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Stechdrehen einer Aluminiumlegierung mit passendem Werkzeug

Werkzeuge
Mit passendem Werkzeug das Aluminium-Stechdrehen im Griff

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Beim Stechdrehen von Aluminium gab es bei einem Medizintechnik-Zulieferer Spanprobleme und Aufbauschneidenbildung. Mittels spezieller Werkzeuge jedoch ließen sich Kühlrippen für eine Pumpe problemlos herstellen – und für den Bau von Geräten einsetzen, mit denen Patienten mit schwerem Lungenversagen währnd der Corona-Pandemie behandelt werden können.

Nico Sauermann
Paul Horn, Tübingen

Bei Patienten mit schwerem Lungenversagen – das zum Beispiel bei einer Covid-19-Erkrankung auftreten kann – wird der Körper nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt. In diesem Fall setzen Intensivmediziner die so genannte extrakorporale Membranoxygenierung, kurz ECMO, ein. Technisch gleicht das Gerät einer Herz-Lungen-Maschine aus dem OP: Es übernimmt die Sauerstoffanreicherung des Blutes. Dazu wird beispielsweise aus der Halsschlagader das Blut entnommen, durch die Maschine geführt und über ein großes Blutgefäß an der Leiste zurück in den Körper gepumpt. Die zugehörige Pumpe ist neben dem Membran-Oxygenator selbst, der für die Sauerstoffanreicherung sorgt, eine der zentralen Baugruppen der lebenserhaltenen Maschine.

Inhaltsverzeichnis

1. Aluminium-Bauteil: Stechdrehen für eine Pumpe in der Beatmungstechnik
2. Lange Späne – Probleme mit der Aluminiumlegierung
3. Stechdrehen: Anderes Werkzeug und Prozesswissen schaffen Sicherheit
4. PKD-Werkzeuge waren keine Alternative

Aluminium-Bauteil: Stechdrehen für eine Pumpe in der Beatmungstechnik

Bauteile für die Pumpen liefert auch die Dipl.-Ing. Brecht GmbH aus Wannweil bei Reutlingen. Beim Stechdrehen von Kühlrippen für so eine Pumpe mit Wärmetauscher aus Aluminium beobachteten die Fachleute jedoch Spanprobleme und Aufbauschneidenbildung. Da die Geräte für die Intensivmedizin während der Corona-Pandemie stark nachgefragt wurden, war schnelle Abhilfe gefordert. Mit diesem Thema wandten sich die Wannweiler an den Werkzeughersteller Paul Horn GmbH in Tübingen. Innerhalb weniger Tage entwickelten die Werkzeug-Experten nach internen Tests eine prozesssichere Stechstrategie für die langspanende Legierung.

Lange Späne – Probleme mit der Aluminiumlegierung

Das Problem beim Stechen der Kühlrippen beschreibt Brecht-Geschäftsführer Gordian Hellstern: „Der eingesetzte Werkstoff ist eine Aluminiumlegierung mit einem geringen Siliziumanteil, welche aufgrund der langen Späne und der sich bildenden Aufbauschneiden nur schwierig zu bearbeiten ist.“ Neben den langen Spänen hatten die Wannweiler auch mit hohen Vibrationen zu kämpfen und mussten die Vorschübe deutlich zurückstellen. „Der Zerspanprozess war nicht prozesssicher und musste ständig unter Beobachtung bleiben“, sagt Hellstern.

In dieser zeitlich heiklen Situation nutzte Hellstern den persönlichen Kontakt zu Horn-Entwicklungsleiter Dr. Matthias Luik. Noch am Tag ihres Gesprächs erhielten die Tübinger Testmaterial für Zerspanversuche. „Wir konnten in unserem Testzentrum am nächsten Morgen mit den Versuchen beginnen“, erzählt Luik.

Stechdrehen: Anderes Werkzeug und Prozesswissen schaffen Sicherheit

Der Fokus lag auf der Abstimmung der Schnittparameter, den Schneiden- und Spanformgeometrien sowie bei der zielgerichteten Kühlung der Scherzone. Die Fertigungstoleranzen des Bauteils bewegen sich im Hundertstel-Millimeter-Bereich – und für ein Sichtteil, das in einem Medizinprodukt eingesetzt werden soll, sind auch die Anforderungen an die Oberflächengüte sehr hoch . „Durch lange Späne und Aufbauschneiden konnten wir bisher die geforderten Rauheiten nicht prozesssicher einhalten“, so Hellstern.

Die Horn-Ingenieure setzten auf das Stechsystem S224 mit den Spanformgeometrien FY und WA. Grundhalter mit einer Spannkassette und innerer Kühlmittelversorgung durch den Spannfinger nehmen die Schneidplatten auf. „Eigentlich setzen wir die FY-Geometrie bei nichtrostenden und langspanenden Stahl-Werkstoffen ein. Sie leistet jedoch auch bei Aluminiumlegierungen gute Dienste“, sagt Luik.

PKD-Werkzeuge waren keine Alternative

Mit dieser Geometrie werden die Kühlrippen und der breite Einstich geschruppt. Die Form der Geometrie bewirkt einen kontrollierten Bruch der Späne, und der Kühlmitteldruck verhindert das Aufschmelzen der Späne auf der Spanfläche. „Aufgrund der langspanenden Legierung haben wir nicht auf PKD-Werkzeuge gesetzt, da dort wegen der relativ dünnen PKD-Schicht keine tiefen Spanformgeometrien realisierbar sind“, fügt Luik noch hinzu.

Die spezielle Aluminium-Stechgeometrie WA sorgt beim Schlichten der Einstiche für die hohe Oberflächengüte des Bauteils. Die polierte Spanformgeometrie wirkt gegen Aufbauschneidenbildung, erzeugt kleine Spiralspäne und ermöglicht dadurch eine gute Spankontrolle und hohe Prozesssicherheit. Die angepasste Spanverjüngung verhindert beim Stechen Beschädigungen an den Flanken und erzeugt somit eine hohe Oberflächengüte. Für optimale Zerspanungsbedingungen empfehlen sich Klemmhalter mit Innenkühlung, insbesondere über den Spannfinger. Die Innenkühlung wirkt dadurch direkt in der Schnittzone und trägt zur erhöhten Prozesssicherheit bei.

Der Stechprozess konnte nach den Horn-internen Tests durch die Anwendungstechnik der Dipl.-Ing. Brecht GmbH schnell in der Fertigung in Wannweil implementiert werden.

www.phorn.de


Über den Fertiger

Mit einem Team von knapp 30 Mitarbeitern bietet die Dipl.-Ing. Brecht GmbH Dienstleistungen wie CNC-Fräsen, -Drehen, Wasserstrahlschneiden und die additive Fertigung von anspruchsvollen und komplexen Bauteilen an. Auftraggeber kommen unter anderem aus der Medizintechnik, der Labortechnik sowie der Luft- und Raumfahrttechnik. Gefertigt werden Bauteile aus Metall, Kunststoff und Hochleistungskunststoffen.

www.brechtgmbh.com


Kontakt zum Werkzeughersteller:

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
Horn-Straße 1
D-72072 Tübingen
Tel.: +49 (0) 7071–7004–0
E-Mail: info@phorn.de
Website: www.phorn.de

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