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Fertigungstechnik

Keine Angst vor komplexen Bauteilen

Bei zahnmedizinischen Instrumenten geht ein Trend zu höherer Variantenvielfalt und kleineren Serien. Die Sirona Dental Systems reagiert darauf mit dem Einsatz eines neuen Fräs-/Drehzentrums. Die Folgen: Durch kurze Rüstzeiten sind schnelle Produktwechsel möglich, außerdem lassen sich komplexe Bauteile in nur einer Aufspannung prozesssicher fertigen.

Roland Weber hat die Hand am Puls des Marktes. Der Leiter Prozessplanung & Produktion im Geschäftsbereich Instrumente bei Sirona Dental Systems in Bensheim kommt zu einer klaren Diagnose: „Bei unseren energiegetriebenen, handgehaltenen Instrumenten stellen wir fest, dass die geforderte Präzision zunimmt. Die Durchmesser- und Längenmaßtoleranzen, aber auch Form- und Lagetoleranzen werden immer enger, was mit den sehr hohen Drehzahlen zusammenhängt, die zuverlässig übertragen werden müssen. Zum anderen äußern unsere Kunden häufiger spezielle Wünsche, was Funktionen und Design anbelangt. Auf diese müssen wir schnell reagieren können, was wiederum geringere Stückzahlen und häufigere Produktwechsel zur Folge hat.”

Komplettfertigung auf der Wunschliste
Die Produktionsverantwortlichen bei Sirona überprüfen daher permanent Prozesse und Maschinen und suchen Verbesserungsmöglichkeiten. Für komplexe Bauteile, zur Herstellung von Dentalinstrumenten, beobachten sie bereits seit ein paar Jahren die Komplettfertigung auf Fräs-/Drehzentren, die Rüstzeiten senken und die Präzision erhöhen sollen. Anstatt der herkömmlichen Produktion in einer Prozesskette vom formgebundenen Rohteil über Drehmaschine und Bearbeitungszentren, eventuell sogar Handbearbeitung, soll das Teil komplett von der Stange gefertigt werden.

Die Wahl der richtigen Maschine nahm schließlich einige Zeit in Anspruch. Roland Weber erklärt: „Zum einen hatten wir natürlich das ureigenste Interesse, die am besten geeignete Maschine zu finden. Zum anderen ist die Sirona Dental Systems Inc. seit der Übernahme des US-Röntgenspezialisten Schick Technologies an der US-Technologiebörse Nasdaq notiert und unterliegt bei größeren Investitionen gewissen Vorschriften. Das heißt, wir sind verpflichtet, mindestens drei vergleichbare Angebote einzuholen und die Wirtschaftlichkeit der Investition nachzuweisen.” Markus Schröder, Gruppenleiter Teilefertigung, ergänzt: „Wir hatten seit der EMO 2005 ein Auge auf die Mori Seiki NT3100 geworfen, deren Konzept mit gleichwertigem Drehen und Fräsen in einer Maschine uns sehr imponierte. Allerdings gab es auch noch andere Angebote, die wir prüfen wollten.”

Das Team um den Projektleiter Markus Schröder definierte schließlich zwei Abnahmeteile, die alle Schlüsselmerkmale enthielten. Hauptkriterium war die Präzision. Winkelstücke sind motorgetrieben und müssen über ein Getriebe Drehzahlen bis zu 200 000 min-1 übertragen. Um die Laufgeräusche nieder und die Lebensdauer hoch zu halten, sind exakte Passungen notwendig. Ein wichtiger Entscheidungspunkt war außerdem der jeweilige Ratioeffekt, der über eine sogenannte EVA-Rechnung festgestellt wurde. Der Economic Value Added (EVA) ist eine Messgröße aus der Finanzwirtschaft, um die Vorteilhaftigkeit einer Investition zu berechnen.

Schnelle Entscheidung für die Details
Bereits in der ersten Entscheidungsrunde trennte sich schnell Spreu vom Weizen, denn nicht alle Maschinenkonzepte konnten die Erwartungen von Sirona erfüllen. Dafür ging es anschließend in den Details zur Sache. Kriterien wie Referenzen, Erfahrung im Markt, Serviceleistungen, Qualifikationsniveau des Engineering etc. wurden ebenso betrachtet wie die technischen Merkmale.

Letztendlich entschieden sich die Verantwortlichen für eine Mori Seiki NT 3100DCG / SZ1000. Herausragendes Merkmal der NT-Serie ist, dass sie Drehen und Fräsen kombiniert. Drehzahlen von bis zu 12 000 min-1 an der Frässpindel und bis zu 6 000 min-1 an den Drehspindeln sind bei der NT-Serie möglich. Der Rahmenständer in Box-in-Box-Bauweise, Antriebe im Schwerpunkt (DCG-Technologie) und der in den Revolver integrierte Antriebsmotor sorgen zudem für hohe Leistungsfähigkeit und Stabilität. Sie sorgt für weitere Vorteile: So lassen sich die Geschwindigkeiten erhöhen, ohne Vibrationen zu erzeugen und Einbußen bei der Oberflächengüte zu verursachen. Auch die Werkzeugstandzeit erhöht sich deutlich, was bei teuren Spezialwerkzeugen ein beachtlicher Kostenfaktor ist.

Die von Sirona angeschaffte Maschine erlaubt eine Stangendurchführung durch die Spindel bis zu 52 mm Durchmesser und eine Drehlänge bis zu 1 000 mm. Sie ist mit einer Gegenspindel und einem Revolver mit integriertem Antriebsmotor ausgestattet. Die Frässpindel wird aus einem 40er Kettenmagazin bestückt. Zudem statteten die Bensheimer ihre NT mit Öl-Hochdruckkühlmittelanlage mit 70 bar, Absaugung und Feuerlöschanlage aus.

Das Pflichtenheft war ausgesprochen detailliert. Roland Weber erinnert sich: „Bis zur Endabnahme war es ein hartes Stück Arbeit, das die Mori-Seiki-Anwendungsspezialisten zu leisten hatten. Aber die erreichten Erfolge rechtfertigen unsere Entscheidung. Gerade durch die vollwertige Frässpindel, ihre Werkzeugvielfalt und den Verfahrbereich in der Y-Achse von +/-125 mm können wir Bauteile komplett fertig bearbeiten, die sich selbst auf mehreren Maschinen nur unter großem Aufwand hätten produzieren lassen. Ganz zu schweigen von den reduzierten Rüstzeiten.” Während früher über mehrere Prozessschritte sehr hohe Rüstzeiten anfielen, konnte bei der NT 3100DCG der gesamte Rüstzyklus inklusive Messen um bis zu 80% gesenkt werden. Da rechnet sich auch die Produktion kleiner Serien.

Seit über einem Jahr ist das Bearbeitungszentrum nun voll in den Sirona-Produktionsbetrieb integriert. Die Erfahrungen sind durchwegs positiv. Denn auch bei den Bearbeitungszeiten wird gespart. Vor allem durch den hohen Fräsanteil der Abnahmeteile konnten deutliche Reduzierungen der Bearbeitungszeiten realisiert werden. Praktiker Markus Schröder hebt zudem die Prozesssicherheit hervor: „Wir können uns in einem wesentlich geringeren Toleranzfeld bewegen und reduzieren durch die Stabilität des Prozesses unsere Qualitätskosten. Durch die bisher gewonnen Erfahrungen zeigt sich schon jetzt, dass neue Designlösungen von den vielseitigen Möglichkeiten des Fräs-/Drehzentrums profitieren.”