24 Stunden im Einsatz

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1 24 Stunden im Einsatz Wie entsteht aus einem Klotz Titan ein Ultraschall-Schweißwerkzeug, Sonotrode genannt? Mit einem optischen Laser-Messsystem optimiert der Spezialist Herrmann Ultraschall seine zerspanende Fertigung, immer im Hinterkopf, dass ein Zuviel Ausschuss bedeutet Sobald an falscher Stelle zu viel abgefräst wird, ist die Sonotrode zerstört, beschreibt Helmar Schumacher, CAD-CAM-Programmierer bei Herrmann Ultraschall das Risiko. Einmal weg gefrästes Material kann schwingungstechnisch nicht wieder ausgeglichen werden. Und bei dem aktuellen Kilopreis für Titan rentiert es sich, in die Prozesssicherheit zu investieren. Schwingungsverhalten vorgegeben Beim Ultraschallschweißen stellt die Sonotrode die Verbindung zwischen dem Ultraschallgenerator und dem zu schweißenden Werkstück her. Die Resonanzfrequenz der Sonotrode ist dabei festgelegt und definiert sich unter anderem durch die Kontur und die Abmessungen des zu verschweißenden Bauteils. Die Toleranzen einer Sonotrode bei der Fertigung sind sehr eng gesteckt. Wesentlich dafür sind die eingesetzten Werkzeuge. Mit speziellen Schrupp- und Fräswerkzeugen werden die Sonotroden auf Maß gebracht. Die Karlsbader bearbeiten CPM-Material, aufgehärtet auf 58 bis 62 Rockwell, darüber hinaus werden für die Konturen Fräser bis zu einem Durchmesser von 0,3mm eingesetzt. Diese Sonderwerkzeuge sind teuer, umso wichtiger ist deshalb der Schutz vor Werkzeugschäden. LaserControl NT ist die 3. Generation der Lasermesssysteme von Blum-Novotest. Im großen Maschinenpark von Herrmann Ultraschall ist die Hermle C30 der Star, ein 5-Achs- Bearbeitungszentrum mit adaptiertem Robotersystem und Palettenwechsler. Seit 2007 ist die Maschine im Einsatz, bearbeitet werden hauptsächlich Sonotroden. Sie arbeitet weitgehend automatisch, die Mitarbeiter

2 bestücken sie nur noch mit Werkzeugen. Über die integrierte Soflex-Steuerung wechselt der Mitarbeiter das Werkzeug, bestückt das Werkzeugmagazin, definiert über Soflex die Länge als Null. Anschließend schleust die C30 das Werkzeug ein, vermisst es komplett und startet den Fräsvorgang. LaserControl NT im Einsatz: Selbst unter diesen rauen Bedingungen arbeitet das Messsystem absolut prozesssicher. Berührungslose Messung Für die Messung wird dabei Blum LaserControl NT eingesetzt, ein berührungsloses optisches Messsystem zur Werkzeugeinstellung und überwachung. Das vom Weltmarktführer Blum-Novotest entwickelte Lasersystem hat entscheidenden Anteil daran, dass das Bearbeitungszentrum rund um die Uhr betrieben werden kann. Wird ein Werkzeug neu eingewechselt, vermisst es der hier eingesetzte Laser, auch kompliziertere Werkzeuge wie T-Nut-Fräser und Gewindefräser sowie Werkzeuge bis zu einem Durchmesser von wenigen Zehnteln. Mit den kleinen Fräsern werden die Konturen gefertigt. Wie Helmar Schumacher erklärt, interessiert bei Herrmann US im Regelfall die Länge des Werkzeugs, bei Gewindebohrern auch der Durchmesser. Je nach angegebener Toleranz werden so Werkzeugbruch und verschleiß überprüft. Den Rundlauf überwachen die Karlsbader dabei nicht, möglich wäre es mit dem Lasersystem mit der Option Runout Control jedoch durchaus. Bei Umdrehungen vermisst der LaserControl NT das Werkzeug. Selbständig gesperrt Nach der Bearbeitung die bis zu 90 Minuten dauert kontrolliert der Laser das Werkzeug auf Verschleiß. Zeigen sich dabei Probleme, wird das Werkzeug automatisch ausgeschleust und gesperrt, zusammen mit der zuletzt bearbeiteten Sonotrode. So wird verhindert, dass nachfolgende Werkzeuge durch einen eventuell

