlichtschranke generiert wird. Dieses Messwerk hat auf dem Revolver laut Blum auch nach Millionen von Messungen noch die gleiche hohe Präzision.

Mit dem Projektergebnis sind die Allgäuer sehr zufrieden, schließlich wurde man nochmals genauer und erfasst jetzt mehr Messpunkte in kürzerer Zeit. „Das gibt uns im Montageprozess bei der Verpaarung eine deutlich höhere Sicherheit.

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist zudem die Entlastung der Mitarbeiter, die nun mehr Zeit für andere Arbeiten haben“, fasst Sauter zusammen. „Auch wenn sich der Prozess in der Maschine verlängert hat, sind durch den Einsatz der Messtaster die Gesamtdurchlaufzeiten gesunken. Deshalb planen wir, zukünftig mit Blum die Durchmesser ebenfalls direkt auf der Maschine zu messen.“

* Theo Drechsel ist freier Fachjournalist. Weitere Informationen: Blum-Novotest GmbH in 88287 Grünkraut, Tel. +49 751 6008-0, marketing@blum-novotest.com

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