Schneller geht’s nimmer

von Hubert Winkler Zur Frage, ob Horn in Tübingen die Werkzeuglösung für ein kniffeliges Fertigungsproblem bieten könne, gesellte sich plötzlich die Frage, ob er das auch in einer Woche könnte. Wie man die Tübinger kennt – sie konnten. Und beim Raketen- und Satellitenspezialisten EADS Astrium in Ottobrunn wurden die mit extrem kurzer Lieferzeit bestellten Antennenhörner pünktlich nach England ausgeliefert.

EADS Astrium ist eines der weltweit führenden Unternehmen in den Bereichen Entwicklung und Bau von Satellitensystemen, Nutzlasten, Bodeninfrastruktur und Ausrüstung für ein breites Spektrum an zivilen und militärischen Anwendungen. Als Hauptauftragnehmer für mehr als 70 Kommunikationssatelliten ist das Unternehmen weltweit Partner erster Wahl für renommierte Betreiber. Spezialist für Erdbeobachtungs- und Wettersatelliten, entwickelt und baut EADS Astrium eine breite Palette flexibel einsetzbarer Satellitenplattformen, optische Instrumente und Radargeräte.

Es spielt eine führende Rolle bei Entwicklung und Bau des neuen europäischen Navigationssatellitensystems Galileo. Es übernimmt die Systemführung für das Raumsegment und ist verantwortlich für den Bau der ersten vier Navigationssatelliten.

Als Hauptauftragnehmer für die Ariane 5 ist Astrium zuständig für die Lieferung der vollständig integrierten und rundum geprüften Trägerraketen an Arianespace. Daneben ist das Unternehmen für die Herstellung aller Antriebsstufen der Ariane 5, der Steuerungseinheit, der Flugsoftware sowie zahlreicher Systeme verantwortlich. Der deutsche Haupt-Standort von EADS Astrium lieg in Ottobrunn bei München. Hier befindet sich auch die mechanische Fertigungsstätte für den Bereich ST (Space Transportation). 33 hochqualifizierte Mitarbeiter drehen und fräsen an modernsten Maschinen alle Teile, die für Triebwerke und Satelliten gebraucht werden. Das Spektrum reicht von Drehteilen kleiner 0,5 mm bis zu Durchmessern von 1250 mm. Bei kubischen Teilen bis 800 x 1200 mm. Als Werkstoff wird „alles zerspant was Probleme macht“. Von Luft- und Raumfahrt Alu und extrem weichem Alu mit wegen der elektrischen Leitfähigkeit unter 0,5 Prozent Si, über Kupferlegierungen, bis zu Titan und hochwarmfestem Inconel beziehungsweise Hastelloy. Es herrscht nahezu Einzelteilfertigung, über drei Stück sind fast schon eine Serie. Jedes Teil braucht wegen des speziellen Einsatzes den ganzen Erfahrungsschatz der Mannschaft. Wegen der hohen Werte, die in den meisten Bauteilen liegen, ist trotz Einzelteilfertigung Prozesssicherheit oberstes Gebot.

Hauptaufgabe der Abteilung ist die Fertigung der Triebwerke für die Ariane 5, die Haupttriebwerke, die Oberstufentriebwerke, die Tankfertigung, Antennenteile und Strukturteile für Satelliten.

95 Prozent Späne, 2/100 genau

Eines der Antennenteile ist ein trompetenförmiges Antennenhorn für das KV-Band von Kommunikationssatelliten. Es bündelt die Signale und bestrahlt einen beweglichen Parabolreflektor außen am Satelliten. Dieser Reflektor wird durch Regelung immer so angestellt, dass er eine bestimmte Region auf der Erde anstrahlt.

Das Antennenhorn ist aus hochleitfähigem (weichem) Alu und wird aus einer Ronde aus dem Vollen gearbeitet. Das Teil ist etwa 200 mm lang bei einem Durchmesser von 145 mm. Der Zerspanungsgrad liegt über 95 Prozent. Das Horn besitzt innen radiale Einstiche. Der Rillenabstand entspricht exakt der Wellenlänge und führt zur Filterung, Fokussierung und Verstärkung des Signals. Die trichterförmig angeordneten Einstiche müssen sowohl in Tiefe als auch in der Breite mit einer Toleranz von max. 2/100 mm gefertgt werden. Diese Toleranz gilt für die gesamte Innenkontur in allen Achsen. Die Außenkontur wird stufenförmig gewichtsoptimiert bei normalen Toleranzen mit dünner Wandstärke der Innenkontur angepasst.

