Automatisierte Fertigung für Highend-Bikekomponenten

Mit innovativen Sattelstützen machte sich Vecnum einen Namen in der Biker-Szene. Seit 2021 ergänzt der gefederte Vorbau freeQENCE das Produkt-Portfolio, der bei Rennrädern oder den aktuell sehr angesagten Gravelbikes den Komfort der Vorderachse erhöht, jedoch ohne das höhere Gewicht einer Federgabel zu haben. So bringt freeQENCE gegenüber einem ungefederten Vorbau ein Mehrgewicht von ca. 150 g, eine vergleichbare Federgabel hingegen satte 800 g. Gemeinsam ist allen Produkten von Vecnum die extrem hohe Fertigungsqualität.

Das geringste Spiel ist unerwünscht
Diese Qualität ist nicht nur Selbstzweck, denn Spiel in den Gelenken des gefederten Vorbaus würde das Fahrgefühl stark beeinträchtigen. Gleichzeitig wirken hohe Kräfte auf die Gelenke, wenn der Fahrer im Wiegetritt am Lenker zieht. Auch bei den Sattelstützen treten hohe Schrägkräfte auf, wenn der Fahrer darauf sitzt – bei hoher Dynamik durch das Treten und den Untergrund. Trotzdem ist auch hier das geringste Spiel unerwünscht, was durch ausgesuchte Materialien und das präzise Herstellverfahren erreicht wird. So ist das obere Teleskoprohr mit dem Anschluss für den Sattel in einem Stück aus hochfestem Aluminium fliessgepresst.
Nach unbefriedigenden Erfahrungen mit externen Lieferanten beschloss Marcell Maier eine eigene Fertigung aufzubauen. Er setzte dabei auf Robodrill-Bearbeitungszentren von Fanuc. «Diese Anlagen sind in der Fahrradindustrie weit verbreitet. Ausserdem haben wir so die Option, bei steigenden Absatzzahlen auswärts fertigen zu lassen», erläutert der Firmengründer von Vecnum seine Entscheidung. «Nun aber mit unseren bewährten und gut eingefahrenen Prozessen und NC-Programmen, die 1:1 auf den Robodrill-Maschinen der Zulieferer laufen können. So sichern wir unsere hohe Qualität auch bei Ausser-Haus-Fertigung.»
Marcell Maier bringt aus seinem Berufsleben viel Erfahrung und Wissen im Bereich der Werkzeugmaschinen mit und ist mit seinem Ingenieurbüro nach wie vor in dieser Branche tätig. Hierbei lernte er das technische Prinzip der Blum-Taster zu schätzen: «Mich beeindruckt beispielsweise das shark360-Messwerk mit seiner integrierten Planverzahnung – das ist einfach eine gut durchdachte technische Lösung, die mir als Ingenieur gefällt. Dazu sind die Taster extrem präzise und zuverlässig – also genau richtig für unsere Anforderungen.»

Bearbeiten auf 0,01 mm genau
Die Teile der Vecnum-Produkte sind zwar relativ klein, die Zerspanungsleistung aber doch beachtlich: Die Aluteile des freeQENCE-Vorbaus werden aus Rohlingen mit einem Anfangsgewicht von insgesamt 2 kg hergestellt, übrig bleiben am Ende 300 g. «Aktuell fräsen wir die freeQENCE-Teile aus dem Vollen. Bei steigenden Stückzahlen werden wir dann sicher auf Schmiederohlinge umsteigen, die schon die grobe Form haben und weniger Zerspanung erfordern», erläutert Entwickler und NC-Spezialist Matthias Wimmer und ergänzt die Herausforderungen beim Fräsen der Bauteile: «Wir bearbeiten auf einen Hundertstelmillimeter genau im Umschlag, also müssen wir pro Bearbeitungsseite innerhalb eines halben Hundertstel bleiben. Allerdings ist die Ungenauigkeit allein aufgrund der Erwärmung der Maschine bei der Bearbeitung im Bereich eines Hundertstels – wir müssen also ständig messen und kompensieren.»
Beide Robodrill-Maschinen sind jeweils mit einem Messtaster vom Typ TC52 LF und einem Werkzeugtaster Z-Nano ausgestattet. Das Kürzel LF bedeutet «Low Force», der Taster arbeitet mit nur 0,65 N Messkraft beim Antasten in X/Y statt 2,3 N. Die reduzierte Messkraft ist vor allem bei Tasteinsätzen mit sehr kleinen Rubinkugeln oder filigranen Werkstücken von Vorteil. Hohe Präzision mit einer Wiederholgenauigkeit 0,3 µm 2 s garantiert beim TC52 LF das multidirektionale Blum-Messwerk. Wie alle Blum-Tastsysteme verfügen auch die von Vecnum eingesetzten Systeme über eine Miniaturlichtschranke im Inneren, wodurch das Schaltsignal zur Messwerterfassung optoelektronisch und dadurch verschleissfrei generiert wird. «Die Sattelstützen bekommen wir als fliessgeschmiedete Rohlinge, die ovale Innenkontur und eine Nut sind da schon mit der Räumnadel bearbeitet. Wir messen mit dem Messtaster TC52 LF diese Innenkontur, um dann die Aussenkontur genau platziert herstellen zu können», beschreibt Matthias Wimmer die verschiedenen Messaufgaben.