3 abgebrochenen Fräser beschädigt werden. Durch diese Schutzmaßnahme hat sich der Ausschuss um 20 bis 30 Prozent verringert. Für die meisten Sonotroden wurden Standard-CAM-Programme etabliert, der Mitarbeiter gibt die Maße ein, dann läuft das Programm durch. Bei den Schruppwerkzeugen gibt es dabei 10 bis 12 Folgewerkzeuge. Brach früher ein Werkzeug, wurden die Folgewerkzeuge ebenfalls zerstört. Heute minimiert sich dank Blum LaserControl NT der Schaden. Drei Sonotroden in unterschiedlichen Fertigungsstadien: Die Kontur wird mit Fräser bis zu 0,3 mm Durchmessern gefräst. (li.) Ein zugehöriges CAD-Modell einer Sonotrode: Sehr enge Toleranzgrenzen bei der Fertigung. (re.) Dauerbetrieb Das Bearbeitungssystem läuft sieben Tage durch. Am Wochenende gibt es nur Bereitschaftsdienst, sprich der Mitarbeiter fährt nur bei Bedarf in die Firma. Früher musste er sporadisch kommen, um die Fräsmaschine zu kontrollieren. Mittlerweile haben die Karlsbader den Ablauf soweit automatisiert, dass der Mitarbeiter durch das Bearbeitungszentrum einen Anruf erhält, wenn die Maschine steht. Sind alle Schwesterwerkzeuge verbraucht von denen bei einer Standardausführung 10 bis 15 im Werkzeugmagazin sind bräuchte man laut Schumacher mit einem herkömmlichen Messgerät etwa 8 Stunden, um alle Werkzeuge wieder ein zumessen. Mit dem Blum LaserControl NT wechselt man nur das Werkzeug aus und gibt in der Soflex-Steuerung für die Länge den Wert Null ein. Das Bearbeitungszentrum läuft währenddessen weiter. Früher wurde das Werkzeug an einem Voreinstellgerät vermessen, man schrieb den Wert auf, spannte das Werkzeug in die Maschine und gab den Wert in der Werkzeugtabelle ein. Wie Helmar Schumacher beschreibt, bestand neben dem Zeitverlust auch die Gefahr, die Zahlen fehlerhaft einzugeben. Im Vergleich zu früher haben wir über den Daumen gepeilt eine Zeit- und Kostenersparnis von 30 bis 40 Prozent, erläutert der CAD- CAM-Programmierer. Eine Sonotrode, eingespannt in der Palette für die Bearbeitung: Meldet das Lasersystem ein Problem mit dem Werkzeug, wird die zuletzt bearbeitete Palette gesperrt.

