Unrunde Bauteile drehen

Wie lassen sich Metallteile mit wellen- oder eiförmigen Oberflächen herstellen ohne sie zu gießen? Mit einer hochdynamischen Drehmaschine, die Ingenieure auf der Fachmesse für Werkzeugmaschinen vom 14. bis 21. September auf der Weltausstellung der Fertigungstechnik EMO in Hannover Halle 12 Stand B63 präsentieren.

Wollte man aus einem zylindrischen Metallstab ein einfaches Ei fertigen, gäbe es entlang seiner Längsachse keine großen Probleme. Anders, wenn das Ei in Richtung seiner Querachse in die Drehmaschine eingespannt wird: Nun muss sich das spanende Werkzeug mit jeder Umdrehung schnell auf und ab bewegen. In der Metall verarbeitenden Industrie gilt es, noch weit komplexere Geometrien als die eines Eis mit hoher Genauigkeit zu realisieren. Auf diese Aufgabe haben sich Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen spezialisiert. Sie haben eine Maschine entwickelt und gebaut, mit der sich beispielsweise Kolben für Verbrennungsmotoren mit elliptischem Querschnitt schnell und kostengünstig herstellen lassen. Auf der Weltausstellung der Fertigungstechnik EMO, die vom 14. bis 21. September in Hannover stattfindet, stellen sie „Neue Maschinenkonzepte“ in den Mittelpunkt des Messeauftritts. Mit ihren Kollegen von fünf weiteren Fraunhofer-Instituten teilen sie sich den Stand B63 in Halle 12.

Die hochdynamische Drehmaschine HDM erlaubt es, verschiedenste unrunde Geometrien im Millimeterbereich zu erzeugen. Die Form lässt sich dabei frei programmieren – manuelle Arbeitsschritte, mit der Unrundschleifmaschinen auf andere Aufgaben umgestellt werden müssen, entfallen bei ihr. „Es muss lediglich ein neuer NC-Datensatz in die Computersteuerung der Maschine geladen werden“, betont Ralf Schug von der IPT-Abteilung Präzisionsmaschinen und benennt ein weiteres Feature: „Im Vergleich zu herkömmlichen Präzisionsdrehmaschinen kann sie besonders große Hübe für die Ein- und Ausbuchtungen des Werkstücks ausführen.“

Ein derartiges Bearbeitungsverfahren erfordert sehr häufig eine große Dynamik, also hohe Beschleunigungen des Bearbeitungskopfs und Zustellgeschwindigkeiten des Werkzeugschlittens. Dem wirkt die Masse der Maschinenteile entgegen. Daher haben die Forscher Metalle durch leichtere faserverstärkte Kunststoffe ersetzt. Deren geringe thermische Ausdehnung wirkt sich zudem günstig auf die erreichbare Präzision aus. Besonders schnelle Linearmotoren liefern hohe Vorschubkräften und Beschleunigungen bis zum Zehnfachen der Erdanziehung. Der Werkstückschlitten, der die Drehspindel trägt, beschleunigt seinerseits mit dem doppelten der Erdgravitation. Die maximalen Verfahrgeschwindigkeiten betragen für den Werkzeugschlitten mehr als einen halben Meter pro Sekunde – der Werkstückschlitten schafft sogar das Doppelte.