Gleisbau-Schwenklager - Die Herausforderung

Im Bereich Heavy Machinery entwickelt Plasser & Theurer aus Linz für den Bahnbau Stopfmaschinen, die mit Stopfpickeln das Schotterbett unter den Bahnschwellen für den Hochgeschwindigkeits- und Vollbahnbetrieb verdichten. Um ein neu entwickeltes Stopfaggregat des Typs Unimat 09-2X-4x4/4S pünktlich auf den Prüfstand zu bringen, wurde FIT mit der schnellen additiven Fertigung von montier- und testfähigen Prototypen dieser Rahmen beauftragt, denn in der Kürze der vorgesehenen Zeit waren die Pickelarme und Schwenkpickel, in die die Stopfpickel montiert werden, konventionell nicht herstellbar. Ein Leerlauf am Prüfstand wäre aber mit immensen Kosten und einer erheblichen zeitlichen Verzögerung im Projekt verbunden.

Nach der Auswahl eines geeigneten Materials, eines warmfesten, niedriglegierten chrom-molybdänhaltigen Stahlwerkstoffs, wurde bei FIT zuerst eine geeignete Prozessparameterkombination zur prozesssicheren Verarbeitung des ausgewählten Drahtwerkstoffes mittels WAAM identifiziert. Für die endkonturnahe Fertigung der Prototypen waren zu berücksichtigende Faktoren der thermisch induzierte Verzug und eine möglichst kurze Fertigungszeit, um die Wirtschaftlichkeit dieser Herstellungsroute zu gewährleisten. Ein signifikanter Aufwand entstand bei der Umsetzung der Aufbaustrategie und der damit verbundenen Programmierung der Werkzeugpfade, über die die einzelnen Schweißraupen generiert werden, denn aufgrund von fehlenden Algorithmen in der CAM-Software ist dieser Prozessschritt noch nicht automatisierbar. In der anschließenden Near-Net-Shape-Fertigung der fünf Prototypen wurden innerhalb von nur drei Arbeitswochen insgesamt ca. 500 kg Drahtwerkstoff schichtweise aufgeschweißt. Für die Herstellung des größten Prototyps mit einer Länge von ca. 1 Meter und einer Masse von ca. 165 kg sowie einer Vielzahl an dünnwandigen Geometrie-Features waren ca. 110 Stunden erforderlich. Anschließend wurden die Prototypen einer nachgelagerten Wärmebehandlung zum Spannungsarmglühen unterzogen und mittels optischer 3D-Messtechnik hochpräzise vermessen. „Von der Qualität der Bauteile sind wir wirklich begeistert, alle Funktionsflächen sind zu 100 Prozent rein.“ (d.h. defektfrei), erklärt Markus Ratzinger, Konstrukteur bei Plasser & Theurer nach Abschluss der spanenden Nachbearbeitungsschritte.

Damit erweist sich WAAM als ausgezeichnete Lösung für die schnelle Fertigung von großvolumigen Prototypen bzw. Ersatzteilen als Gusssubstitut.

Gleisbau-Schwenklager - Die Herausforderung
Gleisbau-Schwenklager - Die FIT Lösung

Gleisbau-Schwenklager - Die FIT Lösung

Rapid Prototyping mit ADM-D

Machbarkeitsprüfung
Ergebnis: Die Additive Fertigung mehrerer großformatigen und schweren Aggregatkomponenten ist in der gewünschten Zeit mit dem Aufschweißverfahren WAAM möglich.

Machbarkeitsstudie
- Validiertes Material: warmfester, niedriglegierter chrom-molybdänhaltiger Stahlwerkstoff
- Eingesetzte Technologie: WAAM

ADM-D
Voraussetzung für die Machbarkeit der Komponenten ist die Validierung des Materials, das ganz eigene Anforderungen an den Herstellprozess stellt. Eine spezielle Prozess- und Aufbaustrategie wurde für dieses Projekt definiert.

Rapid Prototyping
Additive Herstellung von Komponenten im Bereich Schienenverkehr (Fahrweg & Bahnbau), explizit für die Gleisinstandhaltung

Nachbearbeitung
Die Prototypen wurden endkonturnah ausgeliefert mit minimalem Aufmaß, so dass für das beim Kunden selbst durchgeführte nachbearbeitende CNC-Fräsen an den Funktionsflächen ein minimaler Kosten- und Zeitaufwand entstand.

Qualitätssicherung
- Wärmebehandlung durch Spannungsarmglühen
- GOM-Scan
- Metallographische Untersuchungen, Schliffproben zur Ermittlung der relativen Dichte und zur Bewertung der Strukturen hinsichtlich innerer Defekte wie Poren oder Risse


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