Ein hochmodernes Flexibles Fertigungssystem der Starrag übernimmt die Endbearbeitung präzisionsgeschmiedeter Turbinenschaufeln aus Titan. Um bis zu 40.000 Schaufeln im Jahr zuverlässig produzieren zu können, steckte der Schweizer Maschinen- und Anlagenhersteller sein langjähriges Know-how in die Konzeption sowie in wichtige Details. So wird zum Beispiel aufgrund verfahrensbedingter kleiner Bauteilunterschiede für jede einzelne Schaufel ein individuelles Fräsprogramm generiert.
Bereits seit über zwanzig Jahren übernimmt die Starrag AG, Rorschacherberg, Turnkey-Projekte zur Herstellung von Turbinenschaufeln und Strukturbauteilen. Rund 60 automatisierte Mehrmaschinenanlagen sind in dieser Zeit entstanden und haben für einen reichen technologischen Erfahrungsschatz gesorgt. Davon profitieren zurzeit zahlreiche Kunden, denn derartige Flexible Fertigungssysteme, auch FFS oder FMS (Flexible Manufacturing System) genannt, liegen weltweit im Trend. Vertriebsleiter Rainer Hungerbühler berichtet: „Während wir in der Vergangenheit maximal zwei solcher Projekte parallel in Arbeit hatten, sind es derzeit vier, die nach Asien und Amerika geliefert werden. Die Luftfahrt- und Energieindustrie nutzt vermehrt die qualitativen und wirtschaftlichen Vorteile, die eine solche automatisierte Serienfertigung wichtiger Komponenten wie zum Beispiel der Turbinenschaufeln bietet.“
Ein besonders beeindruckendes Projekt gilt der Fertigbearbeitung von Kompressorschaufeln, die in Flugzeugtriebwerken eingesetzt werden. Die zu bearbeitenden Titan-Rohlinge sind präzisionsgeschmiedet. Während die Genauigkeit beider Schaufelflächen (Saug- und Druckseite) keine weitere Nachbearbeitung erfordern, benötigen die Kanten noch einen bestimmten Radius. Zudem müssen die jeweiligen Übergänge zum Schaufelblatt ohne erkennbare Absätze oder Fräsmarken verlaufen.
Nun ist das Schmieden – selbst wenn es in dieser hohen Präzision erfolgt – ein Verfahren, bei dem die Bauteile individuelle Unterschiede aufweisen. Während minimale Abweichungen innerhalb der Schaufelfläche für die Endanwendung unerheblich sind, stellen die Konturunterschiede erhebliche Anforderungen für die Fräsbearbeitung der Kanten und Übergänge dar.
Turbinenschaufeln adaptiv gefertigt
Starrag entwickelt Flexibles Fertigungssystem zur individuellen Serienbearbeitung von Turbinenschaufeln
Redundanter Aufbau sichert hohe Verfügbarkeit
Eine zentrale Rolle bei der Planung spielte die Zuverlässigkeit der Anlage. Schließlich sollen in der Endausbaustufe bis zu 40.000 Turbinenschaufeln jährlich produziert werden. Die Planer entschieden sich deshalb für einen durchgehend redundanten Aufbau. So besteht das FFS aus zwei identisch konfigurierten Linien, die jeweils aus zwei Beladestationen, zwei Bearbeitungszentren LX 051 mit Scanvorrichtung, aus einer Waschanlage, einem Nadelpräger und einer Messzelle bestehen. Den Bauteiltransport übernimmt je ein Sechsachs-Roboter, der im Bedarfsfall auch die Maschinen der zweiten Linie versorgt.
Die gesamte Anlage wird von einem Leitrechner mit PPS-System gesteuert, der auch über diverse Notfallstrategien verfügt. So ist gewährleistet, dass die Anlage kontinuierlich im Drei-Schicht-Betrieb an sechs Tagen pro Woche arbeiten kann. Günter Leitold ergänzt: „Selbst die Wartung kann während des Betriebs vorgenommen werden, indem man einzelne Zellenteile stilllegt und die Redundanz nutzt. Die betroffene Einheit wird über einen Mausklick aus dem Leitrechnerbetrieb herausgenommen und steht dann für Wartungsarbeiten oder Programmtests zur Verfügung.“
Vollautomatisiert:
zweimal Fräsen, Entgraten, Waschen, Kennzeichnen und Kontrollieren
Die Anlage verfügt insgesamt über vier Rüstplätze. Jeder ist mit einem Bedien-PC ausgestattet, der mit dem Leitrechner kommuniziert. Die Rohlinge enthalten bereits im Anlieferzustand einen 2D-Code, der sie eindeutig kennzeichnet. Er wird beim Rüsten mittels Lesegerät erfasst und dem Leitrechner übermittelt. Vertriebsleiter Rainer Hungerbühler weist auf die Vielseitigkeit des FFS hin: „Die Anlage ist für sieben verschiedene Turbinenschaufel-Varianten ausgelegt. Die Reihenfolge der Schaufelproduktion wird vom Leitrechner durch unterschiedliche Prioritäten vorgegeben.“
Der prinzipielle Ablauf ist für alle Schaufeln gleich. Jede Schaufel wird in zwei Aufspannungen gefräst. Dementsprechend sind auch zwei unterschiedliche Vorrichtungen notwendig. In der ersten wird der Rohling nach einem von Starrag entwickelten Spannprinzip gespannt. So liegen die Kanten und Übergangsbereiche beidseitig frei zur Bearbeitung.
Die zweite Vorrichtung enthält ein Blattspannsystem, so dass Fuß- und Kopfteil der Schaufel gefräst werden können. Das erforderliche Entgraten findet jeweils nach dem Fräsvorgang in der Maschine statt. Nachdem beim zweiten Fräsen die ursprüngliche Kennzeichnung entfernt wird, erhält jede Schaufel im Anschluss daran einen neuen 2D-Code, der von einem Nadelpräger eingebracht wird.
Eine weitere Vorrichtung ist für den abschließenden optischen Messvorgang notwendig, in dem bei jeder einzelnen Schaufel über 50 Merkmale kontrolliert werden.
Um das Rüsten möglichst effizient zu gestalten, stehen bei Vollbetrieb der Anlage am Rüstplatz alle drei Vorrichtungen eines Schaufeltyps gleichzeitig zum Umrüsten bereit. Der Bediener entnimmt die komplett bearbeitete Schaufel aus der Messvorrichtung, rüstet dann die beiden anderen um und packt einen neuen Rohling in Vorrichtung eins.
