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Präzision in Grenzbereichen Prozesssichere und hochpräzise Serienfertigung

| Autor / Redakteur: Manfred Lerch / Anne Richter

Ziel war es, die Toleranzen an einem Bauteil innerhalb von 10 µm in der Serie zu fertigen. Mit den Bearbeitungszentren Fehlmann Versa 825 in Verbindung mit der Automation von Gibas ist es gelungen, die Prozesse bei VDL ETG Projects in Eindhoven sicher und wirtschaftlich abzubilden.

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Insgesamt verfügt man bei der VDL ETG Projects über zirka 30 Maschinen von Fehlmann, 15 davon sind die Versa Bearbeitungszentren.
Insgesamt verfügt man bei der VDL ETG Projects über zirka 30 Maschinen von Fehlmann, 15 davon sind die Versa Bearbeitungszentren.
(Bild: VDL)

Zunächst war es eine Vision: Ein Protonen­beschleuniger für die Krebsbehandlung sollte als kommerzielles Produkt entwickelt werden. Mittlerweile ist man mit diesem Projekt so weit, dass man in diesem Jahr bereits fertigt, testet und bei einwandfreier Funk­tion im nächsten Jahr damit in die Serie gehen möchte. Die Anlage eines solchen Protonenbeschleunigers mit einer Gesamtlänge von 24 Meter beinhaltet 20 Module, in welchen jeweils 64 Kupferplatten verbaut sind. Kupferplatten, die alle Verantwortlichen allerdings vor zahlreiche grosse Herausforderungen stellten.

Hohe Anforderungen an Präzision führen auch zu Anpassungen bei den Standardmaschinen

Sämtliche Toleranzen an dem Bauteil bewegen sich innerhalb von nur 10 µm. Bei den Oberflächen ist Ra 0,2 gefordert. Das ist eine Präzision, die sich vor allem dann äusserst schwierig gestaltet, wenn es um Serienfertigung geht. So war für Peter van der Elzen, Quality & Operation Manager bei der VDL ETG Projects, zu Beginn des Projekts vor vier Jahren zunächst die zentrale Frage: Ist diese Präzision überhaupt erreichbar? «VDL ist dafür bekannt, dass wir eine derartige Präzision problemlos fertigen können. Im konkreten Fall aber war das Problem einerseits, dass sich diese Platten in der Form, der Dicke, den Durchbrüchen etc. unterschiedlich gestalten. Andererseits war es die Serie, die wir aus wirtschaftlichen Gründen mannlos gestalten wollten.»

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Während sich andere Werkzeugmaschinen­hersteller vor allem hinsichtlich der geforderten Präzision dazu nicht in der Lage sahen, kam von Fehlmann ein «Wir versuchen es». Das heisst, von Fehlmann kam sehr schnell ein grundsätzliches Ja mit der Versa 825. Für diesen Einsatz war allerdings selbst für die ohnehin präzise Versa ein gewisses Tuning notwendig. Dazu Roland Sandmeier, Verkauf Export bei Fehlmann: «Das Bearbeitungszentrum Versa gilt auf Grund der geometrischen Genauigkeit und der thermischen Stabilität in der Standard­ausführung schon als sehr präzise. Für die Bearbeitung der Kupferplatten bei VDL ETG Projects haben wir allerdings Feinheiten wie Schwenkzyklen oder auch die Nullpunktverschiebung um zwei µm geändert, denn die Konturen werden sehr fein abgezeilt. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt sind im Anschluss dann aber auch in die Fertigung unserer Standardmaschinen eingeflos­sen.»

Temperaturschwankungen beherrschbar, fertigungstechnisch alle Voraussetzungen erfüllt

Nun ging es bei dieser Aufgabe allerdings nicht nur um die Maschine, sondern auch um das mannlose Fertigen. Ziel war es, auf Grund der positiven Erfahrungen, die Automation mit der Software von Soflex zu steuern. Die Wahl bei der Hardware bzw. den Robotern und Paletten-Speichern fiel deshalb auf das Unternehmen Gibas im holländischen Nijkerk (Fehlmann-Vertretung Holland mit eigener Automationsabteilung). Zumal man bei Gibas in der Lage war, diese Software problemlos zu integrieren. Wie sensibel diese Präzision in der Serie zu handhaben ist, dass man sich damit in Grenzbereichen bewegt, machen zahlreiche Beispiele in Eindhoven deutlich. So wurde beispielsweise nach einer Bearbeitungszeit von zwei Stunden die Maschine geöffnet. Das Eindringen der klimatisierten Raumluft wirkte sich sofort derart negativ auf das Bauteil aus, dass es unbrauchbar war. Ebenso fatal gestaltet sich das Wechseln der Spindel. Bei dem Tausch einer warmen, in der Länge ausgedehnten Spindel gegen eine kalte waren die Verantwortlichen über die Ergebnisse regelrecht erschrocken. Das heisst, Temperaturschwankungen von Maschine und Raum sind unweigerlich voneinander abhängig, wobei nach Auskunft der Verantwortlichen Fehlmann die Temperaturen absolut im Griff hat. Zum einen ist die Maschine so aufgebaut, dass keine Kühlmittel­emulsion auf die Gusskonstruktion gelangen kann. Zum anderen werden die Motoren automatisch gekühlt, das Kühlmittel konstant bei 20 °C gehalten. Welch enorme Bedeutung diese Temperaturbeherrschung hat, zeigt sich auch daran, dass die Bearbeitungszeit von nur einer Kupferplatte sechs Stunden beträgt. In der Summe sind das für eine Anlage mit 20 Modulen insgesamt 30 000 Frässtunden.

Projekterfolg durch gemeinsame Entwicklungsarbeit

Diese sechs Stunden Bearbeitungszeit konnten allerdings auch nur in enger Zusammenarbeit realisiert werden, denn VDL ETG Projects wollte aus wirtschaftlichen Gründen eine Frequenzspindel mit 80 000 min–1 einsetzen. Deshalb wurden damit bei Fehlmann in der Schweiz zahlreiche Tests durchgeführt. Mittlerweile befindet man sich in Eindhoven in der Endphase der besprochenen Tests und ist davon überzeugt, dass man fertigungstechnisch alle grundsätzlichen Voraussetzungen erfüllen kann. Dass man damit zunächst vermeintlich Unmögliches geschafft hat, liegt sicher an der gemeinsamen intensiven Entwicklungsarbeit. Das belegt sehr eindrucksvoll die Tatsache, dass das gesamte Projekt vier Jahre in Anspruch nahm, vom Auftrag bis zum Produktionsbeginn dann aber nur zwei Monate vergingen.

In der Summe sind es für Peter van der Elzen so auch zahlreiche Aspekte, die letztendlich zum Erfolg des Projekts führten: «Um diese Präzision in der Serie zu realisieren, bedarf es kompetenter Partner und eines entsprechenden technischen Equipments. Man darf aber auch nicht vergessen, dass man Mitarbeiter haben muss, die alles im Griff haben bzw. mit der Maschine eins sind. Unabhängig von der Höhe der Investition, wenn man ein solches Projekt angeht, muss man daran glauben, dass es funktioniert. Und das habe ich von Beginn an.»

SMM

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