Ingersoll: Modulare Werkzeuge Stabil sehr tief bohren

Von Manfred Flohr

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Um in Landebeine für ein aktuelles Verkehrsflugzeug der Regionalluftfahrt tiefe Bohrungen einzubringen, hat Ingersoll mit seinem modularen System Innofit, mit dem Schwingungsdämpfer I-Absorber und passenden Fräsern spezifisch angepasste, lang auskragende Werkzeuge verwirklicht.

Bei langer Auskragung läuft der Fräser am Kopf der vibrationsgedämpften Bohrstange zum Bohren der tiefen Bohrungen noch auf 0,03 mm genau rund.
Bei langer Auskragung läuft der Fräser am Kopf der vibrationsgedämpften Bohrstange zum Bohren der tiefen Bohrungen noch auf 0,03 mm genau rund.
(Bild: Ingersoll Werkzeuge)

Der Zulieferbetrieb Meissner in Wallau bekam den Auftrag, Komponenten des Hauptfahrwerks für eine Passagiermaschine zu fertigen. Das anspruchsvolle Werkstück ist ein wärmebehandeltes Schmiedeteil aus Aluminium 7050 T7451 und misst etwa 900 x 900 mm. Beim Fertigungsunternehmen Heggemann in Paderborn wird das Fahrwerk zunächst aussen mit 4 mm Aufmass vorgeschruppt, wofür trochoidale Bearbeitung mit Vollhartmetallwerkzeugen eingesetzt wird.

Grosser Arbeitsraum gefragt

Für die anschliessende Innenbearbeitung ist der Arbeitsraum von Heggemanns grösster Maschine, einer Hermle C60, nicht gross genug, da für eine horizontale Tieflochbohrung ausser dem Bauteil auch ein etwa gleich grosses Werkzeug Platz benötigt. Für diesen Arbeitsschritt gehen die Bauteile daher zu Meissner nach Wallau, die abschliessende Fertigbearbeitung der Aussenseite findet dann wieder bei Heggemann statt. Meissner stehen für die Innenbearbeitung Maschinen zur Verfügung, die ausreichend lange Verfahrwege für die verlangte Bearbeitung haben. Neben Bohrungen im oberen Bereich des Bauteils, wo das Fahrwerk später am Flugzeug angebracht wird, ist eine durchgehende Bohrung durch das gesamte Landebein erforderlich. Die Bohrungen dienen ausschliesslich der Gewichtseinsparung, vom Material des Landebeins bleibt am Ende noch eine Wandstärke von etwa 20 mm übrig. Konstantin Schäfer, CNC-Programmierer Zerspanung bei Heggemann, erläutert bei einem Besuch in Wallau, weshalb es auch an diesen verborgenen Stellen auf hohe Präzision und saubere Flächen ankommt: «Um die Stabilität dieses sicherheitsrelevanten Teils jederzeit zu gewährleisten, betragen die Toleranzen maximal 0,4 mm. Um Risse zu vermeiden, dürfen bei der Bearbeitung keine scharfen Kanten entstehen. Die Innenkonturen müssen sehr exakt gefertigt werden, damit keine Bruchstellen im Material entstehen können. Beim Starten und Landen darf schliesslich nichts passieren.» Wie jeder Luftfahrtzulieferer wird auch Heggemann regelmässig strengen Audits unterzogen. Der Hersteller verfügt über ein umfangreiches Equipment zur Qualitätskontrolle jedes Bauteils. Besonders spektakulär ist der Drop-Teststand, auf dem Start und Landung simuliert werden können. Die Anlage für diese Falltests aus mehreren Metern Höhe hat Heggemann selber konstruiert und gebaut. Das erste Los der sonst immer paarweise produzierten Bauteile bestand aus fünf linken und zwei rechten Fahrwerksteilen, weil für verschiedene Tests die linken verwendet wurden.

