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Schneller und wirtschaftlicher zur neuen Brille

: Metzler


Der oberösterreichische Familienbetrieb von Hermann Bürtlmair sorgt im doppelten Sinn für Durchblick: Zu den Spezialitäten des Kunststoffverarbeiters und Formenbauers zählen nämlich pfiffige Entwicklungen für die Brillenindustrie. Den Durchblick beweist Bürtlmair auch bei der Produktionstechnik, bei der er neuerdings als einer der ersten Anwender auf das hochpräzise Hartfräsen von gehärteten Formeinsätzen mit modernster Werkzeugmaschinentechnik setzt.

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Kern Pyramid Nano Hochpräzisions-Bearbeitungszentrum.

Kern Pyramid Nano Hochpräzisions-Bearbeitungszentrum.

Die PKT Präzisionskunststofftechnik Bürtlmair Gesellschaft m.b.H. aus Kremsmünster hat für einen bekannten deutschen Brillenhersteller das so genannte switch-it-System perfektioniert, mit dem der Brillenträger die beiden Bügel und das Mittelteil einfach an die Brillengläser einclipst. Der Kunde kann also die Farbe oder das komplette Design seiner Brille problemlos selbst wechseln. Hermann Bürtlmair, geschäftsführender Gesellschafter: „Nun kann beispielsweise eine Frau zu einem Kleid die passende Brille tragen. Es gibt daher zur Brille eine Vielzahl von Bügelsets.“ Das Plus: Der Kunde oder die Kundin kann jederzeit das Aussehen der Brille verändern, ohne die meist sehr teuren Gläser neu bestellen zu müssen.

Brillen-Spritzgießen ohne Nachbearbeitung

Kunststoffbauteile für Brillen entstanden bisher sehr aufwändig durch Spritzgießen sowie nachträgliches Glanzscheuern und Lackieren. Die Genauigkeit im µm-Bereich ist ein wichtiger Faktor – sonst schnappen die Kunststoffteile irgendwann nicht mehr ein. Die Aufgabe von PKT besteht also darin, hochpräzise Formen zu produzieren, mit denen sich die Brillenelemente ohne jegliche Nachbearbeitung spritzgießen lassen. Die Herstellung der dazu nötigen gehärteten Formeinsätze fiel ebenfalls sehr aufwändig aus: PKT fräste sie zunächst auf einem Bearbeitungszentrum, erodierte sie und polierte sie anschließend manuell.

Die drei Bearbeitungsgänge übernimmt seit kurzem ein Hochpräzisions-Bearbeitungszentrum von der deutschen Kern Micro- und Feinwerktechnik GmbH+Co. KG. Es handelt sich um die neu entwickelte Maschine Kern Pyramid
Nano, die das Unternehmen als Meilenstein in der Höchstpräzisionsbearbeitung bezeichnet, das eine Genauigkeit von +/- 1 µm erreicht. Hydrostatische Antriebe und Achsführungen arbeiten auf 300 Nanometer (Positionsstreubreite) exakt. Eine Heidenhain-Steuerung des Typs iTNC 530 smarT.NC übernimmt das Regeln der hochpräzisen Antriebe. Kern-Geschäftsführer Rudi Riedel bezeichnet die neue Maschine als das genaueste Bearbeitungszentrum des Unternehmens.

Der Umstieg vom Fräsen und Feinerodieren auf das Hartfräsen hat sich für PKT gelohnt. Laut Bürtlmair bestehen die Vorteile „in einer wesentlichen Zeiteinsparung und besserer Oberflächengüte, wodurch auch der Aufwand für manuelles Polieren sank bzw. sogar komplett entfiel.“

Polierzeit sank von Stunden auf Minuten

Die Pyramid Nano von PKT erhielt wegen des höheren Drehmomentes eine Spindel, die nicht mit einer Drehzahl von 40.000, sondern mit max. 36.000 U/min arbeitet. Das Unternehmen entschied sich außerdem für eine Version, die sich in der Z-Achse um bis zu 400 mm verfahren lässt (X- und Y-Achse: jeweils 500 mm Verfahrweg). Die Experten setzen ein Hirschmann-Spannsystem ein, mit dem sie bereits in ihrer Erodiermaschine gute Erfahrungen gemacht haben.

Bürtlmairs Sohn Michael arbeitet seit Mai 2007 mit der Maschine und freut sich darüber, dass die Umstellung wegen der eingesetzten Heidenhain-Steuerung leicht fiel. Alle PKT-Werkzeugmaschinen arbeiten mit dieser Steuerung. Michael Bürtlmair: „Das Polieren entfällt weitestgehend. Das Polieren für ein typisches Formnest dauerte früher bis zu drei Stunden, jetzt sind es rund zehn Minuten.“ Nun handelt es sich bei den Brillenbügeln aber nicht mehr um ein Zweifach- sondern um ein Zwölffach-Werkzeug. Der Zeitaufwand für die Nachbearbeitung wäre also fast auf eine Woche angestiegen. Hinzu kommt bei dem Zwölffach-Werkzeug die Gefahr, dass die scharfen
Kantenübergänge wegpoliert werden. Firmenchef Bürtlmair: „Ich gewinne nicht nur Produktionszeit, sondern auch höhere Teilequalität.“

Der Werkzeugaufwand nahm ab: PKT benötigte zum Fräsen eines Zwölffach-Werkzeuges nur noch zwei Fräser – vorher wären es sechs bis acht Fräser und bis zu drei oder vier Elektroden für das Funkenerodieren gewesen. Die Oberösterreicher waren von dem Ergebnis so begeistert, dass sie die Bauteile und die Werkzeugeinsätze dem Unternehmen Kern für ihre Messeauftritte, z. B. an der letzten Metav, zur Verfügung stellten.

