Motoren moderner Automobile sind wahre Meisterwerke der Präzision. Ihr Herstellungsprozess stellt extrem hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Prototypen. Der Modellbauer möchte wissen, ob das Werkzeug, das er erstellt hat, exakt arbeitet und wo unter Umständen Fehler und Toleranzen entstehen. Hier spielt ein mobiles Messsystem, das schnell gegen CAD-Daten messen kann, seine vollen Stärken aus.

Im niederbayrischen Werk Landshut der BMW Group ist die Leichtmetallgießerei des Automobilherstellers beheimatet. Zur Herstellung der Prototypen bedient man sich der Sandguss-Technologie. Bei der Erzeugung eines Sandgussteils werden zunächst die Kerne, welche aus Sand bestehen, „geschossen“. Diese Sandkerne werden zusammengelegt und bilden einen Hohlraum. Der Hohlraum wird mit Aluminium ausgegossen und die Kerne anschließend entfernt. Die geschossenen Sandformen bestimmen die Maßhaltigkeit der Gussteile – und an die Genauigkeit der Prototypen stellen die Sandguss-Experten extrem hohe Anforderungen.

Perfekte Integration eines Messsystems

Aus diesem Grunde wurde die Entscheidung getroffen, ein mobiles Messsystem, das schnell gegen CAD-Daten messen kann, anzuschaffen. Prämissen an das Messsystem waren die schnelle Verfügbarkeit sowie die gleichermaßen hohe Messgenauigkeit. Das System sollte nicht nur durch Spezialisten, sondern durch jeden fachlich qualifizierten Mitarbeiter zu bedienen sein. Die Wahl fiel schließlich auf den FaroArm der Platinum-Serie mit einem Messbereich von 2,40 m und der Messsoftware CAM2 Automotive (Abb. 1 + 2).

Der Messarm kommt zum Einsatz, wenn die Kerne im Rahmen der Datenaufbereitung über Rapid Prototyping gemacht worden sind, das in der Regel etwas ungenauer als konventionelle Kernherstellungsverfahren ist. Während der Kernpaket-Montage wird der Faro- Arm zum Vermessen der Kerne eingesetzt. Nach dem Zusammenlegen der Kerne werden die Aufbau-, Lage- und Formtoleranzen geprüft. Im Anschluss daran erfolgt das Abgießen und Entkernen des Gussteils. Hier wird mit dem Messarm überwacht, ob die Schwindung des Gussteils, wenn es erkaltet, exakt dimensioniert wurde. Falls es sich um Freiformflächen handelt, dann wird mit dem FaroArm gegen die VDA-Daten der Erstaufnahme gemessen.

Optimierung von Arbeitsschritten

Im Versuchsteile- bzw. Prototypenbereich eher ungewöhnlich ist, dass die Spezialisten von BMW bei vielen Bauteilen „Best- Fit“ durchführen. Die Erstaufnahmen werden so verändert, dass die wichtigen Merkmale, die vorher mit der Konstruktion abgesprochen wurden, optimal zum Rohteil liegen: Die Gussteile werden auf einer Vorrichtung abgelegt, auf der auch der FaroArm eingerichtet ist. Dann erfolgt die Vermessung des Bauteils oder dessen wichtiger Merkmale und schließlich wird mit CAM2 Automotive die „Best-Fit“-Ausrichtung – mit dem Ziel, dass die wichtigen Merkmale optimal zur Bearbeitung stehen – gemacht.

Mit dem mobilen Messsystem könnten die Sandguss-Experten auch innerhalb der Fräsmaschine messen, erledigen dies allerdings außerhalb, weil währenddessen schon wieder ein anderes Teil bearbeitet werden kann. Auf die Fräsmaschinensoftware wird die von der CAM2 Automotive-Software generierte Koordinatentransformationsmatrize mit Rotationen und Translationen eingespielt. Deshalb wird das ganze Bearbeitungsprogramm so verschoben, dass die Erstaufnahme, bei der meistens Steckbohrungen gesetzt werden, dahingehend verändert wird, dass das Bauteil optimal liegt. Der Vorteil für die Sandguss-Fachleute daraus ist, dass die Gießerei den Kernpaketaufbau kennt und weiß, wo die Toleranzen und Fehler entstehen. Mit dem FaroArm könnennicht nur translatorische Verschiebungen gemacht werden, wie etwa mit einer Koordinaten-Messmaschine, sondern man kann in jede Richtung rotieren.

Ein weiterer typischer Anwendungsfall des FaroArms sind Messungen der Ein- und Auslasskanäle, die beim Zylinderkopf mit leistungsbestimmend sind. Hier wird ganz genau nachgemessen, wie das Aufmass oder auch eine fertig gegossene Kontur aussieht. Die Folge von Toleranzen könnte sein, dass Emissionswerte oder Leistungsdaten nicht mehr stimmen. Bei diesem Anwendungsfall spielt der FaroArm seine ganzen Vorteile aus: Die hohe Messgenauigkeit, die schnelle Geschwindigkeit bei der Auswertung und Fehlersuche, die klare Kompetenz bei der Gießerei bezüglich der Erstaufnahme und der Lage der Bearbeitung, die große Zuverlässigkeit, sowie das aus allen diesen Faktoren resultierende höhere Maß an Qualität bei den Gussteilen, nicht zuletzt, weil der Messarm eine geringere Streuung gewährleistet.

Fazit

Das Faro-Messsystem bietet den Landshutern die Möglichkeit, jeden Kern exakt einzumessen, zu überprüfen, ob ein Aufoder Abmaß vorliegt, ob der Modellbauer, der das Werkzeug erstellt hat, exakt gearbeitet hat (Abb. 3). So wird aus den einzelnen Kernen mit dem FaroArm die Kontur aufgebaut. Faro zollt den Sandguss- Experten bei BMW große Anerkennung für ihre Arbeit: „Einen Sandkern auf 3/10 zu positionieren beeindruckt. Und wenn dann das fertige Gussbauteil vermessen wird, und man sieht, mit welch engen Toleranzen die Landshuter arbeiten, ist das nicht minder beeindruckend“, erklärt Andreas Fuchs, Faro- Vertriebsingenieur und Betreuer der BMW Group (Abb. 4).

Dipl. Ing. Hans Weigert Faro Europe GmbH Tel. 0711/22224-0 info@faroeurope.com www.faro.com