Effizient Kühlbohrungen und Fan-Shapes erodieren

Makinos Erodiermaschine EDBV3

Gehöriger Schub bei der Fertigung von Triebwerkskomponenten

Auch Triebwerkshersteller suchen nach Möglichkeiten, Bearbeitungszeiten einzusparen und kontinuierliche Bearbeitungen in nur einer Aufspannung durchzuführen. Zu den besonders zeitintensiven Bearbeitungen gehört das Einbringen von Kühlbohrungen in Triebwerksschaufeln und Luftleitblechen. Mit der EDBV3 hat Makino dafür eine schnellere und effizientere Technologie entwickelt. Die Erodiermaschine verleiht der Produktivität beim Fertigen von Kühllöchern und Fan-Shapes einen gehörigen Schub.

Da die Nachfrage nach Flugzeugmotoren weiter steigt, müssen Triebwerkshersteller die Herausforderung höherer Produktivität bei der Herstellung von Kühlbohrungen angehen. Die für Schaufeln (Vanes) und Leitringe (Blades) in Triebwerken verwendeten, hitzebeständigen Nickellegierungen sind schwer zu bearbeitende Materialien. Klassische Bohrverfahren scheiden aus. Die Bearbeitung auf Erodiermaschinen ist hingegen sicher und erprobt. Zu Kühlungszwecken müssen zahlreiche kleine Bohrungen in die Schaufeloberfläche eingebracht werden. Die spezielle Form des Austritts (Fan-Shape) verbessert die Kühlleistung auf der geschwungenen Oberfläche. Da bislang dieser lebenswichtige Teil eines Triebwerks sehr kostspielig herzustellen war, suchten Triebwerkshersteller nach einer Lösung, die Bearbeitungszeiten verkürzt und Bearbeitungen in nur einer Aufspannung ermöglicht.

Ein Spezialarm mit integrierter Mittelführung positioniert die Röhrchenelektrode.

Tauchbearbeitung in Hochgeschwindigkeit

Um diese Aufgabe zu meistern, entwickelte Makino die Senkerodiermaschine EDBV3. Kernkomponente ist eine Hochgeschwindigkeitsspindel (1000 min-1 im Falle der EDBV3), die für innere Spüldrücke von bis zu 10 MPa druckfest ausgelegt ist. Somit kann durch die schnell rotierende Röhrchenelektroden effektiv gespült werden. Das Ergebnis ist eine höhere Abtragsrate. Die EDBV3 ermöglicht die Bearbeitung von Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern, die auch in Winkellage und Position frei programmierbar sind. Die Verwendung von kostengünstigen Standardelektroden gewährleistet, dass der unvermeidbare, hohe Elektrodenverschleiß nicht auch zu hohen Betriebskosten führt. Es sind keine Spezialwerkzeuge wie Multielektroden, Formelektroden oder Sonderelektroden notwendig. Die Bearbeitung erfolgt im Wasserbad mit automatischem Absenktank. Bei der herkömmlichen Spültechnik ohne Wasserbad ist die Bearbeitungszeit beim Durchbruch oftmals ebenso lang wie das vorherige Bohren, da die Spülung zusammenbricht. In Verbindung mit neuer Generatortechnik und Wasserbadkühlung kann diese Maschine sieben mal schneller bohren als die bisherige Technologie. Trotz dieser hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit ist die HAZ (Heat Affected Zone) in den Werkstücken innerhalb der im Flugtriebwerksbau zugelassenen engen Toleranzgrenze.

Automatischer Elektrodenwechsel

Automatisierung verringert Wechselzeiten

Automation ist bei der EDBV3 problemlos möglich. Der automatisierte Hochgeschwindigkeitswechsel von Elektroden mit unterschiedlichen Durchmessern verringert die Wechselzeit. Durch Makinos Kombination von Elektrodenhalter, Röhrchenelektrode, Schlitten und Positionierführung in einer Einheit, ist es nicht mehr erforderlich, während des automatischen Elektrodenwechsels die Röhrchenelektrode einzuführen. Außerdem können durch Makinos so genannte Loch-für-Loch-Technologie Position, Ausrichtung und Durchmesser jeder Bohrung frei programmiert werden – ohne die Restriktionen wie sie von den Kammelektroden her bekannt sind.

Minimaler Zeitaufwand

Bei der EDBV3 hat Makino eine deutlich verbesserte Durchbrucherkennung eingeführt, die den Bohrprozess direkt nach Fertigstellung der Bohrung stoppt. Damit ist eine entscheidende Verbesserung der Prozessssicherheit gegeben, die das zu tiefe Bohren und die damit verbundene Zerstörung des Bauteils sicher verhindert.

Höhere Produktivität

Die EDBV3 ermöglicht kontinuierliches Bohren von Kühllöchern bei gleichzeitig verringertem Zeitaufwand für den Elektrodenwechsel und für die Vorbereitungen der eigentlichen Bearbeitung. In einer automatisierten Konfiguration werden Werkstücke und sogar das gesamte Elektrodenmagazin schneller und effizienter durch einen Roboter gewechselt. Ergebnis: Ein großer Triebwerkhersteller hat bei Testläufen mit der EDBV3 bereits eine Steigerung der Gesamtproduktivität um das Vierfache gemeldet.

Gesteigerte Kühl- und Kraftstoffeffizienz

Die Möglichkeit, unterschiedlich geformte Kühllöcher zeitsparend zu bearbeiten, bringt einen deutlichen Gewinn. Da die verschiedenen Formen großen Einfluss auf die Kühlleistung haben, kann die Verbrennungstemperatur eines Triebwerks auf 1 500°C oder mehr erhöht und damit die Verbrennungseffizienz gesteigert werden. Dies wiederum verleiht der Kraftstoffeffizienz einen enormen Schub.

Fazit: Die EDBV3 macht einerseits kürzere Bearbeitungszeiten und eine kontinuierliche Bearbeitung in einer Aufspannung möglich; und bringt Triebwerkherstellern ein Plus an Produktivität und Effizienz. Auch in anderen Industrieanwendungen wie für medizinische Geräte, Filter oder Formplatten ist die hochgenaue Erodiertechnologie der EDBV3 von Makino nutzbringend einsetzbar.

John Großpietsch

Autor: John Großpietsch

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