Fehler durch den Anwender ausschliessen
Bei anderen Teilen wie den Links des freeQENCE-Vorbaus nutzt das Unternehmen dreiseitige Aufspanntürme, auf denen die Spannvorrichtungen angebracht werden. Um die drei Bearbeitungsseiten des Turms zur Bearbeitung nach oben schwenken zu können, sind die Aufspanntürme an einer horizontalen Rundachse befestigt. Zum Wechsel zwischen erster und zweiter Spannung werden jeweils die Spanntürme getauscht. Damit Fehler durch den Anwender ausgeschlossen werden, tastet der Blum-Messtaster den Spannturm ab und erkennt somit, welche Spannung sich auf der Maschine befindet.
Die Z-Nano-Taster werden genutzt, um die Werkzeuglänge zu messen und beispielsweise die Längenänderung durch die Erwärmung der Maschine zu kompensieren. Bei empfindlichen Werkzeugen wie einem 0,8-mm-Bohrer wird zudem eine Bruchkontrolle nach der Bearbeitung vorgenommen. Das funktioniert sehr schnell und zuverlässig, da das Messwerk des Werkzeugtasters aufgrund der kugelgelagerten Linearführung mit sehr geringen Messkräften arbeitet und auf das Werkzeug wirkende Querkräfte ausgeschlossen sind. «Ein Aha-Effekt ist das Einmessen von Messerköpfen mit dem Z-Nano Werkzeugtaster», erklärt Matthias Wimmer. «Wir messen alle Schneiden und es zeigt sich – egal wie präzise das Werkzeug auf dem Papier ist –, dass einzelne Schneiden eben doch länger sind als andere und damit das Mass der bearbeiteten Fläche anders ist als gedacht. Hier ist das Messen im Prozess ein sehr wichtiger Faktor für eine hochpräzise Fertigung.»
Umso mehr, weil die Allgäuer keine temperierte Werkhalle haben und nicht rund um die Uhr arbeiten. So sorgen die Aussentemperaturen und die Erwärmung der Maschine durch das hohe Zerspanvolumen dafür, dass die Maschinengeometrie sich verändert. Um die nötigen Toleranzen an den Bauteilen sicherzustellen, setzt man in Isny trotz Temperaturkompensation zusätzlich auf die Messtechnik. Deshalb wird vor jeder Bearbeitung die Maschine neu ein-gemessen. Dies muss dann sehr schnell gehen – und da ist die Messung im Prozess durch nichts zu ersetzen. Vor allem, wenn die Messpunkte – wie mit den Blum-Tastern möglich – mit einem Vorschub von 2 m/min angefahren werden können. «Erhard Strobel, unser Ansprechpartner bei Blum, hat uns erst kürzlich ein Update für den Messzyklus am Z-Nano mitgebracht», berichtet Matthias Wimmer. «Der neue Zyklus spart einige Sekunden pro Messung, indem die Vorpositionierung, also das erste Anfahren des Werkzeugtasters, im Eilgang erfolgt. Das spart in der Masse einige Zeit, wenn man beispielsweise beim Rüsten für einen neuen Bearbeitungsauftrag die Werkzeuge wechselt und alle 21 Werkzeuge im Revolverkopf einmal durchmisst.»

Für durchgängig höchste Qualität
Fahrräder sind heute Prestigeobjekte, daher spielt die Optik eine wesentliche Rolle. Die Oberflächenqualität ist deshalb sehr wichtig. «Wobei das nicht unbedingt ‹völlig glatt› bedeutet, sondern oft eine gewisse ‹Fräsoptik› gewünscht ist», betont Marcell Maier. «Damit das gut aussieht, muss der Prozess funktionieren und der Faktor Mensch ausgeschlossen werden, um gleichbleibend gute Ergebnisse zu erzielen.»
Marcell Maier ist quasi mit Messtastern grossgeworden und hat sich mit den Produkten verschiedener Hersteller auseinandergesetzt: «Die Blum-Taster gefallen mir sehr gut, die Messgenauigkeit ist extrem hoch, die Messungen erfolgen sehr schnell und das ganze Messsystem ist absolut zuverlässig. Daher sind wir mit Blum-Novotest als Partner sehr zufrieden, von den Produkten bis hin zur Betreuung», unterstreicht der Geschäftsführer. «Man hört ja immer wieder die Meinung, auf kleinen Bearbeitungszentren sei ein Messtaster überflüssig – ich glaube, das ist der völlig falsche Ansatz. Um durchgängig höchste Qualität fertigen zu können, ist das Messen im Prozess unverzichtbar.»

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