Tim Kern (Links) ist bei Haas verantwortlich für die Maschinenvorführungen und das Einrichten der Schleifprozesse beim Kunden. Seine Spezialgebiete sind unter anderem das Schleifen medizinischer Implantate und Instrumente sowie die Bearbeitung von Bauteilen für die Aerospace-Industrie. Wolfram Hermle leitet die Softwareentwicklung bei Haas. Er und sein Team und haben mit der Schleifsoftware Multigrind Horizon eine komplett neue Art von Schleifsoftware entwickelt, deren Vorteile gerade auch die Anwender im Aerospace-Bereich schätzen gelernt haben.
Wo werden die Multigrind-Schleifmaschinen in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt?
Kern: Wir arbeiten seit gut sechs Jahren für die verschiedensten Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie. Angefangen hat es mit einer Multigrind-CB-Schleifmaschine, die bei einer großen deutschen Airline im Bereich Maintenance zum Schleifen von Hochdruck-Turbinenschaufeln eingesetzt wird. Mittlerweile stehen viele Schleifmaschinen von Haas bei Herstellern von Flugzeugtriebwerken oder deren Zulieferern. Generell kann man sagen, dass im Niederdruckbereich der Flugzeugturbine (LP-Low-Pressure-Bereich) die Teile in der Regel gefräst werden, weil sowohl der Werkstoff als auch die geforderte Präzision dies zulassen. Das sind dann zum Beispiel Blisks, bei denen Scheibe und Rotor mit Blättern am Stück sind. Die werden aus dem Vollen gefräst.
Hermle: Im Bereich eines Flugzeugtriebwerks bearbeiten Haas-Anwender unterschiedliche Werkstücke, das geht vom IP compressor blade (IP-Intermediate-Pressure-Kompressorschaufel) bis hin zum HP-Turbine Blade, HP-Vane oder HP-Shroud Segment (HP High Pressure). Alles Bauteile im Hochdruckbereich einer Flugzeugturbine, die extrem hohen thermischen und physikalischen Belastungen ausgesetzt sind. Da haben wir es dann mit schwer zerspanbaren, extrem anspruchsvollen Werkstoffen zu tun. Da kommt dann nur noch Schleifen in Frage.
Gibt es Aerospace-Bauteile außerhalb des Triebwerks, die auf Haas-Schleifmaschinen geschliffen werden?
Kern: In einem Flugzeugtriebwerk gibt es natürlich auch etliche verschiedene Wellen, die zum Teil mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen, je nachdem, ob wir es mit einem einstufigen oder mehrstufigen Triebwerk zu tun haben. Und wo es Wellen gibt, gibt es in der Regel auch Getriebe, Verzahnungen und Umlenkungen, und die können auf unseren Multigrind-Schleifmaschinen hochpräzise bearbeitet werden, egal wie anspruchsvoll der Werkstoff ist. Wir haben aber auch schon Ventile für lüftungstechnische Anlagen oder Rotoren für die Hydraulikpumpen, die in Flugzeugen verbaut werden, geschliffen. Es kommt auch vor, dass ein Kunde eine Maschine zunächst zur Produktion von Ventilklappen einsetzt und dann später Bauteile fürs Fahrwerk damit produziert. Im Prinzip kann man auf einer Haas alles schleifen, was in die Maschine passt und im Arbeitsraum vernünftig bewegt werden kann.
Wie sehen Sie die Position von Haas in der Luft- und Raumfahrtindustrie im Vergleich zur ähnlich anspruchsvollen Medizintechnik? Dort ist Haas ja Marktführer bei den Herstellern von Kniegelenksimplantaten. Wird Haas in der extrem globalen Aerospace-Industrie wahrgenommen?
Hermle: Wir sind ein kleiner, feiner Hersteller von Schleifmaschinen, noch dazu aus einer Gegend, wo das Wort der berühmten schwäbischen Hausfrau großes Gewicht hat. Auf der Leitmesse Paris Air Show pflegen wir eher den bescheidenen Auftritt. Wir waren jetzt zum vierten Mal in Paris und haben festgestellt, dass wir von Jahr zu Jahr mehr wahrgenommen werden. Gerade auch von den ganz großen, renommierten Triebwerksherstellern.
Kern: Ein klarer Vorteil für uns ist es, dass wir hier hauptsächlich mit Technikern und Ingenieuren sprechen. Wir treffen auf sehr viel technisches Know-how und Menschen, die genau wissen, was sie wollen. Im Vergleich etwa zur Medizintechnik herrschen in dieser Branche noch viel engere technische Vorgaben, viel weniger Spielräume. In der Regel gibt es eine Konstruktionszeichnung des Bauteils, und genau so soll es rauskommen. Wir bewegen uns hier auf einem ganz klar definierten technischen Pfad, der nicht verlassen werden darf. Dazu kommt, dass ein Triebwerk keine kurzfristige Investition ist, sondern nicht selten mehr als 20 Jahre lang perfekt laufen muss. Da kann es keine Kompromisse in Sachen Genauigkeit oder Sicherheit geben. Wir sind technologisch in der Lage, die extrem hohen Ansprüche dieser Branche zu erfüllen: mit unserer Schleifsoftware, unseren Schleifmaschinen und unserer Erfahrung. Das hat sich allmählich rumgesprochen.
