Die Firma MIRAD hat sich auf Antennensysteme für die Satellitenkommunikation spezialisiert. Das Unternehmen entwickelt und fertigt Baugruppen, welche zur Verarbeitung von Kommunikationssignalen eingesetzt werden. Diese Baugruppen werden sowohl in den Satelliten wie auch in Bodenstationen integriert. So ist MIRAD beispielsweise Lieferant von speziell dimensionierten Baugruppen. Diese Baugruppen werden von der Europäischen Weltraumorganisation ESA für die Kommunikation und Kontrolle der interplanetaren Sonden eingesetzt.

Die kubischen Bauteile für diese Baugruppen werden heute bei MIRAD ausschliesslich auf Bearbeitungszentren von FEHLMANN gefertigt. Hinsichtlich Konturgenauigkeit und Oberflächengüte sind die Anforderungen an diese Baugruppen sehr hoch und steigen proportional mit zunehmender Frequenz. Nun werden Informationen zwischen Satelliten und Erde über elektromagnetische Wellen im Gigahertz-Bereich übertragen. Die Satelliten werden immer leistungsfähiger, die Datenraten steigen ständig und die zur Verfügung stehenden Frequenzbänder werden bis an ihre Grenzen ausgenutzt. Der Schritt hin zu neuen Frequenzbändern im 60 GHz – Bereich hat sich vor gut 5 Jahren abgezeichnet. Um bei 60 GHz vergleichbar gute Übertragungseigenschaften zu erreichen, wie im inzwischen weltweit etablieren 30 GHz Frequenzband, muss allerdings eine mechanische Konturgenauigkeit von einem Mikrometer eingehalten werden.

Zur Realisierung der Funktionsbauteile setzt MIRAD ausschließlich 2,5 D-Konturen, die bei fixem Anstellwinkel aus dem Vollen gefräst werden. Um die Signalverluste zu minimieren, werden die Oberflächen anschließend versilbert (Schichtdicke 15 bis 20 µm) und in einem Folgeprozess auf das definierte Sollmaß gefräst. Dieser Folgeprozess, der in der Regel zwei bis 4 Wochen später stattfindet, stellt hohe Anforderungen sowohl an Bediener wie auch an die Infrastruktur, denn es sind nur noch maximal 5 µm Silber, die entfernt werden dürfen.

Der gesamte Herstellprozesses wurde über mehrere Monate entwickelt und verfeinert. Erste Versuche wurden auf einer einfachen PICOMAX 56 von Fehlmann durchgeführt. Diese Maschine wurde dafür mit einer 4. Achse ausgerüstet. Besonders interessant dabei war die Repetierbarkeit von Ergebnissen im Zusammenhang mit der Frässtrategie und Werkzeugwahl. Nach einer intensiven und zeitaufwändigen Versuchsphase war Geschäftsleiter Tony Blättler überzeugt, dass durch die Investition in eine VERSA 645 linear von Fehlmann der Vorstoß in den Nanometerbereich ein realistisches Ziel sein könnte. Nach der Investition in die VERSA 645 linear begann so in Wittenbach das Herantasten in den Nanometerbereich und das Beseitigen weiterer Hürden. So musste die bereits vorhandene Klimaanlage modifiziert werden um Luftströmungen zu homogenisieren, die Kühlemulsion ausgetauscht werden und unterstützende Maßnahmen für die maschinenseitig gelieferten Wärmetauscher vorgenommen werden. So durfte beispielsweise keine Abluft eines Aggregates, in den Raum, in dem bearbeitet wird, ausgeblasen werden. In der Summe führten all diese Maßnahmen zu einer höheren Reproduzierbarkeit und entsprechenden Ergebnissen. Den Nachweis, dass man heute tatsächlich im Nanometerbereich fertigen kann, konnte MIRAD schlussendlich im Labor mithilfe von mikrowellentechnischen Messeinrichtungen an einer kritischen Kontur mit symmetrischen Übertragungseigenschaften erbringen. Im Schnitt erreicht man bei diesen Bauteilen eine Konturgenauigkeit von < 500 nm (0,5 µm), in speziellen Fällen sogar von < 200 nm (0,2 µm).

