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Genauigkeit ist Trumpf
29.09.2009
Bearbeitungszentren: Kernprodukt von Mahr Metering Systems sind Zahnrad-
Dosierpumpen aus gehärtetem Spezialstahl mit 58-65 HRC – gefertigt mit
Genauigkeiten von teils ±1 μm. Mit dem HSC-Bearbeitungszentrum RHP 800 von
Röders, das HSC-Fräsen, Koordinatenschleifen und Messen in einer Aufspannung ermöglicht, konnten alle Anforderungen erfüllt werden.
Richard Schad, Produktionsleiter bei Mahr Metering Systems GmbH bringt die Anforderungen auf den Punkt: „Bei der Herstellung unserer Produkte müssen wir Abmessungstoleranzen bis herab zu ±1 μm prozesssicher einhalten.” Kernprodukt des Unternehmens sind Zahnraddosierpumpen, die vor allem zur Herstellung von Kunststofffasern für die Textilindustrie eingesetzt werden. Die Anforderungen an diese Pumpen sind enorm, denn sie müssen niedrig- und hochviskose und teils aggressive Medien mit extremer Drucküberhöhung pulsationsarm mit Arbeitstemperaturen von bis zu mehr als 200 °C mit hoher Dosiergenauigkeit fördern. Die Gleichmäßigkeit des Volumenstroms ist Voraussetzung für konstante Fadenabmessungen und damit für die Produktqualität. Erfolgsgeheimnisse sind eine patentierte Stahllegierung, die Härten von 58-65 HRC erreicht, vor allem jedoch Genauigkeiten, die deutlich über das im Werkzeugbau übliche Niveau hinausgehen.
Die für eine einwandfreie Funktion der Pumpen zwingend einzuhaltenden Spaltmaße setzen voraus, dass die Abmessungen wesentlicher Bereiche sowohl der Zahnräder als auch der Gehäuse auf ±1 μm genau gefertigt werden. In dem genauigkeitsgebenden Fertigungsbereich sieht man deshalb auch zahlreiche Präzisionsschleifmaschinen. Selbstverständlich ist die entsprechende Abteilung vollständig klimatisiert und verfügt über umfangreiche Messmittel wie etwa Messmaschinen für Form und Zahn der erforderlichen Genauigkeitsklasse aus dem Mahr-eigenen Produktprogramm.
„Vor etwa drei bis vier Jahren begannen wir, uns nach einer neuen, flexibleren Produktionstechnologie umzusehen”, ergänzt Schad. Um die Wettbewerbsfähigkeit erhalten und weiter ausbauen zu können, sei es notwendig, zunehmend komplexere Bauteile unter Einhaltung der sehr hohen eigenen Qualitätsanforderungen kostengünstiger, schneller und flexibler zu produzieren als der Wettbewerb.
Alternativ zur Funkenerosion wurde der Einsatz eines HSC-Fräsbearbeitungszentrums höchster Genauigkeit ins Auge gefasst. „Ausschlaggebend für die Entscheidung zugunsten der Röders-Technologie war, dass sie die beste Kombination der für uns wesentlichen Kriterien bietet und uns die gewählte Maschine bezüglich der beim Koordinatenschleifen erreichbaren Genauigkeit voll überzeugt hat”, erläutert Feinmechaniker Guido Lütgert, der für die im Herbst 2006 gelieferte RHP 800 zuständige Mitarbeiter. Dazu gehört, dass sie neben der erforderlichen Genauigkeit auch die Steifigkeit aufweist, um alle Materialen von Alu bis zu gehärteten Werkzeugstählen mit hoher Leistung zu bearbeiten. Ebenso entscheidend war jedoch auch, dass die Anlage es gestattet, alle wichtigen Prozessschritte – Fräsen, Koordinatenschleifen sowie 3D-Vermessung – in der Maschine durchzuführen. Die ständige Kontrolle der Bearbeitungsergebnisse durch die bei Mahr auf hohem Niveau durchgeführten Qualitätskontrollen zeigt, dass die RHP 800 die geforderte Genauigkeit bei der Bearbeitung ebenso wie bei der Vermessung auch nach mehr als 2,5 Betriebsjahren prozesssicher einhält.
