Optimisation in mould making

Die Vorgängerfirma Ralf Grübel Werkzeugbau GmbH war ein inhabergeführtes Unternehmen in dritter Generation aus Waltershausen/Thüringen, das Marco Schülken im Rahmen einer geregelten Altersnachfolge übernehmen konnte. Schon mit dem in Schülken Form GmbH geänderten Firmennamen machte der neue Inhaber deutlich, dass mit einer neuen Marke auch ein frischer Wind in dieses alteingesessene Unternehmen des Werkzeug- und Formenbaus kommen soll.

Lieferte Grübel seine Produkte noch zu über 90 Prozent in die Automobilindustrie, so ist es Schülken gelungen, diese einseitige Ausrichtung aufzubrechen. Der Automobilanteil liegt aktuell bei unter 25 Prozent. Ihr Hauptgeschäft macht die Schülken Form heute mit Unternehmen aus der Medizintechnik und der Verpackungsindustrie. Im Medizinbereich sind die Thüringer stark bei Spritzgusswerkzeugen für Pipetten und Blutlanzetten. Die Lanzetten sind Stechhilfen für Diabetiker, werden jetzt aber auch für Covid-Tests genutzt.
 

„Wir realisieren für unsere Kunden hohe Produktionsmengen innerhalb kürzester Zeit“, erläutert Marco Schülken die Kompetenz seines Unternehmens. Mit hochfahrigen Werkzeugen, die bis zu 128 Kavitäten aufweisen, bewegt sich Schülken Form im absoluten High-End-Bereich des Werkzeug- und Formenbaus. Das wurde auch mit der Wahl zum „Werkzeugbau des Jahres“ in den Jahren 2016, 2018 und 2020 gewürdigt. Seinen Exportanteil hat Schülken während der vergangenen Jahre auf inzwischen über 60 Prozent gesteigert. Das Unternehmen liefert derzeit nach Polen, Russland, Weißrussland und die Schweiz. Der Markteintritt in Singapur und Vietnam wird gerade vorbereitet. In Russland haben die Thüringer 2016  eine Tochtergesellschaft gegründet. 

Neben der Ausrichtung auf neue Märkte wurde bei Schülken Form auch innerbetrieblich gründlich umstrukturiert. „Wir haben im Haus nahezu jede Maschine und jeden Prozess angefasst und dabei sehr viel investiert“ berichtet der Geschäftsführer. Bei diesem Umstrukturierungsprozess war von Anfang an Fertigungsleiter Marcus Vogt mit dabei, den ständig die Frage umtreibt, wie die Performance im Unternehmen weiter verbessert werden kann. Zwar gebe es auch beim Drahterodieren oder Senkerodieren immer wieder mal etwas Neues, aber das Fräsen sei die schnelllebigste Bearbeitungstechnologie. „Man muss hier ständig schauen, womit man etwas verändern und verbessern kann“, so Vogt. 

Schon die Firma Grübel hatte hier auf gute Maschinen Wert gelegt und setzte zum Fräsen ausschließlich Bearbeitungszentren von Hermle ein. Allerdings arbeitete dieser klassische Werkzeugbau noch eher wie ein Handwerksbetrieb. Ihre Programme haben die Mitarbeiter selbst direkt an den Maschinen erstellt. Vogt sah hier dringenden Handlungsbedarf: „Bevor wir an die Fräswerkzeuge herangegangen sind, haben wir die ganze Prozesskette überarbeitet. Wir haben Programmierarbeitsplätze eingerichtet und die komplette Fertigung auf ein neues System umgestellt.“
 

The next step was to approach the actual technology with the key question of how the parts could best be machined. “The classic way in toolmaking is, after all, either pre-milling, hardening and subsequent grinding or die-sinking EDM”, says Vogt, describing the initial situation. In order to make production more flexible depending on the manu­facturing workload, Schülken has added hard milling. Although parts are still manufactured using the traditional method in Waltershausen, starting the milling process immediately after hardening no longer poses a problem, especially when things have to move quickly. “Today, we’ve reached the point where we can choose a lot of machining operations according to the workload of the individual departments,” Marcus Vogt enthuses.

