So misst Toolcraft präzise bis auf das Mikrometer

Cerumenfilter schützen Hörgeräte vor Ohrenschmalz. Um die Geometrie und Maßhaltigkeit dieser nur knapp 2 mm großen Spritzgießteile zu überprüfen, setzt Toolcraft auf den Computertomografen Tomoscope XS von Werth – und spart im Vergleich zur optischen Messtechnik viel Zeit.

Als Zerspanungsdienstleister 1989 mit nur einer Fräsmaschine gestartet, hat sich Toolcraft seit seiner Gründung zum Anbieter von Komplettlösungen für High-End-Präzisionsteile entwickelt. Dafür deckt das Unternehmen mit seinen 436 Mitarbeitern – darunter 57 Auszubildende – die gesamte Prozesskette ab. „Cross Dimensional Manufacturing“ nennt Toolcraft seinen über die Jahre entwickelten Beratungs- und Fertigungsstandard, der die Bereiche CNC-Zerspanung, Additive Fertigung, Formenbau und Spritzguss sowie Robotik und Automatisierung einbezieht.

Thomas Lender, Bereichsleiter Spritzguss, beispielsweise hat seit seinem Eintritt ins Unternehmen 2008 eine leistungsstarke Abteilung aufgebaut. Von 0 auf 30 wuchs der Spritzgießmaschinenpark, der 2022 in eine neugebaute Halle ziehen durfte. Sein 55 Personen starkes Team bewältigt eine Vielzahl verschiedener Projekte. „Die Zusammenarbeit mit den anderen Abteilungen spielt für uns eine ganz entscheidende Rolle. Denn wir profitieren von kurzen Wegen und schneller Reaktionsfähigkeit, so dass wir mit unserem Spritzguss hier am Standort Deutschland weltweit konkurrenzfähig sind“, betont Lender.

Sehr eng arbeitet seine Abteilung mit dem Formenbau zusammen, der seit 2005 zum Unternehmen gehört. Damals übernahm Toolcraft Spalter Feinwerktechnik, ein kleines Werkzeug- und Formenbau-Unternehmen, früher Teil der Firma Trix Modelleisenbahn. „Das vorhandene Know-how bezüglich der Fertigung von Klein- und Kleinstteilen prägt bis heute unser Formenbau- und Spritzguss-Angebot“, erklärt Lender. „Besonders häufig sind wir für Kunden aus der Medizintechnik und speziell aus dem Sektor Hörakustik tätig. Wir fertigen zum Beispiel verschiedene Hörgerätegehäuse in 2-Komponenten-Technik.“

Besonders interessant ist dabei das Cerumenfilter-Projekt, das ein Schweizer Hörgerätehersteller 2017 mit Toolcraft gestartet hat. Cerumen ist der medizinische Fachausdruck für Ohrenschmalz. Um den Lautsprecher des Hörgerätes, der mit einem Ohrpassstück in den Gehörgang eingeführt wird, vor Verschmutzung und Cerumen zu schützen, wird er mit einem Filter bestückt. Lender: „Hier kommt das Cross Dimensional Manufacturing in voller Breite zum Tragen. Wir haben unseren Kunden bereits beim Design unterstützt, damit die Herstellung von Filtern und Gehäusen automatisierbar und werkzeugtechnisch möglich ist. Wir haben die Werkzeugkonstruktion und den Formenbauübernahmen übernommen, den kompletten Spritzguss- sowie Montageprozess automatisiert und liefern heute exklusiv die fertigen, qualitätsgeprüften Produkte an den Kunden.“

Der Cerumenfilter aus Kunststoff besitzt einen Durchmesser von 1,6 mm und muss vom Patienten regelmäßig ausgetauscht werden. „Für den einfachen Wechsel entwickelte unser Partner die sogenannte Cerushield Disk, eine kleine, scheibenförmige Dose, die acht neue Filter und ein integriertes Entnahmewerkzeug enthält“, erklärt Lender. „Unser Auftrag umfasst die Serienproduktion sowohl der Filter als auch der Cerushield Disk. Sie besteht aus einem Bottom, Top und Label, die wir fertig montiert und mit Filtern bestückt liefern.“ Ein weiterer Bestandteil des Auftrags sind Massenspeicher mit 40 Filtern, die der Kunde zur Erstausrüstung seiner Hörgeräte nutzt.

