Der Werkzeugbau als erfolgskritischer Faktor für den Unternehmenserfolg

In der industriellen und handwerklichen Fertigung kommt dem Werkzeugbau eine entscheidende Rolle zu. Die jeweiligen Werkzeugmacher stellen dabei explizit Werkzeuge oder auch spezielle Vorrichtungen her, die zur Montage, Bearbeitung und Qualitätskontrolle von Erzeugnissen respektive Werkstücken eingesetzt werden. Zumeist werden heute viele dieser Werkzeuge und Vorrichtungen mit Hilfe von hochpräzisen Werkzeugmaschinen mit einer rechnergestützten numerischen Steuerung (engl.: Computerized Numerical Control; kurz: CNC) angefertigt.

Die Herstellung der Werkzeuge und Vorrichtungen ist in der Regel sehr aufwendig und die Mitarbeiter benötigen viel Erfahrung für die Konstruktion. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass überwiegend Einzelanfertigungen gefordert sind. Im westeuropäischen Raum hat sich daher eine Branche entwickelt, die sich zunehmend auf oftmals innovative und immer hochqualitative Produktlösungen konzentriert. Diese qualitativ hochwertigen und oftmals kundenspezifischen Werkzeuge und Vorrichtungen ermöglichen dem jeweiligen Kunden häufig einen entscheidenden Produktivitätsvorsprung gegenüber der Konkurrenz. Der Werkzeugbau sollte daher niemals stiefmütterlich behandelt werden. Denn dieser Bereich hat sich zweifelsohne zu einem erfolgskritischen Faktor für den Unternehmenserfolg entwickelt.

Der Werkzeugbau lässt sich in mehrere Spezialgebiete unterteilen

Der Werkzeugbau muss unterschiedliche Werkzeuge und Lösungen anbieten. Daher muss hier zwischen unterschiedlichen Bereichen unterschieden werden, in denen verschiedene Werkzeugarten hergestellt werden. Grundsätzlich lässt sich der Werkzeugbau in vier Spezialgebiete unterteilen.

• Umformwerkzeuge:
  Hierbei handelt es sich um Ziehwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Drückwerkzeuge und Blaswerkzeuge. Werkzeuge dieser Art dienen dazu, Materialien je nach Bedarf bzw. Anforderung zu formen. Dabei kommt eine Negativformhälfte zum Einsatz, die das anzufertigende Werkstück teilweise oder auch ganz abbildet. Gerade im Stanzwerkzeugbau werden zahlreiche Umform- und Schneidwerkzeuge, mit denen so bezeichnete kalte Umformprozesse realisiert werden können, für eine Massenproduktion hergestellt. Verstärkt nachgefragt werden zudem Ziehwerkzeuge, die für die Fertigung von Kunststoffprofilen (hier: Strangziehen) oder auch für das Zugdruckformen eines Blechzuschnitts (hier: Tiefziehen) prädestiniert sind. Drückwerkzeuge finden demgegenüber beispielsweise bei der Herstellung von rotationssymetrischen Hohlkörpern Verwendung. Die jeweilige Mantelliniekontur kann dabei nahezu beliebiger Form sein. Daher lassen sich Drückwerkzeuge auch hervorragend zur Fertigung von Felgen, Vasen oder Töpfen einsetzen. Als Verfahren im Rahmen der Umformung stehen die Kaltumformung, die Halbwarmumformung, die Warmumformung sowie die Blechumformung zur Verfügung.
• Urformwerkzeuge:
  In diesem Segment des Werkzeugbaus liegt der Fokus auf Kunststoffspritzgieß- und presswerkzeugen sowie auf Gießereiwerkzeugen. Erstere sind ein wichtiges Tool für die Herstellung von Formen (hier: Formenbau), die anschließend zur Herstellung von Gussteilen sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall genutzt werden. Bei der Verwendung einer solchen Form bzw. eines Urformwerkzeugs bringt dieses ein unförmiges Material in die gewünschte Form. Als Material können zum Beispiel ein Granulat, weiche Matten oder eine Schmelze eingesetzt werden. Im Grunde genommen wandeln Urformwerkzeuge also einen formlosen Stoff in eine entsprechend feste Form um. Mittels unterschiedlicher Verfahren wird das jeweilige Ausgangsmaterial in die Form bzw. in das Werkzeug eingebracht. Gießereiwerkzeuge kommen dagegen im Rahmen von Fertigungsverfahren zum Einsatz, die für die Herstellung von Werkstücken aus flüssigem Metall verantwortlich sind. Die gängigste Methode in diesem Bereich stellt der Formguss dar. Hier wird das geschmolzene Metall in eine Hohlform gegeben, in dem es dann erstarrt.
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Vorrichtungsbau:
  Innerhalb dieses Spezialgebietes werden Werkzeuge erstellt, die dem Bau fertigungsspezifischer Vorrichtungen dienen. Zudem werden Werkzeuge für die Errichtung von Geräten und Apparaturen benötigt.
• Lehrenbau:
  Im Allgemeinen werden Lehren zur Überprüfung von Ist-Zuständen respektive von Vorgabemaßen eingesetzt. Neben der Montage und Produktion sind Lehren daher gerade in der Messtechnik ein wesentlicher Faktor. In der Regel birgt die Anwendung von Lehren weitaus weniger Fehlerquellen als eine herkömmliche Messung. Im Maschinen- und Anlagenbau sowie zum Beispiel eben auch in der Messtechnik benötigen die Unternehmen daher qualitativ hochwertige Werkzeuge, die in der Regel aus gehärtetem Lehrenstahl bestehen. Messflächen bestehen demgegenüber aus feingeschliffenem oder geläpptem Hartmetall.

