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Herr Sebastian Webel
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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Additive Fertigung

Ein Kobold für den Kühler

Ruston & Hornsby wurde 1840 unter dem Namen Proctor and Burton gegründet. 1857 stieg Joseph Ruston ein, dem das Unternehmen seinen heutigen Namen verdankt. Die Autos des Unternehmens wurden von 1919 bis 1924 in Lincoln gefertigt.

Kaum mehr als ein Wrack war der 1923er Ruston B2, der Jahrzehnte auf dem Werksgelände des Gasturbinenherstellers Ruston & Hornsby in Lincoln stand. Wichtige Teile des Oldtimers fehlten, was eine Restaurierung verhinderte. Jetzt wurden sie von der Siemens-Tochter Materials Solutions im 3D-Druck nachgebaut. Das Beispiel zeigt, welche Möglichkeiten die additive Fertigung auf dem Feld der Ersatzteile bietet.

Großbritannien ist ein Land voller Legenden. Eine erzählt von zwei Kobolden (englisch: imps), die von Satan gesandt wurden, um in Nord-England ihr Unwesen zu treiben. Besonders schlimm soll es in der Kathedrale von Lincoln gewesen sein. Dort stießen die beiden Imps Tische und Stühle um und bewarfen sogar einen Engel mit Gesteinsbrocken. Der verwandelte einen der Kobolde zu Stein – noch heute ist seine Fratze an einer Säule der Kathedrale zu sehen. Den Lincoln-Imp kennt in der Region jedes Kind, er ziert unter anderem das Wappen des lokalen Football-Clubs. 

Rund 100 Jahre unter der Haube: Einer der beiden heutigen Ruston Cars, 1923 gebaut, über Jahrzehnte ein Wrack und nun dank Materials Solutions wieder fahrbereit.

Und die Kühler der Autos, die von 1919 bis 1924 beim Maschinenbauer Ruston & Hornsby in Lincoln gefertigt wurden. Nach dem ersten Weltkrieg kam die Produktion von Rüstungsgütern zum Erliegen und der Bau von Motoren für Traktoren und Lokomotiven konnte diese Lücke nicht schließen. So wurden Automobile ins Programm aufgenommen. Doch die Limousinen, die Chef-Ingenieur Edward Boughton nach den hohen Standards der Rüstungsindustrie entworfen hatte, waren zu schwer – heute würde man von Overengineering sprechen. Auch gelang es nicht, eine effiziente Massenproduktion aufzubauen, Handarbeit machte die Wagen sehr teuer. Und so fanden lediglich 1500 einen Besitzer; viele dieser Besitzer waren Botschaftsangehörige in Ländern des Vereinigten Königreichs. Nur wenige Exemplare des Wagens sind heute erhalten, darunter zwei mit den Spitznamen Gin und Tonic, die seit den 1960er Jahren auf dem Werksgelände von Ruston in Lincoln standen. 

Kobold verschollen

Im Gegensatz zu Gin war Tonic – 1923 gebaut und nach Australien verkauft – ein Wrack. Geoffrey de Freitas, der von 1950 bis 1961 Abgeordneter im britischen Parlament war, spürte ihn in Down Under auf. Er holte den Wagen in den 1960ern nach England zurück und übergab ihn Ruston, damit Lehrlinge ihn instand setzten. Doch wichtige Teile waren beschädigt oder abhanden gekommen: Das Gehäuse für die Lenkung war gebrochen und ausgerechnet der Kobold auf dem Kühler fehlte. Konstruktionszeichnungen gab es nicht mehr und die Produktion von Einzelstücken aus Gussteilen wäre viel zu teuer gewesen.

Metalldrucker bei Materials Solutions in Worcester. Das britische Unternehmen gehört seit 2016 zu Siemens.

