Schnittmodell eines Turboladers
Cutaway model of a turbocharger

Die Fertigungszahlen von Turboladern sind in den letzten Jahren enorm gestiegen. Dies liegt einerseits an der wachsenden Beliebtheit von Dieselmotoren und andererseits am immer häufiger praktizierten Downsizing von Benzinern, also der Verringerung des Hubraums, in dessen Zuge Turboladern auch die Aufgabe zukommt, zur Reduzierung des Verbrauchs sowie der CO²-Werte beizutragen. Jedoch ist die Herstellung der Systeme nicht einfach. So liegt zum Beispiel beim Drehprozess der Turbinenräder für Turbolader die Schwierigkeit in der Beherrschbarkeit des Prozesses.

Bei Rumpel Präzisionstechnik werden der Durchmesser sowie die Länge des Zapfens auf der Rückseite des Turbinenrades auf einer Biglia 565 YS-Doppelspindel-Drehmaschine mit der Steuerung Fanuc 18i bearbeitet. Um die geringen Toleranzen von 0,012 mm in Kombination mit den schwer zerspanbaren Werkstoffen einhalten zu können, musste bisher jedes Werkstück nach dem Vordrehen und schließlich nach jedem der zwei Schlichtschnitte per Hand gemessen und die Korrekturwerte manuell in die Maschinensteuerung eingegeben werden. Eine sehr geringe Produktivität war die Folge.

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Der kompakte TC54-10 hilft Rumpel Präzisionstechnik dabei, die Prozesssicherheit beim Drehprozess der schwer zu zerspanenden Feingussteile zu gewährleisten und höchste Qualität zu produzieren.

Optimierte Fertigung
Um den Fertigungsprozess zu vereinfachen, wurde ein Messtaster von Blum-Novotest angeschafft. Die Zielsetzung damit war die Bestimmung der Werkstückausrichtung auf der Drehmaschine. „Nach weiteren Versuchen zur Optimierung des Drehprozesses wurde uns klar, dass die Messaufgabe doch komplexer ist als gedacht“, berichtet Michael von Rechenberg, zuständiger Maschineneinrichter. „Ich habe einfach mal ausprobiert, was der Taster so kann. Wir haben schließlich herausgefunden, dass wir mit Hilfe der Maschinensteuerung und der Software des Tasters den gesamten Prozess überwachen können.“

So konnte mit dem kabellosen Messsystem, das über eine Infrarotübertragung arbeitet, eine geschlossene Prozesskette realisiert werden. Die vorher manuellen Zwischenschritte entfallen, da der Taster nach jedem Bearbeitungsschritt automatisch das aktuelle Maß präzise aufnimmt und durch die Maschinensteuerung gegebenenfalls sofort korrigieren kann. Die Werkzeugbruchkontrolle wird ebenfalls automatisch vom Blum Messtaster durchgeführt.

Auf einen Blick

Messtaster TC54-10 von Blum
Der Messtaster TC54-10 | TC64-10 verbindet die Vorteile des shark360-Messwerks mit der Kompaktheit eines multidirektionalen Blum-Standardmesstasters. Der Messtaster wird in Dreh-Fräszentren, Drehmaschinen oder für Sonderlösungen in Bearbeitungszentren wie etwa bei Einsatz von gekröpften Messeinsätzen verwendet. Der Taster arbeitet mit dem patentierten Messwerk shark360, welches aufgrund seiner integrierten, modifizierten Planverzahnung neue Maßstäbe in Genauigkeit und Zuverlässigkeit in der Messtechnik für Bearbeitungszentren setzt.

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Bei der Bearbeitung der Turboladerräder konnte mit Hilfe des Blum Messsystems mit shark360-Messwerk eine Produktivitätssteigerung um 20 Prozent erreicht werden.

Das heißt, die Maschinensteuerung gibt eine Fehlermeldung aus, falls das gemessene Maß völlig außerhalb der Toleranz liegt und demnach ein Schneidkantenbruch vorliegen muss. Im Vergleich zum bisherigen Prozess konnte somit lediglich durch den Wegfall der manuellen Messzeiten eine Zeitersparnis von 20 Prozent erreicht werden – ohne die Berücksichtigung eventueller Maschinenstillstandzeiten zum Beispiel aufgrund von Nacharbeit. Diese enorme Einsparung ist das Ergebnis des unkomplizierten Zusammenspiels der Messzyklen mit der Maschinensteuerung.

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Das Messsystem der Blum-Novotest GmbH ermöglicht, bei den schwer zu bearbeitenden Feingussteilen geringste Toleranzen einzuhalten und den schwer beherrschbaren Prozess komplett zu überwachen.

Rumpel Präzisionstechnik beschäftigt sich aufgrund der schwer zu zerspanenden Werkstoffe mit vielen unterschiedlichen Werkzeugherstellern und deren Produkten. Auch bei diesem speziellen Drehprozess spielt der Abnutzungsfaktor des Werkzeugs eine entscheidende Rolle. Das Messergebnis bei der Bearbeitung der Werkstoffe kann nicht immer 1:1 auf das Zustellmaß übertragen werden. Während bei normalem Stahl die gemessenen 5 µm direkt zugestellt werden können, muss beim speziellen Feinguss ein gewisser Grad an Erfahrung einfließen, damit das gewünschte Ergebnis erreicht werden kann; an dieser Stelle setzt das Messsystem von Blum-Novotest an. Mit dem Messen der beiden Schlichtschnitte können die Schwaben sicherstellen, dass bei jeder Bearbeitung der gleiche Schnittdruck herrscht und sie somit ihre Toleranzen einhalten können – dies gewährleistet höchste Prozesssicherheit.

