Kern Micro HD und duktiler Schnitt begeistern bei Doceram

Die Kern Micro HD steht bei dem Keramikspezialisten Doceram zentral und gut geschützt. Sie fertigt prozesssicher härteste Keramikbauteile mit höchsten Oberflächenanforderungen in einer Aufspannung.

Bereits im Jahr 1995 hat sich die Moeschter Group als Spezialist für Hochleistungswerkstoffe zusätzliches Keramik-Know-how ins Haus geholt und daraus die Geschäftseinheit Doceram gebildet. Der überproportional wachsende Bereich ist heute auf allen Kontinenten und in zahlreichen Branchen für die Bearbeitung von Hochleistungskeramiken bekannt. Dazu zählen neben der Automobilindustrie auch der Maschinen- und Anlagenbau sowie die Medizintechnik, der Vorrichtungsbau, die Luftfahrt, Uhren/Schmuck und rund 20 weitere. Vorteile der Werkstoffgattung Keramik gibt es viele. Denn Bauteile aus diesem Material sind extrem hart, steif und verschleißarm, elektrisch sowie thermisch isolierend und chemisch resistent.

Der Serienanlauf neuer Hartkeramik-Produkte gelingt bei Doceram dank des High-End-Bearbeitungszentrums Kern Micro HD stets mit viel weniger Einstellteilen, als das früher möglich war.

Vanessa Förster
Bereichsleitung Operations bei Doceram

„Um optimales Gleitverhalten oder Dichtheit zu gewährleisten, können die Oberflächen fast nicht glatt genug sein. Mit der Kern Micro HD und dem duktilen Schnitt erreichen wir beim Fräsen prozesssicher einen Ra von 0,05 µm. Das haben wir bisher nur durch zusätzliches Gleitschleifen, Läppen oder Honen geschafft.“

Anspruchsvolle Bearbeitung

Keramik ist jedoch teuer, und die Bearbeitung gilt als extrem anspruchsvoll. Beschädigungen wie Risse oder Abplatzer würden bei keramischen Produkten zum Bauteilversagen führen, da hierdurch eine Rissausbreitung initiiert ist. Zudem müssen die Teile mit höchster Präzision gefertigt werden. Eine Herausforderung, der sich nicht viele Unternehmen stellen. „Für die Bearbeitung von Keramik braucht man viel Know-how. Wir haben unsere Expertise über eine Zeit von fast 30 Jahren aufgebaut und daher die Fertigungsprozesse zuverlässig im Griff. Dank unserer jüngsten Investition in die Kern Micro HD noch besser als je zuvor“, unterstreicht Stefan Veltum, technischer Leiter bei Doceram.

Bis Anfang 2023 setzte Doceram primär auf den traditionellen Herstellungsprozess. Dieser sieht nach dem Fräsen und Sintern noch Schleifen, Läppen oder Honen vor, um die notwendige Genauigkeit und Oberflächengüte zu erreichen. Damit verbunden war eine gewisse Einschränkung in der wählbaren Form der Bauteile, und trotz aller Expertise war die Ausschussrate bei der Hartbearbeitung höher als heute. Zudem lief der Fertigungsprozess meist über mehr als einen Tag, da die Bauteile teils zwei bis dreimal auf verschiedene Maschinen umgespannt werden mussten.

Der Serienanlauf neuer Hartkeramik-Produkte gelingt bei Doceram dank des High-End-Bearbeitungszentrums Kern Micro HD stets mit viel weniger Einstellteilen, als das früher möglich war.

Keramikbauteile in einer Aufspannung herstellen

Den Wunsch, Keramikbauteile in einer Aufspannung herzustellen, hatten die Mitarbeiter von Doceram schon lange. Einzig, ihnen fehlte die geeignete Technologie. Als Mitte des Jahres 2022 wachstumsbedingt weitere Investitionen anstanden, machte sich Stefan Veltum gemeinsam mit Vanessa Förster, Bereichsleitung Operations, auf die Suche nach einem neuen Bearbeitungszentrum. „Wir wussten, dass die 5-Achs-Fräsmaschinen von Kern im Höchstpräzisionsbereich einen sehr guten Ruf genießen“, berichtet Förster und ergänzt: „Dementsprechend nahmen wir mit Michael Bette, dem für uns zuständigen Kern-Vertriebsingenieur, Kontakt auf.“

Kurze Zeit später präsentierte Bette gemeinsam mit Kern-Technologieleiter Marvin Gröb in Dortmund, wie Hartkeramik-Bearbeitung mit dem Präzisions-5-Achs-Zentrum Kern Micro HD und dem patentierten Schnittmodus funktionieren kann. Anschließend wurden in Kooperation Musterteile gefertigt, die voll überzeugten. Das Gesamtpaket von Kern Microtechnik umfasst die Kern Micro HD, eine Vollautomatisierung mit dem Erowa Robot Compact 80, eine Comat-Filteranlage zur zuverlässigen Entfernung der Keramikschlämme, die In-Prozess-Messung mit einem Blum TC52 LF Messtaster und vieles mehr. Neben der umfangreichen Applikationsberatung heben Veltum und Förster in besonderem Maße den von Kern-Ingenieuren entwickelten duktilen Schnitt hervor, der eine fließende Spanabtragung bei spröder Keramik ermöglicht.

