Genau dieser Frage widmet sich das Firmen-Trio BCE Special Ceramics GmbH, der Kramski GmbH und der Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH. Gemeinsam forschen sie an innovativen Ansätzen für den Spritzgusswerkzeug- und Formenbau.

Die Partner

- Kramski in Pforzheim ist globaler Lösungsanbieter für technologisch anspruchsvolle Stanztechnik und Spritzgusstechnik mit weltweit ca. 700 Mitarbeitern. Das Unternehmen leistet einen essenziellen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit seiner Kunden, indem es Präzision und persönliche Beratung in den Fokus setzt. Mit der ständigen Weiterentwicklung von Produkten und der Werkzeugtechnologie begegnet Kramski mit seinem hochmodern ausgestatteten Werkzeugbau den Herausforderungen von morgen. Tätigkeitsbereiche umfassen die Mobilitätsbranche, Leistungselektronik, Medizintechnik, Telekommunikation, Energie- und Umwelttechnik sowie verschiedene Industrieanwendungen.

Jörg Carle, Technischer Geschäftsführer erklärt: „Wir produzieren rund drei Milliarden Teile im Jahr in höchster Präzision, zum großen Teil Steckkontakte für die Automobilindustrie aber auch sehr kleine, filigrane Teile für Hörgeräte oder Blutzuckermessgeräte und Ähnliches in der Medizintechnik.“ Keramik ist bei Kramski kein unbekannter Werkstoff, im Gegenteil. „Unter anderem bei Spritzgusswerkzeugen, bei denen beispielweise Materialanhaftungen ein Problem werden können, greifen wir auf Keramikbeschichtungen zurück. Von daher erhoffen wir uns bei den gemeinsamen Versuchen mit BCE und Zecha, dass man auf Dauer direkt auf Keramikeinsätze zurückgreifen und sich damit den Beschichtungsvorgang sparen kann“, verrät Jörg Carle, Technischer Geschäftsführer. Selbstverständlich ist auch Verschleiß ein großes Thema im Formenbau – nicht zuletzt beim Einsatz von glasfaserverstärkten Kunststoffen. „Selbst wenn wir bei den Stählen im Bereich von > 54 HRC unterwegs sind, kommt es gerade im Bereich der Anspritzpunkte oftmals zu enormem Verschleiß. Das führt dazu, dass Grate am Bauteil entstehen, die unbedingt zu vermeiden sind, zumal sie letztlich zu übermäßigen Wartungen am Betriebsmittel führen. Für das 16-fach-Werkzeug, das wir im aktuellen Projekt optimieren möchten, planen wir, eine Kavität in Keramik auszuführen und damit Versuche zu fahren“, erläutert Carle weiter. Und da ist ein keramikerfahrener Experte wie die BCE Special Ceramics GmbH der ideale Partner.

- BCE Special Ceramics hat ihren Sitz in Mannheim und ist auf die Fertigung technischer Keramik spezialisiert. Gefertigt werden ausschließlich kundenspezifische, meist sehr komplexe Bauteile aus Hochleistungskeramiken auch in kleinen Stückzahlen. Das Unternehmen wurde 1986 durch Hermann Bertsch gegründet, ist also seit fast vier Jahrzehnten erfolgreich am Markt tätig und entwickelte sich zu einem mittelständischen Unternehmen mit heute rund 30 Mitarbeitern. BCE verfügt über moderne Fertigungs- und Messtechnologien und ist seit 2001 nach der aktuell geltenden Norm DIN ISO 9001:2015 zertifiziert. Verarbeitet werden sowohl die Oxidkeramiken Aluminiumoxid (Al2O3) und Zirkonoxid (ZrO2), als auch deren Mischoxide ATZ (Alumina Toughened Zirconia) und ZTA (Zirconia Toughened Alumina). Die richtige Werkstoffwahl im Hinblick auf die kundenspezifische Anwendung und die Fertigungsmöglichkeiten sind ein wesentlicher Bestandteil der Beratung.

