Schwere Bauteile genau positionieren

Damit zwei Tonnen schwere Zahnräder, wie sie zum Beispiel für Windenergieanlagen durchaus üblich sind, den engen Fertigungstoleranzen entsprechen, werden sie bislang in der Schleifmaschine vor dem Prozess manuell ausgerichtet - mit Hammer und Stellschrauben. Das ist zeitaufwendig, blockiert wertvolle Maschinenzeit und ist insbesondere angesichts des anstehenden Ausbaus der Windenergie optimierungsbedürftig.

In einem Forschungsprojekt hat Maik Bergmeier, Ingenieurwissenschaftler am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) am Produktionstechnischen Zentrum Hannover (PZH) der Leibniz Universität, nun gemeinsam mit Partnern von Siemens (Hersteller von Flender Großgetrieben) und Roemheld (Hersteller von Spannsystemen und Spanntechnik) den Prototypen eines Mikrostellsystems entwickelt, das die Positionierung solch schwerer Bauteile mit Hilfe einer piezohydraulischen Pumpe realisiert – und zwar in vier Freiheitsgraden.

„3-Achs-Maschinen können den Taumel- und Exzenterfehler bei der Bauteilausrichtung nicht kompensieren“, erklärt Bergmeier die Ausgangssituation. „Unser Mikrostellsystem lässt sich aber wie ein Aufnahmetisch in die Maschine einbauen und kann auch schwere Lasten bis zu 4,7 Tonnen mit einer Genauigkeit von acht Mikrometern positionieren und dabei sowohl Taumel- als auch Exzenterfehler ausgleichen.“ Eine besondere Rolle spielt dabei die piezoaktorische Pumpe, die für die hohe Genauigkeit sorgt. Sie bewegt Kleinstmengen an Fluid für die mikrometergenaue Positionierung und basiert auf einem früheren Forschungsprojekt am IFW.

Eine zentrale Voraussetzung für den Einsatz des Systems im Unternehmen ist eine hohe rotationssymmetrische Steifigkeit während der Fertigung. Bergmeier konnte sie in einem Test an einem zwei Tonnen schweren Zahnrad und einem Zwei-Tonnen-Gestell in einem Profilschleifprozess nachweisen: „Die Fertigungsqualität des Zahnrads erreichte dabei die höchste Qualitätsstufe. Oder, um es formal ganz korrekt auszudrücken: In der sogenannten Stirnradteilungsmessung entsprach die Qualität einer 1 gemäß DIN 3962.“

In weiteren Schritten wird nun die Praxistauglichkeit des Systems verbessert; anschließend wird es testweise in der Produktion eingesetzt. Am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen ist auch dessen Leiter, Professor Berend Denkena, daran interessiert, das System weiter zu verbessern: „Die Erzeugung von Energie aus Windkraft wird noch deutlich zunehmen. Deshalb ist es wichtig, auch bei der Fertigung der entsprechenden Getriebe eine Lösung für wachsende Ansprüche zu haben. Da steuert das IFW gern seinen Teil bei.“

Das Projekt wurde unter dem Namen „Piezohydraulisches Mikrostellsystem als Einrichthilfe für Großbauteile“ von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert und von den Firmen Siemens und Roemheld als Anwendungspartner und Hydraulikkomponentenhersteller begleitet. hei