Im Laufe der Projektentwicklung wurde schnell klar, dass die größte Herausforderung in den Filtern steckt. Neben dem prozesssicheren Handling dieser Kleinstteile galt es vor allem, deren Qualität sicherzustellen. Lender hatte von Anfang an eine Lösung im Hinterkopf: „Wir hatten schon in den Jahren vorher mit dem Kauf eines industriellen Computertomografie-Koordinatenmessgeräts geliebäugelt.“ Denn die grundsätzlichen Möglichkeiten dieser Technologie eröffnen speziell im Bereich Spritzguss sehr viele Möglichkeiten. Lender erwähnt zum Beispiel das berührungslose Messen – selbst von elastischen und transparenten Teilen – sowie das vollständige Erfassen aller Geometrien inklusive innerer Strukturen. Ein weiterer Vorteil der Computertomografie ist, dass die Prüflinge in nur einer Messlage ohne Spannmittel gemessen werden. Außerdem sind moderne CT-Geräte in der Lage, viele Maße in kurzer Zeit und hoher Präzision zu erfassen.

Versuchsreihe brachte
klare Ergebnisse

Fehlte dem Spritzguss-Team bisher noch der letzte Anstoß zu einer solchen Investition, das Projekt Cerumenfilter machte die Entscheidung leicht. „Wir hätten die winzigen Filter natürlich auch optisch messen können. Das wäre aber mit sehr viel größerem Aufwand verbunden gewesen“, argumentiert Lender. So holten die Verantwortlichen Angebote verschiedener Hersteller ein, qualifizierten diese nach den Anforderungen etwa bezüglich Auflösung und Genauigkeit und nahmen drei in die engere Auswahl. Es folgten Versuche mit einer Hörgeräteverriegelung aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, ein Werkstück, das dem Cerumenfilter in Größe, Komplexität und Material sehr ähnlich ist.

Bei diesen Scan-Versuchen schnitt Werth (Control: Halle 5, Stand 5201) mit dem Tomoscope XS am besten ab. „Das Ergebnis war eindeutig“, bestätigt Lender. „Werth lieferte die beste Performance hinsichtlich des Scanergebnisses, der Auswertung, aber auch in Bezug auf die gesamte Kommunikation und den Support. Zudem ist das Preis-Leistungs-Verhältnis beim Tomoscope XS in dem von uns benötigten Leistungs- und Größenspektrum mit Abstand das Beste.“

Die Toolcraft-Spritzgießer trafen die Wahl mit Fokus auf das Cerumenfilter-Projekt, wie Lender betont: „Für uns war es wichtig, dass wir die kleinen Filter mit Durchmesser 1,6 mm und ±0,02 mm Toleranz schnell und reproduzierbar messen sowie die diffizile Kontur mit Führungsnoppen und Durchbrüchen kontrollieren können. Wir messen auch die Filterkammern im Bottom der Disk. Sie weisen feine Rastgeometrien auf, die den Filter fixieren.“

Schnelle Messungen
mit hoher Auflösung

Für diese Aufgaben besitzt das Tomoscope XS als Kernelement eine Transmissionsröhre im Monoblock-Design, die auch bei hoher Röhrenleistung einen kleinen Brennfleck erreicht. Dadurch lassen sich schnelle Messungen mit hoher Auflösung durchführen. Außerdem minimiert die luftgelagerte Drehachse durch eine hochpräzise Positionierung des Werkstücks die Messunsicherheiten. Eine weitere Stärke: Da die Rekonstruktion des Werkstück-Volumens in Echtzeit parallel zur Bildaufnahme stattfindet, sind schnelle prozessbegleitende Messungen möglich.