Drei Einstiche machen Probleme

Die innersten drei Einstiche sind wegen des geringen verbliebenen Durchmessers und der notwendigen langen Auskraglänge des Werkzeuges eines der fertigungstechnischen Probleme. Der freie Stegdurchmesser ist kleiner als der Durchmesser der 332er Platte mit der notwendigen Stechtiefe. (Eine genauere Problembeschreibung auf Basis der exakten Maße ist leider wegen der Geheimhaltungsvorschriften nicht möglich.)

Das zweite Problem ist die hohe geforderte Oberflächenqualität von Ra 0,8. Sie soll verhindern, dass die elektrische Verlustleistung der horizontal vertikal polarisierten Strahlen möglichst gering ist. Das dritte Problem war die Spanausbringung und die KSS-Zufuhr. Erstens sollten die Späne nicht die hochempfindliche Oberfläche beschädigen, zweitens musste die Aufbauschneidenbildung bei diesem gnadenlos klebrigen Werkstoffs verhindert werden. Die Lösung: Aus dem Horn Dreischneider Typ 332 wurde durch Wegschleifen zweier Schneiden ein Einschneider. Der hintere Radius wurde exakt dem reduzierten elliptischen Radius des Halters angepasst; gerade so, „dass zwischen Halter und kleinstem Steg noch ein Zeitungsblatt passte“, so Josef Süss, Teamleiter Drehen bei Astrium. Die KSS-Zuführung ist auch eine Spezialentwicklung. KSS wird durch den Halter über ein angelötetes Umlenkröhrchen direkt bis an die Schneidkante geführt. Der Schmiereffekt ist damit ausreichend um Aufbauschneiden zu verhindern und effektiv um Späne sofort aus dem Einstich wegzuschwemmen. Der überlange Halter aus Vollhartmetall ist ausreichend schwingungsdämpfend dimensioniert und in einem Hydrodehnspannfutter mittels HSK 63-Schnittstelle fixiert. Gedreht wird mit Schnittunterbrechung (Spanbrecherzyklus) um schädliche Wirrspanbildung zu verhindern. Da der Hauptschnitt nur mit reduzierter Schneidenbreite durchgeführt wird, wird beidseits das verbleibende geringe Aufmaß mit je einem Schlichtschnitt in einem Zug entfernt. Die aus der 332er Platte (wegen der stabilen sternförmigen Plattenfixierung) entstandene einschneidige Sonderplatte ist mit TiCN beschichtet und äußerst weichschneidend. Dazu trägt auch die minimale Kantenverrundung von lediglich 2/100 mm bei.

Das Zeitfenster wurde immer kleiner

Der besondere Clou an dieser Lösung ist aber nicht der, dass sie auf Anhieb schon beim ersten Test funktionierte, sondern in welchem Zeitfenster der Anwendungstechniker von Horn vor Ort und die Technik in Tübingen diese Lösung gezaubert haben.

Die ersten Antennenhörner wurden schon vor einiger Zeit gefertigt. Mit selbst geschliffenen Werkzeugen und gelöteten KSS-Röhrchen. Eine werkzeugtechnische Glanzleistung erfahrener Spänemacher. Die Lösung funktionierte zwar, hatte aber ihre Macken, war nicht ganz prozesssicher und die Späne verfingen sich am KSS-Röhrchen. Musste aber so durchgezogen werden, weil das Zeitfenster zwischen Auftrag bis Lieferung nur drei Wochen betrug. Josef Süss damals: „Wenn wir wieder mal einen solchen Auftrag bekommen, dann wollen wir wenigstens vorbereitet sein.“ Die Vorwarnung an Horn in Tübingen sollte mit vier Wochen ausreichend sein, dafür eine Lösung anzubieten. Sie erging nach Vorwarnung des Auftraggebers der Hörner an die Mannschaft in Otto- brunn am 3. März 2010 und wurde noch am gleichen Tag nach Tübingen weitergeleitet. Aber drei Werktage später, am 8. März reduzierte sich die Lieferzeit für die Werkzeuge überraschend auf nur eine Woche. In diesen drei Tagen war natürlich in Tübingen noch nichts passiert. Doch dann beschleunigten die Schwaben: „Von Null auf Hundert in Rekordzeit“, so Michael Götze, der zuständige Außendienstmann von Horn. Am 13. März, einem Samstag, brachte der Expressdienst das Werkzeug nach Rosenheim zu Götze nach Hause. Am Montagmorgen, dem 15. März, ging man mit dem Werkzeug zu Tests auf die Maschine. Es funktionierte auf Anhieb. Am 16. März wurde die Fertigung der Hörner gestartet. Am gleichen Tag wurde diese Reportage gemacht.

Welche Standzeit hat eigentlich eine solche Spezialplatte beim Bearbeiten von fast siliziumfreien Alu? Eine Frage, die sicher so schnell nicht beantwortet werden kann.W

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www.phorn.de