Portal-Bearbeitungszentren Geteilte Getriebe- und Lagergehäuse µm-genau separat bearbeiten

Fertigungstechniken zur separaten Bearbeitung geteilter Werkstücke mit Passungen über die Teilungsgrenzen sind eine Spezialität des Kompetenz-Zentrums Präzisionsteilefertigung von Mikromat. Auf Portal-Bearbeitungszentren können geteilte Getriebe- und Lagergehäuse von Pumpen, Generatoren und Windkraftanlagen separat µm-genau wirtschaftlicher bearbeitet werden als im montierten Zustand.

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Die hohen Anforderungen an Form- und Lageabweichungen für die funktionsfähige Komplettbaugruppe verlangen größte Aufmerksamkeit bei der Gehäusefertigung. Aus diesem Grund werden üblicherweise die vorgefertigten Gehäuseteile im gefügten Zustand endbearbeitet (Bild 1). Eine separate Bearbeitung der Einzelteile bei Forderung nach ISO 6 gilt als nicht sicher erreichbar. Bei dieser Feinzerspanung des montierten Gehäuses ergeben sich Randbedingungen, die den Prozess aufwändig und teilweise auch unsicher machen. Schon das Aufspannen der Werkstücke ist durch teilweise unregelmäßige Außenkonturen sehr zeitraubend und birgt die Gefahr des Verspannens.

Hinzu kommt, dass durch die Bauteilabmessungen gegebenenfalls größere Maschinen benötigt werden. Aus Gründen der Zugänglichkeit müssen lang auskragende Werkzeuge mit damit verbundener höherer Schwingungsneigung eingesetzt werden. Der Effekt sind schlechtere Oberflächen sowie Lageabweichungen in Folge der Durchbiegung durch das Eigengewicht des Werkzeuges bei der Horizontalbearbeitung. Oftmals müssen innere Konturelemente bearbeitet werden. Dies erschwert die Übersichtlichkeit für den Werker und verlangt manchmal Demontage und erneute Montage für notwendige Zwischenmessungen. Im Extremfall müssen sogar Werkzeuge im Bauteil montiert und nach der Zerspanung wieder demontiert werden, was die Kollisionsgefahr erheblich erhöht.

Höchste Genauigkeit der Fünf-Seiten-Bearbeitung

Das geht auch anders, wie das Mikromat-Kompetenzzentrum Präzisionsteilefertigung zeigt (Bild 2). Dort erfolgt der praktische Nachweis der Funktionssicherheit einer neuartigen Bearbeitungstechnik täglich an zehn Mikromat-Präzisionswerkzeugmaschinen, davon sechs Präzisions-Portalen: bei der separaten Bearbeitung der Hälften von geteilten Getriebe- und Lagergehäusen (Bild 3).

Diese Maschinen zeichnen sich durch höchste Genauigkeit in der Fünf-Seiten-Bearbeitung aus. Mit einem zum Patent angemeldeten Verfahren werden die an den vertikalen Spindelstock angedockten Horizontal-Fräsköpfe kalibriert, so dass Umschlagbearbeitungen mit Genauigkeiten besser als 5 µm erfolgen können. Auch der Bezug zur Senkrechtspindel ist mit dieser Genauigkeit gegeben.

Durch den Einsatz eines Messtasters können die Lageabweichungen sogar nochmals halbiert werden. Grundvoraussetzung ist eine in den drei kartesischen Hauptachsen hochgenaue Grundmaschine. Die Portal-Bearbeitungszentren Mikromat 20V und 12V bieten höchste Güte nicht nur in der Positionsabweichung der einzelnen Achsen, sondern auch in der Winkligkeit und im dynamischen Verhalten der Achsen zueinander. Somit wird im gesamten Arbeitsraum von 5700 mm × 3400 mm × 1250 mm (X, Y, Z) die Konturgenauigkeit von 0,005 mm erreicht.

Bohrungen in der Trennfuge liegen innerhalb der Toleranz

Mit derart exzellenten Voraussetzungen entfällt die Gehäusebearbeitung im montierten Zustand. Die Gehäusehälften werden einzeln fertig bearbeitet. Nach dem Verstiften und Montieren liegen dann selbst Bohrungen in der Trennfuge innerhalb der geforderten Form- und Lageabweichungen. Diese Präzisionsbearbeitung kann durch Fertigung in klimatisierten Räumen nochmals gesteigert werden. Weil diese Klimatisierung ökonomisch oft nur schwer vertretbar oder aus anderen Gründen nicht erreichbar ist, suchte Mikromat andere Möglichkeiten der Verbesserung der Präzision in üblichen Werkhallen mit nicht vermeidbaren Temperaturschwankungen.

Über Temperaturfühler werden die Maschinengestelltemperatur und eine geglättete Lufttemperatur erfasst. Alle maschineninternen Kühlsysteme und Prozesskühlschmiermittel werden den aktuellen Umgebungstemperaturen nachgeführt, so dass zwischen Maschine, Werkstück und Umgebung eine relative thermische Homogenität hergestellt wird. Sollten Temperaturschwankungen Größenordnungen erreichen, die eine Kompensation durch die Maschine nicht mehr zulassen, erhält der Bediener auf dem Bildschirm der CNC einen Hinweis zur aktuell erreichbaren Bearbeitungsgenauigkeit.

Sehr steife Stellelemente werden mittels PC nachjustiert

Derartige Großmaschinen sind fundamentgebunden. Über sehr steife, von Mikromat selbst entwickelte Stellelemente wird die große Steifigkeit des Fundamentblockes in das Maschinengestell übertragen. Das hat jedoch zur Folge, dass Formänderungen des Fundamentes aufgrund von Temperaturschwankungen oder durch Hydratation des Betons in das Maschinengestell übertragen werden.

Während man auf Temperaturschwankungen reagieren kann, läuft der Prozess der Hydratation im Fundament unbeeinflussbar über sehr lange Zeiträume ab. Diese Änderung wird registriert. Werden Beträge erreicht, die die zulässigen Werte der geometrischen Genauigkeit überschreiten, wird das Maschinengestell mittels der Stellelemente computergestützt nachjustiert.

Diese neue Technik verlangt besonderes Wissen, Erfahrung und handwerkliches Geschick von den Maschinenbedienern. Auch muss die Maschine in der Lage sein, auf unvermeidbare Umgebungseinflüsse zu reagieren. Sollte dies nicht mehr möglich sein, muss der Bediener davon informiert werden und das Maschinenkonzept eine schnelle und sichere Korrektur erlauben. Alle diese Maßnahmen sind im neuen Maschinenkonzept der Baureihe Mikromat 12V, 16V, 20V und 40V berücksichtigt beziehungsweise realisiert.

Die erreichbaren Einsparungen an Maschinenlaufzeit liegen bei 30 bis 60%. Diese Werte lassen die großen Reserven erkennen, die in der konventionellen Bearbeitung von Gehäusen im montierten Zustand bestehen. Vor allem bei Kapazi-täts-Engpässen, besonders auch bei Mitarbeiter-Mangel, ist die separate Bearbeitung von Gehäusehälften ein Weg zur Realisierung gestiegener Anforderungen bei gleichzeitiger Verbesserung der Wirtschaftlichkeit.

Dipl.-Ing. Thomas Warnatsch ist geschäftsführender Gesellschafter der Mikromat GmbH in 01239 Dresden, Tel. (03 51) 28 61-0, info@mikromat.net

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