4 Kleine Durchmesser messen Sieben Bearbeitungszentren sind bei Herrmann Ultraschall mit dem Blum LaserControl NT ausgestattet. Helmar Schumacher kennt das Messsystem seit Jahren, deshalb entschied er sich sofort für das System von Blum- Novotest. Der Laser ist eine praktische Sache, man wechselt das Werkzeug ein, und damit ist für den Mitarbeiter das Thema erledigt, den Rest macht das Messsystem, so Schumacher. Die Genauigkeit des Lasers sei so hoch, dass er mit einem photo-optischen System locker konkurrieren könne. Der Roboter in Aktion: Das Bearbeitungszentrum ist der Star im Maschinenpark von Herrmann Ultraschall. Schutz vor Fehlmessung In verschmutzter Umgebung hochpräzise zu messen, stellt eine gewaltige Herausforderung dar. Kühlmittel ist für die Fertigung zwingend notwendig, birgt allerdings die Gefahr für gravierende Fehlmessungen. Damit die Optik nicht verschmutzt, ist das Messsystem während der Bearbeitung mechanisch durch einen pneumatisch betätigen Verschlusskolben aktiv gegen Kühlmittel abgedichtet. Außerdem wird das rotierende Werkzeug vor der Messung mit Druckluft abgeblasen. Während der Messung schützt ein Sperrluftstrom vor Verschmutzung. Damit fallende Kühlmitteltropfen nicht vorzeitig ein Schaltsignal erzeugen und die Messung verfälschen, sind die Systeme seit 2002 mit der patentierten NT-Technologie ausgestattet. LaserControl NT in der Hermle C30 U von Herrmann Ultraschall. Mit Hilfe dieser Technik und dem Einsatz eines integrierten Mikroprozessors kann das Messsystem eine so genannte ziehende Messung durchführen, wodurch der Kühlmittelstöreinfluss eliminiert wird. Diese 3.

5 Generation unserer Lasersysteme stellt einen Quantensprung für die Prozesssicherheit dar, erklärt Uwe Fischer. Wie Helmar Schumacher berichtet, ist auch Spanflug kein Problem. Hat sich ein Span im Werkzeug verhakt, erkennt das Lasersystem, dass etwas nicht stimmt. Das Werkzeug wird ausgewechselt und gesperrt. Helmar Schumacher (links) und Michael Pflüger (rechts) vor der Hermle C30 U: Mit Hilfe von Blum 24 Stunden im Einsatz. Praktisch servicefrei Den Service von Blum-Novotest haben die Karlsbader bis jetzt so gut wie nie in Anspruch genommen. Nach fast drei Jahren Laufzeit wurden alle eingesetzten Lasersysteme vor kurzem überprüft, ohne irgendetwas zu finden. Als der Blum LaserControl NT bei Herrmann Ultraschall eingeführt wurde, schulte ein Mitarbeiter von Blum- Novotest zwei Gruppen. Mittlerweile gibt es zwei zuständige Mitarbeiter, die die neuen Benutzer ausbilden. Helmar Schumacher ist sehr zufrieden mit dem Messsystem, sonst hätten sie auch nicht sieben Maschinen damit bestückt. Bereits bei der Montage zeigte sich, dass am System von Blum-Novotest nichts verändert werden musste. Das Lasersystem und die Soflex-Steuerung arbeiten einwandfrei zusammen. Für die Zukunft hat Helmar Schumacher klare Vorstellungen: Wenn wir ein neues Bearbeitungszentrum kaufen, gehen wir davon aus, dass der Blum-Laser bereits integriert ist. Eine Maschine ohne Lasersystem von Blum werden wir nicht mehr kaufen.. Kontaktdaten Blum-Novotest GmbH Telefon: 0751/ Fax: 0751/ Internet:

6 Kasten: Blum-Novotest GmbH Mit Sitz in Ravensburg, Deutschland, ist Blum weltweit als Hersteller von hochwertiger Mess- und Prüftechnologie mit fast 40jähriger Erfahrung als Lieferant für internationale Werkzeugmaschinen-, Luftfahrtund Automobilhersteller bekannt. Außenansicht des Firmengebäudes von Herrmann Ultraschall. Das Traditionsunternehmen legt auch in Krisenzeiten Wert auf die Ausbildung des Nachwuchses. Kasten: Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG Seit 1961 entwickelt die Herrmann Ultraschalltechnik GmbH Ultraschall-Systeme zum Verbinden von Kunststoffen, Bahnware und Verpackungen. Die Firma agiert weltweit mit dem Hauptstandort in Karlsbad- Ittersbach und zwei weiteren in USA und China. Am Standort Karlsbad sind 190 Mitarbeiter beschäftigt, insgesamt erwirtschaftet die Firma 40 Millionen Euro Umsatz. Mehr Informationen unter