Alles aus einer Hand
Wie Fertigungstiefe und Innovationen zu einer schlankeren Produktion führen
Die Serienfertigung komplexer Bauteile stellt höchste Anforderungen an Technologie, Effizienz und Qualität.
Die Zimmer Group beweist in einem aktuellen Projekt ihre Kompetenz, den gesamten Prozess zur Herstellung eines Sensorbauteils zur Grenzstandmessung über einen Vibrationsgrenzschalter (Schwinggabel) inhouse abzubilden.
Mit einem umfassenden Ansatz „alles aus einer Hand“ demonstriert das Unternehmen eindrucksvoll, wie interdisziplinäres Know-how zu herausragenden Ergebnissen führt.
Serienfertigung filigraner Metallbauteile
Im Mittelpunkt standen von Beginn an die Anforderungen des Kunden: Die Schwinggabel sollte hochpräzise und kosteneffizient gefertigt werden. Die komplexe Geometrie machte konventionelle Verfahren schnell unbrauchbar – zu teuer, zu langwierig, zu unflexibel bei engen Toleranzen. Die Lösung: Metallpulverspritzguss (Metal Injection Molding – MIM). Dieses Verfahren erlaubt die wirtschaftliche Herstellung komplexer Metallteile mit engen Toleranzen in großen Stückzahlen. Doch auch mit MIM war eine durchdachte Prozesskette nötig, um Effizienz und Qualität zu gewährleisten – mit moderner Technologie und interdisziplinärer Expertise.
Nahtloser Prozess – alles im Haus
Das Projekt begann mit der Konstruktion des Spritzgusswerkzeugs. Dank langjähriger Erfahrung im Werkzeugbau konnte höchste Präzision sichergestellt werden – entscheidend für das MIM-Verfahren. Der sogenannte Feedstock, ein Gemisch aus Metallpulver und Kunststoff, wird in einer Spritzgussmaschine plastifiziert und in das Werkzeug eingespritzt. So entsteht das „Grünteil“, das bereits die finale Form vorgibt.
Bei Verfahren wie MIM stehen automatisierte Abläufe im Fokus. Die Entnahme der empfindlichen Grünteile erfolgt vollautomatisch durch die intern entwickelte Roboterzelle ZiMo. Diese ist mobil, kompakt und flexibel an verschiedenen Maschinen einsetzbar. Ausgestattet mit einem Greifer der Serie GP und 3D-gedruckten, temperaturstabilen Komponenten aus glasfaserverstärktem Polyamid, können auch heiße, empfindliche Grünteile sicher gehandhabt werden – ohne Beschädigung. Der Greifer wurde durch diese maßgeschneiderten Komponenten optimiert, sodass ein gleichzeitiges Greifen und Entnehmen des Werkstücks ermöglicht wird.
Die Entnahme aus der Spritzgießmaschine erfolgt durch die ZiMo-Roboterzelle mit Hilfe eines Standardgreifers der GP-Baureihe, dessen Greifbacken und Roboterschnittstelle im 3D-Druckverfahren entwickelt wurden.
Für die Bearbeitung der Werkstücke kommt wieder ZiMo zum Einsatz. Dank des modularen Aufbaus ist dieser schnell mit zwei Greifer der Serie GPD5000 ausgestattet.
Katalytische Entbinderung und Sintern
Der nächste Schritt ist die Entfernung des Binders im Grünteil. Beim katalytischen Entbindern werden die noch empfindlichen Schwinggabeln im speziellen Ofen rauchender Salpetersäure ausgesetzt. Die Säure reagiert mit dem Kunststoffbestandteil des Feedstocks, welcher dann rückstandsfrei verbrannt wird. Übrig bleibt das sogenannte Braunteil, das nun eine poröse Struktur aufweist.
Im Sinterofen werden die Braunteile zunächst bei Temperaturen bis ca. 500°C thermisch entbindert. Vereinfacht gesagt: der Restbinder, der die feinen Metallpulverpartikel zusammenhält, wird thermisch zersetzt. Bei diesen Temperaturen fangen die Metallpulverpartikel an sich zu verbinden und bilden sogenannte Sinterhälse aus, die dem Bauteil Stabilität geben. Anschließend werden die Teile auf ca. 1.350°C erhitzt. Hierbei verdichten sich die Metallpartikel, die Poren schließen sich, und das Bauteil erreicht eine Dichte von über 97 % der theoretischen Materialdichte. Die Schwinggabel schwindet während dieses Prozesses um etwa 17% und erhält dadurch seine exakten Maße. Das Ergebnis: ein Bauteil mit nahezu vollständiger Dichte, das durch seine mechanischen Eigenschaften überzeugt.
Beim MIM-Verfahren wird das Metallteil mittels Spritzgussverfahren gefertigt und erhält durch den Sintervorgang seine endgültige Größe und Dichte.
Perfektion durch Nachbearbeitung
Nach Abschluss des Sinterprozesses werden die Bauteile noch in einer Zerspanungsmaschine nachbearbeitet. Auch hier wurde ZiMo eingesetzt, um die Werkstücke automatisiert zu bestücken und zu entnehmen. Dank des modularen Aufbaus der Roboterzelle ist eine Umrüstung innerhalb von wenigen Minuten möglich und so kann derselbe ZiMo, der zuvor die Grünteile aus der Spritzgussmaschine entnommen hat, nun an der Zerspanungsmaschine aushelfen. Hier zeigte sich erneut die Vielseitigkeit der Roboterzelle, die durch den Einsatz von speziell angepassten Komponenten problemlos den hohen mechanischen und thermischen Anforderungen gerecht wurde. Für diesen Schritt kommen ebenfalls glasfaserverstärkte 3D-gedruckte Komponenten zum Einsatz. Für einen optimierten Ablauf wurden speziell Teile des Roboterarms additiv erstellt. Zwei 3-Backen-Zentrischgreifer der Serie GPD5000 greifen präzise die Schwinggabeln zur Bearbeitung.
Vorteil durch Inhouse-Kompetenz
Dank der nahtlosen Integration aller Prozessschritte im eigenen Haus konnte die Zimmer Group nicht nur die Entwicklungszeit erheblich verkürzen, sondern auch die Produktionskosten reduzieren. Besonders hervorzuheben ist die Fertigungstiefe, die es ermöglicht, alle relevanten Technologien unter einem Dach zu vereinen.
Die Vorteile auf einen Blick:
- Ein Ansprechpartner: Zentrale Kommunikation ohne Schnittstellenverluste
- Innovative Lösungen: Interdisziplinärer Ansatz für komplexe Herausforderungen
- Zeit- und Kosteneffizienz: Weniger Abstimmungsbedarf, geringere Fehleranfälligkeit
Fazit: Das Projekt zur Herstellung der Schwinggabel zeigt eindrucksvoll, wie die Zimmer Group ihre Fertigungstiefe und ihr umfassendes Know-how einsetzt, um selbst anspruchsvollste Projekte erfolgreich umzusetzen. Die Kombination aus innovativen Technologien wie MIM und 3D-Druck, flexiblen Automatisierungslösungen und der Möglichkeit, alle Prozessschritte inhouse zu realisieren, macht die Zimmer Group zu einem unverzichtbaren Partner in der industriellen Fertigung.