Nun lag die Bearbeitungszeit des Bauteils bei ca. acht Stunden, eingesetzt wurden dabei 30 verschiedene Werkzeuge mit Durchmessern von 1 mm bis 5 mm. Gestirnte und gewalzte Flächen wurden in mehreren Schritten abgefahren um damit teilweise die Oberflächen zu „entspannen“ und entstehende Grate zu entfernen.


In diesem Bereich muss einfach alles stimmen 
Auch für Urs Schmid, CTO bei Fehlmann AG ist diese Präzision nicht selbstverständlich: „Auf einem 5-Achs Bearbeitungszentrum kann man nicht einfach im Bereich von 0,5 µm fräsen. Dafür sind sehr viel Know-how und Anwender-Input notwendig, es müssen die Prozesse intensiv betrachtet werden und man muss wissen, was man tut. Das geht nicht auf Knopfdruck.“ Und Adrian Tobler, Verkaufsleiter Schweiz bei Fehlmann AG ergänzt: "Wir fanden bei MIRAD ideale Bedingungen vor. Das fängt beim stabilen Boden an und geht über die klimatisierten Räume bis hin zum Fachpersonal, was enorm wichtig ist. Maschinenseitig greift man u.a. auf temperierte Kühlmittel und sehr gut gewuchteten Werkzeughalter zurück. Auch dass die Maschine nicht einer direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, ist ein weiteres Puzzleteil, was zu dieser Genauigkeit beiträgt.
“Eine besondere Rolle kommt auch dem Messtaster und dessen axialer Positionierung in Bezug zum Werkstück zu. Denn unter dem Mikroskop betrachtet, fällt auf, dass auch perfekte und teure Fräser immer ein Muster von Wellentälern- und -bergen auf der Werkstückoberfläche hinterlassen. Wenn nun zufällig auf der einen Seite ein Berg ertastet wird und auf der gegenüberliegenden Seite ein Tal, so führt das schnell zu einem Tastfehler in der Größenordnung von 0.5 µm." Eine Konturgenauigkeit von 0.5 µm ist nach Meinung von Tony Blättler im automatisierten Betrieb nicht oder nur in Ausnahmefällen möglich. Dem aufmerksamen Fachpersonal an der Maschine fallen oft kleinste Unregelmäßigkeiten auf, die softwareseitig nicht erkannt werden. 


MIRAD Microwave AG im Blickpunkt
Das Unternehmen setzt seit 1989 mit Entwicklungen von passiven Hochfrequenzsystemen, die in grossen Satelliten-Bodenstationsantennen zum Einsatz kommen, immer wieder Meilensteine und gilt als führend in der Entwicklung, Herstellung und Bereitstellung passiver Mikrowellensysteme und -komponenten für die Satelliten-Kommunikationsindustrie. Gleichzeitig ist man zuverlässiger Partner für Gigahertz-Innovationen von 1 bis 70 GHz. Ausserdem verfügt MIRAD über eine moderne Messinfrastruktur zur Prüfung des elektrischen und mechanischen Verhaltens der entwickelten Systeme und Komponenten. Heikle und anspruchsvolle Bauteile werden bei MIRAD in-house gefertigt. 

Interessantes am Rande
Teilweise werden die Bauteile auch versilbert. Bei MIRAD wählt man hier eine relativ grosse Schichtdicke von 15 bis 20 Mikrometer. Die Bauteile werden im Anschluss im Bereich von 3 bis 5 µm auf Mass gefräst. 

Eine gewisse Zeit kam es bei MIRAD vor, dass die Konturgenauigkeit massiv schlechter wurde. Das führte man aber eindeutig auf den Bau einer neuen Fabrikationshalle in unmittelbarer Nachbarschaft zurück, denn Vibrationen von Verdichtungsmaschinen versetzten die VERSA in Schwingung, die angestrebte Genauigkeit konnte deshalb während der Bauzeit nicht erreicht werden.

Nebenbei bemerkt
Anteil an dieser Präzision hat auch die vibrationsarme Motorspindel (HSK-E40 mit 42.000 min^-1) sowie die Tatsache, dass nur zwei Achsen werkzeugseitig realisiert sind. Dadurch ergibt sich eine hohe Steifigkeit und Präzision in der Werkzeugachse für hochwertige Oberflächen. 

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