Präzisionsfertigung Präzise Fertigung von Großbauteilen

Autor / Redakteur: Christian Brecher, Robert Schmitt und andere / Mag. Victoria Sonnenberg

Bei Großbauteilen nehmen Störeinflüsse auf die Bearbeitungsgenauigkeit mit zunehmender Größe zu, die Toleranzen jedoch in vielen Fällen nicht. Dieser Herausforderung, wie sich trotzdem Großbauteile präzise bearbeiten lassen, stellt sich die Industrie in Zusammenarbeit mit dem Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen und dem Fraunhofer-IPT in einem gemeinsamen Arbeitskreis.

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Bild 1: Drehmaschine von der Heinrich Georg GmbH.
Bild 1: Drehmaschine von der Heinrich Georg GmbH.
(Bild: Heinrich Georg GmbH)

Toleranzen in der Großbauteilbearbeitung bewegen sich im unteren Bereich bis hin zu wenigen Mikrometern. Die präzise Fertigung ermöglicht Effizienzsteigerungen unter anderem im Turbinen-, Schiffs- und Flugzeugbau und ist damit ein wesentlicher Treiber für die Produktion in Hochlohnländern. Ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Bearbeitungsgenauigkeit ist der sich ständig verändernde thermoelastische Zustand der Werkzeugmaschine und des Bauteils.

Unterschiedliche interne und externe Wärmequellen und -senken bewirken eine Verformung der Werkzeugmaschinenstruktur sowie des Bauteils. Zu nennen ist zum Beispiel ein plötzlicher Temperatursturz in der Fertigungshalle durch geöffnete Hallentore bei der Anlieferung neuer Bauteile. Während eine solche Störung planbar ist und damit relativ einfach beseitigt werden kann, ist beispielsweise der Einfluss der Prozessabwärme in Verbindung mit Kühlschmierstoffen auf die Geometrie von Werkzeugmaschine und Bauteil weitaus komplexer. Darüber hinaus verfügen große Bauteile über eine Art „Eigenleben“, da ihr Temperatur- und damit Dehnungszustand teils von der über Wochen zurückliegenden Bearbeitungshistorie abhängt.

Das Eigenleben komplexer Bauteile macht die Bearbeitung anspruchsvoll

Die massiven Werkzeugmaschinentische mit Gewichten bis zu mehreren hundert Tonnen speichern dabei diese Historie ebenso wie die zu fertigenden Großbauteile selbst. Abweichungen zwischen Planung und Realität durchziehen den gesamten Produktionsentstehungsprozess, beginnend bei der Qualifizierung von Zulieferern und der Beschaffung von maßhaltigen Zukaufteilen, über die unternehmensinterne Fertigung und Montage bis hin zur Auslieferung, da die Großbauteile während des Transports weiteren Umwelteinflüssen unterliegen und den Kunden in einem anderen Zustand erreichen als sie das Produktionswerk verlassen haben.

Bisher existiert keine systematische Vorgehensweise zur Bestimmung und Minimierung der einzelnen Fehleranteile. Die Fertigung präziser Bauteile erfordert ein umfassendes Expertenwissen, das meist erst durch langjährigen praktischen Erfahrungsaufbau in den Betrieben aufgebaut wird. Im Konsortium des Arbeitskreises besteht die Möglichkeit des problembezogenen Erfahrungsaustausches unter den Mitgliedern. Des Weiteren entstehen durch die enge Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie neue innovative Ansätze zur messtechnischen Erfassung und Kompensation von Abweichungen an Fertigungsmaschine und Bauteil.

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