Koordinatenmesstechnik XXL

5 m Durchmesser, 3,8 t Gewicht: Die Dimensionen des stählernen Rings sind imposant. Und doch müssen die 108 rundum angeordneten Bohrungen bis auf wenige Zehntel Millimeter genau die vorgegebene Position einhalten. Form, Abstände und Durchmesser der Bohrungen haben ebenso zu stimmen wie die Höhe des Werkstücks sowie die Parallelität und Ebenheit der unteren und oberen Fläche.

Denn wenn der Tragring mit zwei weiteren Ringen zu einem Rollenlager montiert ist, müssen alle Komponenten optimal ineinander greifen – nur dann bewegt sich das Lager geschmeidig und hält später den hohen Belastungen stand: Als flexibles Verbindungselement zwischen der Rohrleitung einer Ölplattform und einem andockenden Tanker ermöglicht es Drehbewegungen. Nur so kann das geförderte Öl auch bei starkem Seegang zuverlässig in das schwankende Schiff gepumpt werden. Damit das Lager diesem Anspruch gerecht wird, unterzieht ThyssenKrupp Rothe Erde es einer genauen Qualitätssicherung – eine anspruchsvolle Aufgabe bei einem Werkstück mit fünf Metern Durchmesser.

„Ob im Offshore-Bereich, bei Schaufelbaggern oder Windkrafträdern – die Durchmesser der beauftragten Lager steigen“, sagt Thomas Miller, Qualitätsmanager bei Thyssen Krupp Rothe Erde in Lippstadt. „Lager für Windkrafträder beispielsweise waren früher 1,50 Meter groß, heute sind wir bei Dimensionen von drei bis vier Metern – und das bei gestiegenen Anforderungen an die Genauigkeit.“ Noch Anfang 2013 führten Miller und seine Kollegen die meisten produktionsbegleitenden Stichprobenmessungen mit einem Koordinatenmessgerät der Maße 2×2 m durch. Größere Lager mussten mit Standard-Prüfmitteln gemessen werden. Das war zum einen aufwendig, zum anderen ließen sich Bedienfehler nicht ausschließen. Thyssen Krupp Rothe Erde entschloss sich für eine Neuanschaffung.

„Wir suchen ein Koordinatenmessgerät – und zwar ein großes“, war die Anfrage mit der eine Kollegin von Miller auf einen Messestand von Zeiss kam. Miller: „Anfangs waren mal vier bis fünf Meter Breite im Gespräch. Weil wir aber gemerkt haben, dass die Kunden zunehmend größere Bauteile verlangen, haben wir uns auf sechs Meter festgelegt, um ein bisschen Reserve zu haben.“ Zeiss nahm die Herausforderung an.

Das Knifflige bei der Konstruktion eines so großen Gerätes: Das Portal, an dem der Messtaster angebracht ist, spannt sich in der x-Achse über den Messtisch wie eine Brücke. An einer Seite wird diese Brücke durch einen Motor angetrieben, der sie in y-Richtung verschiebt, damit der Taster das Werkstück auch in diese Richtung scannen kann. Maximal bis zu einer Breite von 5 m lässt sich das Portal mit einem einseitigen Antrieb verfahren, ohne dass es zu Ungenauigkeiten kommt. Bei einer größeren Breite sind auf beiden Seiten Antriebe nötig, die synchron laufen.

Ein Jahr nach Vertragsunterzeichnung war es soweit: Zeiss installierte ein Koordinatenmessgerät MMZ G mit einer x-Achse von 6 m und 6 m y-Achse. Dafür hatte Thyssen Krupp Rothe Erde nach den Vorgaben des Messtechnik-Spezialisten eigens ein Fundament gießen lassen. Zudem richtete das Werk Lippstadt eine große, klimatisierte Messhalle ein, in der genügend Platz ist, um mehrere Werkstücke vor der Messung je 24 Stunden zu temperieren.

„Es war schon eine Aufregung, als das Gerät hier aufgebaut wurde“, berichtet Messmaschinenbediener Engin Yildiz. „Wir waren sehr gespannt, wie genau es wirklich ist.“ Es stellte sich heraus, dass die XXL-Variante des Messgeräts MMZ G auch bei großen Werkstücken die spezifizierte Messunsicherheit nur zu circa 60 % ausschöpft.“ Ein Messtisch aus Granit sorgt dafür, dass die Bauteile absolut eben liegen, denn Stahlringe von mehreren Metern Durchmesser neigen dazu, sich bei Unebenheiten leicht durchzubiegen.

Weil der Umstieg auf das neue Messgerät ohne Übergangszeit laufen musste, schuf Zeiss über eine Softwareschnittstelle die Voraussetzungen dafür, dass die drei Messmaschinenbediener weiterhin mit den bisher eingesetzten Programmen arbeiten können. Die Dimensionen der Werkstücke waren eine Umstellung für die Messmaschinenbediener. Doch inzwischen sind sie geübt darin, die bis zu 10 t schweren Ringe in Ketten zu hängen und mit einem Kran auf das Messgerät zu bugsieren. Eine Feinjustierung ist nicht nötig, weil der Messtaster genau erkennt, wo das Bauteil liegt. Sind die Messprogramme einmal erstellt, läuft die Messung automatisch ab. Rund anderthalb Stunden benötigt sie für den 5 m großen Lagerring, der für den Offshore-Einsatz vorgesehen ist.

Miller und seine Mitarbeiter setzen die MMZ G heute ein, um Stichprobenmessungen der Werkstücke nach unterschiedlichen Prozessschritten durchzuführen: nach der Verzahnung, im Anschluss an den Drehprozess, die Feinbearbeitung oder Montage – je nachdem, welche Prozesse die Qualitätssicherung überprüfen möchte und welchen Anforderungen das Werkstück gerecht werden muss.

Die hohe Präzision der Messmaschine ermöglicht es Thyssen Krupp Rothe Erde, auch enge Toleranzen von Verzahnungen nachzuweisen. Das bisherige Koordinatenmessgerät war dafür nicht genau genug – und bei Bauteilen ab 2 m Durchmesser auch zu klein. „Bis zu sechs Metern Größe auf einer Koordinatenmessmaschine messen zu können, ist ein wahnsinniger Vorteil und eröffnet uns neue Möglichkeiten“, sagt Miller, „Früher war bei zwei Metern Schluss, heute fangen wir bei zwei Metern erst richtig an.“ ■