Für die Herstellung hochpräziser Verzahnungswerkzeuge sind Messgeräte erforderlich, die ihrerseits allerhöchste Präzision garantieren. Darüber hinaus müssen moderne Messkonzepte auch mit der Digitalisierung in der Fertigung schritthalten. Beim schweizerischen Unternehmen Schnyder steigern hochgenaue Multisensor-Koordinatenmessgeräte die Effizienz des Produktionsprozesses über ein Netzwerk zwischen Fertigungsüberwachung und Endkontrolle im Messraum. 

Das seit 70 Jahren bestehende Familienunternehmen Schnyder mit Sitz im schweizerischen Biel gilt als einer der Technologie- und Qualitätsführer in der Herstellung von Verzahnungswerkzeugen mit Modulen von 0,05 bis 2,5. Die Kunden des Unternehmens aus dem „Watch Valley“ stammen nicht nur aus der Uhrenindustrie, sondern vor allem aus der anspruchsvollen Automobil- und Flugzeugbranche sowie der Getriebe- und Antriebsherstellung.
Bei der Messtechnik hat Schnyder nun einen radikalen Wandel vollzogen und ein digitales Messkonzept entwickelt, dessen Daten durchgängig von der Fertigung bis zur Auslieferung verfügbar sind und sogar dem Kunden mitgeliefert werden können. Der erste Schritt zur Umsetzung dieses Konzeptes bestand in der Anschaffung einer neuen Generation von Messgeräten, die es erlauben, in der Werkstatt nahe am Prozess Vergleichs- und Absolutmessungen auf geschliffenen Profilen sowie auf profilierten Schleifscheiben durchzuführen. Auch bezüglich der integrierten Sensoren hatten die Verantwortlichen genaue Vorstellungen: Eine leistungsstarke Bildverarbeitung ist unabdingbar, denn sie ist bei vielen Messaufgaben deutlich schneller und produktiver als die ebenfalls benötigte taktile Sensorik. Außerdem müssen auch optisch nicht zugängliche Bereiche wie zum Beispiel Hinterschliffe unter Einsatz taktiler Sensoren zuverlässig gemessen werden – sogar bei kleinsten Fräswerkzeugen mit Modul 0,05.
Werth Messtechnik zählt zu den führenden Anbietern moderner Koordinatenmesstechnik und ist auf Multisensorik spezialisiert. Marc Schnyder, Geschäftsführer des Schweizer Unternehmens, erklärt: „Einen wesentlichen Ausschlag für Werth gab der patentierte Fasertaster WFP (Werth Fiber Probe), ein Sensor, mit dem sich Mikrostrukturen und sogar Rauheiten messen lassen. Die damit erreichbare Messgenauigkeit schöpfen wir selbst beim Modul 0,05 nicht aus.“

Mikrotaster für schwer erfassbare Messbereiche
Der WFP besteht aus einer Glasfaser, an deren Ende eine Tastkugel mit einem Durchmesser von 20 µm oder größer befestigt ist. Im Gegensatz zum taktilen Messen mit einem konventionellen Taster arbeitet der Fasertaster taktil-optisch. Der Tasterschaft dient lediglich zur Positionierung der kleinen Tastkugel, nicht jedoch zur mechanischen Signalübertragung zu einer Sensorik im Tastkopf. Die Kugelposition wird optisch erfasst. Hierdurch sind die kleinen Tastergeometrien bei hoher Genauigkeit möglich (Antastabweichung ≤ 0,3 µm).
Mit dem Fasertaster setzt das schweizer Unternehmen nun den optimalen Sensor ein, um auch schwer erfassbare Hinterschliffe zu messen. Zusätzlich wird im Messraum die Rauheit auf den geschliffenen Flanken sowie auf der Spanbrust der Werkzeuge entsprechend den Normvorgaben ausgewertet. Die Messungen zeigten, dass die Ergebnisse wesentlich zuverlässiger und besser reproduzierbar sind als bei einem separaten Rauheitsmessgerät, das der Bediener von Hand anlegt.

