Workshop “New Dimension” am 26.8.2005 bei KERN Micro- und Feinwerktechnik, Murnau, Deutschland

(PresseBox) (Murnau, ) Die Firma KERN Micro- und Feinwerktechnik GmbH & Co. KG in Murnau ist seit vielen Jahren bekannt als Pionier in der Microtechnik.

Das Thema „Höchstpräzision“ beschäftigt das Unternehmen seit seiner Gründung im Jahre 1962 in München-Martinsried. Ursprünglich ist das Unternehmen gegründet worden, um der damals aufstrebenden High-Tech-Industrie im südlichen Deutschland höchstpräzise Teile zu fertigen. Die Zielkunden waren damals so renommierte Firmen wie Messerschmidt-Bölkow-Blohm (heute EADS), Dornier Aircraft, MTU, Siemens, IBM, etc.

Herr Kurt KERN, der Firmengründer hat von Anfang an auf neueste Technologien in der Metallbearbeitung gesetzt. Er war es, der eine der ersten Erodiermaschinen von AGIE nach Süddeutschland brachte. Als Werksvertreter von JUNG Präzisions-Flach- und Profilschleifmaschinen hatte er auch bis zu 18 JUNG Schleifmaschinen im Einsatz.

Natürlich musste er auch im Fräsen und Bohren entsprechend investieren. Zum Ko-schleifen wurde eine Hauser angeschafft. Zur Zertifizierung als A- und B-Lieferant für die europäische Luft- und Raumfahrt mussten dann noch die entsprechenden Messmaschinen angeschafft werden mit der ZEISS UPM 850 als Highlight.

Der große Erfolg mit dieser Unternehmensphilosophie zur Spezialisierung auf Hightech und Höchstpräzision hat auch IBM zu KERN geführt. Es ging 1982 darum, 648 Löcher von 60 µm im Durchmesser (Stärke eines Kopfhaares) mit einer Genauigkeit von ±2 µm am Werkstück in eine Testmembrane für Microchips einzubringen. KERN hatte für diese Aufgabe keine Maschine im eigenen Maschinenpark. Eine Marktrecherche ergab, dass in ganz Europa keine derart genaue Maschine existent war. Die Aufgabe war aber so interessant, dass man sich kurzerhand entschloss, selbst eine CNC Hochpräzisionsmaschine zu entwickeln. Als IBM dann diese Maschine bei einem Audit sah, entstand sofort die Forderung, selbst so eine Maschine besitzen zu müssen. Der ersten KERN Maschine an IBM folgten kurzfristig weitere 3 Maschinen. Nahezu zeitgleich „entdeckte“ die Firma SIEMENS die KERN CNC Höchstpräzisions Micro- Fräs- und Bohrmaschine und bestellte ebenfalls kurz hintereinander 4 Maschinen.

Eine neue Dimension – die erste CNC Micro- Fräs- und Bohrmaschine war geboren!

Nun, nachdem 8 Maschinen ohne irgendwelche Verkaufsbemühungen an ausgesuchte High Tech Firmen verkauft wurden, musste es doch weitere Märkte für so eine Höchstpräzisionsmaschine geben. Ein Brainstorming im Hause führte dazu, dass man eine weitere Maschine baute, um diese auf der Uhrenmesse in Basel auszustellen – mechanische Uhrwerke mussten doch derartige Präzisionen erfordern?

Relativ blauäugig hat ein KERN Mitarbeiter nach der Baseler Uhrenmesse die ausgestellte Maschine einem zufällig kennen gelernten Schweizer Maschinenvertreter überlassen, der diese Maschine der Firma PATEK PHILIPPE in Genf vorstellte. Nur 14 Tage später war der schriftliche Auftrag im Hause. Dieser Erfolg hat sich fulminant weiter entwickelt, so dass PATEK PHILIPPE als einer der renommiertesten Hersteller hochwertiger mechanischer Uhren seinen Bestand an KERN Maschinen bis auf 18 Stück erhöhte.

Natürlich sprach sich diese neue Maschine im Uhrenmarkt schnell herum mit dem Ergebnis, dass weitere Hersteller von hochwertigen mechanischen Uhrwerken heute zum Kundenkreis von KERN gehören. Dies sind nicht nur die Schweizer Edel-Manufakturen, wie JAEGER LE COULTRE, ETA, PARMIGIANI, IWC, AUDEMARS PIGUET, ROLEX und andere sondern auch im deutschen „Vallée de joux“ in Glashütte mit den Firmen GLASHÜTTER UHRENBETRIEBE GUB, LANGE & SÖHNE und MÜHLE.

