Schlitten als Stoßdämpfer

Kleinste Blutpumpen aus Kunststoff sitzen in den Adern und helfen dem Blutkreislauf ein wenig nach. Winzige Ohrprothesen ersetzen die Steigbügel-Knochen im Ohr. Und kleinste Zahnräder lassen Uhren präzise ticken. Sei es in der Medizin oder in der Mechanik, Komponenten aus der Mikrosystemtechnik werden immer wichtiger. Bei ihrer Herstellung ist äußerste Sorgfalt gefragt: Einige Fräswerkzeuge für die Metallformen und -bauteile sind mit 50 Mikrometern lediglich halb so dick wie ein Haar. Sie müssen die Oberfläche in jeder Richtung auf ein hundertstel Haaresbreite genau bearbeiten.

Hochpräzisionsfräsmaschinen erledigen diese Aufgabe zuverlässig, brauchen dafür jedoch bisher ihre Zeit. Denn beschleunigt die Maschine das Werkzeug zu schnell, wirkt das wie ein Schlag auf das Gerät, und es fängt an zu schwingen.

Die neue Fräsmaschine MiniMill, die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT entwickelt haben, fängt diese Schläge auf – und erlaubt so eine schnellere Produktion der kleinen Metallteile. „Auf jeder der drei Geräteachsen sitzt ein kleiner Schlitten, der den Impuls des Schlags aufnimmt und sich daher nach hinten bewegt“, erklärt Rainer Klar, der die Entwicklung am IPT geleitet hat. „Man kann sich das ähnlich vorstellen wie beim Rückstoß einer Kanone: Damit diese bei der Feuerung nicht im Boden versinkt, ist sie auf einer Lafette befestigt, einer Art Schiene. Auf dieser rollt sie durch den Rückschlag nach hinten und fängt so den Schlag auf.“ Bisher gab es eine solche Impulsentkopplung nur auf einer der drei Achsen, auf denen sich das Werkzeug oder -stück bewegen kann. Dies ist jedoch nicht ausreichend – die meisten Geometrien, die gefräst werden müssen, sind komplizierter geformt. Nun gelang es den Forschern erstmals, diese Impulsentkopplung auf allen drei Achsen zu installieren. „So können wir die Produktionszeit für kleinste Metallbauteile um bis zu 20 Prozent verkürzen – bei verbesserter Bearbeitungsqualität. Bei herkömmlichen Maschinen liegen die Steigerungen nur bei zwei bis drei Prozent“, sagt Klar. Ein weiterer Vorteil: MiniMill findet auf nur einem Quadratmeter Platz – übliche Maschinen brauchen etwa die dreifache Fläche. Ändern sich bei einer flexiblen Produktion die Standorte, kann man die kompakte MiniMill-Anlage mit einem Gabelstapler leicht bewegen.

Einen Prototypen von MiniMill haben die Forscher im vergangenen Monat fertig gestellt. Er ist auf der Messe Minat zu sehen, die vom 12. bis 14. Juni in Stuttgart stattfindet (Halle 2, Stand 2A14). Als nächstes optimieren die Wissenschaftler die Steuerung der Maschine, gemeinsam mit den Kollegen der Firma Siemens.