Der komplizierte Abtransport von Sp?nen aus einem Aluminium-Bauteil stellt den Automobilzulieferer Handtmann vor Probleme. Gühring liefert die L?sung mit einem PKD-Aufbohrwerkzeug aus dem 3D-Drucker.
Wo gebohrt, gedreht und gefr?st wird, fallen Sp?ne. Doch genau diese Sp?ne k?nnen zum Problem werden: Sie fallen in ?ffnungen, wo sie nur schwer herauszubekommen sind. Sie bleiben an Kontaktfl?chen kleben oder hinterlassen Spuren auf Oberfl?chen. Sie verstopfen das Bohrloch und k?nnen auf diese Weise sogar zum Werkzeugbruch führen.
Vor solchen Schwierigkeiten stand auch das Unternehmen Handtmann aus Biberach. Ein namhafter Fahrzeughersteller hatte eine hohe Ausbringung von mehreren tausend Bauteilen pro Woche angefordert: Ansaugkrümmer für Verbrennungsmotoren. Der Ansaugkrümmer ist das Verbindungsstück zwischen Motorblock und Luftfilter. Durch ihn gelangt Frischluft vom Luftfilter über die Einlassventile in den Verbrennungsraum. Ein Abgasrückführungsventil steuert dabei, wie viel Abgas-Volumen dem Verbrennungsprozess rückgeführt wird. Dadurch reduziert sich die Emission des Fahrzeugs.
Solche komplexen Werkstücke sind reine Routine für die Unternehmensgruppe Handtmann, die sich auf Antriebs- und Fahrwerkteile aus Aluminium- und Magnesiumguss spezialisiert hat. Lediglich die Herstellung einer einzigen Bohrung in dem Ansaugkrümmer machte die Bearbeitung fast unm?glich. Dabei handelte es sich um eine Anschlussbohrung mit stark unterbrochenem Schnitt. Die Gefahr bestand, dass Sp?ne seitlich und stirnseitig in die weiterführenden, nebenliegenden Kan?le des Bauteils gelangen würden.
Wenn diese auch nach dem Spülen im Bauteil blieben, h?tte das fatale Folgen: Die Sp?ne k?nnten den Verbrennungsprozess behindern oder gar mechanische Sch?den anrichten. ?Bei der Bearbeitung mit konventionell offenen Werkzeugen, war der Reinigungsaufwand sehr gro?“, erinnert sich Robert Fiesel, Werksleiter bei Handtmann. ?Nachdem die Sp?ne ausgespült und ausgeblasen wurden, musste jedes Bauteil auf Sp?nerückst?nde kontrolliert werden.“
Um das zu verhindern, musste ein Aufbohrwerkzeug her, das Sp?ne definiert aus dem Bauteil ableitet – und das über eine Distanz von circa 50 mm. Schon zwei Werkzeughersteller waren an dieser Aufgabe gescheitert.
?Tube Design“ für sicheren Spanabtransport
Der Werkzeughersteller Gühring hat hingegen ein Werkzeugkonzept für genau solche Anwendungen: Bearbeitungen von Bauteilen mit unterbrochenen Schnitten, bei denen sehr viele Sp?ne entstehen und kontrolliert abgeführt werden müssen. Bei diesem sogenannten ?Tube Design“ erfolgt der Sp?neabtransport im Inneren des Werkzeugs, das wie ein langes Rohr aussieht (tube = R?hre). Ein definierter Spalt zwischen Schneide und Grundk?rper bewirkt, dass der Span nicht nach vorne entweichen kann oder beim Abtransport von der Schneide seitlich aus dem Werkzeug f?llt. Das Rohr wiederum stellt den Abtransport der Sp?ne im Inneren des Werkzeugs sicher. Die Prozesssicherheit und somit auch die Bauteilqualit?t werden mit dieser Werkzeuggeometrie erheblich gesteigert.
