Generatorwelle

Spezialmaschinen sind nötig, um die Generatorwellen mit Längen bis zu 16 m und Durchmessern über 1 m zu bearbeiten. - Bild: Walter

Als Kompetenzzentrum war für das Erfurter Generatorenwerk von Siemens klar, dass die Bearbeitungszeiten verkürzt werden müssen, um wirtschaftlich zu arbeiten. Die Generatorwellen, Rotoren genannt, bringen bis zu 65 t auf die Waage, sind bis zu 16 m lang und haben Durchmesser von mehr als 1 m. Trotzdem drehen sie sich später mit 3000 und 3600 min-1, um die geforderte Frequenz von 50 und 60 Hz zu erreichen. Sie benötigen an schwer zugänglichen Stellen jeweils zwei um 180° versetzte Stromzuführungstaschen, die gefräst werden. Fehler lassen sich nicht reparieren, denn dadurch werden die Wellen an dieser kritischen Stelle geschwächt. Auch Ausschuss darf es bei Stückkosten von bis zu 250 000 Euro eigentlich nicht geben.

Rattern ist vorprogrammiert

Xtratec-Eckfräser F4042
4,5xD, das ist beim Fräsen hochfester Stähle eine echte Herausforderung: Walter löste sie unter anderem mit dem Xtratec-Eckfräser F4042, bestückt mit PVD-beschichteten Wendeschneidplatten des Typs WSP45S. - Bild: Walter

Die gesamte Fräsbearbeitung einer solchen Welle ist mit etwa acht Tagen im 3-Schichtbetrieb angesetzt. Dabei dauerte es in der Vergangenheit länger als eine komplette Arbeitsschicht, die beiden Stromzuführungstaschen in die Wellen einzubringen, und das obwohl das Zerspanungsvolumen der Taschen nur jeweils etwa 350 cm³ beträgt und die Form ebenfalls nicht sehr komplex ist. Die Herausforderungen lagen jedoch zum einen bei den  Generatorwellen, die aus zähem und entsprechend schwer zu bearbeitendem Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl bestehen. Zum anderen sitzen die Taschen an einem Durchmesserabsatz auf dem kleineren Durchmesser. Die Folge ist, dass eine Auskraglänge des Werkzeugs von 4,5xD benötigt wird, also mehr als das 4-Fache des Werkzeugdurchmessers, um die Taschen in die Wellen einzubringen.

Frank Sänger
Frank Sänger, CNC-Programmierer, Siemens Power Generation

"Wir hatten Probleme mit der Oberflächenqualität und konnten beim Schlichten nur mit sehr geringer Zustellung fahren", erklärt Frank Sänger, CNC-Programmierer bei Siemens Power Generation. "Damit ist das Rattern vorprogrammiert." Drei Bearbeitungsschritte waren nötig, um die Taschen herzustellen: Ein High-Feed-Fräser übernahm das Schruppen. Das dabei stehende Material musste mit einem Rundplattenfräser entfernt werden, bevor der Fräser die Endkontur schlichtete. "Teilweise brauchten wir sogar vier Bearbeitungsschritte, deshalb war die Laufzeit zu lang", beschreibt Sänger die Ausgangssituation.

Zitat

"Das Programm ist so variabel, dass es für alle Stromzuführungstaschen und Radien verwendet werden kann." Frank Sänger

Um konstant effizientes Arbeiten zu gewährleisten, sind Komplettlösungen erforderlich. Siemens wünschte sich die Ausarbeitung für diesen Anwendungsfall und bat mehrere Werkzeuglieferanten um Konzeptvorschläge. Die Problematik stellt eine echte Herausforderung für jeden Hersteller von Präzisionswerkzeugen dar. Alle Anbieter, auch die erste Lösung von Walter, setzten auf Sonderwerkzeuge, um der ungewöhnlichen Bearbeitungssituation Herr zu werden. "Das war uns nicht recht, denn Sonderwerkzeuge sind nicht nur teurer, sondern haben auch längere Lieferzeiten", war Sänger zunächst enttäuscht. Ein Standardwerkzeug wäre daher um einiges wirtschaftlicher.

Viele Tests führen zum Ziel

Xtratec Eckfräser F404
Der Xtratec Eckfräser F4042 ist Teil der Paketlösung aus Werkzeug und CNC-Programm, das von Walter für Siemens entwickelt wurde. - Bild: Walter

Für Walter ist es wichtig, seinen Kunden aktiv zur Seite zu stehen. Die Mitarbeiter von Walter sind gut ausgebildete Kräfte, die sich im Detail mit den praktischen Prozessen auskennen. Alexander Deck, Anwendungstechniker bei Walter, versuchte die Aufgabe mit den Standardwerkzeugen, zuerst mit einem Igelfräser, zu lösen. Tests waren jedoch nicht überzeugend. Der Gedanke, einen Heli-Fräser mit eingelöteten Schneiden einzusetzen, wurde aufgrund der relativ empfindlichen Schneiden auch verworfen. Dann kam Deck die Idee: Warum nicht das Eckfrässystem F4042 benutzen und mit einer Wendeplatte mit Eckenradius den den größeren Radius in den Ecken der Taschen herstellen?