Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Gegenstand des Projektes war die Verfahrensentwicklung Hochgeschwindigkeitsfr\u00e4sen von gro\u00dffl\u00e4chig gekr\u00fcmmten Aluminium-D\u00fcnnblechen als umweltvertr\u00e4glichere Alternative zum chemischen Abtragen.
\nIm Flugzeugbau sind innovative L\u00f6sungen des Leichtbaus entscheidend, um Kraftstoffverbrauch und Zuladung zu optimieren. Es werden sph\u00e4risch gekr\u00fcmmte Aluminiumbleche f\u00fcr die Flugzeugau\u00dfenhaut eingesetzt. Nach dem Stand der Technik muss zur gewichtsreduzierenden Bearbeitung der 3 bis 10 mm dicken bis zu 40 m\u00b2 gro\u00dfen Bleche auf minimal 2 mm Wandst\u00e4rke das chemische Abtragen eingesetzt werden. Neben dem hohen Energieeinsatz entstehen erhebliche Mengen problematische Abf\u00e4lle.
\nZiel des Projekts war die Entwicklung einer Verfahrenstechnik f\u00fcr die hochgenaue spanende Trockenbe-arbeitung von d\u00fcnnen im Raum geformten Aluminium-Gro\u00dfblechen, um Abwasser und zu deponierenden Sonderm\u00fcll zu vermeiden sowie Rohstoffe und Energie einzusparen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer urspr\u00fcngliche L\u00f6sungsansatz f\u00fcr die spanende Trockenbearbeitung von d\u00fcnnen Aluminiumblechen war der Einsatz eines Fr\u00e4sroboters mit fliegendem Gegenhalter, ebenfalls als Roboter ausgebildet, und frei im Raum h\u00e4ngendem Gro\u00dfblech. Die urspr\u00fcnglich favorisierte Fr\u00e4sanordnung mit zwei Industrierobotern zum F\u00fchren der Fr\u00e4sspindel und eines Gegenhalters war mit der geforderten Bearbeitungspr\u00e4zision nicht realisierbar. Es wurde ein alternatives Anlagenkonzept, basierend auf einer Standard-Portalfr\u00e4smaschine mit hoher Strukturfestigkeit und einem CNC-gesteuerten, in vier Linearachsen (Z-, Y- und zwei X-Achsen) verfahrbaren Gegenhalter realisiert und erfolgreich getestet. Die praktische Erpro-bung an planen bzw. schwach gekr\u00fcmmten Blechen bis zu einer Gr\u00f6\u00dfe von 1000 x 2000 mm erfolgte beim Projektpartner Fachhochschule Gelsenkirchen, Mechatronik-Institut Bocholt.
\nDie Projektdurchf\u00fchrung erfolgte \u00fcber die Arbeitsschritte
\n1.\tVertiefende Bauteilanalyse,
\n2.\tVersuche mit einem Fr\u00e4s- und einem zus\u00e4tzlichen Gegenhalter-Roboter,
\n3.\tNotwenige Neukonzeption einer geeigneten Fr\u00e4stechnik,
\n4.\tEntwicklung des neuen Fr\u00e4skonzeptes und
\n5.\tUmfangreiche Erprobung mit realen Bauteilen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es wurde ein mechanisches Pr\u00e4zisionsbearbeitungsverfahren f\u00fcr Aluminiumbleche in Fahrzeug- und Flugzeugbau weiterentwickelt und erprobt, das abfallintensive nasschemische Verfahren ersetzen kann.