Des Weiteren können mit Hilfe des Blum-Messsystems die Werkzeugkosten reduziert werden. Der Messtaster erkennt zum einen sofort, wenn ein Werkzeugbruch vorliegt, zum anderen können die Werkzeuge bis zum tatsächlichen Ende der Werkzeugstandzeit genutzt werden. „Der zu bearbeitende Werkstoff erfordert den Einsatz teurer Spezialwerkzeuge. Da kann jedes zu früh ausgewechselte Werkzeug in barem Geld aufgewogen werden“, betont Geschäftsleiter Hermann Rumpel. „Während der Branchendurchschnitt bei den Werkzeugkosten bei 3 Prozent vom Umsatz liegt, benötigen wir rund 10 Prozent des gesamten Umsatzes nur für die Beschaffung der Zerspanungswerkzeuge.“

Ziel automatisierte Bearbeitung
Aktuell werden noch Versuchsserien mit kleineren Losgrößen bearbeitet. In naher Zukunft werden die Serien jedoch größer, und die komplette Bearbeitung soll automatisiert werden. Im Zuge dessen wird auch die Kühlmittelzufuhr optimiert, weshalb momentan bereits Versuche zur kontrollierten Kühlmittelzufuhr mit Dosiereinheit durchgeführt werden. Bisher müssen Messkugel und Werkstück aufgrund der unkontrollierten Kühlmittelzufuhr zur Säuberung der Messstelle vor jeder Messung durch eine im Drehzentrum installierte Blasdüse gereinigt werden. In Zukunft könnte dies zur Vereinfachung und weiteren Verkürzung der Prozesszeiten durch einen Kühlmittelstrahl erfolgen. Das Kühlmittel ist dabei während der Messung eingeschaltet. Der Vorteil des Blum Messtasters liegt in der höheren Messkraft, so dass der Kühlschmierstoff bei der Messung einfach durchgedrückt wird. Die Messaufgabe erfordert den Einsatz einer Rubinkugel mit einem Durchmesser von gerade einmal 1 mm, denn es steht nicht viel Messfläche zur Verfügung. Mit einer größeren Kugel würde man Gefahr laufen, auf dem Radius oder der Fase des Zapfens zu messen, was das Messergebnis enorm verfälschen würde. Auch diese kundenspezifische Ausführung des Tasteinsatzes stellt für Blum-Novotest keine Herausforderung dar.

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Gerhard Englisch (links) und Michael von Rechenberg vor der Drehmaschine Biglia 565 YS: „Es ist echt phänomenal, was mit dem Blum-Messsystem und seiner Software alles möglich ist!“

Drehprozess überwacht
Mit Hilfe des Messtasters kann der Drehprozess jetzt komplett überwacht werden. Die Prozesssicherheit wurde auf ein Maximum erhöht und die Prozesszeiten um 20 Prozent reduziert. Der Ausschuss konnte auf ein Minimum verringert werden, was bei Versuchsteilen, die manchmal bis zu mehrere hundert Euro kosten können, in barem Geld aufgewogen werden kann. Unter diesen Umständen überrascht es nicht, dass Rumpel Präzisionstechnik plant, die Zusammenarbeit mit Blum-Novotest auszubauen. Denn momentan werden verschiedene Prozesse im Dreh- und Fräsbereich auf Optimierungspotenzial mit Hilfe der Blum-Messsysteme untersucht.

Ein weiterer Taster für eine zweite Drehmaschine ist bereits bestellt. Auch das neue Bearbeitungszentrum, das im Januar 2014 geliefert wurde, verfügt über einen Blum-Messtaster. Bei der Installation eines TC50 von Blum in einer weiteren 5-Achs-Maschine konnte Rumpel ebenfalls positive Erfahrungen sammeln – und zwar mit dem Service und dem Schulungsangebot von Blum.

Leihgerät sofort verfügbar
Und wenn doch mal ‚etwas passiert’, hat der Messtechnikhersteller sofort eine Lösung parat: Als die Schwaben bei einem Versuch den Messtaster durch einen kleinen Programmfehler auf Crash gefahren hatten, schickte Blum ihnen sofort ein Leihgerät, das umgehend eingesetzt werden konnte. Im Ernstfall kann eine solche Situation auch über die termingerechte Auslieferung entscheiden. Wenn beispielsweise Feingießereien ihre Produkte liefern, bleibt oft nicht mehr viel Reaktionszeit, bis der Liefertermin vor der Tür steht.Die Zeit, die effektiv vom Rohteil bis zur Auslieferung zur Verfügung steht, ist oftmals extrem kurz. „In solchen Fällen setzen wir auf unsere flexible Belegschaft und den Puffer, den wir mit der dritten Schicht recht kurzfristig abfragen können. Eine erhöhte Prozesssicherheit kommt der kurzen Reaktionszeit dabei sehr entgegen“, fasst Betriebsleiter Gerhard Englisch zusammen und schiebt noch ein Lob über die Genauigkeit der Messungen mit dem TC54-10 hinterher: „Die Messergebnisse sind hochpräzise. Der Taster hat eine Abweichung von maximal 1 µm. Das ist die normale Messtoleranz, die sogar eine externe Messmaschine hat.“