Im Laufe der Jahre entwickelten auch andere Branchen Hochpräzisions-Bedürfnisse, für die nur eine KERN Maschine in Betracht kam. Im Werkzeug- und Formenbau waren das die Hersteller von Hartmetall Wendeschneidplatten. Für die Fertigung von Sinter-Preßformen wurden Elektroden benötigt mit einer Genauigkeit von unter 5 µm am Werkstück. Vorreiter war die Firma SECO TOOLS in Schweden. Nahezu parallel dazu wurde auch die Firma SANDVIK COROMANT auf KERN aufmerksam. Den ersten KERN Maschinen folgten weitere, da nicht nur die Muttergesellschaften diese Höchstpräzisionstechnik einsetzten, sondern auch die internationalen Tochtergesellschaften die gleiche hohe Präzision zu fertigen hatten.

Dies führte dazu, dass KERN Maschinen nach England, Frankreich, Spanien, in die USA, nach Indien und in andere Länder exportiert wurden. Ähnlich der Uhrenindustrie wurden auch Mitbewerber der genannten Firmen auf KERN aufmerksam, so daß es nicht ausblieb, dass sich praktisch nahezu sämtliche Key Player in dieser Branche eine oder mehrere KERN Maschinen anschafften. Torbjörn Bärnevag, der Betriebsleiter von SECO TOOLS meint hierzu: „Es ist praktisch ein Statussymbol in der Branche mit KERN Maschinen zu fertigen“. So arbeiten heute neben den genannten Firmen so renommierte Hersteller von Wendeschneidplatten wie ISCAR/Israel, WALTER/Tübingen, CERATOOLS/Luxemburg, VALENITE/USA, CARBULOY/USA, BÖHLERIT/Österreich, MINAS ET METALURGIA/Portugal, PRAMET/CZ, ZHUZHOU/China, etc. meistens auf mehreren KERN CNC Höchstpräzisions- Micro- Fräs- und Bohrmaschinen.

Die gute Zusammenarbeit mit diesen Firmen führte auch dazu, dass gemeinsam mit Herstellern von Spannsystemen schon frühzeitig Automatisierungslösungen in der Werkstückbeschickung entwickelt wurden. Die Automatisierung hat sich KERN ganz besonders auf die Fahne geschrieben. Burkhard K. Rother, Geschäftsführer von KERN dazu: „Bei unseren Produktionskosten in Mitteleuropa ist die Automatisierung unabdingbar! Wir bieten bereits seit über 10 Jahren Lösungen für Höchstpräzisionsbearbeitungen am Werkstück von ±2 µm im Mannlosbetrieb an.“ Von den umfangreichen Erfahrungen, die KERN auch in der eigenen Lohnfertigung mit automatisierten KERN Maschinen gesammelt hat, profitieren natürlich auch alle anderen KERN Kunden. Dies betrifft übrigens nicht nur das Thema Automatisierung.

Nachdem KERN wohl fast der einzige Maschinenhersteller ist, der neun von seinen Maschinen in der eigenen Lohnfertigung einsetzt, verfügt KERN über ein enormes Betriebs Know-how im Einsatz seiner eigenen Maschinen. Dies beginnt bei der CAD/CAM Programmierung, geht über die Spann-Technik und die Werkzeug-Technologie bis zum richtigen Einsatz der Kühl-Schmiermittel. Durch die äußerst vielfältige Bearbeitung ganz unterschiedlicher und teilweise exotischer Materialien, wie z.B. Titan, Inconel, Kovar, Gold, Glas, Keramik, Graphit Beryllium, etc. kann KERN seinen Kunden eine Technologiepartnerschaft anbieten, die in der Welt wohl einzigartig ist.

Aufbauend auf dieser langjährigen Erfahrung setzt KERN nun wieder den Sprung in eine neue Dimension an!

Wieder einmal, wie bereits 1982, wird in der Zerspanung ein Quantensprung gewagt!

Zum einen wird der vertraute Bearbeitungsraum von etwa einer DIN A4 Größe verlassen. Mit der neuen Maschinenentwicklung KERN Pyramid Nano bewegt man sich in die Verfahrwege von X= 500 mm, Y = 500 mm und Z = 300 mm und bietet bei diesen Verfahrwegen eine Positionsstreubreite PS nach VDI/DGQ 3441 von sage und schreibe 0,3 µm! Oberflächengüten von Ra < 0,05 µm werden angestrebt! Das sind absolut neue Dimensionen in der Zerspanung!

Einen ganz auserlesenen Kreis von Höchstpräzisionsanwendern hat KERN nun noch vor der EMO in Hannover nach Murnau eingeladen, um diese extremen Leistungen im Rahmen eines Workshops „New Dimension“ zu demonstrieren. Hierbei wurde auch so mancher Schleier gelüftet, wie man denn zu solchen außergewöhnlichen Ergebnissen kommen kann.