Auf konventionelle Art lassen sich solche Grundk?rper nur eingeschr?nkt herstellen. Deshalb greift Gühring beim ?Tube Design“ auf die additive Fertigung mittels 3D-Druck zurück. ?Der 3D-Druck erm?glicht dem Konstrukteur bedeutend mehr Freiheiten in der Wahl der Geometrie“, erkl?rt Michael Bopp, Konstrukteur in der Entwicklung bei Gühring. Dadurch l?sst sich eine dreidimensionale Kühlkanalführung herstellen sowie definierte Spanleitbereiche.
Au?erdem wird das Material gezielt nur dort am Werkzeugk?rper angebracht, wo es notwendig ist und trotzdem sind h?here Festigkeiten und Steifigkeiten erreichbar als bei gedrehten und gefr?sten Werkzeugen. Speziell bei kleineren Durchmessern ist eine Maximierung des Rohrinnendurchmessers m?glich. Der einzige Nachteil: Diese Werkzeuge aus dem 3D-Drucker sind teuer. Deshalb greift Gühring nur dann auf die additive Fertigungstechnologie zurück, wenn damit ein technischer Mehrwert erzielt wird. So wie bei Handtmann.
Perfekte Kühlung dank dreiteiligem System
Handtmann ist ein langj?hriger Kunde von Gühring, die beiden Unternehmen haben schon mehrere gro?e Projekte gemeinsam realisiert. ?Wir haben uns für ein Sonderwerkzeug von Gühring entschieden, weil das Unternehmen bereits Erfahrung mit ?hnlichen Bearbeitungen hat und der Au?endienst uns vor Ort beraten und betreuen konnte“, erkl?rt Robert Fiesel.
Ausgehend vom Bauteil stand fest, dass hier nur mit dem ?Tube Design“ eine prozesssichere Spanfreiheit gegeben w?re. Der Anspruch war au?erdem, auf verschraubte Spanleitelemente zu verzichten und so Aufschmierung und Verschlei? zu minimieren. ?Uns war schnell klar, dass wir mit konventionellen Methoden an unsere Grenzen sto?en“, erinnert sich Michael Bopp. ?Deshalb haben wir uns für ein Werkzeug aus dem 3D-Drucker entschieden.“
Zwei Prototypen des Aufbohrers testete Gühring auf der Serienmaschine bei Handtmann – beide zeigten Optimierungspotenziale. Die Sp?ne wurden nicht schnell genug abtransportiert, der innere Spanraum verstopfte. Auf Basis dieser Versuche fertigte Gühring eine dritte Version an. ?Wir haben unsere Erkenntnisse aus den ersten zwei Prototypen gezogen und sind schlussendlich zu einem richtig guten Werkzeug gekommen“, berichtet Zarko Stevanovic, der ebenfalls an der Entwicklung beteiligt war.
Christian Dreher, Anwendungstechniker bei Gühring (li.) und Marco Hutzenlaub, Werkzeugplaner bei Handtmann, sind zufrieden.
Der rohrf?rmige Werkzeugkopf aus Stahl ist additiv gefertigt und mit dem Grundk?rper verbunden. Er verfügt über Segmentsitze mit PKD-Schneiden. Bei der hohen Ausbringung von 13.600 Bauteilen pro Woche werden mit diesem Schneidstoff hohe Standzeiten erreicht. Um die einzelnen Schneiden mit Kühlmittel zu versorgen, enth?lt der Werkzeugkopf au?erdem intern verlaufende und dreidimensional ausgeführte Kühlmittelführungen. Au?erdem unterstützen drei rückw?rtsgerichteten Kühlkan?le die Spanabfuhr. Die Sp?ne treten durch zwei seitliche ?ffnungen mit ausreichender Entfernung zum Bauteil aus.
Robert Fiesel ist zufrieden: ?Das Werkzeug in der jetzigen Ausführung hat auf Anhieb funktioniert und l?st die Aufgabe seitdem wie gewünscht. Es gelangen keine Sp?ne mehr in die Anschlussbohrungen.“ Dadurch kann Handtmann auf die akribische Spankontrolle am Ende verzichten.
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