Schweizer Drehmaschinen: Präzisionshandwerk für die Uhrenherstellung

Das Schweizer Prinzip (Swiss Principle) wurde in den 1800ern in der Schweiz für das Drehen sehr kleiner, komplexer und langer Uhrenbauteile entwickelt. Die Uhrenindustrie ist den Schweizern seit langem sehr wichtig, daher erfanden sie die Schweizer Drehbank (Swiss Lathe), die kleine Teile fertigen konnte, die auf einer konventionellen „Festspindel-Drehbank“ (Fixed Headstock Lathe) nicht herstellbar waren. Dies lag am extremen Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis vieler Uhrenbauteile sowie an den kleinen Durchmessern, die feines Drehen mit kleinen, spezialisierten Werkzeugen erforderten.

Festspindel-Drehen (Fixed Headstock Turning)

Das Festspindelprinzip neigt dazu, dass das Teil durch Werkzeugdruck ausweicht, wenn das Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis 4:1 übersteigt. Das war normalerweise die Grenze bei konventionellen Drehbänken, wo das Werkstück auf Länge vorgestoßen und dann der Stab auf einen bestimmten Durchmesser gedreht wurde. In manchen Fällen konnte man über 4:1 hinausgehen – abhängig von Stangengröße, Länge und Durchmesser sowie der Anzahl der Züge für den Finish-Durchmesser.

Der Einsatz einer Reitstockspitze (Tailstock) kann die Fähigkeit zum Drehen längerer Längen unterstützen, ebenso eine Steady Rest (Stützlauf), aber diese beiden Features sind nur bei größeren Teilen wirksam. In Durchmessern, in denen Schweizer Maschinen zum Einsatz kommen, betrachten wir generell Stangengrößen bis 38 mm – und der größte Einsatz liegt unter 1 Zoll (25,4 mm) Stabdurchmesser.

Der Schweizer Automat (Swiss Automatic) wird unter verschiedenen Namen geführt: Swiss Type, Swiss Screw Machine, Sliding Headstock Lathe usw. Schweizer CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) werden in mehreren Branchen eingesetzt, wo nichts anderes so effektiv wäre – wie Medizininstrumente, Knochenschrauben, Dentalimplantate, elektrische Kontaktstifte, Uhrenbauteile und viele andere kleine, komplexe oder intricate Teile, die immer aus Stangenmaterial gefertigt werden.

Schweizer Automaten sind speziell für den Stangenmateriallauf ausgelegt und nutzen normalerweise 3,65 m (12 ft) lange Stangen. In vielen Fällen verfügen diese Maschinen über automatische Magazin-Stangenzuführer, die mehrere Stangen aufnehmen und automatisch nachladen, sobald eine Stange aufgebraucht ist. Hochvolumenproduktion ist gängige Praxis mit CNC-Schweizer Maschinen.

Es ist ein sehr seltener Fall, in dem ein Schweizer Automat für Nachbearbeitung verwendet wird, bei der ein gedrehtes Teil in der Hauptspindel neu eingespannt wird, um zusätzliche Arbeiten auszuführen.

Typische Schweizer Teile

Der Schlüsselfaktor, der die Schweizer Drehmaschine so effektiv für lange, schlanke Teile aus Stangenmaterial macht, ist die Führungsbüchse (Guide Bushing). Diese ist im Spindelgehäuse montiert, und ihr Innendurchmesser ist auf den Stabdurchmesser auf Zehntel genau abgestimmt. Der Stab wird in einer Spannzange im Schiebespindelstock hinter der Führungsbüchse geklemmt. Der Stab wird durch die Führungsbüchse geschoben (Z-Achse) und die Drehwerkzeuge, direkt vor der Führungsbüchse positioniert, fahren auf einen bestimmten Durchmesser (X-Achse) – das Drehen erfolgt mit nahezu null Durchbiegung des Werkstücks.

