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Leichtbau
Wirtschaftliche Alternative
25.08.2009
Haas zeigt mit seinen Schleifmaschinen, wie aus einem kubischen Rohling durch einen ausgeklügelten Schleifprozess eine Turbinenschaufel für Flugzeugtriebwerke entsteht. Damit kann sich das Schleifen solcher Teile als wirtschaftliche Alternative zu den herkömmlichen Herstellungsverfahren wie dem Fräsen entwickeln.
Die für die Turbinenschaufelfertigung eingesetzten Werkstoffe bestehen aus hochlegierten Stählen oder Titan. Für diese Werkstücke hat Haas Schleifmaschinen nun einen Schleifprozess entwickelt, bei dem sämtliche Geometrien in nur einer Aufspannung komplett erzeugt werden.
Zumeist werden diese Teile gefräst und bekommen an der Bandschleifmaschine ihre glatte aerodynamische Oberfläche. Die Fräsbearbeitung solcher Sonderwerkstoffe bedeutet jedoch sehr hohe Werkzeugkosten. „Hier bieten wir mit dem Schleifen der Turbinenschaufeln eine wirtschaftliche Alternative”, sagt Wolfram Hermle, Software-Verantwortlicher bei Haas.
Auf einer Schleifmaschine Multi-grind CB demonstrierte Haas, wie aus einem kubischen Rohling ein fertiges Turbinenblatt entsteht. In einer stabilen Aufspannung mit Reitstock wird das Werkstück in fünfachsiger Bearbeitung komplett geschliffen. Das heißt: die eigentliche Schaufel mit ihren komplexen Freiformflächen, Ausrundungen und Verrundungen, der Schaufelfuß und die Befestigungsstruktur, die ein sogenanntes Tannenbaumprofil aufweist.
Haas verwendet insbesondere für die Schaufelgeometrien ein Verfahren, bei dem die Schleifscheibe in einem spitzen Winkel zum Werkstück steht. Verwendet werden schräg abgerichtete Schleifscheiben mit leichter Rundung. Dieses Verfahren erzeugt sehr schnell eine hohe Konturtreue ohne nennenswerte Kanten und Wellenprofile. Der Bearbeiter bekommt dadurch mit relativ wenigen Umläufen der Werkstückachse eine gute Kontur des Werkstücks. Außerdem verringert die angewandte Maschinenkonfiguration die Gefahr von Kollisionen erheblich.
Erfahrung aus der Medizintechnik
Bei der Anwendung kommt auch die Maschinensoftware von Haas zum Einsatz, die bereits in der medizintechnischen Bearbeitung einen neuen Standard gesetzt hat. Aufbauend auf dem 3D-Modell des Werkstücks und einer Reihe weiterer Parameter errechnet die Software schnell und effizient die Schleifbahnen für die 5-Achs-Bearbeitung. Im Falle der OP-Werkzeuge hat dies dazu beigetragen, dass die Hersteller heute in der Regel aus Wirtschaftlichkeitsgründen die Fräsbearbeitung durch die Schleifbearbeitung abgelöst haben.
„Auch bei der Herstellung von Turbinenschaufeln sehen wir hier Potenziale”, bekräftigt Hermle. „Wir wollen zeigen, dass durch Schleifen das Material wirtschaftlicher abgetragen werden kann, als durch andere Verfahren.” Zudem lohnt sich bei den hohen Materialkosten der Turbinenschaufeln auch oft eine Reparatur und Aufbereitung.
Insbesondere die Profilnase, die in Windrichtung steht, unterliegt einem Verschleiß 
durch Stäube. Bei der Instandsetzung muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Schaufeln während ihres Einsatzes in der Luft durch die Hitzeeinwirkung eine Deformation erfahren, die nicht ausgeglichen werden kann. Haas hat auch hier eine Software-Lösung entwickelt, durch die eine möglichst große Annäherung an die ursprünglichen Geometrien erreicht und eine effiziente Reparatur durchgeführt werden kann.
Auf Haas-Maschinen können Turbinenschaufeln mit einer Größe von 10 bis 1000mm hergestellt oder repariert werden.
