Wie Ersatzteile heute hergestellt werden können - Teil 1
Was tun, wenn ein Originalteil unrettbar ist und kein Ersatz aufgetrieben werden kann?
Im nachfolgenden Bericht wird aufgezeigt, wie Ersatzteile mit heutigen Maschinen und Werkzeugen nachgefertigt werden können. Dies ist die Sicht im Jahr 2015. Bald werden neue Techniken selbst in der Hobby-Werkstatt Einzug halten: 3D-Druck aus Kunststoffen und sogar direkt aus Metall.
Die Ausgangslage
Als Ausgangslage dienen zum einen zwei verbogene und verschlissene Wipphebel für ein D-Rad R0/5 sowie ein Foto und eine Skizze eines Kupplungs-Umlenkhebels zum D-Lieferwagen L-7.

Erstellung der CAD-Modelle
Ein CAD-Modell ist die Darstellung des Teils auf dem Computer sowie die Grundlage zur Erstellung der Fräsprogramme. Die Erstellung eines Modells ist oft genau so aufwändig, wie die spätere Fertigung der Ersatzteile.
Zunächst kann es sinnvoll sein, das zu modellierende Teil auf Millimeterpapier aufzuzeichnen und wichtige Masse aufzunehmen, um später nicht nach jeder Masseingabe im CAD-Programm das Teil erneut in die Hände nehmen zu müssen.
Einfache Konturen können an einer 2D-CAD-Software gezeichnet werden. Dadurch können Kreise, Tangenten etc. viel schneller erstellt werden; auch das Ändern fällt einfacher aus als beim herkömmlichen Skizzieren von Hand. Die 2D-Methode ist vor allem bei Laser-Teilen oder auch bei konventionell herzustellenden Teilen hilfreich.
Beim 3D-CAD werden die Teile modelliert, d.h. es entsteht ein Körper.
Man erstellt zunächst eine Skizze am Computer. Danach kann durch Extrudieren ein Körper erstellt werden. Verrundungen, Fasen, Bohrungen etc. werden danach aus dem Körper „geschnitten“. Konturen können durch weiteres Skizzieren in einer anderen Vektorebene addiert oder subtrahiert werden.

Fräsprogramm erstellen
Das Programmieren von CNC gefertigten Teilen findet teilweise direkt an der Fräsmaschine statt, jedoch kommt immer häufiger eine CAM-Software zum Einsatz. Mit dieser kann aus den Modelldaten das CNC-Programm für die Fräsmaschine erstellt, das Rohteil und teilweise auch Kollisionsgeometrien eingefügt werden – in diesem Fall sind dies zum einen ein Quader und zum anderen der Schraubstock. Die CAM-Software erkennt die Konturen der Teile und legt die Fräsbahnen über diese. Welche Bearbeitung wann ausgeführt wird, liegt in den Händen des Programmierers. Dies gleicht der konventionellen Fertigung: Schruppen, (Vorschlichten), Schlichten (und Nachschlichten).
Das Programmieren dauerte im Beispiel der beiden Wipphebel rund 2 ½ Stunden.
Die Linien zeigen den Weg des Schruppfräsers.
Hier wird die Trochoidal-Frästechnologie (Taumelfräsen) angewendet, weshalb an einigen Stellen Kreisbewegungen ersichtlich sind.

Die Linien zeigen die Bewegung des Fräserzentrums, die beim Taumelfräsen ausführt werden, d.h. die X- und Y-Achse sind dauernd in Bewegung. Durch diese Technologie erhält man konstante Schnittbedingungen, das Fräswerkzeug hat viel weniger Umschlingung (konventionelles Nutenfräsen = 180°) und die Schnittkräfte sind entsprechend viel geringer. Die Schnittgeschwindigkeit erhöht sich um ca. 40%, die Vorschübe werden um das 2.5-fache höher. Dafür nimmt die radiale Zustellung massiv ab. Das Spanvolumen erhöht sich um 35%.

Um mögliche Kollisionen vorzeitig zu sehen oder um die Bearbeitungsschritte genau zu analysieren kann der Fräsprozess simuliert werden.
Hier ist das Vorschlichten mit einem Kugelfräser zu sehen.
Durch einen Postprozessor werden die im CAM erstellten „Linien“ in eine CNC-Anweisungsfolge umgerechnet. Je nach Genauigkeitsstufe und bei gewölbten Teilen können dabei schnell 100‘000 bis mehrere Millionen Sätze (Zeilen) entstehen. Ein Programmauszug nachfolgend:

Der Autor führt keine Kundenarbeit aus!

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