Messtechnik für das Fertigen medizinischer Instrumente

Bei der Fertigung von kleinen Teilen kann bereits eine sehr geringe temperaturbedingte Abweichung von Bearbeitungszentren Ausschuss bedeuten.

Deshalb kommt bei der Günter Stoffel Medizintechnik GmbH Fertigungsmesstechnik von Blum-Novotest für die Temperaturkompensation wie auch andere Messaufgaben zum Einsatz.

WINFRIED WEILAND, RAVENSBURG

 


Ein am Schraubstock montiertes Mikroskop – nichts steht so sehr als Symbol für die Fertigungsweise bei der auf die Entwicklung und Herstellung von hochwertigen chirurgischen und endoskopischen Instrumenten spezialisierten Stoffel GmbH: Man findet hier eine interessante Mischung aus modernster CNC-Fertigung und echtem alten Handwerk. Und die Anforderungen sind extrem: Die Löffelchen für die kleinsten Biopsiezangen sind 0,8 mm breit, die Schneidenbreite am Löffelrand beträgt nur 0,01 mm und die beiden Schneiden müssen sich beim Schließen exakt treffen. Dabei sind viele Arbeitsschritte, wie Entgraten, Polieren sowie Anpassungen für die perfekte Funktion oder das Vernieten des Zangengelenks, in Handarbeit auszuführen. Hier werden höchste Anforderungen an das Können der Mitarbeiter gestellt.


Um die manuelle Arbeit auf ein Mindestmaß zu reduzieren, ist es für das Unternehmen aus Wurmlingen nahe Tuttlingen von immenser Bedeutung, möglichst genaue Teile von den CNC-Maschinen zu bekommen. „Im Zusammenbau merkt man jeden hundertstel Millimeter“, erläutert Geschäftsführer Dieter Stoffel. „Deshalb sind unsere Anforderungen an die CNC-Maschinen auch extrem hoch.“

 

Kleinste Werkzeuge vermessen


Die Zerspanung erfolgt bei Stoffel in einem nicht-klimatisierten Untergeschoß. Die dort arbeitenden Maschinen verfügen über eine rechnerische Temperaturkompensation, welche die Korrekturwerte anhand von Daten wie Verfahrweg, Spindeldrehzahl und Einsatzdauer errechnet. In einem normalen Fertigungsbetrieb würde das zuverlässig funktionieren. Bei häufigem Werkzeugwechsel kommt die interne Kompensation jedoch an ihre Grenzen.


Im Rahmen eines gemeinsamen Besuchs von Blum-Vertriebsmitarbeiter Erhard Strobel und des zuständigen Maschinenhändlers ‚W&R‘ wurde das Problem diskutiert. Die Lösung war der Tastkopf Z-Pico, der ermöglicht, die Länge der Werkzeuge sehr genau zu messen und die Achsen entsprechend zu kompensieren. „Ein Problem sind unsere sehr dünnen Werkzeuge“, erklärt der verantwortliche Fertigungsleiter die Vorteile des Z-Pico, „wir arbeiten unter anderem mit 0,5 Millimeter-Zentrierbohrern, da bricht die Spitze bei der geringsten falschen Belastung ab und der Bohrer wird zwei bis drei Mikrometer kürzer.“ Das wirkt sich natürlich entsprechend auf die Genauigkeit aus. Der Z-Pico hat eine extrem geringe Messkraft, er ist also perfekt geeignet für kleine Werkzeuge.


Im Inneren des Tasters arbeitet eine hochpräzise Linearführung, wodurch er absolut frei von Querkräften ist, was eine Messung von sehr kleinen, empfindlichen oder langen Werkzeugen ermöglicht. „Es können Werkzeuge ab einem Durchmesser von 0,05 mm erfasst werden“, betont Erhard Strobel. „Zudem wird das Schaltsignal optoelektronisch durch die Abschattung einer Miniaturlichtschranke im Inneren des Gerätes erzeugt. Dieses Prinzip ist abnutzungsfrei und liefert gleichbleibend hohe Messgenauigkeiten auch nach Millionen von Schaltzyklen.“