Natürlich dachten die Toolcraft-Verantwortlichen beim Kauf des CT-Geräts bereits an weitere, zukünftige Verwendungsmöglichkeiten – zum Beispiel fürs Messen oder die Ist-Soll-Analyse anderer Bauteile und Materialien bis hin zu Formeinsätzen aus dem Werkzeugbau. Insofern kam es ihnen durchaus gelegen, dass beim Tomoscope XS die Röhrenspannung 160 kV beträgt. Diese ermöglicht, dass auch Werkstücke mit größeren Durchstrahlungslängen und dichtere Materialien gescannt werden können.

Neben dem günstigen Anschaffungspreis waren für Lender auch die laufenden Kosten ein wichtiger Faktor. Diesbezüglich konnte das Tomoscope XS durch das Monoblock-Design von Röhre, Generator und Vakuumerzeugung punkten, das für lange Wartungsintervalle und eine theoretisch unbegrenzte Lebensdauer steht. Das heißt, Stillstandszeiten und Betriebskosten werden minimiert.

Einfach zu bedienen durch die Messsoftware

Seit 2018 steht das Werth Tomoscope XS im klimatisierten Messraum in der Spritzgießhalle. Bedient wird es in erster Linie von Messtechniker Aleksander Miskic. Er erinnert sich gerne an den reibungslosen Ablauf bei Auslieferung und Inbetriebnahme, und er attestiert dem Tomoscope XS sowie der Messsoftware Winwerth große Bedienerfreundlichkeit: „Bereits nach 20 min Einführung zu Beginn der dreitägigen Schulung konnte ich erste Messungen durchführen.“

Außerdem, so Miskic, stehen ihm die Werth-Spezialisten mit fachkundigem Rat stets zur Seite. Insbesondere am Anfang war diese Unterstützung wichtig, um für die Cerumenfilter auswertbare Messergebnisse zu erhalten. Das Problem: Bei den Kleinteilen aus glasfaserverstärktem Kunststoff waren bei den ersten Scans kaum die Filterkonturen zu erkennen, sondern vielmehr die enthaltenen Glasfasern. Nach kurzer Rücksprache war das Problem behoben und die Filter mit all ihren Details messbar. Miskic: „Die Bedienung des Geräts ist zwar einfach und schließt viele Fehler aus. Doch es kommt auch bei der CT auf die richtigen Einstellungen an. Diesbezüglich durften wir von Werths großer Erfahrung profitieren.“

Inzwischen hat sich die Computertomografie mit dem Tomoscope XS im Toolcraft-Spritzguss etabliert. Die Produktion der Cerumenfilter und Cerushield Disks läuft voll automatisiert auf zwei Anlagen. Um die Qualität sicherzustellen, prüft Miskic täglich zwei Chargen aus jeder Anlage. Bei den Spritzgießwerkzeugen mit jeweils acht Kavitäten sind das insgesamt 32 Filter. Mit einer selbst entwickelten, 3D-gedruckten Messvorrichtung kann er alle Filter in einem Vorgang scannen. Anschließend visualisiert er die Prüflinge und ermittelt die relevanten Maße. Sein Fazit: „Das CT ist wirklich super. Wenn ich die Prüfung so vieler geometrischer Eigenschaften mit optischen Messverfahren durchführen müsste, bräuchte ich ein Vielfaches der Zeit.“

Auch Lender ist hochzufrieden: „Wir nutzen das Tomoscope XS nicht nur für das Filterprojekt, sondern haben es auch in die Erstbemusterung und Serienfertigung anderer Produkte integriert. Vorteilhaft ist der Einsatz von Computertomografie auch in der Werkzeugkorrektur. Da sich die Geometrieabweichungen exakt darstellen und messen lassen, sparen wir uns hier gegenüber früher einige Iterationsschleifen.“

Der industriellen Computertomografie prophezeit er eine erfolgreiche Zukunft: „Das Verfahren wird immer schneller und präziser, sodass sich sein Einsatz im Kleinteilesektor sehr schnell bezahlt macht. Und nicht zu vergessen: Im Vergleich zu anderen Messverfahren ist bei der Computertomografie der Einfluss des Bedieners verhältnismäßig gering.“

Werth Messtechnik GmbH
Siemensstraße 19
35394 Gießen
www.werth.de