Frässtrategie bei Siemens Genial: Trochoides Fräsen für Turbinen-Fertigung

Redakteur: Matthias Böhm

Mit einem Wechsel der Frässtrategie hat Siemens bei der Bearbeitung einer grossen Gasturbinenradscheibe aus hochlegiertem Stahl eine entscheidende Verbesserung der Prozesssicherheit erreicht. Gleichzeitig konnten die Bearbeitungskosten und die Bearbeitungszeit halbiert werden. Die Frästechnologie von der Technologiegruppe des Siemens-Gasturbinenwerks in Berlin und Mapal-Werkzeugexperten wurde mit nur mit wenigen Wochen Vorlaufzeit realisiert.

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(Bild: Siemens AG Pressebilder/Presspictures)

«Bisher haben wir das trochoide Fräsen zwar in anderen Bereichen, nicht aber bei der Herstellung von Grosskomponenten wie Gasturbinenradscheiben eingesetzt», sagt Ralf Hohendorf von der Technologie-Gruppe des Siemens-Gasturbinenwerks in Berlin.

«Wir hegten einfach Zweifel, ob die Dynamik der Portal-Bearbeitungszentren, die für so grosse Werkstücke ausgelegt sind, für ein solch hochdynamisches Spanverfahren ausreichen würde.»

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Konventionelle Frästechnik

Daher hat Siemens für die Zerspanung des Impellers, der integraler Bestandteil einer über vier Tonnen schweren Turbinenradscheibe einer der weltweit leistungsstärksten Gasturbinen (SGT5-8000H) ist, bislang auf konventionelle Frästechnik zurückgegriffen.

Erste Tests

In einem ersten Bearbeitungsschritt wurden dabei die 66 Impellertaschen mit einem VHM-Schaftfräser (Durchmesser 20 mm R4) geschruppt und anschliessend mit einem Vollradiusfräser (Durchmesser 20 mm) geschlichtet. Die besondere Herausforderung bei der Herstellung der Turbinenradscheibe mit einem Durchmesser von zwei Metern ist dabei, dass sehr grosse Spanvolumina zu bewältigen sind.

Immerhin muss jede der 66 Impellertaschen aus dem vollen Material (X12CrMoWVNbN10-1-1) herausgearbeitet werden. Und jede Tasche misst etwa 140 mal 70 mm, mit einem Radius von 30 mm zum Taschengrund.

Hoher Werkzeugverschleiss, häufiges Werkzeugversagen

Mit den bis zum Verfahrenswechsel eingesetzten konventionellen Fräsern dauerte die Bearbeitung pro Tasche insgesamt über 50 Minuten – wenn alles gut ging. Doch das war zu oft nicht der Fall. «Ein hoher Werkzeugverschleiss und häufiges Werkzeugversagen hat es uns unmöglich gemacht, die Prozesssicherheit zu garantieren», räumt Thomas Werner ein, der im Siemens-Gasturbinenwerk für das Know-how-Management in der spanenden Fertigung zuständig ist.

Auch wenn es nicht zum Werkzeugbruch kam, musste das Werkzeug bei der Vorbearbeitung spätestens nach zwei Taschen, bei der Fertigbearbeitung spätestens nach 22 Taschen, ausgewechselt werden.

«Entsprechend häufig gingen die Werkzeuge zum Nachschleifen», fügt Ralf Hohendorf an. «Das war zum einen mit extrem hohen Nachschliffkosten und einem gehörigen Logistikaufwand verbunden. Zum anderen war unklar, mit welcher Standzeit wir nach dem Schleifen verlässlich rechnen konnten.»

Kein Wunder also, dass die Verantwortlichen im Gasturbinenwerk ein offenes Ohr für Vorschläge zur Verbesserung der Prozesssicherheit und zur Reduzierung der Werkzeugkosten hatten, als Mapal anlässlich einer Unternehmenspräsentation Mitte 2014 in Berlin vorstellig wurde. In der anschliessenden Diskussion identifizierten die Beteiligten schnell die erste Turbinenradscheibe der H-Klasse-Maschinen als dringliches und geeignetes Objekt für ein erstes gemeinsames Projekt.

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