This was not the end of the optimisation measures, though. When Schülken Form was looking for new milling tools for high-feed roughing, it was around the time that MAPAL began to enter the Die & Mould sector. Similar to Schülken, the precision tool manufacturer from Aalen had set itself the goal of reducing its dependence on the automotive industry by exploring other sectors.
 

In the future, MAPAL has set a clear focus on market segments, explains Uwe Rein, Sales Director Die & Mould MAPAL. Besides the traditional Automotive sector, he particularly cites the segments Aerospace, Die & Mould sector and General Machining. “We operate very selectively and systematically in the Die & Mould sector”, says Rein. For three years, the company has been working towards market entry in September 2020 and has developed a product range especially for this segment. The result is a specialist catalogue with around 6,500 articles. 

Verglichen mit der Automobilindustrie, wo MAPAL seit vielen Jahren vor allem mit maßgeschneiderten Sonderwerkzeugen für große Stückzahlen sehr erfolgreich ist, scheinen die Anforderungen im Werkzeug- und Formenbau zunächst ganz andere zu sein. Hier geht es immer um Einzelstücke oder kleine Lose, die tunlichst mit Standardwerkzeugen bearbeitet werden sollen, damit die Betriebe damit verschiedenste Aufträge abarbeiten können. Doch hat auch im klassischen Werkzeugbau ein Wandel eingesetzt, der bei Schülken Form bereits deutlich zu erkennen ist. 

„Der Weg geht hin zum Industriewerkzeugbau“, bringt es Marcus Vogt auf den Punkt. „Früher hat man nur darauf geachtet, dass ein anständiges Teil rauskommt, heute müssen wir auch auf die Zeiten schauen.“ Digitalisierung und Automatisierung ziehen auch in den Werkzeug- und Formenbau ein. Vogt plant vorab die Herstellung aller Bauteile für jede Abteilung mit einer bestimmten Zeit ein. Dabei geht es nicht um Sekunden, aber immerhin um Minuten. Um die vorgegebenen Zeiten zu erreichen, wird Prozesssicherheit immer wichtiger.

Dabei werden die zu bearbeitenden Materialien zunehmend anspruchsvoller. Üblich sind heute Edelstähle mit einem Chromanteil von 13 Prozent, was für einen erhöhten Werkzeugverschleiß sorgt. Auch die Zähigkeit neuer pulvermetallurgischer Stähle ist eine Herausforderung. Dabei sind Maßhaltigkeit und Oberflächengüte wichtige Aspekte.
 

Die Messlatte lag hoch, als Schülken mit dem OptiMill-3D-HF-Hardened das erste MAPAL Werkzeug testete. Dieser Hochvorschubfräser aus Vollhartmetall eignet sich aufgrund seiner speziellen Linsenkopfgeometrie nicht nur zum Schruppen, sondern auch zum Hochglanz-Schlichten von Ebenen im Harten bis 68 HRC. Das kam den Anforderungen von Marcus Vogt entgegen: „Ein spezielles Werkzeug für eine spezielle Bearbeitung ist nichts für uns. Ich wähle immer Werkzeuge, mit denen ich mehrere Bereiche abdecken kann. Das sind genau solche Vollhartmetallwerkzeuge, mit denen ich sowohl im Harten als auch im Weichen schruppen kann.“

Die Ergebnisse mit dem VHM-Hochvorschubfräser überzeugten auf Anhieb und sorgten dafür, dass dieses Schruppwerkzeug mit seiner höheren Performance anstelle des zuvor eingesetzten Werkzeugs eines anderen Herstellers in Schülkens standardisierte Werkzeugliste aufgenommen wurde. Der Fertigungsleiter begrenzt diesen Werkzeugsatz auf 300 verschiedene Typen und hat den Anspruch, damit alle Anforderungen erfüllen zu können – und das, obwohl kein Teil ist wie das andere. „Für die entsprechenden Anwendungen nehmen wir jetzt kein anderes Werkzeug mehr als diesen Fräser von MAPAL“, sagt Vogt.

