Walzen für die Tragfläche

Was tun Ingenieure nicht alles, damit der springende Hirsch auf dem Verkehrsschild im Schweinwerferlicht gut zu erkennen ist und das Handy-Display nicht blendet? Notfalls entwickeln sie sogar eine neue Maschine, wie das Projekt Microstruct zeigt.

Der Hintergrund für diese Anstrengungen ist der steigende Bedarf an mikrostrukturierten Folien, die beispielsweise auf dem Handy- oder Fernsehbildschirm besondere optische Eigenschaften verleihen oder die Strömung an einer Flugzeugtragfläche verbessern. Das Prägen mit Mastern aus Metall bringt die Folien in die gewünschte Form – deren Strukturen sich in Größen von 5 bis 150 µm bewegen, deren Gesamtfläche bisher aber eher im Bereich der Handtellergröße lag und einen halben Quadratmeter selten überstieg.

„Die Anwender fordern aber Lösungen, um Mikrostrukturen auf immer größere Flächen zu prägen“, sagt IPT-Mitarbeiter Frank Niehaus. Weil die Maschinen nicht im gleichen Verhältnis mitwachsen können, lag der Einsatz einer Metallwalze als Master für die Endlosfertigung nahe.

Das Bearbeiten so einer Walze erfordert höchste Präzision. Eine entsprechende Ultrapräzisionsfräs- und -hobelmaschine mit einem Maschinenbett aus Granit, hydro- statisch gelagerten Schlitten und einem automatisierten Werkzeugwechsler entstand am IPT in Zusammenarbeit mit Industriepartnern wie der LT Ultra Technology GmbH aus Herdwangen-Schönach.

Die Walzen, die in dieser Maschine mit einem Diamantwerkzeug bearbeitet werden sollen, sind bis zu 2 m lang und haben einen Durchmesser von 600 mm. Um die Qualität der Mikrostrukturen trotz der langen Bearbeitungszeit an einer Walze dieser Größe sicherzustellen, wird sie an einer automatisierten Station mit konfokalem Mikroskop in regelmäßigen Abständen kontrolliert. Eine CCD-Kamera mit einer Auflösung von 0,5 µm überprüft die Werkzeugschneide. Wenn sie von den Vorgaben abweicht, wird das Werkzeug ausgetauscht. „Das Automatisieren des Werkzeugwechsels reduziert die Nebenzeiten“, sagt Niehaus, „und es sichert die Präzision auf Dauer.“ Der Prototyp soll noch in diesem Jahr in Betrieb genommen werden. op

Höchste Anforderungen stellen nicht nur Oberflächen mit feinen Strukturen: Auch wenn Stahl spiegelglatt werden soll, ist Ingenieurskunst gefragt.

„Bisher steckt hinter polierten Flächen zumeist noch teure Handarbeit, die auch die Möglichkeit von Fehlern einschließt“, erläutert IPT-Mitarbeiter Dr. Olaf Dambon. Um diese Aufgabe prozesssicher zu automatisieren, müssen Maschinen seinen Angaben zu Folge allerdings mit einer Menge Intelligenz gefüttert werden. Die entsprechenden Daten sammeln die Aachener derzeit und haben Mittel für ein Forschungprojekt beantragt, in dem sie ihre Konzepte umsetzen wollen.

Das Besondere an ihrer Poliermaschine soll sein, dass sie die Abläufe des Handpolierens nachahmt, inklusive exzentrischer Bewegungen an der Spindel. Das zu realisieren erfordert auch Anpassungen der Maschinenkonstruktion.

Haupteinsatzgebiet für das automatische Polieren ist laut Dambon der Werkzeug- und Formenbau. Wenn bei der Massivumformung weiches Material über die Werkzeugoberfläche gleite, sei eine extrem sorgfältige Endbearbeitung des Werkzeugs erforderlich, damit am fertigen Teil keine Schäden sichtbar werden. Auch Hochglanzreflektoren für Scheinwerfer, die als Spritzgußteile hergestellt werden, müssten eine makellose Oberfläche aufweisen, die nur mit entsprechender Werkzeugqualität „im Submikrometerbereich“ zu erreichen sei.