Toyota Motorsport fertigt mit einer DMU 200 Gantry von DMG

Motorsport hat bei Toyota eine jahrzehntelange Tradition, die der Automobilhersteller seit 2015 mit Toyota Gazoo Racing erfolgreich fortführt.

Der Doppelsieg beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans im vergangenen Jahr und der Gesamtsieg in der FIA World Endurance Championship (WEC) 2014 belegen diese Hingabe ebenso wie der Gesamtsieg in der FIA World Rally Championship (WRC). Ein wichtiger Standort innerhalb des Konzerns ist die Toyota Motorsport GmbH in Köln, wo 300 Mitarbeiter sowohl das LMP1-Fahrzeug für die WEC als auch den Motor für den neuen Yaris WRC entwickeln und bauen. Diese anspruchsvolle Fertigung unterstützt DMG Mori im Rahmen einer Technologiekooperation mit innovativen Bearbeitungszentren und Drehmaschinen – 17 an der Zahl. Eine der jüngsten Anschaffungen ist die DMU 200 Gantry mit integrierter Ultrasonic-Technologie, auf der Toyota Motorsport hochwertige Composite-Bauteile trocken bearbeitet.

Carbon ist aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Festigkeit ein essenzieller Werkstoff in der Entwicklung von Rennfahrzeugen. Die Bearbeitung hingegen sei aufwendig, erklärt Marcel Voigt, bei Toyota Motorsport verantwortlich für die CNC-Produktion und Programmierung: "Für jedes Bauteil benötigen wir Werkzeuge, auf denen wir das Carbon auflaminieren, ehe es in einer Autoklave gebacken wird." Die Fertigung der Tools – sie sind aus einem speziellen Kunststoff, Aluminium oder ebenfalls Carbon – wie auch die Weiterbearbeitung der komplexen Carbon-Komponenten erfolge auf den CNC-Bearbeitungszentren. "Damit die Ränder nicht ausfransen, was bei Kohlefasern leicht passieren kann, fräsen wir mit speziell geschliffenen und beschichteten Werkzeugen. Eine weitere Verbesserung der Bauteilqualität konnten wir durch den Einsatz der Ultrasonic-Technologie erzielen."

Um die Kapazitäten in der Trockenbearbeitung von Composite-Bauteilen auszubauen, hat Toyota Motorsport im Sommer 2018 eine erstmalig dafür konzipierte DMU 200 Gantry von DMG Mori installiert. Gemessen am 2000 x 2000 x 1200 mm großen Arbeitsraum (optional sind seitens DMG Mori 4000 mm Verfahrweg in der X-Achse möglich) ist die Gantry-Maschine dank ihres unten liegenden Gantrys mit einer Aufstellfläche von knapp 27 m² sehr kompakt. "Dadurch konnten wir sie perfekt in den vorgesehenen Werksteil integrieren", erinnert sich Marcel Voigt an die Installation. Dabei erfolgte die Einbringung der gesamten Maschine in einem Stück durch das Hallendach. "Außerdem haben wir sie in einer Grube versenkt. So können wir die empfindlichen Bauteile statt mit einem Kran ebenerdig per Stapler in den Arbeitsraum transportieren." Zudem profitiere der Bedien-komfort ungemein: "Die Maschine ist jederzeit auch von der Seite gut einsehbar."

Konzipiert für die Composite-Bearbeitung, verfügt die DMU 200 Gantry über eine Ultrasonic-Spindel, die vollautomatisch aus dem Werkzeugmagazin eingewechselt wird. Die hiermit erzeugten Ultraschallschwingungen werden in die Werkzeuglängsachse einleitet. Dies führt zu einer deutlichen Reduktion des Drehmoments, einer Werkzeugstandzeiterhöhung sowie einem verbesserten Spanbruch und einer damit einhergehend optimierten Späneabfuhr. Die gezielte Überlagerung der Schnittrichtung mit Ultrasonic erlaubt es, die Kohlefasern durch eine erhöhte Schnittgeschwindigkeit sauber zu trennen und damit die hohen Anforderungen an Produktivität und Bauteilqualität zu erfüllen.