Gin dagegen war all die Jahrzehnte liebevoll gepflegt worden und fahrbereit, alle Teile waren erhalten. Als Siemens 2003 das Traditionsunternehmen Ruston übernahm, um sein Portfolio um kleinere Gasturbinen zu ergänzen, wechselten auch die beiden Oldtimer den Besitzer. Doch für das Lenkgehäuse und den Kühler-Kobold von Tonic gab es nach wie vor keinen Ersatz und so verliefen die Restaurierungsbemühungen erst einmal im Sande – bis Siemens 2016 Materials Solutions übernahm. Das Unternehmen in Worcester ist auf additive Fertigung spezialisiert und stellt Teile für Gasturbinen für Siemens her, produziert aber auch für Kunden aus der Luftfahrtindustrie und sogar für Auto-Rennställe. Phil Hatherley, General Manager von Materials Solutions, hörte von den Oldtimern. „Wir boten an, das Gehäuse für die Lenkung und den Imp aus Metall nachzudrucken.“ 

Gedruckte Fratze: Der Kühler-Kobold vom Auto Tonic.

Heiße Schichtarbeit

Das Vorhaben gelang. Das Lenkgehäuse ist fertig, auf dem mächtigen Kühler thront die verschmitzte Fratze des Lincoln-Imp. Fünf Tage hat allein der Druck des Lenkgehäuses gedauert, denn das mehrere Kilogramm schwere Teil wurde Schicht für Schicht aus rostfreiem 316er Edelstahl aufgebaut. Dazu schmilzt ein Laser Metallpulver auf; das für einen Sekundenbruchteil flüssige Metall verbindet sich jeweils mit der darunter liegenden Schicht, wobei jede Schicht nur 20 Mikrometer dick ist.

Hinzu kamen einige Tage für die Vorbereitung. Denn mangels Konstruktionszeichnung musste das Gehäuse mit Kameras erst von allen Seiten eingescannt werden. Das Scannen selbst nahm dabei nur wenige Minuten in Anspruch, doch zuvor wurden abgebrochene Teile zusammengesetzt und fehlende Splitter hinterher am Computer mit der CAD-Software Siemens NX im 3D-Modell ergänzt. Den Kobold für den Tonic-Kühler scannten die Ingenieure vom noch erhaltenen Exemplar von Gin ab. Dieses sogenannte Reverse Engineering kommt nicht nur bei der Restaurierung von Oldtimern zum Einsatz, sondern eignet sich auch für Industriebranchen, wo es einen Engpass bei der Ersatzteilversorgung alter Maschinen gibt und Konstruktionspläne verschollen sind. Ersatzteile können so mittels 3D-Druck auf Bestellung produziert werden, teure Werkzeuge, Lagerhaltung und Logistik fallen weg, die Ersatzteilwirtschaft wird schneller und effizienter. 

Fünf Tage hat der Druck des neuen Lenkgehäuses (links) gedauert. Daneben: das Original.

Spannung lässt nach

Noch langwieriger war die Nachbereitung. Sorgfältig entfernten die Techniker die Stützkonstruktion, die nötig ist, um überhängende Teile im Metalldrucker zu erzeugen. Weil das Gehäuse groß ist und eine komplexe Form hat, entstehen zudem beim Aufdrucken der Metallschichten Spannungen im Werkstoff, die sich in einem Vakuumofen durch Hitzebehandlung mildern lassen.

Gin, das A1-Modell, gebaut 1920 und bestückt mit einem 2,6-Liter-Motor mit 15,9 PS, drehte 2018 beim Oldtimer-Rennen auf der Rennstrecke Caldwell Park in Lincolnshire seine Runden. Auch mit Tonic könnte man schon kleine Spitztouren machen, allerdings braucht der Wagen noch eine neue Frontscheibe, ein neues Stoffverdeck sowie neue Polster. Schon bald aber soll das imposante Ruston B2-Modell mit seiner 3,3-Liter-Maschine und bescheidenen 20 PS Oldtimer-Rennen beleben. Phil Hatherley bringt es auf den Punkt: „Tonic zeigt, welches Potenzial die additive Fertigung künftig für die Ersatzteilversorgung in vielen Industrien hat.“  

Bernd Müller