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Ent­wick­lung und Er­for­schung eines mechatronischen Werkzeugsystems zur Kompensation des Mittenverlaufs beim BTA-Tief­bohren

Das BTA-Tief­bohren wird in ei­nem Durchmesserbereich von etwa d = 10…1500 mm in den un­ter­schied­lichen Bohrvarianten des Voll-, Kern- und Aufbohrens angewendet. Charakteristische Merkmale dieses Verfahrens sind der asymmetrische Aufbau des Werkzeugs, der durch Führungsleisten zu einer Selbstzentrierung des Werkzeugs in der Bohrung führt, die Kühlschmierstoff (KSS)-Zufuhr mit ei­nem hohen Volumenstrom durch einen speziellen Bohr­ölzufuhrapparat (BOZA) und die Abfuhr des KSS-Späne-Gemischs durch das Spanmaul des Bohrkopfs in das Bohrrohr. Das BTA-Tief­bohren wird oft am Ende der Wertschöpfungskette für die Bearbeitung von teuren Bauteilen, wie z. B. Hydraulikzylindern, Getriebewellen und Flugzeuglandebeinen, eingesetzt. Das Bauteil weist hier bereits einen hohen Gegenwert auf, wodurch eine hohe Prozesssicherheit sowie die Einhaltung enger Fertigungstoleranzen von enor­mer technischer und wirtschaftlicher Be­deu­tung ist.

In Ergänzung zu den klassischen Bohrungsanforderungen, wie z. B. geringe Rundheits- und Durchmesserabweichung sowie gute Oberflächenqualität, stellt vor allem der so­ge­nannte Mittenverlauf ein wichtiges Qualitätsmerkmal tiefer Bohrungen dar. Der Mittenverlauf spielt oftmals eine ent­schei­den­de Rolle für die Funktions­fähigkeit des Bauteils, da dieser den radialen Lagefehler der tatsächlichen Bohrungsmittelachse relativ zur idealen Bohrungsachse wiederspiegelt. In der in­dus­tri­el­len Fertigung von Bohrungen mit ei­nem großen Länge-zu-Durch­messer(L/D)-Verhältnis und geringen zulässigen Toleranzen des Mittenverlaufs hat sich eine zeitintensive manuelle Korrektur zur Reduzierung des Mitten­verlaufs etabliert. Dabei wird der Bohrprozess in regelmäßigen Abständen unterbrochen, um die Wandstärke des Werkzeugkopfes mit ei­nem Ultraschall­gerät zu messen. Aus dem Verlauf der Wandstärke wird auf die Verkippung des Bohrkopfs relativ zur idealen Bohrungsachse geschlossen. Anschließend ver­än­dert der Maschinenbediener die Lage des Bohrkopfes derart, dass sich der Mittenverlauf im fortgesetzten Bohrprozess verringert. Bei stehenden Bauteilen erfolgt dies durch austauschbare, in der Dicke variable Druckstücke, die das Bohrrohr am Bohrloch abstützen und dem Bohrrohr eine Biegelinie aufzwingen. Diese Methodik der Mittenverlaufsbeeinflussung basiert aktuell auf dem Erfahrungswissen der Maschinenbediener und ist durch kostenintensive Nebenzeiten geprägt.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Ent­wick­lung und Er­for­schung eines mechatronischen Werkzeugsystems zur Kompensation des Mittenverlaufes. Dieses führt die Mittenverlaufskorrektur automatisiert ohne Prozessunter­brechung durch und ist für be­ste­hen­de Tiefbohrmaschinen nachrüstbar. Auf Basis der in den Vorversuchen und Si­mu­la­ti­onen gewonnenen Erkennt­nisse wird eine mechatronische Verstelleinheit konzipiert und gefertigt, die eine gezielte Abdrängung des Bohrkopfes er­mög­licht und den Mittenverlauf im lau­fen­den Prozess kompensiert. Die prozessparallele Erfassung der Bohrkopf­position wird über ein Ultraschallmesssystem durch­ge­führt. Insgesamt er­mög­licht das neue Werkzeugsystem die produktive Fertigung qualitativ hochwertiger Bohrungen mit dem BTA-Tief­bohren.

© ISF
Prinzip der au­to­ma­ti­sier­ten Korrektureinrichtung

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Anfahrt & Lageplan

Von der A1

Vom Autobahnkreuz Dort­mund/Unna auf die A44 Rich­tung Dort­mund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dort­mund-Dorstfeld, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Von der A 45

Ausfahrt Dort­mund-Eichlinghofen, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Alternativ kön­nen Sie sich die Anfahrt auch berechnen lassen: Google Maps.

Anreise mit der Bundesbahn bis Dort­mund oder Bochum Hbf.

Ab Dort­mund Hbf mit der S1 Rich­tung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (7 Minuten Fahrzeit).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Rich­tung Dort­mund bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (14 Minuten Fahrzeit).

Die S-Bahn fährt in beide Richtungen regelmäßig alle 20 Minuten. Von der S-Bahn Haltestelle aus mit der H-Bahn (Haltestelle S-Uni­ver­si­tät) bis zur Haltestelle Cam­pus Süd (1 Station, fährt im 10 Minuten-Takt).

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund

Mit dem Taxi zur TU Dort­mund, Cam­pus Süd (min. 20 Min und 30,- EUR) (siehe Karte)

Vom Flughafen Düsseldorf

Mit der S-Bahn Linie S1 Rich­tung Dort­mund bis Haltestelle Dort­mund-Uni­ver­si­tät (ca. 90 Min). Von hier mit der H-Bahn Rich­tung Cam­pus Süd oder Eichlinghofen (fährt alle 10 Min) bis Cam­pus Süd (ca. 3 Min)

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zu­dem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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