03.02.2020

Turbinenteil: In Summe, produktiver, maßhaltiger und sicherer.

Deutliche Produktivitätssteigerung plus präzisere Ergebnisse bei der vollautomatisierten Fertigung von Turbinenteilen auf der Haas Multigrind® CA.

Hells Kitchen!

Das Triebwerk eines Mittelstreckenflugzeugs besteht aus rund 20.000 filigranen Einzelkomponenten. Eine Turbinenschaufel ist im Einlauf, im Verdichter und ganz besonders in der Brennkammer extremsten Belastungen ausgesetzt. Hohe Drehzahlen und Temperaturen von mehr als 2.000 Grad Celsius, massive Zentrifugalkräfte und der permanente Beschuss durch Staubpartikel erfordern hochfeste und extrem hitzebeständige Materialien. Eine Fräs- oder Drehbearbeitung von Turbinenteilen macht bei diesen schwer zerspanbaren Hightech-Werkstoffen aus Inconel, Nimonic oder Titan wenig Sinn, auch hinsichtlich der erforderlichen maximalen Oberflächengüte und Maßhaltigkeit.

Aber was ist schon Maximal? Die Anforderungen an eine Turbine steigen von Baureihe zu Baureihe. Flugzeugturbinen müssen leichter, leistungsfähiger, geräuscharmer und umweltfreundlicher werden. Über konkrete Ziele, wie die Reduzierung des Verbrauchs und der Lärmbelästigung wird mittlerweile in der Öffentlichkeit heiß diskutiert. Denn der Technologiefortschritt soll auch weiterhin unsere Mobilitätswünsche erfüllen. Alternative Biokraftstoffe als Kerosinersatz könnten sich in naher Zukunft als echter „Gamechanger“ für den Flugverkehr erweisen.

Aber nicht nur im Bereich Aerospace kommen Hightech-Turbinen zum Einsatz. Überall versuchen Ingenieure den Wirkungsgrad von neuen Turbinen maßgeblich zu optimieren.

 

Die kompakte, kraftvolle Multigrind® CA Hightech-Schleifmaschine ist das Kernstück der vollautomatisierten Fertigung von komplexen Turbinenteilen. Zusammen mit dem großen Werkzeugwechsler und der Automatisierungskabine mit Robotereinheit wird daraus eine Produktionseinheit für den mannlosen Serienbetrieb. 

Schleifen in einer Aufspannung ist die erste Wahl!

Bei der Herstellung oder Instandsetzung von teuren Turbinenteilen ist die Schleifbearbeitung eindeutig der beste Weg zum Ziel. Mit konsequent durchdachtem Hightech-Schleifen versteht sich! Haas Schleifmaschinen hat für die kompakte Multigrind® CA und mit Hilfe der eigenen Steuerungssoftware Multigrind® Horizon einen vollautomatisierten Schleifprozess entwickelt, bei dem sämtliche Geometrien eines Turbinenteils in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden können.

Diese umfassende Bearbeitungsfolge hat viele kleine Einzelmeister die in Summe Großes bewirken:

