Lange Tools kräftig gespannt

In den bis zu 10 km langen Bohrsträngen sitzen die 4 bis knapp 6 m langen Baker-Hughes-Inteq-Systeme zur Messung der Umgebungsbedingungen vor Ort und Steuerung des Bohrkopfes unmittelbar hinter dem Bohrmeißel. Die Elemente mit 130 bis 250 mm Durchmesser müssen den Experten zufolge die kompletten Bohrkräfte aufnehmen und weiterleiten. Zu den Belastungen zählen zudem hydrostatische Drücke bis 2500 bar, Temperaturen bis 150º C und Vibrationen bis zum 50-Fachen der Erdbeschleunigung in einer chemisch sehr aggressiven Umgebung. Bei der Fertigung ihrer Komponenten setzen die CNC-Experten von Baker Hughes Werkzeugaufnahmen und Verlängerungen mit der Schrumpftechnik von Haimer ein. „Damals konnte nur Haimer unsere Forderung nach extrem langen Werkzeugen realisieren“, erinnert sich Eike Schaper, Teamleiter NC-Programmierung bei Baker Hughes. Mit der Zeit wurde die Bearbeitung immer anspruchsvoller, berichtet er weiter. Insbesondere musste unter immer spitzeren Winkeln zum Bauteil gebohrt werden. Damit dabei die Spindel nicht mit dem Werkstück kollidiert, sind sehr lange Werkzeuge, oft auch mit verlängerten Werkzeugaufnahmen unabdingbar. Die Werkzeuglängen erreichen teilweise mehr als 1400 mm.

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Weit mehr als 100 Werkzeuge, teilweise mit Längen von mehr als 1400 mm, setzt Baker Hughes für die Fertigung von Untertagemessgeräten ein. 50 Prozent davon sind in Haimer-Aufnahmen eingeschrumpft.

Beim ersten, von Baker Hughes gekauftem Hochleistungsschrumpfgerät, dem Power Clamp Profi Plus, bietet der Turm mit der Spule zur induktiven Erwärmung den Spezialisten von Haimer zufolge schon in der Standardversion viel Höhenfreiheit. Um aber auch die extrem langen Werkzeuge ein- und ausschrumpfen zu können, erhielt der Turm zusätzlich ein Gelenk und kann nun um 180 Grad gedreht werden.

Große Spannkraft
„Durch die Gerätebauart können wir sehr lange, geschrumpfte Werkzeuge sicher konfigurieren“, erläutert Andreas Landmann, bei Baker Hughes verantwortlich in der NC-Programmierung unter anderem für die Schrumpftechnik. Zudem erfüllt die große Spannkraft in Verbindung mit der großen Rundlaufgenauigkeit die hohen Toleranzanforderungen und mindert den Verschleiß der Bohr- und Fräswerkzeuge.

Bei einem Werkzeugdurchmesser von 20 mm garantiert Haimer ein Haltemoment von 450 bis 800 Nm. Die Rundlaufgenauigkeit resultiert aus dem rotationssymmetrischen Spannkörper, der ohne zusätzliche Elemente wie Zangen und Spannschrauben auskommt. Er wird erhitzt und dehnt sich aus. Dadurch wächst auch der Durchmesser der mittigen Bohrung minimal, und das Werkzeug kann eingeführt werden. Beim Abkühlen zieht sich die Aufnahme um den Werkzeugschaft zusammen. Haimer spricht von einer erreichbaren Rundlaufgenauigkeit unter 3 µm.

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Andreas Landmann (links) und Eike Schaper: „Das Haimer Schrumpfsystem ist einfach zu handhaben, sehr zuverlässig, und die Komponenten sind schnell verfügbar.“

Schnelle Abkühlung
Zudem sorgt nach Herstellerangaben die Spulentechnik New Generation (NG) für ein hohes Tempo beim Ein- und Ausschrumpfen. Die Basis bildet eine verstellbare Spule, die sich in Länge und Durchmesser dem Futter anpasst. Dadurch erwärmt sich ausschließlich der Spannbereich des Futters, und soll so die Schrumpf- und Abkühlzeiten deutlich verkürzen. Die NG-Induktionsspule sorgt dafür, dass die Wärme sehr schnell in die Werkzeugaufnahme eindringt und das noch kühle Werkzeug entnommen werden kann. Zudem punktet die NG-Induktionsspule durch ihre Flexibilität bei eventuellem Werkzeugbruch. Den Haimer-Experten zufolge kann ein abgebrochenes Werkzeug per passender Ausschrumpfvorrichtung und auch fixiert im Schraubstock herausgetrieben werden.

Wichtig für Baker Hughes ist eine sehr schnelle Abkühlung nach dem Schrumpfvorgang, die Haimer per Kontaktkühlung gewährleistet. Passgenaue Kühlkörper für unterschiedlich große Außendurchmesser sollen dafür sorgen, dass eine möglichst große Kontaktfläche entsteht und die Kontaktkühlung über einen Kreislauf die Wärme schnell abtransportiert. So kann die Werkzeugaufnahme je nach Werkzeugdurchmesser schon nach 30 bis 45 s entnommen und wieder eingesetzt werden.

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Flexibilität für die Nachtschicht: Eine 13-kW-Anlage vom Typ Power Clamp Preset NG steht frei zugänglich in der Halle mit den CNC-Maschinen, damit die Maschinenbediener rund um die Uhr schnell Werkzeuge wechseln können.

„Bei Systemen mit Gebläselüfter kann das Abkühlen 10 oder 15 min dauern“, sagt Landmann. Bei 60 bis 80 Schrumpfvorgängen pro Tag schlagen seiner Aussage nach solche Unterschiede erheblich zu Buche, bei Verlängerungen mehrfach.

Die hohe Zahl der Werkzeugwechsel wird zum einen durch die hochwarmfesten Chrom-Nickel-Stähle verursacht, aus denen die Körper der Untertagemesswerkzeuge bestehen. So sind etwa bereits nach zwölf bis 14 Gewinden die Vollhartmetall-Gewindeformer verschlissen. Zudem werden während der 120 h dauernden Bearbeitung eines 4 m langen Messwerkzeugs 145 Bohr- und Fräswerkzeuge eingesetzt.

Inzwischen sitzt fast die Hälfte aller zerspanenden Werkzeuge in Schrumpfaufnahmen. Bei Baker Hughes arbeiten aktuell drei Schrumpfgeräte von Haimer. Das stärkste mit 20 kW Leistung kommt im Tool-Shop zum Einsatz. Eine 13-kW-Anlage vom Typ Power Clamp Preset NG steht frei zugänglich in der Halle mit den CNC-Maschinen für den sofortigen Werkzeugtausch. Das dritte, ebenfalls 13 kW starke Power Clamp Preset NG, hat Baker Hughes bei einem externen Zulieferer platziert.

Schaper resümiert: „Haimer bietet mit diesen Schrumpfgeräten und den Aufnahmen ein einfach zu handhabendes System komplett aus einer Hand an.“