„Bei uns wird nicht blindlings nach Kundenzeichnung gefertigt, sondern wir hinterfragen, was das Teil beim Kunden im Einsatz können soll und muss und vor allem, welche Bedingungen dort vorherrschen. Dahingehend wird erst einmal die Geometrie aus der Anfrage überprüft und bewertet, ob es überhaupt sinnvoll ist, das Bauteil so in Keramik zu fertigen. Gegebenenfalls überarbeiten wir die Geometrie mit dem Kunden und schlagen schließlich die passende Keramik vor. Denn die Werkstoffgruppe Keramik ist genauso mannigfaltig wie Kunststoffe oder Metalle. Alleine wir bei BCE können hier zwischen 20 Keramiksorten und Qualitäten wählen“, erklärt Torsten Prescher, Anwendungstechniker bei der BCE Special Ceramics. Zudem hat das Unternehmen seit über 10 Jahren mit insgesamt drei diplomierten Werkstoffwissenschaftlern, alle aus den Fachbereichen Keramik bzw. Metallurgie, die volle Keramik-Kompetenz in der Führungsebene etabliert.

- Zur Bearbeitung ultraharter Werkstoffe Speziell für anspruchsvolle Anwendungen in der Bearbeitung von gesinterter Keramik und Hartmetall hat Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation den Marlin 3D entwickelt. Dank modernster Lasertechnologie werden hochharte Schneidstoffe wie PKD und CVD mit bis dato nicht realisierbaren Werkzeuggeometrien versehen. Aufgrund der Nutzung von Lasern können diese Geometrien noch filigraner, präziser und komplexer ausgelegt werden. Indem die Geometrie extrem präzise abgestimmt wird, ergibt sich eine höhere Effizienz, was sich in einer exzellenten Kantenausbildung, genauen Maßen und Formen sowie einer hervorragenden Oberflächenqualität des Bauteils widerspiegelt. So lassen sich Torusfräser, 6 mm im Durchmesser und mit 42 Schneiden, innerhalb der Marlin 3D Laser Serie umsetzen und sind nur ein Beispiel für die nahezu endlosen Möglichkeiten, die sich durch die Lasertechnologie ergeben. „Mit unseren 3D-Fräsern ergeben sich auch für die Keramikbranche gewisse Vorteile: So ist man bei der Bearbeitung nicht mehr nur auf das Schleifen beschränkt. Vielmehr können wir nun durch eine fräsende Bearbeitung, Spiegelglanz-Oberflächen oder filigrane Konturen im µm-Bereich erzielen“, so Stephen Rapp , Produktmanager bei Zecha.

Fazit

„Besonders interessant in einem solchen Projekt ist, dass man die Werkzeuge im konkreten Anwendungsfall sieht und damit Dinge möglich macht, die dem Kunden erhebliche Vorteile bringen – wie beispielsweise längere Standzeiten aber eventuell auch reduzierte Taktzeiten durch schnelleres Abkühlen des Spritzgusswerkzeugs. Was ich bisher von den 3D-Fräsern gesehen habe, ist beeindruckend und bringt die Keramikbearbeitung auf ein neues Level. Da die Mehrheit der Keramiksorten nicht leitfähig und daher durch Senkerosion nicht bearbeitbar sind, ist die fräsende Bearbeitung im gesinterten Zustand ein enormer Vorschritt und öffnet neue Märkte wie beispielsweise Applikationen im Formenbau. Wir müssen zwar komplett umdenken, vom Schleifen mit Diamant belegten Scheiben hin zur Frästechnik mit definierten Schneiden und gerade in Sachen Zerspanungsparameter müssen wir uns noch dort hineinfuchsen – aber ich setze große Hoffnungen in die Performance der Marlin 3D-Werkzeuge von Zecha“, so der Anwendungstechniker bei BCE, Torsten Prescher. Auch Jörg Carle sieht den Einsatz der Zecha-Werkzeuge als großen Vorteil: „Wenn wir in höchster Oberflächenqualität µm-genau auf der Fräsmaschine bearbeiten, können wir schon bei der Fertigung der Formeinsätze einiges an Zeit und letztlich Geld einsparen!“

www.zecha.de