Gratfrei dank Stufenbohrfräser

Die ALLIGATOR Ventilfabrik hatte Probleme durch Gratbildung an einer kleinen Querbohrung bei der Serienfertigung einer neuen Ventilhülse. In Zusammenarbeit mit dem Präzisionswerkzeughersteller HAM konnte dieses beseitigt werden.

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Lediglich zwei Millimeter misst die Querbohrung, die dank des HAM-Stufenbohrfräsers absolut gratfrei ist.

Die ALLIGATOR Ventilfabrik hat ungewöhnliche Wurzeln: Alles begann mit einem kleinen Stoffelefanten, kreiert von Margarete Steiff. Ihr Neffe, Richard Steiff, war nicht minder kreativ. Er gründete 1920 aus einer Abteilung der Spielwarenfabrik heraus die ALLIGATOR Ventilfabrik und baute eine industrielle Massenfertigung für Fahrradventile auf.

Seitdem hat sich viel getan: Mittlerweile gehören Ventile für Luftfedersysteme am Fahrzeug, für Kraftstoff-, Öl- und Gasanwendungen in der Industrie, Reifenventile, Schwingungsdämpfer und weitere Gummi- und Kunststoffformteile zum Produktportfolio des Familienunternehmens.

Während der sichtbare Teil des Autoventils genormt und daher unverändert erscheint, muss sich sein Inneres stets neuen Anforderungen anpassen, um immer höheren Lasten, Drücken und Geschwindigkeiten standhalten zu können. Die Erweiterung um Sensoren für die Reifendruckkontrolle war 2009 ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung Zukunft für ALLIGATOR.

Derzeit beschäftigt das Unternehmen weltweit 580 Mitarbeiter und unterhält neben der Fertigung in Giengen an der Brenz einen weiteren Produktionsstandort im polnischen Nekla. Während in Polen vor allem Zweikomponenten-Kunststoffspritzteile sowie Gummi- und Gummi-Metall-Verbindungsteile hergestellt werden, findet in Giengen die Entwicklung und Produktion der Ventile statt.

Der Rohling aus Messing durchläuft mehrere Zerspanungsschritte und wird so zur fertigen Ventilhülse.

Um noch gezielter an Sonderlösungen und moderner Ventiltechnik zu arbeiten, baut ALLIGATOR stetig seine Entwicklungsabteilung aus. „Wir sind nicht nur Hersteller von Zeichnungsteilen, sondern begleiten unsere Kunden als Partner durch das ganze Projekt bis zur Endqualifizierungsprüfung“, betont Renato Palaoro, Leiter Geschäftsfeld Automotive, und verrät, dass so ein Projekt im Schnitt zwei Jahre dauert – inklusive Laborphase sowie Winter- und Sommererprobung.

Zu 50 Prozent fertigt ALLIGATOR für die Automobilbranche, Zulieferer sowie Hersteller, während 30 Prozent seiner Produkte für den Großhandel bestimmt sind. 20 Prozent sind Industrie- und Sonderanwendungen. Entsprechend liegt die Losgröße zwischen 1 und 50 Millionen Teilen pro Jahr. Die Herausforderung ist dabei immer gleich: Ein Produkt vom ersten Muster bis zur Serienfertigung auf einem sehr hohen Qualitätsstandard in kurzer Zeit zu optimalen Preisen herzustellen.

Vom Rohling zur Hülse

Auf einer Längstaktmaschine wird aus einem vor Ort gefertigten Messing-Rohling eine Ventilhülse mit Längs- und Querbohrung sowie Anschlussgewinden gefertigt. Eines der wichtigsten Kriterien bei der Herstellung dieses Ventiltyps sind absolut gratfreie Oberflächen. „Denn sollte sich während des Betriebs ein noch anhaftender Span lösen, droht das sicherheitsrelevante Bauteil zu versagen“, verdeutlicht Marcel Lazic, Engineering Services.

ALLIGATOR Ventilfabrik fertigt die Ventilhülsen auf einer Längstaktmaschine.

Dies kann gerade bei hohen Geschwindigkeiten verheerende Auswirkungen haben. Eine hundertprozentige Gratfreiheit ist demnach eine Grundvoraussetzung, die bei dem aktuellen Projekt einen enormen Aufwand bedeutete. „Betrachtet man den Querschnitt der Hülse, offenbart sich die Herausforderung: Als einen der letzten Arbeitsgänge muss eine Durchgangsbohrung erzeugt werden, diese trifft auf eine bereits vorhandene Längsbohrung. Das Werkzeug tritt zwangsweise an unterschiedlich geformten Oberflächen ein und aus, dennoch gilt es die Querbohrung absolut gratfrei herzustellen. Und das in einem Schritt und bei einem Tempo von 48 Takten pro Minute“, erläutert Marcel Lazic.