Massives Maschinenbett
Grundlage dieser Leistung ist zunächst ein Maschinenbau ohne Kompromisse. Ein 
massives Maschinenbett mit Lineardirektantrieben in allen drei Achsen sowie ein reibungsfreier Gewichtsausgleich für die Z-Achse ergibt die stabile und dennoch hochdynamische Basis für alle Achsbewegungen. Eine besondere Rolle spielen in diesem Zusammenhang die hydrostatischen Führungen. Dank dieses Konzepts sind die Achsen reibungs- und verschleißfrei, wodurch die bei anderen Achskonzepten kaum vermeidbare Hysterese bei Richtungswechseln entfällt und somit die Antriebsregler äußerst präzise eingestellt werden können. Dies ist unter anderem Voraussetzung dafür, dass Kreise auch bis unter den Mikrometerbereich herab tatsächlich als Kreise gefahren werden. Zugleich gewährleistet diese Verschleissfreiheit die Langzeitkonstanz der Bearbeitungsgenauigkeit.
Weiterer wichtiger Aspekt ist ein bis ins Detail ausgefeiltes Temperaturmanagement. Alle wichtigen Anlagenkomponenten wie Achsen, Spindel, Linearantriebe und Arbeitstisch werden mit separaten Kühlkreisen exakt auf vordefinierter Temperatur gehalten. Herausragende Besonderheit ist dabei die automatische Längungskompensation der Spindel, mit deren Hilfe nicht nur die Erwärmung der Spindel sondern auch der Einfluss schwankender Belastung ausgeglichen wird. Somit kann ein Abdriften der Nullpunkte sicher verhindert werden. „Weiterer wesentlicher Aspekt war die Ausstattung, mit deren Hilfe alle erforderlichen Arbeitsgänge in derselben Aufspannung gefahren werden können”, verrät Schad. Dies beinhaltet vor allem die Ausstattung der Maschine mit allen Einrichtungen für eine automatische Koordinatenschleifbearbeitung. So verfügt die RHP 800 neben dem Standard-Werkzeugmesslaser zusätzlich über ein Körperschall-Werkzeugvermessungssystem, mit dem sich die exakten Abmessungen des Schleifstifts automatisch ermitteln lassen, sowie über eine Abrichtstation, um eine einwandfreie Geometrie des Schleifwerkzeugs erzeugen zu können. Über eine spezielle NC-Funktion der Steuerung können Schleifoperationen – nicht nur für Zylinderflächen, sondern auch für beliebige 2D-Konturen – aufgerufen und vollautomatisch abgearbeitet werden. Damit ist eine vollkommen mannlose Bearbeitung möglich.
Exakte Vermessung
Für die exakte Vermessung und QS-Dokumentation noch in der Maschine verfügt das System zudem über einen Messtaster, der dank des Einsatzes von gleich zwei verschiedenen Kalibrierkörpern – Kugel und Ring – so präzise arbeitet, dass damit selbst höchste Genauigkeitsanforderungen erfüllt werden können. Mit diesem Messtaster wird nach dem Vorschliff die Abweichung in der Bearbeitung, die sich durch Werkzeugabdrängung und -verschleiß ergibt, automatisch erfasst und dann im Fertigschliff automatisch durch die Maschinensteuerung kompensiert. Ein manueller Eingriff zu Ermittlung dieser Abweichungen entfällt damit vollständig. „Verglichen mit der alten Bearbeitungstechnologie bearbeitet die Röders RHP Pumpengehäuse um rund 40 Prozent schneller”, schließt Lütgert ab. Möglich wurde dies auch deswegen, weil man mit der Röders-Anlage die Vorbearbeitung auf Schlichtaufmaß durch das dem Schleifen bezüglich der Produktivität überlegene HSC-Fräsen ersetzen konnte.
