Weiler

CNC-Drehzentrum beschert dem CWW an der Charité einen Technologiesprung

| Autor / Redakteur: F. Stephan Auch* / Peter Reinhardt

Mit Hilfe des beim CWW gefertigten Bio-Reaktors erforschen Wissenschaftler des Deutschen Herzzentrums Berlin, ob sich aus menschlichen Stammzellen Herzklappenzellen züchten lassen.
Mit Hilfe des beim CWW gefertigten Bio-Reaktors erforschen Wissenschaftler des Deutschen Herzzentrums Berlin, ob sich aus menschlichen Stammzellen Herzklappenzellen züchten lassen. (Bild: CWW)

Die feinmechanische Fertigung am CWW umfasst das Zerspanen, Umformen und Verbinden von Bauteilen. Überwiegend entstehen Einzelteile. Die entstehen seit einiger Zeit auch auf einem CNC-Drehzentrum DZ 40 ARY von Weiler.

  • Arbeit des CWW macht Tissue-Forschung erst möglich
  • Schnell Reparaturen erledigen oder Ersatzteile fertigen
  • Universitäre Einrichtung hat kein Budget für Folgekosten

Jan-Erik Ode, Leiter des CWW erklärt: „Wir wollen smart, effizient und innovativ sein.“ Denn die Einrichtung, die im Biomedizinischen Forschungszentrum der Charité in Moabit angesiedelt ist, versteht sich nicht nur als Werkbank, sondern als Partner der universitären Forschung. Die hat an der Charité eine lange Geschichte, mit klangvollen Namen wie Emil von Behring, Robert Koch und Paul Ehrlich. Heute arbeiten dort rund 3.700 Wissenschaftler.

„Forscher aus der Charité und auch anderer europäischer Universitäten schildern uns, was sie mit ihren Versuchen in Erfahrung bringen wollen“, sagt Ode. Die Anforderungen ergäben zum Teil ausgesprochen komplexe Aufgabenstellungen. Dann sind die Feinwerkmechaniker, Elektroniker, Maschinenbauer und Konstrukteure des CWW als Berater gefragt. Dazu Ode: „Durch unsere Arbeit machen wir Forschung möglich.“

Bioreaktor zum Züchten von Herzklappenzellen

Als Beispiel nennt er eine Kooperation mit dem Labor für Tissue Engineering im Deutschen Herzzentrum Berlin, das erforschen wollte, ob sich mit Hilfe eines Bioreaktors aus menschlichen Gefäßzellen Herzklappenzellen züchten lassen. Gelänge dies, könnten künstliche oder tierische Klappen ersetzt und Abwehrreaktionen sowie die Einnahme belastender Medikamente verringert oder vermieden werden.

Alexander Schill, der verantwortliche Konstrukteur beim CWW, erinnert sich: „Für das Projekt konzipierten wir ein Gehäuse mit rotierenden Zylindern, die mit einer sich bewegenden Lösung gefüllt werden. Innerhalb der Zylinder ist eine Halterung, in der eine künstlichen Herzklappe befestigt wird, auf der sich dann die Zellen ansiedeln sollen.“

Nachdem Schill mit den Forschern und der Berliner Ospin GmbH als externem Partner ein Modell konstruiert hatte, war die Fertigung der benötigten Bauteile aus Acryl, Polycarbonat und Aluminium schnell erledigt: „Die geforderten Toleranzen von einem Hundertstel Millimeter waren kein Problem.“

Rund zwei Jahre arbeiteten Schill und seine Kollegen an dem Projekt. Mit großem Erfolg, denn die aktuelle Version wird als modulare und skalierbare Bioreaktor-Plattform für die Gewebeherstellung für eine breite Palette von klinischen und forschenden Anwendungen vertrieben.

