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Kollision erkannt – Kollision gebannt

: CGTech


Spanende Fertigung von Triebwerksbauteilen - VERICUT im Einsatz bei Rolls-Royce. Im Bereich Luftfahrt versorgt Rolls-Royce von Boeing über EADS und MacDonnell-Douglas bis hin zu Fokker, Raytheon und Pegasus alles, was Rang und Namen hat.

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Dabei ist Rolls-Royce Deutschland der einzige deutsche Triebwerkhersteller mit der kompletten Systemfähigkeit zur Entwicklung, Zulassung und Herstellung moderner Strahltriebwerke und deren Unterstützung im Anschlussmarkt.

Gebündelte Triebwerkkompetenz repräsentieren 2.000 Mitarbeiter an den deutschen Rolls-Royce-Standorten in Blankenfelde-Mahlow bei Berlin und Oberursel bei Frankfurt/Main. In Blankenfelde-Mahlow sind Schwerpunkt-Kompetenzen in den Segmenten Entwicklung, Konstruktion, Montage und Prüfung von 2-Wellen-Triebwerke angesiedelt. Das Aufgabengebiet des hessischen RR-Standortes Oberursel (21.500 m² Produktionsfläche) umfasst die Teilefertigung, Instandsetzung und Montage von Wellentriebwerken.

Rotierende Teile im Haupttriebwerk

950 Mitarbeiter zeichnen hier verantwortlich für die Fertigung von in erster Linie hoch beanspruchten Teilen in Flugtriebwerken wie Verdichterscheiben und -trommeln, Turbinenscheiben mit Nickelbasislegierungen sowie Blisks mit Titanlegierungen. Hoch beansprucht deshalb, weil sie zu den kritischen bzw. rotierenden Teilen im Haupttriebwerk zählen. Der Begriff Blisk steht im Übrigen für „Blade Integrated Disk“ und bezeichnet ein Kernbauteil, das ausschließlich in Verdichtern vorkommt. Scheibe und Schaufeln werden integral hergestellt und nicht zusammengesteckt. Das erhöht Festigkeit und Belastbarkeit. Weitere Benefits: erhöhter aerodynamischer Wirkungsgrad und verringerte Luft-System-Verluste.

Kein Bauteil wie das andere

Wer
wie Rolls-Royce Verdichter- und Turbinenbauteile für neuralgische, sicherheitssensitive Stellen im Triebwerk fertigt, muss in allen Prozessschritten Besonderheiten eigener Art berücksichtigen: Hochwarmfeste, geschmiedete Legierungen (Rostfreie Stähle, Ti 6246, Ti64, Inconel 718, Udimet 720), 100 % Ultraschallprüfung aller Komponenten nach dem Schmieden, hohe Material- (~ 50 %) und Werkzeugkostenanteile (~ 8-10 %) an Bauteilkosten, hohe frei werdende Eigenspannungen im Grundmaterial, komplexe Geometrien mit Hinterschnitten, enge Toleranzen für Form, Profil und Positionstoleranzen bezogen auf Bauteilgröße, Prozessketten mit Spezialprozessen (EBW, Ätzen, Reinigen, Kugelstrahlen) und flexible Fertigung mit “single piece flow”.

Null Toleranz für Fehler

Null-Fehler-Qualität bei der Bauteilfertigung ist nicht nur angesichts der hohen aerodynamischen, thermischen und mechanischen Belastung von kritischen Verdichterbauteilen Pflicht. Wenn Material und Werkzeuge rund 60 Prozent der Bauteilkosten ausmachen, müssen bereits vor der Herstellung von Prototypen und Erprobungsteilen die Weichen auf Null-Fehler-Qualität gestellt sein. Vor diesem Hintergrund arbeitet der Fertigungsstandort Rolls-Royce Oberursel seit 2004 mit dem Simulationswerkzeug VERICUT. Bevor die Blisks und Gehäuse auf den 5-Achsen-Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungzentren (u.a. Starrag ZT 800 sowie Starrag ZS 500 als Spezialmaschine für Werkstücke wie Impeller, Blisks und komplexe kubische Formen) gefräst werden, wurde das entsprechende NC-Programm von VERICUT auf Herz und Nieren geprüft. W. Pieczeit, Mitarbeiter im Bereich Zentrale Fertigungsplanung und Technologie, verweist in diesem Zusammenhang auf die Vorteile, die VERICUT durch Simulation, Verifikation, Optimierung und Analyse der spannenden Fertigung generiert: „Was wir brauchen, ist höhere Flexibilität im Rahmen der Programmierung und natürlich eine Riskminimierung bzgl. Schrottkosten. Diese können auf immerhin ca. EUR 30.000 jährlich veranschlagt werden.“ Unterdessen sind auch eine höhere Maschinenverfügbarkeit aufgrund der Simulation, eine Erhöhung der Produktivität und Planungssicherheit
sowie die Minimierung des Crash-Risikos notwendig.

Minimierung Crash-Risiko

Allein im Jahr 2004 summierten sich die Ausfallzeiten auf Grund von Kollisionen auf 785 Stunden, umgerechnet Kosten von knapp EUR 80.000. „Im Rahmen der Verifikation bzw. Simulation schafft hier VERICUT Abhilfe“, erläutert Pieczeit, „denn VERICUT entdeckt Programmfehler wie Eilgangsfehler, Konturverletzungen und mögliche Kollisionen, bevor ein Testlauf auf der Maschine Klarheit bringt.“ Zumal die 3D-Simulation durch VERICUT die Bewegungen der Werkzeugmaschine und die Änderung am Werkstück wirklich genau so anzeigt, wie sie bei der Fertigung abläuft. Eine Standzeiterhöhung des Werkzeugs ist somit absehbar.

Ergebniskontrolle zu Kollision/Bauteilmaßhaltigkeit

Nicht zuletzt wegen gestiegener Rohstoffpreise ist eine Optimierung der Fräswege bzw. des Vorschubs notwendig. Pieczeit: „VERICUT berechnet für jeden einzelnen Programmsatz den idealen Vorschub und erzeugt so ein neues, effektiveres NC-Programm.“ Bevor die bei Rolls-Royce in Unigraphics, EXAPT und weiteren CAD/-CAM-Programmen erstellten NC-Files zur Anwendung gelangen, erfolgt demnach seit 2004 ein voll umfänglicher Kontrolllauf durch VERICUT, „zumindest jedoch bei komplexen Bauteilen, bei denen im Vorfeld eine Ergebniskontrolle hinsichtlich Kollision und Bauteilmaßhaltigkeit sinnvoll ist, wie bei der Bliskfertigung und bei komplexen Gehäusen“, so Pieczeit. Jüngstes Projekt, bei dem VERICUT zum Einsatz kam: BR725. Die Triebwerke der BR700-Familie sind die ersten deutschen, zivilen Strahltriebwerke mit internationaler Zulassung. Kennzeichen: niedrige Betriebskosten, hohe Wartungsfreundlichkeit, einzigartige Umweltverträglichkeit.


Das Simulationswerkzeug VERICUT entdeckt Programmfehler wie Eilgangsfehler, Konturverletzungen und mögliche Kollisionen, bevor ein Testlauf auf der Maschine Klarheit bringt. Zumal die 3D-Simulation durch VERICUT die Bewegungen der Werkzeugmaschine und die Änderung am Werkstück genau so anzeigt, wie sie bei der Fertigung abläuft. Eine Standzeiterhöhung des Werkzeugs ist somit absehbar.


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Bericht in folgenden Kategorien:
Simulation, Fertigungsplanung, Werkstoffe

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