Optimal ausgestattete Messgeräte
Schnyder investierte in insgesamt fünf unterschiedlich konfigurierte Werth Video Check Geräte. Ein vertikales High-End-Gerät vom Typ Video Check V HA (High Accuracy) steht im Messraum. Bei diesem handelt es sich laut Werth um das weltweit genaueste Multisensor-Koordinatenmessgerät für die Messung von Werkzeugen. In der Fertigung setzt das Bieler Unternehmen mit unterschiedlichen Sensoren und Spannsystemen bestückte Video Check S Geräte ein. Ein Horizontalgerät dient der direkten Profilmessung von Schleifscheiben, aber auch von sogenannten Prüfklingen, mit denen sich das unmittelbare Schleifergebnis beurteilen lässt. In der Halbzeugherstellung steht dagegen ein vertikaler Video Check S. Dort werden die Spanflächen der Werkzeuge geschliffen, bevor das kundenspezifische Profil aufgebracht wird.
Die Aufgaben dieser Multisensor-Koordinatenmessgeräte sind vielfältig. Bei Wälz-, Formfräsern und Schneidrädern werden zum Beispiel durch optisches Scannen an der Schneidkante der Kopfrundlauf, die Profilform, die Steigungshöhe sowie die Eingriffs- und Axialteilung ermittelt. Scans auf dem Zahnrücken bzw. im Zahngrund ergeben das Flankenprofil und den Flanken- und Zahngrundhinterschliff. Zudem sind der Rundlauf am Bund, am Schaft und am Schaftende sowie der Planlauf am Bund zu messen.

Zeitersparnis durch digitale Werkstattmessung
Der Fokus des neuen Messtechnik-Konzeptes liegt auf der Einführung einer digitalen Werkstattmessung innerhalb eines Netzwerks, das alle Messgeräte in Fertigung und Messraum verbindet sowie den Datenaustausch untereinander sowie mit Verwaltung und Konstruktion erlaubt. Dadurch werden positive Effekte hinsichtlich einer höheren Produktivität erreicht. In dem von Schnyder verwendeten System hat jedes Werkstück eine Seriennummer, der alle wichtigen Daten aus Verwaltung und Konstruktion sowie Messergebnisse aus Fertigung und Messraum zugeordnet werden. So kann der Mitarbeiter in der Produktion auf diese Daten zurückgreifen, seine Arbeit direkt kontrollieren und sofort entsprechende Korrekturen vornehmen. Zum anderen ist jede Messung protokolliert und rückverfolgbar. Das entlastet zum Beispiel die Endkontrolle im Messraum. Denn die Gut-Messungen aus der Fertigung müssen kein zweites Mal gemacht werden.
Da Schnyder schon seit Jahren für die Auslegung der Verzahnungswerkzeuge mit dem Softwarehaus Esco in Herzogenrath zusammenarbeitet, entwickelten Esco und Werth eine Schnittstelle zwischen der Mess-Software Win Werth und der Esco-Software Hawk. Hawk übernimmt auf Knopfdruck die Parameter aus der Werkzeugauslegung und erstellt das dreidimensionale Modell des zu prüfenden Werkzeugs. Anhand der vom Bediener ausgewählten Merkmale generiert die Software das entsprechende Messprogramm, das anschließend von Win Werth ausgeführt wird. Die so gewonnenen Geometriedaten werden an Hawk zurückgegeben, die Ergebnisse werden normgerecht ausgewertet und numerisch und grafisch darstellt.

Perspektive für die Zukunft
In naher Zukunft sollen die digitalen Messdaten zusammen mit den Verzahnungswerkzeugen an die Kunden geliefert werden. Besonders interessant ist, dass bei nachgeschärften Fräswerkzeugen, deren Korrekturmaße bezüglich Durchmesser, Lage, Steigung und Stollenlage zur Voreinstellung der Verzahnungsmaschinen genutzt werden können. Marc Schnyder konkretisiert: „In Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller Liebherr haben wir bereits ein Projekt umgesetzt, bei dem der Endkunde aus den auf den Werth Geräten präzise gemessenen Positionen relative Korrekturwerte ermittelt, die direkt in die Maschinensteuerung übernommen werden können. Dann kann er mit den nachgeschärften Werkzeugen prozesssicher arbeiten, ohne vorher ein Muster fertigen zu müssen.“