Ganz SchÖN Eng ...

... sind die Fertigungstoleranzen für Luftfahrtteile bei BBAT im Brandenburgischen Wildau. Hier werden Läufergehäuse für Jet-Triebwerke mit Messtastern und der Software 3D Form Inspect von m&h in Serie gefertigt.

Plus - Minus 2 Hundertstel auf Durchmesser von 500 mm bis 800 mm in relativ dünnwandigen Gehäusen aus sehr warmfesten und zähen Stahlmaterialien sind die Genauigkeitsanforderungen, mit denen sich BBAT tagtäglich auseinandersetzt. In kleinen Serien werden hier Gehäuseteile für Jet-Triebwerke gefertigt, in denen später die Turbinenschaufeln der Verdichterstufen laufen. Eingesetzt werden diese Teile in mehreren Turbinen-baureihen für Businessjets und kleinere Verkehrsflugzeuge.

BBAT oder Berlin Brandenburg Aerospace Technology AG ist eine Gemeinschaftsgründung mehrerer Zulieferer der Luftfahrtindustrie und hat sich seit 2008 auf die Fertigungsproblematiken dieser anspruchsvollen Turbinenteile spezialisiert. Dort werden die Turbinenringe mechanisch bearbeitet und beschichtet. Die Bauteile werden dann einbaufertig in die Montage der Triebwerkshersteller geliefert.

Das Spannen und Zerspanen der zähen Materialien und der relativ labilen Bauteile sind ausgesprochen anspruchsvoll. Die engen Toleranzen müssen mit hoher Sicherheit auf der Maschine erreicht werden, weil später entdeckte Fehler fast nicht mehr zu korrigieren sind. Eine erneute Aufspannung auf der Maschine für eventuell notwendig werdende Nacharbeiten ist nahezu nicht machbar, zumindest nicht wirtschaftlich und zeitgerecht.

Dementsprechend viel Gewicht hat man auf die Auswahl der Fertigungsmittel und Hilfsmittel gelegt. In temperaturstabilisierter Halle wird auf 5-achsigen Bearbeitungszentren von Alzmetall mit Siemens 840D Steuerung bearbeitet. Hohe Wiederholgenauigkeit ist ebenso wichtig, wie ein ungestörter Fertigungsdurchlauf der Kleinserien. In nur zwei Spannungen werden die Turbinengehäuse mit Fräs- und Drehzerspanung komplett bearbeitet. Die geforderten engen Toleranzen von nur 4 Hundertstel gewährleistet BBAT mit einem ausgeklügelten Fertigungsablauf mit integriertem Messen in der Maschine gewährleistet. Zum Einsatz kommen Messtaster und die Software 3D Form inspect von m&h. „Ohne m&h würden wir aufwändige Lehren und Sonderbetriebsmittel benötigen“, sagt Klaus Hanreich. „Damit wäre, neben zusätzlichen Kosten, viel Zeitaufwand und eine latente Gefahr individueller Fehler verbunden.“

3D Form Inspect vergleicht die Konturpunkte aus der CAD-Konstruktion mit den tatsächlichen Dimensionen des Werkstückes, noch während seiner Aufspannung auf der Maschine. Die zu messenden Geometrien können schon mit der CAD-Zeichnung oder jederzeit per Mausklick an einem Computer in der Werkstatt festgelegt werden. Das Verfahrprogramm für den Messtaster generiert die Software selbst und führt auch eine Kollisionskontrolle mit den Werkstückkonturen durch. In der 5-achsigen Version können auch Hinterschnitte und schräg im Raum liegende Geometrien gemessen werden. Die Schwenkfehler der 4. und 5. Achse werden dabei automatisch kompensiert. Die Größen und Konturen aller Messtaster und Taststifte von m&h, inklusive der möglichen Verlängerungen und Tastkreuze, sind in der Software hinterlegt und werden mit berücksichtigt. Die Software kann gleichzeitig mehrere, unterschiedlich zusammengestellte Taster verwalten. Das vermindert nicht nur den Programmieraufwand, sondern schafft Arbeitssicherheit für den Betrieb. Regelmäßige Kalibrierungen der Messtaster an einer Messkugel erfassen die thermischen und statischen Veränderungen der Maschine und sorgen für verlässliche Messwerte.

Ohne m&h könnten wir so gar nicht fertigen

Die Turbinenringe aus schwer zerspanbarem Chrom- Nickel-Stahl werden vor und nach dem Finishen gemessen. So bleibt das Werkstück in der Spannung auf der Maschine, bis sicher ist, dass die enge Toleranz von +/- 2 Hundertsteln auch wirklich eingehalten wird „Ohne diese Technologie wäre das wirtschaftliche Fertigen so gar nicht machbar“, berichtet Geschäftsführer Klaus Hanreich. Zwar kann eine ganze Reihe von Messwerten mit Hilfe der Messzyklen der Siemens 840D – Steuerung ermittelt werden. Diese reichen aber nicht aus, alle geforderten Messwerte am Werkstück zu generieren. Deshalb ergänzt Klaus Hanreich: „Ohne die Software von m&h geht es gar nicht.“

Bei BBAT hat man sehr viel Zeit und Energie in einen geschlossenen Loop der Auswertung von Messwerten, deren Verifikation und der daraus resultierenden Rückschlüsse für die jeweiligen Bearbei-tungsprogramme investiert. Heute münden die Messwerte in eine selbsterstellte Programmroutine, die über Mehrfachmessungen und statistische Auswertungen nicht nur eventuelle Fehlmessungen ermittelt, sondern auch einen Bezug zu den Bearbeitungsparametern und Werkzeugdaten in der Steuerung schafft. Der Bediener kann aus den Listen unmittelbar herauslesen, wie viel er korrigieren muss, um genau auf Nullwert zu arbeiten. Dies ist eine individuelle Rückkopplungs-lösung von BBAT, die allerdings voraussetzt, dass immer die gleichen Bearbeitungsprogramme eingesetzt werden. Mit der Zeit hat BBAT den Prozess immer weiter optimiert und konnte auch die notwendigen Messroutinen einkürzen. „Anfangs hatten wir einen Messaufwand von etwa 2 Stunden je Teil“, berichtet Klaus Hanreich. „Heute messen wir vielleicht noch 5 Minuten.“

Entsprechend begeistert ist er, wenn man ihn nach den Haupteffekten des integrierten Messens auf der Maschine fragt: „Die Vorinspektion auf der Maschine gibt uns Produktionssicherheit. Wir haben frühzeitig Kontrolle über das, was im Zerspanungsprozess geschieht und können gegebenenfalls früh reagieren. Jetzt sind Werkzeugeinflüsse und Spaneinflüsse bestimmbar und damit korrigierbar geworden. Das ermöglicht uns erst die hohe Präzision und das sichere Einhalten solch enger Toleranzen.“

Dieser Stolz ist mit vielen Versuchen, eigenen Softwareerweiterungen und ständiger Verbesserung verdient. Weiß man doch, dass ein Kunde selbst versucht hat, mit gleicher Sicherheit und in ähnlich kurzer Zeit die Teile selbst zu fertigen, daran aber gescheitert ist. „Das Messen auf der Maschine mit m&h ist zwar nur ein Glied in unserer hervorragenden Prozesskette, aber ein besonders wichtiges“, zieht Klaus Hanreich sein Fazit. „Wir würden das auf jeden Fall wieder so machen.“