Es handelt sich um Spritzgießteile aus Polyamid 12, einem typischen Kunststoff der Brillenindustrie, der sich durch hohe Festigkeit bei gleichzeitiger Elastizität auszeichnet. Der Formeinsatz besteht aus einem hochfesten Stahl (1.2767 bzw. K 600) mit einer Härte von rund 54 HRC. Der Stahl besitzt allerdings, dank elektrolytischem Aufschmelzen, einen höheren Reinheitsgehalt und zeichnet sich durch gute Poliereigenschaft aus. Bürtlmair: „Er lässt sich hervorragend auf der neuen Kern Maschine bearbeiten.“ PKT verwendet dabei beschichtete Hartmetallwerkzeuge und CBN-Fräser von Mitsubishi und Karnasch für die Endbearbeitung. Das Kühlen der Werkzeuge geschieht wahlweise mit Kühlschmiermittel- bzw. Minimalmengenschmierung oder mit Druckluft. „Als genial sehe ich dabei die Temperierung des Kühlmediums an“, erklärt der Firmeninhaber. „Das könnten auch die Hersteller von Standardmaschinen übernehmen, denn beim Schruppen erhitzen sich Werkstück und damit Kühlmedium manchmal schon enorm.“

Erarbeiten neuer Bearbeitungsprozesse

Wie lief die Umstellung auf das Hochpräzisionsfräsen ab? Gab es Hilfestellung? „Wir erhielten Tipps, welche Fräswerkzeuge in Frage kommen“, erklärt Michael Bürtlmair. „Aber die Feinheiten stammen schon von uns.“ Sein Vater ergänzt: „Werkzeuge sind eigentlich immer wieder kleine Erfindungen, bei
denen die Anforderungen immer höher ausfallen. Dieses Know-how erarbeitet sich im Prinzip jeder Werkzeugbauer selbst.“ Den Maschinenbauer bezeichnet er dabei als einen kooperativen Partner, der seinem Betrieb Hilfestellung in jeder Hinsicht gibt. Im nächsten Schritt will sich PKT mit seiner Unterstützung in das simultane Fünf-Achs-Fräsen einarbeiten, während das Fünf-Achs-Fräsen mit angestellten Achsen bereits einwandfrei klappt.

Beim Erarbeiten neuer Bearbeitungsprozesse setzt PKT auf die integrierte Messtechnik mit einem Blum-Laser (Werkzeugvermessung) und Renishaw-Taster (Werkstückvermessung). Das eigentliche Vermessen der Werkzeuge findet immer in den Maschinen statt. Bürtlmair: „Weil ich mit dem Laser auch noch den Fräser vermesse, komme ich auf erstaunliche Oberflächenqualitäten und Kantenübergänge, die ich dort sonst nie erziele. Wenn ich nämlich sonst mit dem Fingernagel über das Werkstück drüber gehe, erkenne ich sogar feinste Unebenheiten. Aber ich spüre nun nichts mehr.“ Für das Vermessen der Spritzgießteile plant PKT allerdings den Kauf einer externen Messstation und nimmt dabei momentan neue Verfahren wie die Computertomographie unter die Lupe. Die Zielrichtung: Im Rahmen der Konturrückführung Werkzeuge zu korrigieren.

Temperatur-Management eingebaut

Der Maschinenbauer setzt neuerdings – wie immer mehr Hersteller – auf ein ausgetüfteltes Kühlmanagement und ausgelagerte Wärmequellen, die alle außerhalb der Maschine liegen. Für Anwender wie PKT ein enormer Vorteil: Das Unternehmen versucht zwar, den Werkraum auf möglichst gleichem Temperaturniveau zu halten. Das gelinge aber weder bei den hohen Temperaturen im Sommer, noch bei der eisigen Kälte des Winters. Im Prinzip reiche laut Hermann Bürtlmair schon das kurzzeitige Öffnen eines Tores, um die Temperatur zu verändern. „Wir nutzen daher gerne die Temperaturstabilität, die uns die Maschine im Gegensatz zu anderen Bearbeitungszentren bietet“, erklärt
er. Schwingungen, die durch Bearbeitungen in der Maschine oder durch äußere Einflüsse verursacht werden, absorbiert das Maschinenbett aus dem neuen Werkstoff Armorith.

Wie schnell amortisiert sich eine derartige Investition? Das lässt sich seiner Ansicht nach schlecht sagen, denn der Firmengründer hat die Maschine nicht nur wegen der wirtschaftlicheren Fertigung gekauft. „Mir ging es in erster Linie darum, eine Qualität zu bieten, bei der insbesondere Billiganbieter aus dem Ausland nicht mithalten können“, erklärt Bürtlmair. „Da kann ich es mir schon mal leisten, sie ein paar Tage stehen zu lassen.“


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