Klimasimulation für Werkzeugmaschinen

Werkzeugmaschinen können nicht nur fertigen, sondern auch messen. Doch in Werk­hallen sind sie häufig wechsel­haften Tempe­raturen zwischen 15 und 45 Grad Celsius ausge­setzt, was sich auf die Geo­metrien von Maschine und Werk­tück aus­wirkt und damit die Fertigungs- und Mess­genauig­keit stark beein­flusst. Die Physi­kalisch-Techn­ische Bundes­anstalt hat jetzt im Rahmen des euro­pä­ischen Forschungs­projekts „Trace­able in-process dimen­sional measure­ment“ zusammen mit Projekt­partnern eine mobile Klima­simu­lations­kammer konzi­piert, um das Tempe­ratur­ver­halten von Werk­zeug­maschinen zu unter­suchen und tempe­ratur­ab­hängige Mess­unsicher­heiten zu er­mitteln.

Wie präzise eine Werkzeugmaschine fertigen und messen kann, hängt unter anderem stark davon ab, wie sie sich unter ver­schiedenen Tempe­ratur­bedin­gungen ver­formt. Durch tempe­ratur­bedingte Ände­rungen der Maschinen­geo­metrie können gravie­rende Ferti­gungs­fehler − also Abwei­chungen von den spezi­fi­zierten Maß-, Form- und Lage­tole­ranzen − ent­stehen. Die hoch­genaue Quali­täts­sicherung von Werk­stücken findet des­halb außer­halb des Ferti­gungs­pro­zesses in sepa­raten, klima­ti­sierten Mess­räumen statt. Um tempe­ratur­bedingte Effekte zu er­fassen, even­tuell zu kompen­sieren und Mess­un­sicher­heiten zu be­stimmen, hat die PTB im Rahmen eines inter­nationalen Forschungs­programms eine mobile Klima­simu­lations­kammer für experi­mentelle Unter­suchungen an Werk­zeug­maschinen konzi­piert, mit der sich kontrol­lierte Tempe­ratur­bedin­gungen her­stellen lassen. Ziel ist es, mit diesem Know-how in Zukunft Werk­stücke im An­schluss an ihre Ferti­gung direkt auf der Werk­zeug­maschine zu­ver­lässig und gege­benen­falls genauer messen zu können.

Innerhalb der Klimasimulationskammer lassen sich Ver­ände­rungen der Maschinen­geo­metrie bei wechselnden Umwelt­bedin­gungen relativ zu einer Aus­gangs­situation unter­suchen. Dafür nutzen die PTB-Wissen­schaftler ein selbst­nach­führendes Laser­inter­fero­meter, das durch eine Kompen­sation selbst weit­gehend un­be­ein­flusst von Tempe­ratur­ein­flüssen arbeitet. Die ermit­telten Geo­metrie­abwei­chungen lassen sich durch die Steuerung der Werk­zeug­maschine kompen­sieren. Auf diese Weise gelangen sowohl Fertigung als auch Messung genauer.

PTB / RK