„Wir sind ein kleiner, feiner Hersteller von Schleifmaschinen.“
Wolfram Hermle, Haas Schleifmaschinen
Wo liegen für Haas die technischen Herausforderungen bei der schleifenden Bearbeitung von Triebwerksbauteilen?
Hermle: Es geht immer um den stabilen Prozess. Die Kunden wollen absolut sichere, absolut stabile Prozesse, mit denen sie reproduzierbare Qualität produzieren können. Ein Werkstück soll dem anderen gleichen – und zwar ohne Abstriche.
Kern: Die Herausforderungen der Triebwerkshersteller kommen uns entgegen. Wir schauen, dass wir das Bauteil nach Möglichkeit nur einmal aufspannen, einmessen und dann in einer Aufspannung komplett bearbeiten. Das geht womöglich aus technischen Gründen nicht immer. Aber auch dann versuchen wir die Zahl der Aufspannungen so gering wie möglich zu halten.
Denn mehrmals Aufspannen kostet Zeit …?
Hermle: … und Geld und vor allem Präzision. Weniger Aufspannungen heißt ja auch Reduzierung der Liegezeiten des Werkstücks und damit eine Verkürzung der Durchlaufzeiten. Sie haben weniger halbfertige, teure Bauteile rumliegen, müssen weniger Aufwand für die Qualitätssicherung und das Messen betreiben und brauchen in der Konsequenz natürlich auch weniger Personal, weil Sie ja keine fünf Maschinen zur Bearbeitung rüsten und bedienen müssen, sondern im Idealfall wie bei Haas nur eine einzige Schleifmaschine.
Kern: Wobei es durchaus sein kann, dass eine Einzelmaschine für nur eine Schleifaufgabe in Einzelfall schneller ist als eine Maschine von uns. Wenn man dann aber die gesamte Durchlaufzeit nimmt, spart die Komplettbearbeitung mit nur einer Aufspannung enorm Zeit. Und wenn wir dann noch die Automatisierungseinheit bei unseren Maschinen dabei haben, dann wird es richtig produktiv.
Gerade fiel das Stichwort Qualitätssicherung. Wie sieht es bei Haas damit aus?
Kern: Das Messen ist bei uns ein elementarer Bestandteil des gesamten Bearbeitungsprozess. Deshalb ist die Messtechnik bei unseren Maschinen in der Regel integriert. Wo es sinnvoll ist, arbeiten wir aber auch mit einer externen Messmaschine
Hermle: Wir arbeiten bei Haas unter anderem mit der 3-2-1- Messung zur exakten Erfassung der Lage des Werkstücks im Raum. Wir haben drei Punkte zur Definition der Ebene, dann kommen zwei weitere Punkte, um die Achse zu definieren, der dritte Punkt ist dann auf dem Werkstück selbst. Das ist jetzt nichts komplett Neues, aber es war bisher nicht üblich, die integrierte 3-2-1-Messung beim Schleifen einzusetzen. Vor allem nicht so, wie wir das Ergebnis der 3-2-1-Messung mit unserer Schleifsoftware Multigrind Horizon verarbeiten. Diese passt nämlich das Schleifprogramm automatisch der exakten Lage des Werkstücks im Raum, sprich an die Spannsituation, an.
„Die Messtechnik ist bei unseren Maschinen in der Regel integriert.“
Tim Kern, Haas Schleifmaschinen
Welche Vorteile hat dieses Messverfahren für den Anwender?
Hermle: Noch mehr Präzision! Und dass man dieses Verfahren jetzt bei jedem einzelnen Werkstück, das in die Maschine kommt, nutzen kann, ist neu und war in unserer Brache bisher nicht üblich.
Kern: Das heißt aber nicht, dass man das 3-2-1-Verfahren immer einsetzen muss. Es gibt durchaus Schleifprozesse, auch bei der Komplettbearbeitung geometrisch anspruchsvoller Bauteile, da sind wir mit der Spannvorrichtung so wiederholgenau, dass sich die Messung vor jedem Werkstück erübrigt.
Gibt es weitere Messverfahren, die Sie bei Haas einsetzen?
Kern: Eine weitere Variante, neben der 3-2-1-Messung, sieht so aus, dass wir außerhalb der Schleifmaschine eine hochgenaue Koordinatenmessmaschine haben, die den Rohling einmisst und die Versatzwerte an unsere Schleifsoftware übergibt.
Hermle: Wir haben gewissermaßen das CAM-System mit Multigrind Horizon in die Schleifmaschine verlagert. Wir können also an der Maschine die zu bearbeitenden Flächen selektieren; die Software erkennt dann die Lage des Werkstücks im Raum und den Zustand der Schleifscheiben und passt auf dieser Datenbasis die Schleifwege individuell an. Am Ende haben wir dann eine reproduzierbare Qualität, unabhängig davon, wie maßhaltig der Rohling ist.