Das gilt auch für das nächste Werkzeug, das Schülken einem Vergleichstest unterzog, den Schlichtfräser OptiMill-Hardened-Finish, der bis zu 3xD ap Zustellung in einem Schnitt bis 68 HRC Flächen schlichten kann. Vogt berichtet von begeisterten Kollegen an der Maschine: Beim Schlichten von gehärtetem hochlegiertem Werkzeugstahl 1.2083 hat der Fräser mit Top-Oberflächen und hohen Standzeiten überzeugt. Mit diesem Werkzeug werden unter anderem kleine Taschen auf Passung gefräst. Nach den beiden VHM-Fräsern testet Schülken gerade einen Hochvorschubfräser mit Wendeschneidplatten, den MAPAL NeoMill-4-HiFeed90, dessen positive Schneiden einen weichen Schnitt erzeugen.
 

In enger Zusammenarbeit mit MAPAL wagt sich Schülken auch an Dinge, die bisher als äußerst problematisch galten: Tieflochbohren in gehärtetem Stahl mit Querlöchern. Die Thüringer überschreiten damit die letzte Grenze, um einen Formeinsatz komplett aus dem Harten herzustellen. Dank mehrerer eingesparter Bearbeitungsschritte halbiert Schülken die Bearbeitungszeit solcher Formeinsätze auf nunmehr zwei Wochen. Der Bohrer ist ein gutes Beispiel für die kundennahe Werkzeugentwicklung bei MAPAL.

Bei einem Durchmesser von 8 mm schafft er Tiefen von 20xD und weist einige Besonderheiten auf. Er hat eine speziell geformte Spannut, die den Bohrer gegen Verdrallen stützt und das Werkzeug sehr stabil macht. Die Nut verleiht dem Span eine ganz eigene Form, welche die Spanabfuhr unterstützt. Die Pyramidenspitze unterstützt das Anbohrverhalten nach dem Durchbrechen der Querbohrungen maßgeblich. Das Werkzeug stützt sich über vier Führungsfasen in der Bohrung ab und übernimmt die Führung, wenn die Spitze sich gerade in einer Querbohrung befindet. Einziger Wehrmutstropfen: Dieser Bohrer ist derzeit noch ein Sonderwerkzeug. Bei entsprechender Nachfrage erwägt MAPAL allerdings, ihn in sein Standardsortiment aufzunehmen.

Performance verlangt Schülken nicht nur bei der Bearbeitung, wie Vogt erläutert: „Bei der Auswahl von Werkzeuglieferanten ist uns wichtig, dass die Werkzeuge sofort verfügbar sind. Und dass ich, falls mal ein Problem auftritt, einen Ansprechpartner habe, der auch weiß, wovon er redet.“ Dieser Ansprechpartner ist Produktspezialist Felix Wendler, der den Werkzeug- und Formenbau vom thüringischen MAPAL Standort Meiningen aus betreut. Ihm ist es wichtig, vor allem beim Test neuer Werkzeuge vor Ort beim Kunden zu sein: „Ich möchte gerne hören, wie das Werkzeug bei der Bearbeitung klingt, daraus lässt sich vieles schließen. Wenn ich Oberflächen sehe und fühle, kann ich sagen, was geändert werden muss, damit es besser funktioniert.“

Für zügigen Nachschub der Standardwerkzeuge sorgt das Logistikkonzept von MAPAL. Von den rund 6.500 Artikeln im Katalog für den Werkzeug- und Formenbau ist ein Großteil innerhalb von 24 Stunden verfügbar. Etwas speziellere Abmessungen können innerhalb von fünf Tagen geliefert werden. Schülken Form kommt das sehr entgegen, bleibt dem Unternehmen doch zunehmend weniger Zeit, um seine komplexen Spritzgusswerkzeuge zu fertigen.