\nIm Rahmen der umfangreichen Entwicklungszusammenarbeit des Werkzeugmaschinenbauers Fooke GmbH (Fr\u00e4skonzeptanalyse, Prototypenentwicklung, -bau und -erprobung) mit dem Mechatronik Institut Bocholt an der Fachhochschulabteilung in Bocholt (Finite-Elemente-Methode -FEM und Mehr-K\u00f6rper-Simulation -MKS-, Fr\u00e4sversuchdurchf\u00fchrungen) zeigte sich, dass weder mit der Roboterfr\u00e4stechnik noch mit einer flexiblen Spanntechnik den geforderten hohen Form- und Oberfl\u00e4chengenauigkeiten entsprochen werden kann. Vielmehr, so das erreichte Forschungs- und Entwicklungsergebnis, ist f\u00fcr die hochgenaue Fr\u00e4sbearbeitung mit aus wirtschaftlichen Gr\u00fcnden notwendiger hoher Zerspanungsleistung sowohl ein formstabiles Maschinengestell als auch eine solche Aufspannung f\u00fcr das mehrere qm umfassende 3 mm d\u00fcnne Aluminiumblech erforderlich. Eine diesen Anforderungen entsprechende Bearbeitungsanlage wurde entwickelt und erfolgreich erprobt.<\/p>\n
Mit dem im Mechatronik-Institut Bocholt im Projektrahmen installierten Prototypen, bestehend aus einer Portalfr\u00e4smaschine hoher Struktursteifigkeit mit neu implementierten Linearmotoren, die eine besonders hohe Vorschubdynamik erm\u00f6glichen und einer synchronisierten, CNC-gesrteuerten Verfahreinheit als Gegenhalter war eine pr\u00e4zise Blechbearbeitung m\u00f6glich. Die erforderlichen Fr\u00e4sgenauigkeiten und Oberfl\u00e4cheng\u00fcten wurden zun\u00e4chst bei kleinen Ausschnitten mit kleinen Schaftfr\u00e4sern und geringen Leistungen erreicht. Weitere Entwicklungsarbeiten und Optimierungen sind zum Einsatz f\u00fcr eine Gro\u00dfteilfertigung im Flugzeug- und Fahrzeugbau erforderlich. <\/p>\n
Trotz der relativ hohen Investitionsaufwendungen zeigt sich aufgrund der sehr guten Zerspanleistungen und zugleich hohen Bearbeitungsqualit\u00e4t ein guter wirtschaftlicher Ansatz f\u00fcr die neu entwickelte High-Speed-Fr\u00e4sbearbeitung der Flugzeugau\u00dfenhaut aus Aluminiumblechen als Alternative zu dem bislang \u00fcblichen \u00c4tzverfahren. Das Verfahren f\u00fchrt zur deutlichen Reduktion von Umweltbelastungen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es ist vorgesehen, die Forschungsergebnisse auf der Messe Emo in Hannover interessierten Kunden zu pr\u00e4sentieren. Auch werden die Ergebnisse m\u00f6glichen Entwicklungspartnern (zumeist kleine Mess- und Steuerungstechnik-Unternehmen) und Kunden (auch im Bereich Schienenfahrzeugbau) pr\u00e4sentiert.
\nDie Forschungsergebnisse flie\u00dfen weiter auch in Lehrveranstaltungen der FH Gelsenkirchen ein.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Diese Projektergebnisse zeigen, dass f\u00fcr die erforderlichen hohen Oberfl\u00e4chen- und Formgenauigkeiten beim Hochgeschwindigkeitsfr\u00e4sen von d\u00fcnnwandigen Aluminiumblechen eine gro\u00dffl\u00e4chige und steife Aufspannung erforderlich ist. Ein urspr\u00fcnglich angestrebter sensorgef\u00fchrter flexibler Gegenhalter f\u00fchrt zu keinem ausreichenden Fr\u00e4sergebnis. Auch die hierzu vorgesehene direkte Messung der Wandst\u00e4rke im Prozess \u00fcber Sensoren ist nur als Zusatzfunktion f\u00fcr eine auf jeden Fall zu w\u00e4hlende steife Werkst\u00fcckauflage praktikabel. Eine stabile Maschinenkonstruktion und ebenso Werkst\u00fcckaufspannung f\u00fchrt zwangsl\u00e4ufig zu einer aufw\u00e4ndigen Anlagenkonzeption. Diese ist aber unumg\u00e4nglich, wie dies auch durch Untersuchungen anderer Entwicklungseinrichtungen best\u00e4tigt wird. Insofern kann man das Fr\u00e4sen d\u00fcnner Bleche aus Aluminium mit einer einfachen Blechaufspannung und einer flexiblen Haltevorrichtung auch bei einer Sensorf\u00fchrung f\u00fcr die Wanddickenmessung nicht realisieren.
\nAufgrund der erreichbaren hohen Schneidleistungen, Pr\u00e4zision und Oberfl\u00e4cheng\u00fcte werden wirtschaftliche Einsatzm\u00f6glichkeiten f\u00fcr das im Projekt entwickelte Blechbearbeitungsverfahren erwartet.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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