Kompetenz-Trio für den Formenbau der Zukunft
Der moderne Formenbau wird traditionell von extrem beständigen Stählen dominiert. Doch wie kann ein vermeintlich zerbrechlicher Werkstoff wie Keramik die Branche revolutionieren? Genau dieser Frage widmet sich das Kompetenz-Trio bestehend aus der BCE Special Ceramics GmbH, der KRAMSKI GmbH und der ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH.
Gemeinsam forschen sie an innovativen Ansätzen für den Spritzgusswerkzeugbau.
Ob Holmes und Watson oder Batman und Robin: Diese Duos ergänzen sich durch ihre unterschiedlichen Fähigkeiten und Charaktereigenschaften und sind deshalb besonders erfolgreich und beliebt. „Ähnlich verhält es sich mit den beiden Werkstoffen Keramik und Stahl für den Formenbau, nur dass dieses dynamische Duo nach wie vor eher ein Geheimtipp ist im Gegensatz zu seinen populären Vorbildern!“, schmunzelt Stephen Rapp, Produktmanager bei der ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH. „Und das möchten wir – die BCE Special Ceramics GmbH, die KRAMSKI GmbH und ZECHA – in einem gemeinsamen Projekt ändern, da wir das Potenzial sehen, mit dem der Spritzgusswerkzeugbau und die gesamte Branche von einem Mehr an Keramik profitieren könnten!“
KRAMSKI GmbH – Hightech aus der Goldstadt
Die KRAMSKI GmbH in Pforzheim ist globaler Lösungsanbieter für technologisch anspruchsvolle Stanztechnik und Spritzgusstechnik mit weltweit ca. 700 Mitarbeitenden. 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 der KRAMSKI GmbH: „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.
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 Jörg Carle. Und da ist ein keramikerfahrener Experte wie die BCE Special Ceramics GmbH der ideale Partner.
BCE, die Experten für technische Keramik
Die BCE Special Ceramics GmbH 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 grundsoliden, mittelständischen Unternehmen mit heute rund 30 Mitarbeitenden. 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 ca. 20 Keramiksorten bzw. -qualitäten wählen“, erklärt Torsten Prescher, Anwendungstechniker bei der BCE Special Ceramics GmbH. 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.
MARLIN 3D Laser Serie – Bearbeitung ultraharter Werkstoffe
Speziell für anspruchsvolle Anwendungen in der Bearbeitung von gesinterter Keramik und Hartmetall hat die ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH 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 MARLIN 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. 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 MARLIN 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 diamantbelegten 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 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!“
Mehr Potenzial im Formenbau ausschöpfen
Die drei Projektpartner sind überzeugt: Der Formenbau bietet noch deutlich mehr Potenzial, als der alleinige Einsatz von Stählen vermuten lässt. Durch den gezielten Einsatz von Keramikelementen können Standzeiten und Prozesssicherheit auf ein neues Niveau gehoben werden, was zu einem klaren Wissensvorsprung und gesteigerter Effizienz führt. „Wir sind gespannt auf die Entwicklung dieses Projekts und sicher, dass es uns einen neuen Weg aufzeigt, den modernen Formenbau auf die nächste Evolutionsstufe zu bringen“, erklären die Partner unisono. Und so hoffen sie, Anfang 2025 das Projekt erfolgreich abgeschlossen zu haben und dann ausführlich über die Details und Fortschritte berichten zu können. „Sobald wir das Projekt vollendet haben, werden wir selbstverständlich die Öffentlichkeit an unseren Resultaten teilhaben lassen – denn wir sind mehr als nur ein bisschen stolz auf unsere Idee und ihre Umsetzung“, gibt Stephen Rapp einen begeisterten Ausblick.
Foto 1: Die MARLIN 3D Fräser der ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH sind hochpräzise Werkzeuge für die Bearbeitung von anspruchsvollen Materialien wie Keramik und Hartmetall. Mit ihnen können nun ganz einfach durch eine fräsende Bearbeitung Spiegelglanz-Oberflächen oder filigrane Konturen im µm-Bereich erzielt werden.
Foto 2: Die KRAMSKI GmbH aus Pforzheim ist globaler Lösungsanbieter für technologisch anspruchsvolle Stanztechnik und Spritzgusstechnik mit weltweit 700 Mitarbeitenden.
Foto 3: Die BCE Special Ceramics GmbH mit Sitz in Mannheim ist auf die Fertigung technischer Keramik spezialisiert. Gefertigt werden kundenspezifische, meist komplexe Bauteile aus Hochleistungskeramiken.
Weitere Informationen:
ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH
Benzstraße 2
75203 Königsbach-Stein
Tel: +49 7232 3022-0
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