In den frühen Tagen der nockengesteuerten Schweizer Automaten war die Führungsbüchse nicht rotierend. Daher musste der Stab spitzenlos und auf sehr enge Toleranzen geschliffen werden, damit der enge Sitz zum Führungsbüchsen-Innendurchmesser konsistent blieb. Da sich der Stab in einer nicht rotierenden Büchse drehte, konnte hohe Reibung entstehen; das verlangte, dass Schneidöl sowohl zur Führungsbüchse als auch zu den Schneidwerkzeugen geleitet wurde.

Heute beinhalten fast alle Schweizer Drehmaschinenhersteller eine angetriebene, synchrone Führungsbüchse, die 1:1 mit der Spindelspannzange mitdreht – was einen Großteil der Reibungs- und Hitzeneigung eliminiert. Dennoch nutzen die meisten Schweizer Betriebe weiterhin Schneidöl statt wasserlöslicher Kühlschmierstoffe. Schneidöl hält die Maschine geschmiert und frei von Rost und vorzeitigem Verschleiß. Gebrauchte Schweizer Maschinen verlieren massiv an Wert, wenn wasserbasiertes Kühlmittel verwendet wurde, und sind schwer weiterzuverkaufen, wenn dies bekannt wird.

Heutige CNC-Schweizer Automaten haben sich vom ursprünglichen nockengesteuerten Schweizer, der strikt eine Drehmaschine war, weit entwickelt. Heute haben fast alle Schweizer Maschinen zwei Spindeln – Haupt- und Gegenspindel –, jeweils mit unabhängiger „C“-Achse, Lebendwerkzeugen (Live Tooling) für jede Spindel und einer „Y“-Achse, die es einem Lebendwerkzeug ermöglicht, sich über und unter der Mittellinie zu bewegen. Viele Hersteller beinhalten auch eine „B“- oder Drehachse für einen Werkzeugblock, der komplette Merkmale an einem Teil ausführen kann.

Zusätzlich zu all diesen modernen Fortschritten bei Schweizer Drehmaschinen finden Sie auch Hybridmodelle mehrerer Hersteller, die ihre vollausgestatteten Maschinen anbieten, die sowohl mit als auch ohne Führungsbüchse laufen können. Das wird genutzt, wenn eine Serie von zu fertigenden Teilen relativ kurz ist und es praktischer wird, die Serie ohne Führungsbüchse zu fahren. Zum Fahren ohne Führungsbüchse wird der Büchsenhalter entfernt, sodass die Spindelspannzange in das Spindelgehäuse vorsteht – die Maschine arbeitet dann wie eine Festspindel-Drehbank mit linearer Z-Achse. Nun kann normales Walzmaterial mit gewisser OD-Variation verwendet werden.

Die unteren Zeichnungen zeigen den Unterschied zwischen einem Schiebespindelstock mit Führungsbüchse und derselben Maschine ohne Führungsbüchse, sodass das Teil direkt aus der Spindelspannzange gedreht werden kann. Diese Umschaltfähigkeit ist nur bei bestimmten Marken und Modellen innerhalb dieser Marken verfügbar.

Gebrauchte Schweizer Maschinen sind nach 8–10 Jahren Hochvolumenproduktion meist noch in hervorragendem Laufzustand. Der Einsatz von Schneidöl verlängert die Lebensdauer der mechanischen Komponenten erheblich – wie die Linearlaufschienen, die bei den meisten Schweizer Drehbänken verbaut sind. Auch die kleinen, oft filigranen Teile belasten die Maschine weniger, als es bei einer 8- oder 10-Zoll-Futterdrehbank der Fall wäre.

Die beliebtesten Schweizer Maschinen stammen von Star, Citizen und Tsugami – aber es gibt noch weitere, die einen kleineren Marktanteil halten (wie Tornos, Hanwha und Nexturn). Normalerweise ist es selten, eine Top-Marke zu finden, die 4 oder 5 Jahre alt ist, da Besitzer gut ausgestattete Schweizer Maschinen behalten, bis sie größere technologische Veränderungen sehen, bevor sie die Maschine überhaupt zum Verkauf stellen.