Die Verringerung der wirkenden Prozesskräfte um bis zu 40 Prozent resultiert in sauberen Kanten und verhindert Faserausrisse sowie Delamination am Bauteil. Zu beachten sei bei der Trockenbearbeitung von Composite der feine Staub, ergänzt Voigt: "Deswegen ist die DMU 200 Gantry mit einer Staubabsaugung und einem Explosionsschutz ausgestattet. Zusätzlich verfügt sogar der A-Achs-Fräskopf über eine integrierte Staubabsaugung." Nach den guten Erfahrungen mit der Trockenbearbeitung auf der DMU 200 Gantry hat DMG Mori bei Toyota Motorsport bereits einen Workshop zu diesem Thema veranstaltet, an dem Ende November 2018 rund 70 Interessenten teilgenommen haben.

Den hohen Anforderungen in der Fertigung von Motorsportkomponenten wird die DMU 200 Gantry auch bei herkömmlichen Fräsprozessen gerecht. Die A-Achse mit einem Schwenkbereich von ± 120° ist hierfür mit einer 28 000-min-1-Motorspindel für die HSC-Bearbeitung ausgestattet. Die thermosymmetrische Portalbauweise bietet höchste Steifigkeit und erlaubt eine dynamische 5-Achs-Bearbeitung mit bis zu 5 m/s² Beschleunigung in allen Achsen. Die konstante Auskragung über den Z-Achsen-Hub sorgt dafür, dass diese Fräseigenschaften über den kompletten Arbeitsraum konstant bleiben. Umfangreiche Kühlmaßnahmen gewährleisten eine hohe Dauergenauigkeit. "Die Möglichkeiten der Maschine sind so umfangreich, dass wir die DMU 200 Gantry ebenfalls für die Bearbeitung von Formwerkzeugen verwenden, wenn unsere Kapazitäten auf anderen Maschinen ausgelastet sind", so Voigt. "Dank des innovativen Maschinenkonzepts erzielen wir hier Oberflächengüten von Ra < 0,3 µm. Und wir profitieren vom hohen Beladegewicht von bis zu 20 Tonnen."

Neue Wege geht Toyota Motorsport auch in der Herstellung von Zahnrädern für den neuen Yaris WRC. "Wir möchten diese Kompetenz im eigenen Haus haben, anstatt die Zahnräder bei einem Zulieferer zu bestellen", begründet Voigt den Schritt. Um die hohen Genauigkeiten dieser Zahnräder zu realisieren, setze man auf das GearSkiving von DMG Mori: "Der Technologiezyklus wird derzeit sowohl auf einer DMU 60 eVo mit Fräs-Dreh-Tisch als auch auf einer CTX beta 1250 TC getestet und weiterentwickelt."

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Bezogen auf Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit möchte Toyota Motorsport mit diesem Verfahren konstante Genauigkeiten erzielen, die mit denen in der Schleifbearbeitung vergleichbar sind. "Für unsere kleinen Stückzahlen wäre es nicht rentabel, das Schleifen als ganz neuen Prozess inklusive Maschinen und Personal aufzubauen." Ein weiterer Vorteil des GearSkiving sei die Geschwindigkeit: "Die Durchlaufzeit pro Zahnrad beträgt lediglich wenige Minuten. Beim Schleifen vergehen mehrere Stunden."

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DMG Mori und Toyota Motorsport bewegen sich in ihrer Technologiekooperation auf höchstem Niveau, so wie es der Motorsport erfordert. Voigt dazu: "Zum einen sind die Qualitätsstandards extrem hoch, weil wir das Maximum an Leistung aus den Komponenten herausholen wollen und natürlich auch ein Höchstmaß an Sicherheit gewährleisten müssen. Zum anderen spielt die Effizienz eine große Rolle, da die Branche sehr schnelllebig ist." Dies erfordere Partnerschaften auf Augenhöhe. DMG Mori konzipiert seit vielen Jahren wegweisende Fertigungslösungen für anspruchsvolle Branchen – nicht zuletzt für den Motorsport. Darin sieht Voigt eine große Chance: "Wenn wir unsere Kompetenzen in der Kooperation bündeln, werden wir den Erfolg auch weiterhin auf der Rennstrecke erleben." vg