In über zwei Jahren Entwicklungszeit wurden viele Aspekte gründlich untersucht. Das fing an bei dem richtigen Material für einen Maschinenständer. KERN hat in der Vergangenheit bei ihren Maschinen der Typenreihen KERN MMP und KERN HSPC (High Speed Precision Cutting) sehr gute Erfahrungen mit Mineralguß als Ständermaterial gesammelt. Nachdem auf der neuen KERN Pyramid Nano mit einer HSK 40 Spindel auch kräftige Zerspanungsleistungen möglich sein müssen, wollte man auch beim Ständermaterial die Erfahrungen von bewährtem Material mit neuen Überlegungen verbinden. Ergebnis ist eine Sonderlösung mit armiertem Mineralbeton, das KERN sich unter dem Namen KERN ARMORITH ® schützen ließ. Neben hohen Zug- und Scherfestigkeiten, einer extremen Vibrationsdämpfung und optimalen Wärmedurchgangswerten weisen diese 7 Tonnen eine Masse auf, die hervorragende statische und dynamische Steifheiten ergeben. Natürlich wurde der Maschinenständer an der TU München mit der FEM-Methode berechnet.

Die Achsen, extrem weit gelagert, schweben auf einem Ölfilm von etwa 15 µm Dicke. Zur Anpassung an unterschiedliche Zerspanungskräfte wird der Öldurchfluß geregelt mit dem Ergebnis gleichbleibender Ölfilmdicke. Auch die Achsantriebe sind hydrostatisch. Diese Kombination führt dazu, dass bei der Zerspanung in den Achsen und im Antrieb kein metallischer Kontakt der bewegten und der antreibenden Komponenten vorhanden ist. Maximale Vibrationsdämpfungseigenschaften sind somit garantiert! Anhand einer Testachse konnte sich jeder Workshop-Teilnehmer persönlich davon überzeugen, dass keine Reibung vorhanden ist. Praktisch mit dem kleinen Finger konnte man die 80 kg des Achsschlittens bewegen. Mit der auf der Achse aufgelegten flachen Hand konnte man sehr gut erspüren, dass die Achse tatsächlich „schwebt“. Dies ist die ideale Voraussetzung, um derartige Oberflächengüten beim Zerspanen mit HM-Werkzeugen zu erreichen, wie KERN sie mit Ra < 0,05 µm (= 50 Nanometer) angibt.

Übrigens wurden während der Maschinenentwicklung verschiedene Testachsen aufgebaut und im Betrieb vermessen, um herauszufinden, ob z.B. ein Antrieb mit Linearmotoren besser geeignet ist. Die umfangreichen Testergebnisse ergaben eindeutig bessere Oberflächengüten bei der hydrostatischen Testachse.
Neben der Vermeidung des „Cogging-Effektes“ der Linearantriebe werden auch durch die wesentlich günstigeren Energiekosten die Mehrkosten der hydrostatischen Achsen von den Kunden sicherlich gewürdigt.

Die clevere Achsführung, ausgestattet mit Heidenhain-Glasmaßstäben, erlaubt die exakte Positionierung von 0,1 my-Schritten auf jeder Achse. Hier stößt KERN in Limits vor, die sogar der Firma Heidenhain als bewährtem Lieferanten einige Nüsse zu knacken geben.

Äußerst intelligent ist das Temperaturmanagement gelöst. Das Hydrauliköl, das durch die Achsen und in den Antriebsstrang fließt, wird in einem externen Kühlturm in einem Delta von ±0,25 °C gekühlt. Im selben Aggregat werden die Kühlflüssigkeiten der Teilapparat-Antriebsmotoren und der Frässpindel in der gleichen Genauigkeit gekühlt. Der Kühlturm ist ganz bewusst an einer 10 m langen Leitung angeschlossen, damit er außerhalb des Bearbeitungsraumes aufgestellt werden kann. Natürlich kann das Kühlsystem auch an einen eventuell vorhandenen Kühlkreislauf bei einem Kunden angeschlossen werden.

Bei den Frässpindeln setzt KERN auf die bewährte Zusammenarbeit mit PRECISE. Es stehen zwei vektorgeregelte Frässpindeln zur Verfügung: HSK 40 mit 200 – 36.000 rpm und 11 kW Leistung und HSK 25 mit 500 – 50.000 rpm und 6,4 kW Leistung. Die kräftige HSK 40 Spindel erlaubt große Zerspanungsvolumina, so dass Schruppen und Schlichten in diesem Höchstpräzisionsbereich kein Thema ist.

