Mit Multitasking-Bearbeitung zur Turbine
Mit Monforts-Technik punkten
Die Ansprüche an Turbomaschinen steigen. Die komplexen Systeme müssen immer effizienter werden – das erfordert ein höheres Temperaturniveau, das wiederum extrem feste und zähe Werkstoffe voraussetzt. Das Fraunhofer-Innovationscluster ‚AdaM‘ entwickelt neue Bearbeitungsformen für diese Werkstoffe. Eine Basis der Entwicklungsarbeiten ist das Dreh/Fräszentrum ›UniCen 1000‹ von Monforts. Das für diese Entscheidung wesentliche Merkmal ist die dämpfende, hydrostatische Führung, die eine ideale Voraussetzung für solche Bearbeitungsaufgaben bietet.
Alternative Energieformen sind auf dem Vormarsch – in der Energieerzeugung wie im Transportwesen. Allerdings zeichnet sich ab, dass die bewährten Turbomaschinen noch eine sehr lange Zeit wesentlicher Bestandteil unserer Infrastrukturen sein werden. Denn auch z.B. bei Biogasanlagen wird ein vergleichbarer Kraftwerkspark wie bei fossil betriebenen Kraftwerken benötigt. Und auch der Ersatz der Vorschub- und Energieträger – im Kraftwerk wie im Flugzeug – wird sich über einen langen Zeitraum erstrecken.
Dies ist Grund genug, Turbomaschinen weiter zu entwickeln und effizienter zu gestalten – denn Energieeinsparung ist ein effektiver Weg zur Schonung unserer Umwelt. Dieser Aufgabe widmet sich das Fraunhofer Innovationscluster ›AdaM‹ – mit von der Partie ist hier Monforts Werkzeugmaschinen. Auf den Maschinen des Herstellers aus Mönchengladbach werden viele Teile für Turbomaschinen hergestellt.
Das Projekt ›AdaM‹ an den Fraunhofer Instituten für Lasertechnik (ILT) und für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen hat sich die Entwicklung der moderner Fertigungstechnologien zum Ziel gesetzt. In diesem Cluster, gefördert vom Land Nordrhein-Westfalen, arbeiten große OEM wie Siemens Power Generation, MAN Diesel & Turbo, Rolls-Royce und MTU Aero Engines mit vielen Zulieferbetrieben zusammen und machen die Triebwerke und Turbinen von morgen sparsamer und effizienter.
Die Fertigung ist nicht trivial - in Turbinen eingesetzte Werkstoffe wie Chromnickel-, Nickelbasis- und Titanlegierungen leiten Wärme schlecht ab und sind äußerst zäh. Das führt zu einem schnellen Verschleiß der Werkzeuge und hohen Forderungen an die Stabilität der Maschine. Das Dreh/Fräszentrum UniCen 1000 bietet hier mit der hydrostatischen Führung besonders gute Voraussetzungen. Viele OEM der Branche und deren Zulieferer setzen diese Maschine ein - so entschied man sich auch beim Projekt ›AdaM‹ für die UniCen 1000.
Drei Eigenschaften der Maschine sind ausschlaggebend: hohe Steifigkeit für die sichere Bearbeitung schwieriger Werkstoffe, gute Dämpfung gegen Schwingungen und Dauergenauigkeit für gleichbleibende Produktqualität. Dafür sorgt die hydrostatische Rundführung der Z-Achse. Der Schlitten mit dem Werkzeugträger läuft auf einer massiven Säule mit einem dünnen Druckölfilm, der den metallischen Kontakt verhindert. Außerdem wird so der Stick-Slip-Effekt vermieden, es lassen sich so auch sehr kleine Verfahrwege im µm-Bereich realisieren.
Hinzu kommen technologische Trends beim Bau von Turbomaschinen: Während früher Schaufeln und Rotoren einzeln gefertigt und dann zusammengesetzt wurden, bestehen sie bei den neuen energieeffizienten und ressourcenschonenden Turbinentypen aus nur noch einem integralen Bauteil (BLISKs oder BLINGs - Blade integrated disk/ring). Die Schaufeln werden aus einer vollen Scheibe gedreht und gefräst. Dadurch verringert sich die Masse am Fuß der Schaufel, die Bauteile werden leichter und die Schaufeln können dichter stehen – der Wirkungsgrad steigt.
Die Bearbeitungsmaschinen müssen deshalb möglichst wirtschaftlich die benötigten Verfahren Drehen, Fräsen & Bohren in einer Maschine bereitstellen und dabei die Dynamik- und Genauigkeitsforderungen für fünfachsige Bearbeitung erfüllen. Aufwändige Transfers der Bauteile zwischen verschiedenen Maschinen sollen möglichst reduziert werden – besser ist hier eine Komplettbearbeitung.
Konventionelle Revolverdrehmaschinen stoßen heute bei der Konturdrehbearbeitung an ihre Grenzen. Gewichtsreduzierungen an den Teilen haben mitunter sehr komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen hervorgebracht. Dies erfordert eine flexibel anstellbare Werkzeugaufnahme. Die UniCen 1000 besitzt eine schwenkbare Motorfrässpindel, die neben der fünfachsige Fräsbearbeitung und für die dreiachsige Drehbearbeitung eingesetzt werden kann und damit komplexe Konturen erzeugt.
Auch der Spänetransport erfordert angepasste Lösungen, da die eingesetzten Werkstoffe zur Bildung besonders langer Späne neigen. Hochdruck-Kühlschmiermittel bietet hier einen Lösungsansatz und kann bei der UniCen 1000 über eine innere Zuführung mit bis zu 120 bar oder über eine äußere Zuführung mit bis zu 350 bar zugeführt werden. Der Kühlmittelstrahl wird direkt zwischen Werkzeug und Span gepresst und wirkt am Ort der Wärmeentstehung. Der Span bricht entweder durch den thermischen Schock oder er wird einfach mechanisch weggeschossen. Dies verhindert nicht nur die Bildung langer Späne, sondern ermöglicht auch deutlich höhere Schnittgeschwindigkeiten.
Mehr Informationen zu Monforts:
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A. Monforts Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG |
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Schwalmstraße 301 |
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41238 Mönchengladbach |
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Tel.: +49 2161 9461-0 |
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E-Mail: sales@monforts-wzm.de |
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www.monforts-werkzeugmaschinen.de |
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