  • Mit dem neuen Spannmittel von Haas Schleifmaschinen lassen sich alle Funktionsseiten eines komplexen Turbinenteils in nur einer Aufspannung bearbeiten. Folglich sowohl der Fuß und der Hals bzw. auch Dichtelemente. Das innovative Spannmittel ist so konstruiert das es beim Schleifen als auch beim Be- und Entladen zu keinerlei Deformation des Werkstückes kommen kann.
  • Die exakte Lage im Raum des Bauteils wird in der Multigrind® CA ermittelt. Auf diese Position wird das Bearbeitungsprogramm ausgerichtet. Die Ergebnisse der nachfolgenden Kompensationsmessungen am Werkstücke werden zur automatischen Feinstkorrektur der Schleifbahn herangezogen und präzise umgesetzt, ganz im Sinne eines Closed Loop. So bleibt die Qualität konstant und fehlerfrei - Turbinenteil für Turbinenteil.
  • Durch den großen Werkzeugwechsler wird der Rüstaufwand sehr klein. Hier haben bis zu 70 Schleifscheiben Platz. Pro Werkstückgröße sind das, je nachdem 5 – 7 Schleifscheiben inklusiv Schwesterwerkzeuge und Kühlmittelschutze. Die Kühlmittelleistung beträgt 40 Bar, gereinigt wird die Schleifscheibe zusätzlich mit 70 Bar. Weniger Rüstkosten = weniger Stückkosten und weniger Werkzeugkosten.
  • Drei Abrichteinheiten mit Diamantprofilrollen bis zu einer Breite von 280mm. Das komplette Profil ist in der Schleifscheibe abgerichtet. Diese werden immer wieder vermessen und in Form gehalten. Beste Voraussetzungen für ein exaktes, wiederholgenaues Ergebnis.   
  • Die Multigrind® CA mit seinem thermostabilen und schwingungsgedämpften Mineralgussbett ist die ideale Maschine für die Turbinenteilbearbeitung. Die hohe Antriebsleistung lässt sehr feine und zugleich dynamisch schnelle Schleifbewegungen zu. Durch die symmetrisch angeordneten 5 Achsen können auch schwer zugängliche Bereiche des Werkstücks µm genau bearbeitet werden.
  • Die komplette Bearbeitungszeit liegt, je nach Turbinenteil, bei beeindruckenden 12 – 15 Minuten. Während des Schleifvorgangs wird das nächste Werkstück bereits durch den Roboter bestückt und in der Spannvorrichtung fixiert. Durch die Roboterautomation im mannlosen Betrieb werden Fehlerquellen ausgeschlossen, da der Roboter das Werkstück hochgenau in die Spannvorrichtung einlegt.
  • Die Roboterautomation hat neben der Be- und Entladung noch weitere Vorzüge: Das Turbinenteil wird an die Messmaschine weitergereicht ohne aus der Spannvorrichtung ausgespannt zu werden. Das Werkstück wird gewaschen, die Bauteilenummern bzw. der QR-Code nadelgedruckt und abschließend erfolgt eine Rissprüfung.

„Der von Haas durchgängig gesicherte Schleifprozess senkt nicht nur die Bearbeitungszeit und die hohen Werkzeugkosten sondern garantiert eine wiederholgenaue Qualität im µm-Bereich.“

Über den Wolken und auf dem Boden der Tatsachen

Thomas Bader, begeisterter Kunstflieger, Ingenieur mit Leib und Seele und Geschäftsführer bei Haas Schleifmaschinen aus Trossingen bemerkt dazu: „Natürlich habe ich als Pilot und aktiver Kunstflieger einen ganz engen Bezug zur Flugzeugtechnik. Die hohe Sicherheitsrelevanz und die präzise Fertigung jedes einzelnen Werkstücks kennen wir ja auch bei Implantaten aus der Medizinbranche. Dennoch ist es für mich schon etwas ganz Besonderes in einem Jet zu sitzen und mir vorzustellen, dass wir bei Haas mit ein paar wesentlichen Teilen dazu beigetragen haben, dass der Vogel sicher fliegt. Die Anforderung an den Wirkungsgrad einer Turbine oder eines Kompressors immer weiter zu steigern ist eine Herausforderung, die bestens zu unserem Verständnis von Hightech-Schleifen passt. Und mit unseren Lösungen sehen wir uns an der Spitze der Schleiferbranche.“

Haas Schleifmaschinen zeigt am Beispiel eines Turbinenteils aus dem superfesten Werkstoff Inconel wohin die Reise geht. Gleich einchecken und zusehen wie die Späne abheben.

Die Autorin

Zita Bader

Zita Bader ist im Bereich Marketing und Kommunikation der Haas Schleifmaschinen GmbH tätig.

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