„Anfangs mussten wir viel nacharbeiten“, erinnert er sich. Das war vor zwei Jahren. „Daraufhin haben wir uns intensiver mit dem Thema ‚gratfreies Bohren‘ beschäftigt und verschiedene Werkzeughersteller mit ins Boot geholt.“ Das erhoffte Ergebnis – gratfreie Bohrungen in nur einem Arbeitsschritt mit der geforderten Taktzeit – blieb allerdings aus.

Über einen Fachartikel sind die Ventil-Experten auf die Hartmetallwerkzeugfabrik Andreas Maier GmbH (HAM) gestoßen. Auch wenn ALLIGATOR bis dahin noch keinen direkten Kontakt mit HAM hatte – von der Qualität der Standardwerkzeuge des baden-württembergischen Familienunternehmens ist der Ventilhersteller schon lange überzeugt. Diese bezieht er schon seit vielen Jahren über die Fritz Hartmann GmbH & Co. KG, der Vertriebsgesellschaft des Herstellers.

Schneller Erfolg trotz komplexer Aufgabe

„Schon bei unserem ersten Anruf wurden wir direkt mit einem kompetenten Gesprächspartner verbunden“, erzählt Marcel Lazic. So beschloss ALLIGATOR, zusammen mit dem Hersteller für Präzisionswerkzeuge einen eigenen Stufenbohrer zu entwickeln, der im Durchmesser lediglich zwei Millimeter misst. „Ideen hierzu hatten wir schon länger, uns fehlte lediglich jemand mit entsprechend technischem Knowhow und passendem Maschinenpark, um einen so dünnen Stufenbohrer herstellen zu können“, ergänzt Lazic.

Lediglich zwei Millimeter misst die Querbohrung, die dank des HAM-Stufenbohrfräsers absolut gratfrei ist.

Die Besonderheit bei dieser Anwendung liegt in der Durchgangsbohrung: Das Werkzeug bohrt auf der runden Hülse an, tritt in der vorhandenen Querbohrung erstmalig aus. Beim erneuten Eintritt ins Bauteil trifft der Bohrer auf eine konkave Fläche, um schließlich durch den gefasten Bereich einer Schlüsselfläche wieder auszutreten.

„Die Werkzeugauslegung für diese Aneinanderreihung von konvexen und konkaven Oberflächen war eine nicht alltägliche Herausforderung“, erklärt der HAM-Techniker Bernd Steiger und führt fort: „Es begann mit der Wahl des idealen Spitzenwinkels, ging über den Schutz der Schneidecken und endete schließlich bei der Definition der Führungsfasen am Stufenbohrfräser.“

„Schon das erste Werkzeug, das HAM entwickelte, brachte eine deutliche Verbesserung im Vergleich zur Ausgangssituation“, erinnert sich Lazic. Es folgten zwei Optimierungen, durch die schließlich auch der Ausstritt im Bereich der Schlüsselfläche hundertprozentig gratfrei wurde. „Jetzt sind wir mit dem Ergebnis sehr zufrieden“, bestätigt Lazic.

„Aufgabe erfolgreich umgesetzt, nun konzentrieren wir uns auf das Folgeprojekt“, erklärt Bernd Steiger, HAM-Techniker (links) neben Marcel Lazic, Engineering Services ALLIGATOR Ventilfabrik.                                                                 .

Doch nicht nur das Zerspanungsergebnis überzeugt. Als weiteren Vorteil der HAM-Werkzeuge nennt er die Standzeiten: „Diese liegen trotz der hohen Anforderung an die Bohrungsqualität weit über unseren Erwartungen.“ Konkret heißt das, dass ALLIGATOR erst nach rund 400.000 Bauteilen das Werkzeug wechselt. „Zur Sicherheit – notwendig wäre es noch nicht“, betont Marcel Lazic.

Da dies das erste gemeinsame Projekt war, spielte für ALLIGATOR die Zusammenarbeit eine wichtige Rolle. Und die lief hervorragend, wie alle Beteiligten bestätigen. Marcel Lazic lobt zudem die Zuverlässigkeit und kurze Reaktionszeiten.

Aufgrund seiner positiven Erfahrungen hat der Ventilhersteller HAM auch für ein Folgeprojekt eingespannt. Diesmal gilt es eine Durchgangsbohrung an einer Edelstahlhülse zu realisieren – natürlich wieder gratfrei und in einem Takt.

Kontakt:

www.ham-tools.com