Bei der Produktion dieses Hartkeramik-Testbauteils mit 48 M4-Gewindebohrungen auf der Kern Micro HD waren die Spezialisten von Doceram u. a. vom geringen Werkzeugverschleiß beeindruckt. Selbst nach zwei Testblöcken waren die Werkzeuge noch scharf.

Infos zum Anwender

Doceram ist eine eigenständige Geschäftseinheit der Moeschter Group, die sich mit der Entwicklung, Herstellung und dem Vertrieb von Hochleistungswerkstoffen befasst. Doceram stellt den Werkstoff Industriekeramik in den Mittelpunkt seiner Entwicklungen und ist spezialisiert auf Bauteile und Baugruppen aus Hochleistungskeramiken, die in rund 25 verschiedenen Branchen eingesetzt werden.

Absolut prozesssicher

Seit Ende des ersten Quartals 2023 ist die Kern Micro HD bei Doceram in Betrieb und wird von den Mitarbeitern gerne als „Königin“ bezeichnet. Sie ist zentral in der Fertigung platziert und begeistert die Belegschaft auch noch nach mehr als einem Jahr Einsatz. Entscheidend dafür ist unter anderem, dass sich tatsächlich alle Keramikwerkstoffe in einer Aufspannung bearbeiten lassen. Sämtliche Silikat- und Oxid-Keramiken ebenso wie die von Doceram eigenentwickelten Materialien Cerazur und EvoCera. Bei EvoCera handelt es sich um eine duktile Keramik, deren maximale Belastung bis zum Bruch sich mittels FEM exakt berechnen lässt.

Und auch die zuverlässige Bearbeitung der Nicht-Oxid-Keramikgruppe, zu denen beispielsweise Siliziumnitrit gehört, stellt für die Dortmunder Keramikprofis kein Problem mehr dar. „Dieses Material ist extrem hart, einzigartig leicht, temperaturwechselbeständig und antihaftend“, erläutert Veltum. „Leider ist es aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften sehr teuer und zudem besonders schwierig zu bearbeiten. Dank der Kern Micro HD zerspanen wir dieses Material jetzt absolut prozesssicher.“

Dabei funktioniert der Serienanlauf mit viel weniger Einstellteilen, als das früher möglich war. Denn die von Kunden geforderten Ergebnisse in puncto Präzision und Oberflächengüte werden schnell erreicht. Selbst bei größeren Serien im hohen vierstelligen Bereich bleibt die Prozesssicherheit durchgängig erhalten. Nach Zahlen zur produzierten Qualität gefragt, erklärt Vanessa Förster, dass die Genauigkeitswerte in ihrem Marktsegment nur selten unter einem hundertstel Millimeter liegen müssen. „Da haben wir mit dieser Maschine einen großzügigen Puffer“, freut sie sich. Bei der Oberflächengüte sieht das anders aus. „Um optimales Gleitverhalten oder Dichtheit zu gewährleisten, können die Oberflächen fast nicht glatt genug sein“, sagt die Operations-Bereichsleiterin: „Mit der Kern Micro HD und dem duktilen Schnitt erreichen wir beim Fräsen prozesssicher einen Ra von 0,05 µm. Das haben wir bisher nur durch zusätzliches Gleitschleifen, Läppen oder Honen geschafft.“

Schnelle Amortisierung

Doceram produziert zahlreiche hochpräzise Keramikprodukte wie Zentrier- und Positionierstifte für die Automobilindustrie, die meist unter Geheimhaltung stehen. Eine Ausnahme bildet die MIG/MAG-Schweißdüse aus Siliziumnitrit: Gegenüber ihrer Alternative aus preiswerterem Kupfer weist die Keramikdüse eine deutlich längere Standzeit auf und muss viel seltener ausgetauscht werden. Da sie primär in großen, automatisierten Schweißanlagen zum Einsatz kommt, amortisiert sich die Keramikvariante in kürzester Zeit.

Die Herstellung dieser Schweißdüse klappt mit der Kern Micro HD ebenso problemlos wie die Produktion eines Testbauteils mit 48 M4-Gewindebohrungen. Es gab bei dieser Bearbeitung nur sehr wenig Werkzeugverschleiß. „Selbst nach der Bearbeitung von zwei Testblöcken waren die Werkzeuge noch scharf“, schildert Veltum. Dabei freut sich der technische Leiter nicht nur über die gleichbleibend hohe Prozessqualität der Königin. Sie scheint auch gegen abrasiven Keramikschlamm extrem gut geschützt zu sein. Von Langzeiterfahrung will er dabei nach einem Jahr Einsatzzeit natürlich nicht reden, aber die Erläuterungen von Kern sind für ihn überzeugend.

Mehr als zufrieden

„Generell sind unsere Führungen dank der einzigartigen Mikrospalt-Hydrostatik kaum anfällig für Verunreinigungen. Zudem haben wir Abdeckungen eingebaut, die jegliches Verschmutzen verhindern“, erläutert Kern-Vertriebsleiterin Verena Lindner. Zur Beweisführung hat Kern bei einer Testmaschine nach einer knapp zweijährigen Keramik-Bearbeitungsphase das Hydrauliköl der Führungen untersucht. Das Ergebnis: null Kontamination. „Wir sind mehr als zufrieden“, lautet das Fazit von Stefan Veltum und Vanessa Förster. Und in die Zukunft gedacht, zeigen sie sich nicht abgeneigt, in ein zweites Präzisions-5-Achs-Zentrum von Kern zu investieren: „Dann haben wir halt zwei Königinnen in unserem Unternehmen.“