Messtechnik

Optimierte Maschinenbelegung durch virtuelle Messumgebung

| Autor / Redakteur: Harald Richter / Jan Vollmuth

Die Rohlinge werden bei Siemens Steam Turbines mithilfe des Messarms Romer Absolute Arm 7-Axis SI vollständig digitalisiert.
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Die Rohlinge werden bei Siemens Steam Turbines mithilfe des Messarms Romer Absolute Arm 7-Axis SI vollständig digitalisiert. (Bild: Siemens / Richterfoto)

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Eine simulierte Messung macht aufwendige, mehrfache Einricht- und Messschritte beim Einfahren neuer Schaufelvarianten bei der Siemens AG Steam Turbines überflüssig.

Die Schaufelfertigung der Siemens AG Steam Turbines in Görlitz ist die Zentrale des Dampfturbinengeschäfts von Siemens. Weltweit produziert Siemens an elf Standorten industrielle Dampf- und Gasturbinen, die als Turbosätze oder mechanische Antriebe ausgeliefert werden. Zwischen 45 kW und 250 MW leisten die in Görlitz entwickelten und produzierten Turbinen und Turbosätze. Weltweit sind rund 20.000 Siemens Dampfturbinen installiert – der Großteil kommt aus Görlitz.

Jede Schaufel ein Unikat

Praktisch keine dieser 20.000 Turbinen gleicht der anderen. Nahezu jede ist ein unverwechselbares Unikat. „Turbinenbau ist Einzelfertigung“, erklärt Ulrich Maywald, Leiter der Turbinenschaufelfertigung der Siemens AG in Görlitz. „Selbst wenn sich zwei von außen ähneln mögen, so unterscheiden sie sich im Aufbau mit Sicherheit in wesentlichen Details. Weil jede einzelne Turbine nach individuellen Parametern des Kunden ausgelegt wird. Die einzige Kleinserienfertigung innerhalb des Turbinenbaus ist die Schaufelfertigung.“

Die Schaufeln sind für den Betrachter die zweifellos augenfälligsten und beeindruckendsten Elemente einer Turbine. Bis zu 200 Stück davon, angeordnet auf unterschiedlich großen, ringförmigen Sätzen, kann eine großdimensionierte Turbine vereinen. Während sich am Dampfeintritt der Turbine die kleinen Hochdruckschaufeln (HD) befinden, werden diese nach hinten – mit der Dampfausdehnung – zu immer größeren und zunehmend verwundenen Niederdruckschaufeln (ND).

Aus einem geschmiedeten Rohteil gefräst

„Unsere kleinste gefertigte HD-Schaufel misst 45 Millimeter in der Höhe und 12,5 Millimeter in der Breite. Die größte ND-Schaufel ist stolze 1,2 Meter lang und wiegt beachtliche 43 Kilogramm. Sie wird aus einem ursprünglich 76 Kilo schweren, geschmiedeten Rohteil gefräst“, berichtet Ulrich Maywald und leitet damit zum komplexen Fertigungsverfahren der Niederdruckschaufeln über.

Wie die bislang größte werden auch alle anderen ND-Schaufeln mit ihrem verwundenen Blatt und tannenbaumförmigen Fuß aus einem Schmiederohling herausgearbeitet. Dafür stehen in Görlitz modernste CNC-Fünf- und Vierachs- Bearbeitungszentren zur Verfügung. „Auf einer solchen Maschine erfolgt in zwei Schritten die Komplettbearbeitung. Aus dem Rohling entsteht dabei eine zu 95 Prozent fertige Schaufel“, erläutert Produktionsleiter Ulrich Maywald. Und ergänzt: „Diese Fertigungstiefe ist natürlich auch eine enorme Herausforderung an die Qualitätssicherung. Denn wir sind mit sehr vielen und sehr unterschiedlichen Einflussfaktoren konfrontiert, die den Durchlauf beeinflussen. Dazu gehören Einricht- und vor allem Messzeiten.“

Risiken für Fertigungs- und Terminplan

Kommt es zu Schwierigkeiten beim Einfahren eines NC-Programms oder bei der ersten Vermessung einer Schaufel, müssen der Fertigungsplan sowie die Terminplanung schnell angepasst werden. „Der Einsatz von Simulationssoftware reduziert das Fehlerrisiko in diesen Punkten ganz erheblich“, konstatiert Diplom-Informatiker Sebastian Frinker, Anwendungstechniker in der Görlitzer Schaufelfertigung.

Um gleichzeitig eine Kollisionskontrolle und Achsoptimierung an den Fräsmaschinen durchführen zu können, ist es bei Schmiederohlingen besonders wichtig, ihre genaue Kontur zu kennen. Die Rohlinge werden bei Siemens mithilfe des Messarms Romer Absolute Arm 7-Axis SI vollständig digitalisiert. Das generierte 3-D-Modell wird dann als Ausgangsbasis direkt in der NC-Programmiersoftware der Fräsmaschinen verwendet.

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