Die Fertigung der Räder
Um die Bearbeitungsspuren auf dem Curiosity-Rad erkennen zu können brauchen wir licht das in einem bestimmten Winkel von der Oberfläche in die Kamera reflektiert wird. Da muß man etwas suchen damit man Fotos mit Lichtreflexen im richtigen Winkel findet. Alleine das wir Bearbeitungsspuren auf der Oberfläche erkennen können sagt etwas über die Rauheit der Flächen aus. Für unser Auge wirken Rauheiten R[SUB]a[/SUB] < 0,1 µm wie ein Spiegel es sind keine Bearbeitungsspuren zu erkennen.
Die Rauheit beschreibt die Oberflächentopographie.
Die mittlere Rauheit R[SUB]a[/SUB] ist der arithmetischen Mittenrauwert und
Rautiefe R[SUB]t[/SUB] ist die Höhendifferenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Punkt.
Um die Größenordnungen zu verstehen wird gerne der Vergleich mit dem menschlichen Haar benutzt. Die Haardicke von 0,05 mm entspricht 50 µm.
Freiformflächen, wie diese auf der Radlauffläche, werden gerne mit Kugelfräser oder Radiusfräser bearbeitet. Ein solcher Fräser hinterläßt Fräsbahnen die im Querschnitte ein Kreissegment zeigen, da der eingreifende Teil des Fräser eine Kugelkalotte ist.
Kugelfräser oder Radiusfräser: Radiuskopf, kugelförmige Spitze d = 4 mm, r = 2 mm
Bild Curiosity-Rad mit Bearbeitungsspuren
Das Bild hat einen günstigen Lichteinfall so das man die Fräsbahnen gut erkennen kann. Die Bahnen des Kugelfräsers laufen zwischen den Profilrippen hin und her. Die des Torusfräser laufen parallel zur den Profilrippen, im Bild mit „T --->“ gekennzeichnet.
Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Ein Fräser mit Kugelform liefert uns 2 unterschiedliche Rauheiten, eine längs zur Fräsbahn die von den Schnittdaten abhängt und eine 2. quer zur Fräsbahn, die nur vom Fräserdurchmesser und Bahnabstand abhängt.
Die 1. Rautiefe müßte gemessen werden, das können wir leider nicht. Erfahrungswerte sagen uns, bei dieser Bearbeitungsart, Rautiefen R[SUB]t[/SUB] < 10 µm voraus.
Zeichnung Bahnen des Kugelfräsers
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitte durch die Fräserbahnen des Kugelfräsers. Die Fräserbahnen liegen in Drehrichtung des Rades. Im Hintergrund ist die Profilrippe zu sehen.
d = Durchmesser des Kugelfräsers
b[SUB]a[/SUB] = Bahnabstand
R[SUB]th[/SUB] = Rautiefe abhängig von b[SUB]a[/SUB] und d
Bildquelle: Eigenerstellung durch Wotan.
Die 2. Rautiefe kann berechnet werden:
| R[SUB]th[/SUB] = d/2 – ((d[SUP]2[/SUP]-b[SUB]a[/SUB][SUP]2[/SUP])/4)[SUP]0,5[/SUP] in [mm] | mit: |
| d = Durchmesser des Fräser [4 mm] |
| b[SUB]a[/SUB] = Bahnabstand [2 mm] aus Bildmaterial |
| ergibt es: R[SUB]th[/SUB] = 0,26 mm | |
Das einspricht 260 µm, ein ungewöhnlich hoher Wert für eine Rautiefe. Auch die Bilder zeigen bei den Fräsbahnen zwischen den Profilrippen deutliche Berg und Tal Konturen. Das könnten schon 260 µm sein.
Zum Vergleich gängige Werte beim 3D-Frästen:
Kugelfräser d = 4 mm und Bahnabstand b[SUB]a[/SUB] = 0,4 mm das ergibt eine R[SUB]th[/SUB] = 0,010 mm.
Diese Werte auf die Fertigung des Curiosity Rad übertragen würde bedeutet das der Fräser für die Fertigung eines Radsegments 1000 mal zwischen den Profilrippen hin und her fahren muß. Da Radbreite / Bahnabstand 400/0,4 =1000 Bahnen. Kalkulierten wir eine Bahn mit 5 s, dann benötigt der Schlichtarbeitsgang mit dem Kugelfräser mehr als 1,5 h pro Segment, und mehr als 24 h für die 20 Segmente pro Rad. Deshalb hat man andere Werte für eine schneller Fertigung gewählt. Bei der Bearbeitung von Freiformflächen mit Kugelfräser gilt es immer einen Kompromiß zwischen Bearbeitungszeiten und Oberflächenqualitäten zu finden.
Man könnte annehmen eine größere Rautiefe auf der Radlauffläche ist doch eher gut da sie die Haftreibung den Grip erhöht. Das ist mit Sicherheit so aber dieser Wert hat noch eine ganz andere Bedeutung das sehen wir später bei den Thema der Festigkeitsberechnung.
Fortsetzung folgt.
Grüße
Wotan