Der Werkzeug Prototypenbau legt die Grundlage für eine hochwertige Qualität der Werkzeuge

Für welches Spezialgebiet ein Werkzeug auch immer vorgesehen ist, Qualität und Präzision sind stets unabdingbar. Entsprechende Präzisionswerkzeuge zu entwickeln und anzufertigen, stellt daher höchste Anforderungen an Technik und Mensch. Wesentlich für den Werkzeugbau ist hierbei die Vorbereitung. So wird fast immer eine spezielle technische Zeichnung oder aber ein mit Hilfe von CAD-Daten erstelltes 3D-Modell benötigt, um einen expliziten Prototypen zu erstellen. In der heutigen Zeit wird ein solcher Prototyp meistens im Rahmen des so bezeichneten Rapid Prototyping Verfahrens auf der Basis von 3D-CAD-Daten angefertigt.

Der Herstellung von Prototypen kommt im Werkzeugbau dabei eine besondere Bedeutung zu. Denn durch den Bau eines Prototypens kann bereits vor der Fertigung des eigentlichen Werkzeugs überprüft werden, ob die Eigenschaften auch tatsächlich den gegebenen Anforderungen genügt. Hierfür sind oftmals mehrere Durchläufe nötig, bis sämtliche Anforderungen vollumfänglich erfüllt sind. In der Branche wird dieses Verfahren bzw. diese Vorgehensweise auch als Try-Out bezeichnet. Entspricht der Prototyp dann letztendlich den jeweiligen Anforderungen, kann das eigentliche Werkzeug respektive ein Musterwerkzeug gefertigt werden.

Zeitaufwand: Die jeweilige Durchlaufzeit ist ein relevanter Erfolgsfaktor

Im Normalfall beträgt die Durchlaufzeit zur finalen Fertigung eines Werkzeugs mehrere Wochen oder sogar teilweise Monate. Dank des Rapid Prototypings, also dem schnellen Werkzeug Modellbau, kann diese Zeit erheblich verkürzt werden. Denn grundsätzlich wird ein eminent großer Teil der Herstellungszeit eines Werkzeugs von der Entwicklungsphase in Anspruch genommen. Zudem muss diesbezüglich berücksichtigt werden, dass oftmals mit dem erstellten Werkzeug zu Beginn erst noch Versuchswerkstücke angefertigt werden. Auf diese Weise lassen sich Ungenauigkeiten und anderweitige Mängel ausschließen.

Werden allerdings Fehler und Abweichungen entdeckt, können diese dann durch Nachschleifen, Nachfräsen oder ähnlicher Nachbearbeitung beseitigt werden. Die Durchlaufzeit für die Gestaltung und Entwicklung von Werkzeugen ist enorm wichtig geworden und gilt mittlerweile nicht umsonst als wichtiger Wettbewerbsfaktor, um mit den Werkzeugen erstellte Erzeugnisse schnellstmöglich am Markt zu positionieren.

Werkzeugbau Prototypen: Qualität hängt vom Know-how ab

Es hängt entscheidend vom Knowhow beim Werkzeugbau Modellbau ab, wie schnell, wie wirtschaftlich, wie effizient und in welcher Qualität Serienprodukte erstellt werden können. Wichtig sind hierbei vor allem leistungsfähige CAM-Systeme, die auf den Werkzeug- und Formenbau ausgerichtet sind. Um dabei Werkzeug Prototypen schnellstmöglich und mit hoher Qualität herzustellen, kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Eine viel genutzte Methode beim Werkzeug Modellbau ist zum Beispiel die Stereolithografie, mittels der belastbare und präzise Urmodelle für den Vakuumguss gefertigt werden. Auch das Lasersintern zählt zu den renommierten Verfahren, um Werkzeugbau Prototypen zu erschaffen. Die entsprechenden Modelle zeichnen sich vor allen durch ihre Strapazierfähigkeit aus und sind zudem sofort einsatzbereit, was einen enormen Zeitvorteil bedeutet. Beide Verfahren erlauben es, dass Werkzeug Prototypen auch mit äußerst komplizierten Geometrien stets kostengünstig und vergleichsweise schnell produziert werden können.

Wichtige Aufgabe: Der Werkzeugbau als entscheidendes Bindeglied im Produktionszyklus

Alle produzierenden Unternehmen sind auf qualitativ hochwertige, präzise und zuverlässige Werkzeuge angewiesen, um die Herstellung ihrer Produkte zu gewährleisten. Ob die kunststoffverarbeitende Industrie, Metall- und Gießereibetriebe, die Automobilindustrie, der Apparate- und Maschinenbau, die Bauindustrie, die Medizintechnik, die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Messtechnik oder zum Beispiel auch die Verpackungsindustrie – ohne die passenden Werkzeuge kann nicht produziert werden. Dabei bildet der Werkzeugbau quasi die Schnittstelle zwischen der Idee respektive der eigentlichen Entwicklung von Produkten und der Fertigungsambitionen des produzierenden Gewerbes.

Der Werkzeugbau fungiert also als ein entscheidendes Bindeglied im Produktionszyklus. Neben einer möglichst hohen Produktivität der hergestellten Werkzeuge stellen zusammenfassend die Entwicklungszeit, die Kosten sowie natürlich die Verarbeitungsqualität die entscheidenden Faktoren im Werkzeugbau dar. Nur wenn diese Faktoren stimmen, kann ein Werkzeug eine entsprechend hohe Produktivität aufweisen, um bei der Fertigung von Erzeugnissen bzw. von Serienprodukten die Stückkosten in einem annehmbaren Rahmen zu halten.