‘De interactie met trainers was als met collega’s’

Tom Cassauwers
Leestijd: 5 minuten

Ultranauwkeurige freesmachines nog preciezer maken, zo kun je de functie van Tim Knobloch omschrijven. Thermische effecten spelen een steeds grotere rol op zijn vakgebied.

Kern Microtechnik GmbH bouwt in het zuiden van de Duitse deelstaat Beieren al ruim zestig jaar ultranauwkeurige CNC-machines. Dat doen ze met ruim 250 mensen, verspreid over de hele wereld. Voor de Duitse specialist is precisie belangrijker dan ooit. Kern levert precisieproductie in het topsegment van nauwkeurigheid. Klanten produceren voor de horloge-industrie, medische instrumenten en de halfgeleider-machinebouw.

Binnen het Kern Microplatform ontwikkelt het bedrijf verschillende machineversies. ‘We gebruiken hydrostatische lagers, met een erg lage frictie’, zegt Tim Knobloch, precision engineer bij Kern Microtechnik. Waar je meestal strepen ziet bij gefreesde delen uit standaard CNC-machines, zijn de oppervlakken van werkstukken uit Kerns machines van spiegelkwaliteit. De machines bewerken onderdelen tot pakweg 50 kilogram met diameters tot 350 millimeter. ‘Gebruikelijk is 200 millimeter.’

Precisie-ingenieur

Knobloch is precision engineer, maar richt zich vooral op system engineering voor precisie. ‘Ik kijk vooral naar uitdagingen op het gebied van kwaliteit. Onze machines moeten beantwoorden aan erg hoge standaarden. Daarom testen we intensief om problemen op te sporen en te corrigeren.’

Dat maakt Knoblochs functie erg breed.

Tim Knobloch van Kern Microtechnik werkt aan freesmachines die ultraprecies bewerken, of ze nu in een cleanroom staan of in een ongeconditioneerde ruimte.

‘Bij Kern werken mijn fijntechniekcollega’s en ik min of meer als projectingenieurs. We werken op vele gebieden, zoals mechanica, software en test tijdens de probleemoplossing. We bekijken daarbij een probleem of onderwerp van vele kanten en bekijken daarbij het hele proces. We doen eerst het ontwerp en het modelleren, daarna de prototypes en tests en gaan door tot aan de eigenlijke ontwikkeling en integratie in het platform. Mechanische-, elektrische- en software-ingenieurs werken daarbij zij aan zij.’

Thermische effecten

Samen met een collega volgde Knobloch de training Thermal effects in mechatronic systems bij High Tech Institute. Die beslissing vloeide voort uit het doel van Kern om zijn machines zo precies mogelijk te maken en fouten te minimaliseren. ‘In het algemeen kun je stellen dat thermische effecten de oorzaak zijn van ongeveer 40 procent van de fout in bewerkingsmachines zoals een freesmachine. Ik heb het dan over de totale geometrische fout op het werkstuk bij bewerkingen als frezen of slijpen. Dat is echt substantieel. Elk onderdeel kan erdoor beïnvloed worden. Omdat we bij Kern veel aandacht besteden aan de koeling van de machine, zijn we beter dan die 40 procent, al kan ik geen exact getal geven.’

Soms komt een machine van Kern terecht in een cleanroom op een universiteit. Maar de verspaningsmachines staan ook bij klanten in ongecontroleerde productieomgevingen met sterke temperatuurschommelingen.

Om in die onvoorspelbare omgevingen toch precies te kunnen bewerken, bouwen ze bij Kern specifieke onderdelen voor hun machines, zoals warmtewisselaars. Ook hier komt kennis van thermische effecten van pas. ‘Dat is een belangrijk onderwerp, want we gebruiken olie onder hoge druk. Zo’n wisselaar is een onderdeel dat je niet zomaar van een ander bedrijf kan kopen. Ik was onder meer geïnteresseerd om te zien hoe je een warmtewisselaar kan modelleren zonder lange rekentijden.’

