Was ist Werkzeugbau genau?

Im Werkzeugbau werden Werkzeuge und Vorrichtungen für die Herstellung von Werkstücken produziert. Zum Einsatz kommen dabei CNC-gesteuerte Werkzeugmaschinen.

Spezielle Anforderungen an den Werkzeugbau

Der Aufwand in der Branche ist sehr hoch, weil es vielfach um Einzelanfertigungen von Vorrichtungen geht. Lediglich einfache Werkzeuge – Hammer, Handsäge, Schraubenzieher etc. – lassen sich kostengünstig in Grossserien produzieren. Doch vielfach geht es um Spezialwerkzeuge, die sehr innovativ sind und Produktivitätsvorsprünge generieren. Spezialgebiete des Werkzeugbaus betreffen folgende Werkzeuggruppen:

  • Urformwerkzeuge: Giessereiwerkzeuge, Kunststoffspritzgiess- und -presswerkzeuge, Extrusionswerkzeuge
  • Umformwerkzeuge: Stanz-, Zieh-, Drück- und Blaswerkzeuge
  • Vorrichtungsbau: spezielle, fertigungsspezifische Vorrichtungen, Apparate und Geräte
  • Lehrenbau

Die Abnehmer kommen aus verschiedensten Industriezweigen, so dem Apparatebau, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Bauindustrie, der Elektrotechnik und Elektronik sowie diversen weiteren Branchen.

Modernste CAD-Technologie unterstützt Werkzeugbau

Modernste CAD-Technologie unterstützt Werkzeugbau

Moderne CAD-Technologien unterstützen den Werkzeugbau

Geschichte des Werkzeugbaus

Seit die Menschheit Werkzeuge verwendet, musste sie sich diese bauen. Die Geschichte des Werkzeugbaus ist also sehr alt. Man geht davon aus, dass Urmenschen schon vor mindestens 2,6 Millionen Jahren Werkzeuge aus Stein und Holz mit anderen Steinen herstellten. Der Formenbau durch den Guss von Metall in Steinformen ist mehrere Tausend Jahre alt.

Die betreffenden Herstellungstechniken entwickelten sich in der Menschheitsgeschichte immer weiter und erlebten einen rasanten Aufschwung während der industriellen Revolution im 19. Jahrhundert.

Eine neue Qualität entstand durch den iterativen (sich wiederholend annähernden) Bau von immer komplexeren Werkzeugen, der den neuen Industriezweig des Werkzeugmaschinenbaus entstehen liess. Spezialhersteller bauen seit rund 100 Jahren Maschinen – vielfach in Kleinstserien bis hin zur Einzelanfertigung –, die Maschinen für die Werkzeugherstellung produzieren können.

Werkzeugbau Automobilindustrie

Der Werkzeugbau Automobilindustrie ist die Voraussetzung, um Autos herstellen zu können. Hier gibt es die Besonderheit, dass durchaus Werkzeuge und Werkzeugmaschinen in Grossserien oder mittelgrossen Serien produziert werden können, weil manche Pkw-Serien ebenfalls in Grossserien an verschiedensten Standorten entstehen. Jedoch ist der Spezialisierungsgrad sehr hoch, oft müssen auch Kleinserien hergestellt werden.

Wichtig zu wissen: Jedes einzelne Bauteil von Kraftfahrzeugen benötigt sein eigenes Werkzeug.

Die Art des betreffenden Bauteils kann sich etwa hinsichtlich einzelner Masse vom Vorgängermodell geringfügig unterscheiden, weshalb wieder ein neues Werkzeug benötigt wird. Das betrifft alle möglichen Autobauteile, von der Heckklappe über den Kotflügel, den Motorblock oder einzelne Halterungen bis zum Querlenker. Vor allem die Zulieferer sind mit dem Werkzeugbau Automobilindustrie befasst, denn sie produzieren diese Einzelteile. Sie beschäftigen hierfür eigene Werkzeugkonstruktionsabteilungen, die das passende Werkzeug entwerfen. Der Umschlag in der Branche ist hoch, weil die Hersteller aus Gründen der Diversifizierung ständig neue Modelle entwickeln und auch oft neue Produktionsstandorte aufbauen. Nicht zuletzt wechseln die technischen und optischen Autodesigns immer schneller.

Noch in den frühen 2000er Jahren ging man davon aus, dass ein einzelnes Werkzeug rund 500.000 Bauteile produzieren soll.

Heute (2020) sind es nur noch 100.000 Teile, allerdings oft in mehreren Varianten. Damit entstehen wiederum höhere Anforderungen an das Werkzeug. Die Werkzeugbauer müssen damit immer grössere Herausforderungen bewältigen. Es gilt, effiziente Wege zu finden, mit denen sich Durchlaufzeiten und Kosten reduzieren lassen. Gleichzeitig werden hohe Werkzeug- und auch Bauteilqualitäten gefordert. Das gelingt nur durch eine Reduktion von Optimierungsschleifen und eine Verkürzung der gesamten Durchlaufzeit im Werkzeugbauprozess.

Werkzeugbau: Produktion von Werkzeugen und Vorrichtungen für die Herstellung von Werkstücken.

Werkzeugbau: Produktion von Werkzeugen und Vorrichtungen für die Herstellung von Werkstücken.

Werkzeugbau: Produktion von Werkzeugen und Vorrichtungen für die Herstellung von Werkstücken.

Werkzeugbau für die Medizintechnik

In der Medizintechnik herrschen wiederum spezielle Anforderungen an den Werkzeugbau, die sich von denen in anderen Branchen unterscheiden. Es gibt dementsprechend weltweit nur sehr wenige spezialisierte Hersteller in diesem Sektor. Ein Schwerpunkt ist dabei die Risikobeurteilung von Werkzeugen für medizinische Produkte, ein weiterer die Prozessfähigkeit.

So muss etwa ein Spritzgiesswerkzeug den typischen Regularien und Anforderungen entsprechen, die im medizinischen Bereich üblich sind (GMP, DIN EN ISO 13485).

Die Hersteller müssen daher für die Werkzeuge Risikobetrachtungen durchführen, die es so in anderen Branchen nicht gibt. Verlangt werden unter anderem Prozessfähigkeitsnachweise. Der Planungsaufwand für die Werkzeugbauer gilt daher gegenüber anderen Branchen als höher. Beispiele solcher Spezialanforderungen wären unter anderem schmiermittelfreie Produktionsbedingungen und die Herstellung von Werkzeugen für Reinräume, die nur sehr wenig kontaminiert werden können. Das gelingt beispielsweise durch besondere Heisskanalsysteme.

Auch die Zugänglichkeit zum Werkzeug muss mehr als in anderen Branchen gegeben sein, weil zeitkritische Faktoren eine Rolle spielen können. Nicht zuletzt benötigt die Medizintechnikbranche Werkzeuge mit verschiedenen Kavitäten (Hohlraumströmungen), die dennoch nur für den Einmalgebrauch bestimmt sind. Diese Werkzeuge in kurzen Zyklen unter Berücksichtigung der regulatorischen Anforderungen zu produzieren ist eine sehr anspruchsvolle Aufgabe, die unter anderem bestimmte Preise in der Branche erklärt.

Weiterführende Artikel auf Industrie-Produkte.ch und im WWW