Messungen zum Temperaturausgleich


Die zwei Messungen zum Temperaturausgleich sind im NC-Programm erst nach den Schrupp- Arbeitsgängen angeordnet, weil bei diesen noch keine hohe Genauigkeit gefordert ist. Der aus der Messung errechnete Korrekturfaktor wird dann in alle Werkzeugtabellen geschrieben, so dass die nächste Schruppbearbeitung schon von der Messung profitiert. Die Schlichtwerkzeuge werden direkt vor der Bearbeitung gemessen, wobei auch das Temperaturverhalten der Werkzeughalter berücksichtigt wird. Da die Messung mit dem Z-Pico bei jedem Teil durchgeführt und der Korrekturfaktor laufend angepasst wird, werden alle Temperaturschwankungen über den Tag zuverlässig abgefangen. Der Zeitbedarf für den Messvorgang beträgt nur wenige Sekunden, auch weil die Werkzeuge zur Messung mit Eilganggeschwindigkeit bis kurz vor dem längstmöglichen Werkzeugmaß positioniert werden.

 

Einsatz eines Lasermesssystem


In einem der Bearbeitungszentren, in dem überwiegend die Rundgriffinstrumente gefertigt werden, ist statt des Z-Pico ein Blum-Lasermesssystem vom Typ „Laser Control Micro Compact NT“ im Einsatz. Bei der Bearbeitung der Rundgriffe kommt es besonders auf die Genauigkeit der Y-Achse an. So wurde es notwendig, nicht nur in Z-, sondern auch in Y-Richtung zu messen, was mit dem U-förmigen Lasermesssystem ohne weiteres möglich ist – man muss das Werkzeug lediglich in Y-Richtung in den Laserstrahl fahren, um einen Y-Korrekturfaktor zu ermitteln. Von oben angefahren lässt sich wie bei den Z-Pico-Tastern die Korrektur für die Z-Achse ermitteln.


Seit Stoffel diesen Laser im Einsatz hat, ist der Längenzuwachs überhaupt kein Thema mehr. Das System korrigiert sowohl den Versatz vom Werkzeug als auch den der Achse und des Tischs selbst. „Manche NC-Bediener fräsen eine Kreistasche in die Oberfläche des Maschinentischs und tasten diese mit einem Messtaster an, aber das ist mir zu unsicher“, erläutert Dieter Stoffel. „Wir haben so kleine Späne, dass ein solcher sich in der Tasche verfangen und die Messung verfälschen könnte. Wir haben an dem Lasermesssystem eine spezielle Blasdüse, die das Referenzwerkzeug vor dem Messen reinigt – so stimmt es immer.“

 

Höhere Genauigkeit der medizintechnischen Produkte


Die Fertigungsmesstechnik von Blum hat sich in Wurmlingen absolut bewährt. Während man früher die Maschine 20 Minuten warmlaufen lassen musste und oft trotzdem noch einige Schlechtteile erhielt, bis die gewünschte Präzision erreicht war, läuft heute die Maschine morgens zwei- bis dreimal leer und anschließend werden in der Regel Gutteile zuverlässig über den ganzen Tag hinweg gefertigt. Außerdem sind die medizintechnischen Produkte der Stoffel GmbH dank der Blum-Messsysteme genauer geworden. „Dadurch ist zudem die Qualitätsanmutung, die die Chirurgen von den Instrumenten gewinnen, nochmals etwas besser geworden.


Aber auch die Zusammenarbeit mit den Messtechnikspezialisten wird im Hause Stoffel gelobt. So hat sich zum Beispiel der Techniker, der die Systeme eingebaut hat, erst zufriedengegeben als die Anlage perfekt lief. Hinzu kommt, dass der Messtechnikhersteller stets mit Rat und Tat zur Seite steht. Unter diesen Umständen überrascht es nicht, dass man bei Stoffel rundum zufrieden ist mit diesen Systemen. Zumal auch die große Gefahr der manuellen Eingabe der Korrekturwerte durch die mit der Maschinensteuerung kommunizierenden Messsysteme überflüssig geworden ist. „Früher haben wir manuell gemessen und gaben dann händisch die Korrekturwerte ein“, berichtet Dieter Stoffel. „Vertippt man sich dabei aus irgendeinem Grund, kann es zu katastrophalen Crashs in der Maschine kommen. Heute stoppt die Maschine automatisch, wenn der Korrekturwert größer als vier Hundertstel ist.“

www.insto.de  
www.blum-novotest.com

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Beitrag aus dima 2/2015:

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