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Rückwärtssenker

SondermaschinenbauUnikate für XXL-Bauteile

Sondermaschinenbau: Unikate für XXL-Bauteile

Sicherheitsrelevante Großbauteile in Nutzfahrzeugen, wie etwa Achsträger oder Getriebewellen, müssen trotz ihrer Größe, hohem Gewicht und mitunter schwierig zu zerspanender Werkstoffe präzise in engen Toleranzfeldern wirtschaftlich produziert werden können.

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RückwärtssenkerZeitersparnis im Rückwärtsgang

Unternehmen stehen zunehmend unter dem Druck, in kürzester Bearbeitungszeit die höchste Qualität zu liefern. Ein Weg zur schnelleren Fertigung führt über Sonderwerkzeuge. Das Berliner Gasturbinenwerk der Siemens Division Power and Gas setzte den vollautomatischen Rückwärtssenker Walter Modco ein und verkürzte so die Bearbeitungszeit von Turbinenbauteilen drastisch: Das Einbringen von 16 Senkungen in den Flansch einer Welle für den Rotor einer Gasturbine dauert anstatt zehn Stunden nur noch 90 Minuten.

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Rückwärtssenker

Zeit ist Geld. Angesichts hoher Durchlaufzeiten und dem hohen Auslastungsgrad kam der Wunsch auf, „dieses Bearbeitungsnadelöhr zu eliminieren. Es war uns lange ein Dorn im Auge, dass wir extrem viel Zeit brauchten, um in bestimmte Bauteile Rücksenkungen einzubringen“, erinnert sich Markus Zapke, Gruppenleiter Technologie im Gasturbinenwerk Berlin. Nach einer Lösung suchend, wandte sich das Unternehmen 2012 an den Präzisionswerkzeug-Hersteller Walter, mit dem das Unternehmen bereits seit über 25 Jahren zusammenarbeitet.

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Die Mitarbeiter im Gasturbinenwerk Berlin fertigen Wellen und Gehäuse für Turbinen, die weltweit für die Energieerzeugung in Kraftwerken und im Industriebereich eingesetzt werden. Solche Großbauteile können die Dimensionen von Autobussen annehmen. Verbaut werden die Komponenten in Turbinen mit Leistungen bis 400 MW. Zu den genannten Großteilen gehört auch die Rotor-Welle CD-1. Das mehr als 3,5 m lange Bauteil wiegt über 13 t und sein größter Durchmesser beträgt fast 1,5 m. Die Hohlwelle ist das kompressorseitige Endstück des Rotors der Gasturbine SGT5-8000H, der größten Gasturbine der Welt. Das Bauteil wird mithilfe von 16 Bolzen an die Zwischenwelle, dem Verbindungselement zum Generator, angeflanscht. Dies erfordert entsprechend viele Durchgangsbohrungen (Durchmesser 75 mm) in dem rund 175 mm dicken Flansch. Die Bolzen werden mittels Muttern befestigt. Um Platz für die Muttern zu schaffen, müssen die schwer zugänglichen Eingänge der Bohrlöcher mit rückwärtigen Senkungen versehen werden. Diese sind 56 mm tief und haben einen Durchmesser von 98 mm.

Bearbeitet werden die CD1-Wellen im Vier-Schicht-Betrieb auf je einem horizontalen Bohr-/Fräswerk des Typs Skoda HCW 3 mit einer Antriebsleistung von 100 kW oder auf der Pama Speedram 3F mit einer Antriebsleistung von 50 kW. Die Wellen bestehen aus dem Werkstoff 26NiCrMoV14-5. Dieser niedrig-legierte Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt bietet sehr gute mechanische und thermische Eigenschaften. „Da der wärmebehandelte Werkstoff einen relativ hohen Nickelgehalt besitzt, ist er recht zäh und nicht ganz einfach zu bearbeiten“, weiß Ralf Hohendorf, Technologe im Gasturbinenwerk Berlin. „Dies erschwert das Einbringen der Bohrungen und Senkungen.“ Bisher setzte Siemens PG dafür einen Rückwärtssenker ein, der manuell mit einem zweischneidigen HSS-Messer bestückt werden musste. Mit diesem Werkzeug dauerte das Einbringen einer Senkung fast 16 Minuten. Inklusive Nebenzeiten, etwa für das Entspänen, summierte sich der Aufwand auf mehr als 37 Minuten. 16 Senkungen pro Werkstück erforderten damit eine Bearbeitungszeit von zehn Stunden.