Zu den CWW-Leistungen gehören neben der Entwicklung und dem Prototypenbau das Rapid Manufacturing und die Umsetzung von Hard- und Software bei elektronischen Lösungen. Die feinmechanische Fertigung umfasst das Zerspanen, Umformen und Verbinden von Bauteilen. Überwiegend entstehen Einzelteile, in Ausnahmefällen Kleinserien mit bis zu 50 Stück. Die Durchmesser liegen meistens unter 150 mm, die Längen zwischen 200 und 300 mm.

Stets präzise und zuverlässig

Das Team um Konstrukteur Schill wünschte sich schon lange ein CNC-Drehzentrum. „Wir haben häufig einen hohen Konstruktions- und Programmieraufwand und können die Daten dann – wie beim Bioreaktor – direkt aus Solidworks in das CNC-Drehzentrum exportieren. So lassen sich außerdem schnell Reparaturen erledigen oder Ersatzteile fertigen“, führt Schill weiter aus.

Anfang 2015 stellte die Charité Gelder zur Verfügung. Modelle verschiedener Anbieter standen im Wettbewerb, die Wahl fiel auf das Weiler CNC-Drehzentrum DZ 40 ARY. Feinmechaniker und Bediener Christian Katins war an der Entscheidung beteiligt: „Generell haben wir im Haus sehr gute Erfahrungen mit dem Drehen auf konventionellen Weiler-Maschinen gemacht. Deren hohe Genauigkeit und große Wiederholgenauigkeit schätzten und brauchten wir auch bei der CNC-Maschine. “

Die DZ 40 ARY verspricht höchste Präzision, Konturtreue und Werkstückoberflächen durch eine Rundlaufgenauigkeit der Hauptspindel mit einer Toleranz von 0,0015 mm, eine Wiederholgenauigkeit der betriebswarmen Maschine von 0,004 mm und eine Übergabegenauigkeit in Verbindung mit der Gegenspindel von 0,2°. „Sie ist ausgesprochen zuverlässig und sofort voll einsatzfähig – auch wenn sie ein paar Tage nicht benutzt wurde“, bestätigt Katins. Hierzu tragen kurze Hochlauf- und Rüstzeiten sowie die schnelle Programmierbarkeit bei.

Große Flexibilität trotz sehr kompakter Bauweise

Auf kleiner Fläche bietet die Maschine einen Umlaufdurchmesser von maximal 560 mm bei Verfahrwegen von 200 mm in X, 350 mm in Z und ±25 mm in Y. Außerdem ließ sie sich weitgehend demontieren – für den Transport durch die engen Gänge des CWW.

Katins ergänzt: „Die neue Maschine bietet auf engem Raum eine große Flexibilität. Besonders wichtig waren uns der Werkzeugrevolver für 16 angetriebene Werkzeuge und die zusätzliche Y-Achse. Außerdem ist die Maschine leicht zu bedienen und arbeitet sehr effizient.“ Eine Vielzahl an Bauteilen lässt sich nun in einer Aufspannung fertigen. Katins lobt darüber hinaus das schnelle Werkzeug-Wechselsystem. Zudem erweitert die DZ 40 ARY die Bearbeitungsmöglichkeiten des CWW, denn bestimmte Konturen und Radien von Bauteilen konnten bisher nicht gedreht werden.

CWW macht Technologiesprung

CWW-Leiter Ode lag darüber hinaus das Thema Langlebigkeit am Herzen: „Als universitäre Einrichtung hatten wir einmalig ein Budget für die Anschaffung. Folgekosten wie aufwändige Wartungen und einen teuren Service können wir uns nicht leisten.“ Das in Deutschland gefertigte DZ 40 ARY verfügt über einen robusten Aufbau, eine auf Lebensdauer geschmierte Arbeitsspindel, eine vollautomatische Zentralschmierung und einen luft- und wassergekühlten Spindelmotor. Odes Fazit: „Mit dem Weiler CNC-Drehzentrum hat das CWW einen Technologiesprung gemacht.“

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* Der Autor F. Stephan Auch, Nürnberg, ist Fachjournalist mit den Schwerpunkten Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung. Der gebürtige Kölner verfügt über mehr als zwanzig Jahre an journalistischer Erfahrung.

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