Nederland loopt voor

Duitsland staat bekend als land van de machinebouw. Maar volgens Knobloch is het niet toevallig dat hij deze training deed in Nederland, en niet in zijn thuisland. ‘Nederland en het Verenigd Koninkrijk staan verder dan Duitsland op het gebied van precision engineering. Er zijn wel kleinere modules of vakken die je kan volgen aan universiteiten, maar je kan het niet echt goed leren. Mijn baas, het hoofd ontwikkeling bij Kern, werkte hiervoor toevallig bij Philips. Zo wisten we over het bestaan van High Tech Institute.’

Efficiënt model

Een belangrijk aspect van de opleiding was het in kaart brengen van thermische effecten en thermische modelleringsmethodes. In de training leren deelnemers aan de hand van lumped mass modelling om een goed inzicht te krijgen. Deze methode stelt je grofstoffelijk in staat om de essentie te modelleren via massa’s – in thermische context: de thermische capaciteiten – en de warmte-uitwisseling tussen de verschillende delen. In de conceptuele fase is dit een zeer effectief hulpmiddel, want als je nog geen compleet uitgewerkt CAD-model hebt, met alle details, dan kun je nog helemaal geen gedetailleerd FEM-model maken.

Knobloch: ‘We leerden daarmee veel efficiënter modelleren dan met eindige-elementenmethodes. FEM-berekeningen duren lang. Zelf ben ik er altijd veel tijd mee kwijt. Lumped mass modelling is vaak veel efficiënter. Simpel gezegd is het voordeel dat je beter over je systeem moet nadenken, over hoe je het kan terugbrengen naar de essentie. Zo krijg je een beter begrip van je model, en of er iets mee mis is.’

Knobloch was al bekend met lumped mass modelling. Het is een van de basis modelleringstechnieken die hij op de universiteit leerde. De lumped mass modelling in de cursus was echter afgestemd op zijn niveau en interesse. ‘Ik had er wel over gelezen, maar het nooit echt uitgeprobeerd. Ik heb op de universiteit ook nooit een cursus over warmtewisseling kunnen volgen. Een deel van het onderwerp was dus nieuw voor me. Het was niet moeilijk, ik heb thermodynamische basiskennis. Maar ik leerde heel wat nieuws over warmtewisseling en hoe je dat modelleert.’

Knobloch zegt dat kennis over thermische effecten Kern ook helpt met zijn meest essentiële werkzaamheden. Een groot deel van de inspanningen in de productie bij het bedrijf zitten in het maken van een machine-vingerafdruk na de assemblage. Knobloch: ‘We karakteriseren de machine, en compenseren de fouten die er nog in zitten.’

Niet gek

Knobloch over de trainers: ‘Ik heb mijn collega’s geadviseerd om ook aan de training deel te nemen. De docenten waren erg goed. Ze gaven niet zomaar les, maar vertrokken vanuit hun eigen, praktische ervaringen. Die verbinden ze op hun beurt met jouw achtergrond en situatie. Ze legden niet enkel uit, maar toonden ook hoe het moest. Het was alsof je met een collega praatte, niet met een professor aan de universiteit.’

Ook de andere cursisten voegden iets toe volgens Knobloch. Daarmee werd me duidelijk dat mijn problemen ook speelden in veel andere bedrijven. ‘Zo waren er mensen van ASML en Zeiss aanwezig. Die hebben natuurlijk als specialisatie semiconductors of optica, maar het was erg interessant om te zien tegen welke problemen zij aanlopen.’ Lachend: ‘Soms leken onze problemen daarmee klein.’

Er ontstond ook een band. ‘Wanneer wij met onze leveranciers praten en specifieke eisen aan onderdelen stellen, dan verklaren ze ons soms voor gek. Soms zeggen ze dat het niet leverbaar is. Op de training hoorde ik van andere deelnemers dat hun dit ook regelmatig overkomt. Wel leuk dat ik erin bevestigd werd dat wij bij Kern niet gek zijn, ha ha. Het is geruststellend om te weten dat anderen met dezelfde problemen kampen.’