Werkzeugdarstellung im 3D-Modell

Die Prämisse für die Verantwortlichen war klar: Dieser hohe Zeitaufwand muss verringert werden, ohne dass die Qualität darunter leidet. Sie berieten sich mit den für Walter Deutschland tätigen Fachleuten Michael Hartsch, technischer Berater und Verkauf Key Account, sowie Stefan Rißmann, Anwendungstechniker Key Account. Die beiden Zerspanungsexperten hatten eine Lösung parat: Den wendeplattenbestückten Rückwärtssenker von Walter Modco. „Dieses vollautomatische Sonderwerkzeug hat mit 250 mm die gleiche Auskraglänge wie das bisher eingesetzte Werkzeug“, erläutert Michael Hartsch. „Doch im Gegensatz zu jenem besitzt es eine Innenkühlung.“

Das Ganze funktioniert wie folgt: Nachdem das Trägerwerkzeug durch die Flanschbohrung geführt wird, kann das rotative Rückwärtssenken beginnen. Dies erfolgt mithilfe zweier Arme, die im vorderen Teil des Trägerwerkzeugs versenkt angebracht sind und automatisch seitlich ausklappen. Die direkt gegenüberliegenden Arme sind mit je einer zweischneidigen HM-Sonderplatte bestückt. Das seitliche Aus- und Einklappen wird durch den Druck der Innenkühlung gesteuert. Ein manueller Eingriff erübrigt sich. „Bei der bisherigen Lösung musste ein Bediener das zweischneidige HSS-Messer von Hand in das Trägerwerkzeug einschieben und fixieren“, merkt Stefan Rißmann an.

Werkzeugdarstellung im 3D-Modell

Der VHM-Rückwärtssenker bringt eine Senkung in 67 Sekunden ein. Einschließlich Nebenzeiten dauert der gesamte Vorgang nur noch gut 5,5 Minuten. „Mit einem derartigen Zeitgewinn hatten wir nicht gerechnet “, verrät Ralf Hohendorf. Dank der besseren Performance lassen sich die 16 Senkungen pro Teil mit dem Werkzeug von Walter jetzt in knapp 1,5 Stunden einbringen. Damit verkürzt sich die gesamte Bearbeitungszeit auf 15 Prozent. Zusätzlich bringt es eine Einsparung im niedrigen 5-stelligen Euro-Bereich.

Das Werkzeug von Walter wurde zunächst an Gussgehäusen und nachfolgend an der CD-1-Welle getestet. „Seit Ende 2015 läuft die Bearbeitung wie gewünscht“, bestätigt Markus Zapke. „Die Wellen lassen sich ohne weitere Betreuung problemlos und prozesssicher bearbeiten und das Werkzeug wurde zur Produktion freigegeben.“

Weniger Werkzeuge, höhere Zeitersparnis

Ebenfalls entscheidend war die Langlebigkeit der Hartmetall-Wendeplatten. Ralf Hohendorf: „Mit dem Sonderwerkzeug von Walter können wir jetzt zwei Bauteile, und damit genau die Mindest-Losgröße, in einem Zuge bearbeiten.“ Ein klarer Vorteil gegenüber dem HSS-Messer des bisher eingesetzten Rückwärtssenkers, welcher bereits nach einer Senkung verschlissen war. Während also bei 16 Bauteilen insgesamt 256 HSS-Werkzeuge nachgeschliffen werden müssen, werden alternativ lediglich acht HM-Wendeschneidplatten eingesetzt.

Auch in puncto Werkzeugvoreinstellung ergeben sich Einsparungen für Siemens PG: Bei veranschlagten zehn Minuten pro externer Voreinstellung beläuft sich die Gesamtzeit bei dem neuen Werkzeug mit acht verbrauchten Wendeplatten auf lediglich 80 Minuten.

Die Bilanz des Fertigungsexperten fällt sehr positiv aus: „Das neue, automatisierte System lässt sich nach einer gründlichen Einarbeitung wesentlich einfacher handhaben und bedienen als das bisher verwendete, und die Durchlaufzeit ist jetzt bedeutend kürzer. Hinzu kommt, dass damit eine deutlich bessere Oberflächenqualität erzielt wird als mit dem Vorgänger-Werkzeug.“ Das ganze Projekt läuft laut Zapke so positiv, dass angedacht sei, das Werkzeug von Walter auch für andere Bauteile einzusetzen. cs

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