Gießtechnologie

Schnellere Prüfung von Turbinenschaufeln

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Die Überprüfung kritischer Abmessungen kann schwierig und zeitaufwendig sein, insbesondere wenn eine 100-Prozent-Prüfung von komplexen Bauteilen in Großserien gefordert ist. Europea Microfusioni Aerospaziali benötigt dafür heute nur noch die Hälfte der bisherigen Zeit – dank der 5-Achsentechnologie von Renishaw mit der „Head-Touch-Methode“.

Turbinen- und Triebwerksschaufeln werden aus Superlegierungen hergestellt, die in der Lage sind, sehr hohen Temperaturen und Drücken standzuhalten. Ihre Formen sind üblicherweise eher komplex, um ein Maximum an Effizienz zu erreichen und Spannung sowie Ermüdungserscheinungen zu reduzieren. Und doch werden sie anhand einer der ältesten Fertigungstechniken überhaupt hergestellt: Gießen.

Das italienische Unternehmen Europea Microfusioni Aerospaziali (EMA) hat verschiedene Präzisions-Gießtechnologien perfektioniert, einschließlich einer Technologie für die Fertigung von Schaufeln aus einkristallinen Metalllegierungen. EMA ist Teil der Rolls-Royce Gruppe, einem weltweiten Marktführer in der Herstellung von Antriebssystemen für zivile und militärische Flugzeuge, Schiffe, U-Boote und Turbinen für die industrielle Energiegewinnung. Ungefähr 25 % der Militärflugzeuge weltweit sind mit Rolls-Royce Triebwerken ausgestatten; viele davon enthalten EMA Produkte.

EMA verfügt am Standort in Morra De Sanctis über eine Fertigungshalle mit 20.000 m2 Fläche, in der ultrahochgenaue Leit- und Laufschaufeln in Speziallegierungen für Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinen für zivile und militärische Anwendungen gefertigt werden. Dort entstehen außerdem Schaufeln für Industrieturbinen zur Stromerzeugung .

Mehr als zwei Drittel an EMAs Fertigung geht an renommierte Kunden in der Luftfahrtindustrie in Italien und weltweit, wie zum Beispiel an die Muttergesellschaft Rolls-Royce, Agusta Westland, Ansaldo Energia, Avio, Turbocare, Siemens, MAN und Snecma.

Das Unternehmen hat sich auf das Wachsausschmelzverfahren spezialisiert, ein Formverfahren für den Metallguss, bei dem zuerst Wachsmodelle produziert werden, die aus den Metallformen entstehen. Diese Wachsmodelle werden dann mit einer Keramik überzogen, die für hohe Temperaturen geeignet ist. Das Wachs wird entfernt und die Hülle aus Keramik wird dann als Form für die Superlegierung verwendet. Nachdem die gegossenen Teile erhärtet und abgekühlt sind, werden Sie wärmebehandelt und nachbearbeitet und alle Komponenten dann auf sowohl Ihre Maßhaltigkeit als auch die strukturelle Integrität, mittels Ultraschall, Röntgen und Eindringverfahren, überprüft.

Komplexe Geometrien und 100 % Prüfung
stellten Herausforderungen dar

Die Entwicklung eines effizienten Prozesses zur Überprüfung der Maßhaltigkeit von Turbine und Triebwerksschaufeln war für EMA in der Vergangenheit eine Herausforderung aufgrund der komplexen Geometrie der Teile und der Anforderung, jede Schaufel zu überprüfen.

Vittorio Caggiano, Leiter der Qualitätskontrolle bei EMA, erinnert sich: „Wir mussten eine Lösung finden, die es uns erlaubte, die Effizienz des Qualitätssicherungsprozesses, in Bezug auf die Anzahl der gemessenen Teile innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit, zu verbessern.“ Um dies zu erreichen, musste das Unternehmen entweder in neue Messgeräte investieren oder die Messzykluszeit reduzieren und so die Kapazität der eigenen Messmaschinen erhöhen.

„Bis vor ein paar Jahren haben unsere Koordinatenmessgeräte noch mit PH10 3-Achsen-Dreh-/Schwenkköpfe gearbeitet, die sowohl in Bezug auf die Bewegung als auch die zum Tastereinsatzwechsel benötigte Zeit an ihre Grenzen stieß“, sagt Caggiano. Diese Grenzen bestanden aufgrund der Komplexität der Teile, wodurch bei jedem Messzyklus viele Tastereinsatzwechsel notwendig waren.

„Wir haben eng mit Renishaw zusammengearbeitet, um eine bessere Lösung zu finden. Außerdem haben wir Werkstücke in die Renishaw-Niederlassung in Turin geschickt, um dort Testmessungen durchzuführen. Nach diesen Tests sind wir zu dem Schluss gekommen, dass es die beste Lösung ist, in die neuen, flexibleren und effizienteren PH20 5-Achsen Tastköpfe und die Modus Messsoftware zu investieren“, so Caggiano. „Renishaw hat die neuen Messtaster an unseren Koordinatenmessmaschinen nachgerüstet und 50 Messprogramme erstellt, die während der Schulung vor Ort von Renishaw-Mitarbeitern geschrieben wurden.“

Die Zykluszeit konnte
um 30 bis 50% reduziert werden

„Das Endresultat ist sehr zufriedenstellend“, betont Maurizio Rullo, Programmierer für Koordinatenmessmaschinen bei EMA. „Seit der Einführung des Renishaw PH20 Schaltkopfes können sowohl die Messzeiten als auch die Anzahl der Tastereinsatzwechsel bei der Qualitätskontrolle drastisch reduziert werden. Der Einsatz der Modus Software hat außerdem die Programmierzeiten reduziert und optimiert. Wir konnten die Zykluszeiten um 30 bis 50% reduzieren – in manchen Fällen sogar mehr.“

Die einzigartige Head-Touch-Methode (Kopfantastung) des PH20 Systems ermöglicht dem italienischen Unternehmen die Erfassung von Messpunkten durch Bewegungen des Messkopfs und nicht der Koordinatenmessmaschinen-Struktur. Da nur die schnelle, rotatorische Bewegung des Kopfes verwendet wird, können Punkte schneller und mit einer höheren Präzision und verbesserten Wiederholgenauigkeit erfasst werden. Außerdem sind zeitaufwendige Indexierungen des Kopfes dank der 5-Achsen-Bewegung nicht mehr notwendig.

