Jedes Werkzeug, das nicht in einem Katalog steht, gilt als Sonderwerkzeug. Da reicht schon ein leicht abweichender Bohrerdurchmesser oder eine besondere Beschichtung. Manche solcher „Sonderwerkzeuge“ erzielen – vor allem in der Großserienfertigung – ähnliche Stückzahlen wie Werkzeuge im Standardprogramm. “Bereits im nächsten Katalog können sie dann auch schon darin stehen“ sagt Andreas Elenz, Leiter des Bereichs Business & Application Development bei der Walter AG in Tübingen, die seit Jahren sehr erfolgreich auf Sonderwerkzeuge setzt und deren Anteil am Umsatz kontinuierlich erhöht.

Laut Prof. Dr. Dirk Biermann, Leiter ISF der TU Dortmund, leisten Sonderwerkzeuge einen großen Beitrag zur wirtschaftlicheren Zerspanung. (Bild: ISF)

Experten definieren zwei Gruppen von Sonderwerkzeugen. „Eines der Hauptszenarien für Sonderwerkzeuge stellt die Massenproduktion dar, die bevorzugt auf Kombinationswerkzeuge setzt, um mehrere Arbeitsschritte mit einem Werkzeug umzusetzen“, erklärt Professor Dr. Dirk Biermann, Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) der TU Dortmund. Sein Kollege Professor Dr. Volker Schulze, der den Bereich Fertigungs- und Werkstofftechnik am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) leitet, ergänzt: „Meist geht es um komplexe Bauteile wie Verzahnungen oder Gewinde beziehungsweise Schnecken oder um Verfahren, die sehr komplexe Werkzeuge erfordern.“  Hauptanwender solcher Sonderwerkzeuge sind laut Dr. Steffen Reich, Entwicklungsleiter der GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V., Unternehmen der Automobilindustrie: „Typisch sind Werkzeuge, die unterschiedliche Durchmesser für die Verfahren Bohren, Reiben und Senken bearbeiten.“ Aber selbst wenn eine solche Kombination mehrerer Arbeitsschritte nicht möglich ist, könnten laut Professor Biermann „Sonderwerkzeuge durch gesteigerte Schnittwerte sowie Standzeiten die Bearbeitungszeiten senken und so einen großen Beitrag zur wirtschaftlicheren Zerspanung leisten“.

Neue Werkstoffe erfordern neue Werkzeugentwicklungen

„Allen Verfahren ist gemein, dass sich eine deutliche gesteigerte Produktivität erzielen lässt. Das rechtfertigt schnell eventuell leicht höhere Fertigungskosten der Sonderwerkzeuge.“ Professor Dr. Volker Schulze, Leiter des wbk Institut für Produktionstechnik (Bild: wbk)

Die zweite große Gruppe bilden Sonderwerkzeuge für Bauteile, von denen zwar nur wenige benötigt werden, die aber besondere Anforderungen hinsichtlich der Spezifikationen erfüllen müssen. „Hierzu gehören Werkzeuge mit qualitativ hochwertiger Schneide wie Diamantwerkzeuge zur Herstellung optisch wirkender Oberflächen, aber auch aktorisch bezie-hungsweise sensorisch ausgestattete Werkzeuge“, zählt Dr. Reich auf. Typische Anwender kämen aus der Luft und Raumfahrt, der Wehrtechnik und der Energietechnik.
Immer häufiger würden Sonderwerkzeuge auch für das Bearbeiten neuartiger, schwer zerspanbarer Werkstoffe eingesetzt. Professor Biermann: „Oft lassen sich Werkstoffe erst durch den Einsatz von Sonderwerkzeugen wirtschaftlich bearbeiten.“ Sein Kollege Volker Schulze bestätigt das aus eigener Erfahrung: Sein Institut setze Sonderwerkzeuge häufig ein, um neue Prozesse oder Prozessstrategien zu entwickeln. Professor Schulze nennt Beispiele wie das Wälzschälen, das Räumen, das Gewindewirbeln und die Bearbeitung von karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK). „Allen Verfahren ist gemein, dass sich eine deutliche gesteigerte Produktivität erzielen lässt. Das rechtfertigt schnell eventuell leicht höhere Fertigungskosten der Sonderwerkzeuge.“

„Typisch sind Werkzeuge, die unterschiedliche Durchmesser für die Verfahren Bohren, Reiben und Senken bearbeiten.“ Dr. Steffen Reich, Entwicklungsleiter der GFE (Bild: GFE)

