Höchste Ansprüche an Trägerraketen-Technik 1

Aerospace, ein renommierter deutscher Produzent von Präzisionslagern für die Luft- und Raumfahrt, sichert die Qualität seiner Wälzlagerringe für Turbopumpen in Weltraum-Rakten mit einem Präzisionslängenmessgerät von Mess- und Applikationsspezialist Mahr.

Das Weltall verlangt der Technik absolute Zuverlässigkeit ab. Schließlich geht es bei Weltraum-Missionen um das Leben von Astronauten und um riesige finanzielle Investitionen. Zudem herrschen im Kosmos ganz andere physikalische Gesetzmäßigkeiten und damit besondere Belastungen. Von der Technologie und den dazugehörigen Werkstücken wird 100-Prozent-Zuverlässigkeit gefordert.

Für die Schubleistung beim Startvorgang der Raketen sind beispielsweise die Turbopumpen in den Haupttriebwerken mit entscheidend. Mit über 30 000 Umdrehungen in der Minute pressen die Turbo-pumpen den Treibstoff in die Triebwerke. Zur Funktion der Triebwerke sind hochpräzise Lager im Einsatz. Für die zuverlässige Funktion der Turbopumpen sind unter anderem hochpräzise Kugel- und Rollenlager die Grundlage.

Wälzlagerringe für das amerikanische Space Shuttle, aber auch die europäische Trägerrakete Ariane, werden neben vielen weiteren Luft- und Raumfahrtlagersystemen von dem deutschen Lagerhersteller FAG Aerospace produziert. Seine Werkstücke bestehen in der Regel aus hochwarmfesten Spezial-Stählen, die eine hohe Härte und Festigkeit und damit eine maximale Gebrauchsdauer garantieren. Die Präzision und Gebrauchsdauer jedes einzelnen Lagerrings ist so ausgelegt, dass die Lager auch bei mehrfachem Start der Rakete nicht ausgewechselt werden müssen. Die Präzision hat entscheidende Auswirkungen auf die Gebrauchsdauer und das Funktionsverhalten der Werkstücke.

Um sicherzustellen, dass ein Wälz-lager alle Spezifikationen abdeckt, die für die Laufleistung und Lebensdauer gebraucht werden, ist eine präzise Qualitätskontrolle während des Bearbeitungsvorganges und der Montage unerlässlich. Damit die Präzision der Wälzlagerringe zuverlässig überprüft werden kann, setzt FAG Aerospace eine Präzisionslängenmessmaschine der ULM-Baureihe von Mahr ein – wobei der Mess- und Applikationsspezialist Mahr selbst auch ein führender Hersteller von Höchst-Präzisionslagern ist.

Großer Messbereich
Die größten Wälzlager für die Luft- und Raumfahrt Lagersysteme haben einen Durchmesser von bis zu 1200 mm und eine Toleranz von +/- 5 µm; die kleinsten Lager haben einen Durchmesser von 15 mm und eine Toleranz von +/- 1 µm. Aufgrund der Größe ist FAG Aerospace auf die hochgenauen Präzisionslängenmessgeräte ULM von Mahr angewiesen. Der Grenzwert der Messabweichung bei der ULM-Serie beträgt: MPE = (0,1 µm + L/2000) [L in mm].

Des Weiteren verfügt die Präzisionslängenmessmaschine über eine Online-Temperaturüberwachung, um das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Hartgestein und Metall sowie systematische Messfehler durch Temperaturschwankungen vom Messobjekt und Einstellnormal zu korrigieren.

Zur Baureihe der Längenmessmaschinen ULM gehören Standardgeräte zur Qualitätssicherung, welche nach dem Abbe-Prinzip arbeiten. Sie sind im Einsatz bei hochgenauen Längenmessungen an Präzisionsteilen wie Kugelnaben, Kugelkäfigen oder Wälzlagerringen sowie zur Lehren- und Messmittelkontrolle. Neben höchster Genauigkeit bieten die Geräte einen großen Messbereich, sofortige Arbeitsfähigkeit – und können zudem sehr individuell an die jeweiligen Mess-aufgaben angepasst werden.

FAG Aerospace hat in seinem Messraum eine ULM 1000 S im Einsatz – eine Längenmess-maschine, die ideal für größere Werk-stücke ist. Das Messelement, die X- Achse, ist mit einem inkrementalen hochgenauen Heidenhain-Längenmesssystemen ausgestattet.

Messung innerhalb weniger Minuten
FAG Aerospace überprüft die Produktions-qualität seiner Wälzlagerringe mit Hilfe von Maßverkörperungen. Mitarbeiter bringen ausgewählte Lagerringe in den temperierten Messraum. Hier werden sie zuerst den Klimabedingungen angepasst. Mess-aufgabe ist unter anderem die Vermessung des Außendurchmessers am Kugellager-Innenlaufring. Das Mess-ergebnis wird mit der Mahr-ULM-1000-S-Längenmessmaschine manuell innerhalb weniger Minuten gemessen.

Der Kugellager-Laufring wird auf dem Kipptisch des Objekttisches gelegt und fixiert. Anschließend beginnt die Messung. Dabei werden drei Werte ermittelt:

  • Minimum mittels Tischkippung
  • Minimum mittels Tischhöhenverstellung
  • Maximum mittels Tischbewegung in Y-Richtung

Aus diesen Werten wird der Durchmesser und damit der Messwert bestimmt. Diese für die Zertifizierung notwendigen Messergebnisse des Mess-systems werden durch die leistungsfähige Windows-Software ausgewertet, protokolliert und dokumentiert.

Kalibrierschein für das Werkstück
Für das Werkstück wird ein Kalibrierschein erstellt. Dieses wird anschließend wieder mit in die Produktion genommen und als Vergleichsnormal eingesetzt. Jetzt werden in der Produktion Werkstücke mit Handmessmitteln überprüft und mit dem Normal abgeglichen. Nach einer klar definierten Zeitspanne wird die Maßverkörperung erneut im Messraum auf die Einhaltung der Toleranzen überprüft.

Die Qualität der FAG-Aerospace-Wälzlager ist international bekannt: Die Spezial-Wälzlagersysteme sind auch in anderen Luft- und Raumfahrtanwendungen, zum Beispiel in Flugzeugturbinen, Hubschraubern und in Computer-tomographen, im Einsatz und sorgen für einen zuverlässigen Betrieb.