5-Achsen-Technologie zum Nachrüsten
durch Bewegungen des Messkopfs

Bei der Prüfung von komplexen Bauteilen in Großserie kommen zunehmend Koordinatenmessmaschinen mit 5-Achsen-Technologien zum Einsatz. Zu den drei Achsen (X,Y,Z) der Koordinatenmessmaschine lassen sich dabei eine Dreh- und eine Schwenkachse des Messkopfs für die Messung simultan steu+ern. Neue Messstrategien werden möglich und die Zugänglichkeit der Merkmale signifikant verbessert. Das Interessante dabei: Die 5-Achsen-Technologie lässt sich auf bestehende Koordinatenmessmaschinen nachrüsten.

Die unbegrenzten Positioniermöglichkeiten des PH20 garantieren EMA heute einen optimalen Zugang zu Merkmalen bei minimalen Tastereinsatzwechsel. Die simultane Bewegung in fünf Achsen ermöglicht Messungen größerer Werkstücke auf dem Koordinatenmessgerät, da der für die Kopfrotation benötigte Platz um das Werkstück herum minimal ist. Der PH20 richtet sich automatisch zum Werkstück-Koordinatensystem aus und vermeidet somit die Kollision von Messtastern. Außerdem muss EMA dadurch keine komplexen Spannvorrichtungen verwenden.

Das für den PH20 Schaltkopf speziell entwickelte Kalibrierverfahren bestimmt Kopfausrichtung und Messtasterposition in einem einzigen Arbeitsgang und ermöglicht nachfolgende Messungen in jeder Winkelposition. Das schnelle Kalibriersystem bestimmt die Ausrichtung von Kopf und Messtaster in einem Arbeitsgang und ermöglicht Messungen von allen Seiten.

Messsoftware Modus einschließlich
Simulation und Kollisionserkennung

Dank der Modus Messsoftware wurden komplexe Messungen und die Programmierung von Messzyklen vereinfacht. Mit der Software können anspruchsvolle Programme offline entwickelt werden – direkt vom CAD, mit Simulation, Kollisionserkennung und Bildschirmprüffunktionen des Messpfads. Hierdurch wird die Maschinenausfallzeit minimiert. Das Programm kommt einsatzbereit an die Maschine und die Prüfzeiten werden auf ein Minimum reduziert beziehungsweise komplett vermieden.

Daneben hat EMA in ein flexibles Equator Prüfgerät von Renishaw investiert, mit dem Geometrie und Form von Teilen in Großserien schnell und effizient überprüft werden können. „Dank des Renishaw Equator konnten wir alle notwendigen Prüfungen an bestimmten Komponenten zusammentun, die wir vorher mit verschiedenen Messgeräten durchführen mussten. Aufgrund dessen waren wir in der Lage, die Prüfzeiten von Großserienteilen stark zu reduzieren“, fügt Rullo hinzu. ■


Der Autor

Matthias Krieger

Technical Sales & Support Manager CMM

Renishaw

www.renishaw.de


Shopfloor-Lösung mit Equator

Renishaw hat zur Control 2019 die Zusammenarbeit mit Wenzel in den Feldern Shopfloor und Koordinatenmesstechnik verstärkt. Das Equator-Prüfgerät von Renishaw kann nun auch direkt über die Wenzel Software WM|Quartis zur Programmierung und Auswertung angesteuert werden. Zudem ist der Equator nun auch Teil des Portfolios von Wenzel. „Die direkte Anbindung an die Wenzel Software ist ein wichtiger Schritt, um das Lösungsangebot für Anwender im Shopfloor-Bereich auszuweiten“, sagte Rainer Lotz, Vice President EMEA bei Renishaw.

Gleichzeitig stellte Wenzel auf der Control mit der SF 55 eine neue kompakte Portalmessmaschine für den Einsatz direkt in der Produktion vor. Dieses Maschinenkonzept bietet wie die größere SF 87 ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis bei geringem Platzbedarf. Hohe Verfahrgeschwindigkeiten und Beschleunigungen sorgen für einen hohen Messdurchsatz. Durch die gute Zugänglichkeit und die Schnittstelle zum Wenzel-Automation-Interface ist das Shopfloor-Messgerät für die Automation und Integration in die Linie gut geeignet. Über die WM|Quartis Software können Daten von der SF 55 direkt auf den Renishaw Equator kommuniziert werden. „Die bedienerfreundlichen Konzepte SF von Wenzel und Equator von Renishaw decken sehr unterschiedliche Anwendungsfelder im Shopfloor-Bereich ab und ergänzen sich optimal. So können wir über die Hardware hinaus weitere schlüsselfertige Lösungen bieten, die uns zum flexiblen Partner für unsere Kunden machen“ sagte Heike Wenzel, Geschäftsführerin der Wenzel Group. ■


Webhinweis

Wie schnell ein 5-Achsen-Messsystem mit dem PH20-Schaltkopf arbeitet, sehen Sie in diesen beiden Videos von Renishaw:

http://hier.pro/ebubO

http://hier.pro/DtUR8



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