Dass viele Sonderwerkzeuge aufgrund der zunehmenden Werkstoffvielfalt nachgefragt werden, bestätigt auch Elenz. Für ihn sind Werkstoffe einer der „größten Technologietreiber weltweit“. „Heute werden viele neue Werkstoffe maßgeschneidert, das heißt, ihre Eigenschaften sind genau auf die jeweiligen Erfordernisse abgestimmt.“ Dadurch steige laut Elenz der Bedarf nach angepassten Bearbeitungslösungen. Und auch wenn mit der Verbreitung der „neuen“ Werkstoffe viele der ehemals als Sonderwerkzeuge entwickelten Lösungen in das Standardprogramm übernommen werden, steht für Elenz fest: „Auch in Zukunft werden wir immer wieder Sonderwerkzeuge herstellen, die auf die spezielle Werkstoff-Situation des Kunden zugeschnitten sind.“

Der deutsche Maschinenbau zeichnet sich traditionell durch seine individuellen Lösungen auf höchstem Niveau aus. Das gilt aber nicht uneingeschränkt für Präzisionswerkzeuge, wie Alfred Graf Zedtwitz, Sprecher des Fachverbands Präzisionswerkzeuge im VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau, weiß: „Der Anteil von Sonderwerkzeugen ist bei unseren Mitgliedern sehr unterschiedlich, unabhängig von ihrer Größe. Einige setzen sehr stark auf Sonderwerkzeuge, andere wiederum auf Standardwerkzeuge.“ Genaue statistische Zahlen zum Anteil am Branchenumsatz in Deutschland kann der Fachverband nicht nennen, „da die Unternehmenslandschaft sehr heterogen ist“.  Das bestätigt auch Professor Biermann, der aus der Praxis Werte zwischen 15 bis 100 Prozent Umsatzanteil kennt. „Insgesamt steigt der Anteil der Sonderwerkzeuge aber erheblich.“ Diesen Eindruck bestätigt Professor Schulze, weil sich die Hersteller „gerade im Hochlohnland Deutschland dadurch vom Wettbewerb differenzieren können“.

Der von der GFE Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung ausgetüftelte mechatronische Rückwärtssenker ist mit Aktorik und Sensorik ausgestattet. (Bild: GFE)

Bei der Walter AG in Tübingen legen Sonderwerkzeuge nicht nur absolut, sondern auch in Relation zum Umsatzwachstum konstant zu. Doch es sei nicht oberstes Ziel von Walter, den Umsatzanteil der Sonderwerkzeuge in die Höhe zu treiben, sagt Andreas Elenz: „Wir sehen darin eher einen besonderen Nutzen für unsere Kunden, den wir entsprechend unserem Motto ‚Engineering Kompetenz‘ erfüllen.“ Zwar ließen sich mit Sonderwerkzeugen häufig nicht dieselben Margen erzielen wie mit Standardwerkzeugen, da sich der oft hohe Entwicklungsaufwand auf meist nur wenige Werkzeuge verteilt. „Die Sonderlösung ist also oft der Schlüssel für das Gesamtgeschäft.“ (Lesen Sie hierzu in der Infobox auch das Interview mit Andreas Elenz.)

Für Standardwerkzeuge gelten heute in der Regel Lieferzeiten von 24 Stunden als normal. Ganz so flott geht es bei Sonderwerkzeugen natürlich nicht, da diese erst konstruiert und gefertigt werden müssen. Dennoch ist auch bei Spezialanfertigungen die Zeit ein immer wichtigerer Faktor, wie Professor Biermann feststellt: „Werkzeughersteller müssten sich flexibel an sich ändernde Anforderungen anpassen können, um in kurzer Zeit moderne Sonderwerkzeuge zur Verfügung stellen zu können; das stellt hohe Anforderungen an die Fertigungsstruktur.“ Biermann empfiehlt standardisierte Fertigungsabläufe und flexible Spannsysteme, um ein breites Teilespektrum effizient und in kurzer Zeit fertigen zu können. Vorteile böten auch modulare Baukastensysteme, die eine rasche Anpassung an unterschiedliche Bearbeitungssituationen ermöglichten.  
Anbieter wie die Walter AG haben auf diesen Trend bereits reagiert. Unter dem Signet „Walter Xpress“ liefert der Präzisionswerkzeugehersteller auch Sonderwerkzeuge aus Vollhartmetall in zwei und Wendeschneidplatten-Kombiwerkzeuge in drei Wochen. Besonders gefragt sei bei den Kunden die Kombination aus Sonderwerkzeugkörper und Standard-Wendeschneidplatten, wie Andreas Elenz erläutert: „Für den Kunden ist die Lieferzeit des maßgeschneiderten Werkzeugkörpers, den er nur einmal bestellt, oft nicht so ausschlaggebend wie der Einsatz von Standard-Wendeschneidplatten, die ja permanent verbraucht werden. Dadurch vermeidet er Probleme mit ständigen Sonder-Lieferprozessen, Extrabestellungen und gegebenenfalls längeren Lieferzeiten.“ hs