Welche Softwaremodule braucht der Anwender aus der Aerospace-Industrie?
Hermle: Wir sprechen hier weniger von Modulen. Mit dem Multigrind-Horizon-3D-CAD-Paket und dem -3D-CAM-Paket deckt der Anwender rund 90 Prozent aller Schleifaufgaben im Turbinenbereich ab. Wenn er dann noch Verzahnungen mit Getriebefunktionen, Stichwort Schiebesitze, bearbeiten will, nimmt er das Paket für rotationssymmetrische Werkstücke dazu. Die kompletten Messfunktionen und die Abrichttechnologie zum Abrichten im Prozess sind ja im Grundpaket schon enthalten.
Inwiefern hat das Eingießen von Bauteilen, zum Beispiel von Hochdruck-Kompressorschaufeln in eine Wismut-Halterung, Einfluss auf die Maßhaltigkeit des Bauteils? Haas geht da ja mit der sogenannten
Komplettbearbeitung von Turbinenblättern mit der Haas-Sandwich-Aufspannung.
Bild: Herbert Naujoks
Sandwich-Aufspannung einen anderen Weg?
Kern: Eigentlich will ja jeder weg von diesem Eingießen. Es ist teuer, zeitaufwendig, und kostet Energie. Und der, der eingießt, ist für die Lage des Bauteils in dieser Wismut-Halterung verantwortlich. Das heißt, der Eingießvorgang, der mehr oder weniger genau ist, entscheidet mit darüber, ob ich ein maßhaltiges Gutteil oder teuren Ausschuss bekomme.
Hermle: Da wir vom Gießen sprechen, sollten wir noch erwähnen, dass wir mit der 3-2-1-Messung und der Haas-Sandwich-Aufspannung in der Lage sind, mögliche Toleranzen, die beim Gießprozess entstanden sind, auszugleichen. Angenommen also, das Kompressorblatt zeigt beim Einmessen Abweichungen an, zum Beispiel durch optisch nicht wahrnehmbare Verwindungen, dann gehen diese Messwerte in unser Schleifprogramm ein. Wir „korrigieren dann den Gießfehler beim Schleifen des Turbinenfußes. Damit sitzen alle Turbinenblätter später absolut identisch in der Turbine. Denn nur so kann der optimale Wirkungsgrad des Triebwerks erzielt werden. Jede Abweichung in der Maßhaltigkeit geht hier zu Lasten des Wirkungsgrads, was sich wiederum auf die Treibstoffkosten auswirkt.
Wie sieht es denn mit den Belastungen für die Schleifmaschinen im Aerospace-Bereich aus?
Kern: Die schwer zerspanbaren Werkstoffe, die wir schleifen, stellen natürlich auch an unsere Multigrind-Schleifmaschinen hohe Anforderungen in Sachen Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit. Der extrem abrasive Schleifstoff, der hier verwendet wird, in der Regel Korund, und der aggressive Kühlschmierstoff setzen der Maschine zu. Aber unsere Schleifmaschinen bringen auch unter solchen Bedingungen die geforderte Maßhaltigkeit und Produktivität. Man muss die Maschine halt entsprechend bauen.
Worauf legen die Kunden in der Aerospace-Industrie am meisten Wert?
Kern: Wir haben es mit sehr gut ausgebildeten, sehr anspruchsvollen Kunden zu tun. Die legen Wert auf einen maßgeschneiderten Schleifprozess, der stabil läuft. Das kommt uns entgegen, denn wir möchten unseren Anwendern einen kompletten, eingefahrenen Schleifprozess inklusive Automatisierung aus einer Hand liefern. Ein Haas-Kunde soll vom ersten Tag an, wenn die Maschine bei ihm steht, produktiv schleifen können.
Hermle: Ein anderes großes Thema ist die Zerspanbarkeit von neuartigen Werkstoffen. Da müssen wir uns auf neue Herausforderungen einstellen.
Kern: Ich sehe die Herausforderung weniger im Material, das wir zerspanen müssen. Schließlich gibt es bis heute nichts Härteres als den Schleifstoff Diamant. Ich sehe vielmehr den Schleifprozess im Fokus. Es geht darum, stabile, sichere Prozesse zu entwickeln und diese weitestgehend zu automatisieren. Und zwar so, dass der Prozess in China genau so gut funktioniert wie in Frankreich oder in den USA. Am Ende müssen möglichst perfekte Teile zu einem möglichst niedrigen Preis rauskommen. Das klingt jetzt vielleicht banal, bringt es aber ganz gut auf den Punkt. Wenn man die Kosten der Bauteile in einer Flugzeugturbine mal anschaut, wird diese Haltung durchaus verständlich, oder?
Kontakt: Haas Schleifmaschinen GmbH, www.multigrind.de
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