Je nach gewählter Spindel gibt es automatische Werkzeugwechsler in Ausführungen bis zu 75 bzw. 96 Werkzeugen. Ein automatischer Werkstückwechsler mit 20 Positionen gehört zur Standardausrüstung. Hierbei spielt es keine Rolle, ob Werkstückhalter von SYSTEM 3R oder EROWA eingewechselt werden sollen. Dieses einwechseln kann entweder auf den Arbeitstisch bei der 3-Achsen-Bearbeitung erfolgen oder auf die jeweilige Schnittstelle des Hochpräzisions-Teilapparates mit der Genauigkeit von einer Winkelsekunde.

In-Prozeß-Messungen von Werkstückposition und Werkzeuglänge und –radius bietet KERN schon seit langem an, so dass dies keiner besonderen Erwähnung bedarf.

Besonders gelungen ist auch die Spänesammlung in einem Tandemwagen, der ganz leicht von vorne aus der Maschine gerollt werden kann.

Nach einem Gag sieht die Werkstückbeleuchtung aus. In die Spindel integrierte LEDs beleuchten das Werkstück während der Bearbeitung in roter Farbe. Bei stehender Spindel wechselt die Beleuchtung zu blauer Farbe. Christian Neuner, der Maschinenbediener erläuterte, dass diese LEDs eine mehrfache Wirkung haben. Konventionelle Innenraumbeleuchtungen entwickeln Temperaturen, die bei diesen Genauigkeiten kontraproduktiv sind. Die unterschiedlichen Farben geben dem Bearbeiter ein schnelles Signal des Bearbeitungs-zustandes – einfach super!

Bei einem derartig ultimativen Bearbeitungszentrum, bei dem praktisch an alles gedacht wurde, muss natürlich noch der Beweis geführt werden, dass die angegebenen Genauigkeiten auch tatsächlich erreicht werden. „Alles was nicht gemessen ist, ist ein Gerücht“ sagt Burkhard K. Rother. Da ergibt es sich als einfach ideal, dass die Firma ZEISS mit ihrer neuentwickelten Nano Messmaschine Typ F25 eine Messmöglichkeit anbietet, die genau in den KERN Genauigkeitsbereich passt. Die absolute Meßgenauigkeit dieser F 25 liegt bei 0,3 µm, die Wiederholgenauigkeit bei etwa 0,03 µm. Herr Hoben, der Bereichsleiter für die Messtechnik bei Zeiss erläuterte die Möglichkeiten dieser Maschine. Die auf den KERN Maschinen gefrästen Werkstücke wurden vor dem versammelten Publikum vermessen und für gut befunden.

Bei der Euphorie, die einen bei derartigen Leistungen überkommen kann, fällt die wesentliche Weiterentwicklung der 1997 während der EMO vorgestellten KERN HSPC (High Speed Precision Cutting) in die KERN Evo fast unter den Tisch. Diese bewährte Maschine bekam ein komplett neues Achssystem und erreicht heute eine Wiederholgenauigkeit von 0,5 µm. Deutlich erhöhte Beschleunigungen von 8 m/s2 und Verfahrgeschwindigkeiten von 16.000 mm/min. sorgen für eine wesentlich erhöhte Produktivität. Dazu trägt auch die vektorgeregelte Spindel 500-50.000 rpm mit 6,4 kW Leistung bei. Der ohne Raumverlust integrierbare automatische Werkstückwechsler mit bis zu 36 Positionen und ein Werkzeugwechsler mit bis zu 95 Positionen betont den Produktivitäts-Ansatz von KERN.

Natürlich sind bei dieser Maschine, wie bei den anderen KERN Produkten, auch größere Werkstückwechsler problemlos adaptierbar.


Im Laufe der Jahre hat KERN eine imposante Maschinenpalette entwickelt, die sich weit von dem früheren Image „klein und höchstpräzise“ entfernt hat. Heute bietet KERN folgende Produktreihen an:


KERN Micro:
mit Verfahrwegen von
X/Y 250 mm x 220 mm und
Positionsgenauigkeiten von ±1 µm
für Prototypen und Kleinserien

KERN Evo:
mit Verfahrwegen von
X/Y 300 mm x 280 mm und
Positionsgenauigkeiten von ±0,5 µm
für mittlere und große Serien

KERN Pyramid Nano:
mit Verfahrwegen von
X/Y 500mm x 500 mm und
Positionsgenauigkeiten von ±0,3 µm
für mittlere und große Serien gerade auch in der Hart-Zerspanung


Ein wirklich gelungener Workshop „New Dimension“ – eine neue Dimension in der Zerspanung, wie viele Teilnehmer zum Ausdruck brachten.

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