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Wie schon bei vorangegangenen gemeinsamen Projekten wollte Heggemann auch hier die Werkzeuge für die Bearbeitung bereitstellen. Doch dieses Mal winkte Meissner ab und beauftragte seinen seit vielen Jahren bewährten Werkzeuglieferanten Ingersoll. «Uns war es bei diesem Projekt wichtig, einen kompetenten Ansprechpartner vor Ort zu haben», erklärt Herbert Cappeller. Mit derart tiefen Bohrungen hatte er bislang noch keine Erfahrung. Auch die Kosten sprachen für den Werkzeughersteller aus Haiger. Er baute ein passendes Werkzeug für die Tieflochbearbeitung modular aus Standardkomponenten auf und bot damit eine weitaus günstigere Lösung als Heggemanns Werkzeuglieferant, der ein Sonderwerkzeug ins Spiel brachte.

Werkzeug modular aufgebaut

Für die 790 mm tiefe Bohrung baute Ingersoll ein 820 mm langes Werkzeug mit 80 mm Fräserdurchmesser für Schruppfräser und 85 mm für den Schlichtfräser. Basis dieser Lösung ist das seit vielen Jahren bewährte Spannsystem Innofit. Als Schwingungsdämpfer direkt hinter dem Fräser fungiert der I-Absorber. In dessen Innerem gleicht ein gummigelagerter Schwermetallkern die bei der Bearbeitung entstehenden Vibrationen aus. Zwischen dem Schwingungsdämpfer und der Maschinenspindel bringen Verlängerungen das Werkzeug auf die erforderliche Länge. «Trotz dieser Schnittstellen ist das System auch in dieser Länge sehr stabil», versichert Kevin Richstein, technischer Berater bei Ingersoll. Drei Spannschrauben sorgen für hohe axiale Einzugskräfte, indem sie das Werkzeug an den Plananlagen mittig nach unten ziehen. Mit der zentrischen Spannung des Werkzeugs sorgen sie zudem für einen sehr guten Rundlauf. Kevin Richstein war sich der Verlässlichkeit des Systems sicher, da der Werkzeughersteller mit einem vergleichbaren Werkzeug bereits bis 720 mm tief sogar in Stahl gearbeitet hat. Zudem wurde das für Meissner ausgelegte Werkzeug vorab im Tech-Center beim Hersteller in Haiger getestet und auf seine Prozesssicherheit hin geprüft.

Die Bearbeitung der Fahrwerke bestätigte die Erwartungen. Selbst ganz vorne an der Spitze wurde mit dem langen Werkzeug 0,03 mm Rundlauf erreicht. Auch die eingesetzten Fräser kommen aus dem Standardportfolio des Haiger Werkzeugherstellers. Zur Schruppbearbeitung wurde der Fräser Form Master Pro 5E6H080R00 verwendet.

Prozesssicher gebohrt

Dabei wurde die Wendeschneidplatte RCLT1204M0N-CP eingesetzt. Die gezackte Rundplatte teilt den Span und sorgt mit dem so entstehenden kleinen, dünnen Span für wenig radialen Druck der Schneide. «Dadurch kann man auch auf diese Länge noch sehr stabil schruppen», erläutert Kevin Richstein. «Die entstehenden Späne werden so zerkleinert, dass das vom Schneidprinzip her ähnlich ist wie bei einem kordelverzahnten Fräser.» Unterstützt von der internen Kühlmittelzufuhr lassen sich diese Späne auch leicht hinausbefördern. Der nächste Arbeitsschritt erfolgte mit dem Fräser Form Master V 5V6G085R00, einem bewährten Fräser aus dem Formenbau zur hochgenauen Schlichtbearbeitung.

«An dieser Werkzeugzusammenstellung ist alles Standard, daher ist es mit Abstand die flexibelste Lösung», fasst Kevin Richstein zusammen. Die Innenbearbeitung eines Bauteils bei Meissner dauert etwa 20 Stunden. Hinzu kommt nach dem Schruppen eine mehrtägige Liegezeit, um den Werkstoff zu entspannen. Für die Aussenbearbeitung braucht Heggemann insgesamt 40 Stunden. SMM

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