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MTU Global Passgenau mit 1.000 Tonnen Manfred Ruopp Ein dumpfes Geräusch hinter der Maschinenverkleidung: Mit einem Druck von bis zu 1.000 Tonnen presst die neue Reibschweißanlage der MTU Aero Engines Triebwerksteile zusammen; das entspricht der Masse von zwölf Lokomotiven. Nach gut dreijähriger Planungs- und Entwicklungszeit betreten der Triebwerkshersteller und der Maschinenbauer KUKA Aerospace Group mit der neuen Anlage zur Herstellung von Verdichterrotoren technologisches Neuland. Seit diesem Frühjahr bewährt sich die Anlage in der Produktion rotierender Bauteile wie Blisks und Spools. Ihre hochpräzise Arbeitsweise macht sie weltweit einmalig: Auf zehn hundertstel Millimeter exakt fügt sie die Bauteile zusammen. Die Technologie, die dahinter steckt, wurde im Rahmen von Forschungsprojekten entwickelt; Fördergelder gab es vom Freistaat Bayern und der Bayerischen Forschungsstiftung. Die MTU hat sich mit über sieben Millionen Euro beteiligt. Partner waren die Technische Universität München und die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, die Bayerische Forschungsstiftung und das Bayerische Wirtschaftsministerium. Beim Reibschweißen wird ein Bauteil auf einer rotierenden Spindel eingespannt und das andere Teil gegenüber an einem Reitstock befestigt. Nach Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl erwärmen sich die Kontaktflächen durch Reibung auf Schweißtemperatur. Unter gleichzeitiger Einwirkung des Stauchdrucks läuft anschließend der Schweißprozess ab. Einzigartig machen die neue Maschine zwei Spindeln, auf denen die Schwungräder vormontiert sind. Dieses Bauprinzip wird erstmals eingesetzt. Im Unterschied zu herkömmlichen Maschinen mit einer Spindel lassen sich so variable Schwungmassen von mehr als 500 bis 45.000 Kilogramm pro Quadratmeter realisieren. Je nach Bauteil kann der Stauchdruck stufenlos von 100 bis 1.000 Tonnen eingestellt werden. Gerhard Bähr, Leiter der Blisk-Produktion, betrachtet die Investition in die High-End- Maschine als strategische Entscheidung und Beitrag zur Absicherung der technologischen Spitzenposition der MTU: „Die Anlage eignet Modernste Steuersysteme tragen dazu bei, dass die Bauteile mit höchster Präzision zusammengefügt werden. Ein Gigant seiner Zunft: Die neue Reibschweißanlage misst 20 Meter in der Länge und ist halb im Hallenboden versenkt. sich für alle laufenden und bevorstehenden Triebwerksprogramme.“ Tatsächlich erfordern die neuen Triebwerksprojekte beim Reibschweißen höhere Stauchdrücke und Schwungmassen als bisher. Zudem werden wegen der immer höheren Temperaturen im Verdichter nicht nur Titan-Werkstoffe, sondern temperaturbeständigere Materialien verschweißt, etwa die Nickelbasislegierungen Udimet 720 oder Inconel 718. Auf der Suche nach geringem Gewicht und Bauraum werden im Triebwerksbau oft Reibschweißverbindungen als konstruktive Lösung gegenüber der Verschraubung angestrebt. Es ist zu erwarten, dass auch geometrisch größere Bauteile verschweißt werden. Bähr: „Die Anforderungen an die Maschine waren durch höhere Schweißenergien und über die mögliche Dimension der Bauteile definiert.“ Für den Produktionsmann zählen nicht nur die technischen Möglichkeiten der Maschine; mindestens genauso wichtig ist ihre optima- Der Schweißvorgang selbst dauert nur wenige Sekunden; das Ergebnis ist eine extrem homogene Verbindung. le Integration in den Produktionsablauf. Der Vergleich zur bisherigen Reibschweißanlage macht das überdeutlich: Bei ihr müssen die Maschinenbediener die tonnenschweren Schwungräder per Kran auf die Spindel heben und manuell montieren; bis zu eineinhalb Arbeitsschichten kann das in Anspruch nehmen. Bei der neuen Anlage mit ihrem automatischen Massenwerk sind die Schwungmassen bereits auf den Spindeln vormontiert. Nach Eingabe des gewünschten Schwungmoments in die Steuerung lassen sie sich individuell in die Spindel einklinken. Die Rüstzeiten verkürzen sich auf zwei Stunden. Damit, sowie aufgrund des vermiedenen Wärmegangs im Vergleich zur bestehenden Anlage, ist die Maschine für den Mehrschichtbetrieb geeignet. Am Ende des Reibvorgangs ist es entscheidend, die Teile richtig zueinander zu positionieren – auch hier setzt die Maschine Maßstäbe. Die Rundlauftoleranz nach dem Schweißen wird mit der neuen Anlage glatt halbiert und beträgt rund ein zehntel Millimeter. Ermöglicht wird dies durch eine automatische Laser-Triangulationsvermessung der Spindeln und Bauteile zueinander sowie deren automatischer Fluchtjustage. Das Ergebnis sind neue Möglichkeiten für endkonturnahes Schweißen. Dadurch eröffnen sich in der Produktion neue Ansätze im Fertigungsablauf, zum Beispiel bei den komplexen Blisktrommeln. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Gerhard Bähr +49 89 1489-8542 Interessante Multimedia-Services zu diesem Artikel unter: http://www.mtu.de/107Rotation 14 REPORT REPORT 15
Kunden + Partner Hightech rund ums Triebwerk Patrick Hoeveler Mit vollem Schub hebt der Airbus A380 von der Piste in Toulouse ab. In der Ferne blinken schon die Landescheinwerfer des nächsten Mega-Airbus. Wenig später setzt der Riese auf. Dank der Schubumkehr kommt er erstaunlich schnell zum Stehen. Testalltag in Toulouse: Der Airliner und seine Systeme werden auf Herz und Nieren geprüft. Das gilt auch für die Triebwerksgondeln, die mit dem Flugzeug und nicht mit dem Antrieb zugelassen werden. Elektrisch betätigte Schubumkehr, ausgeklügelte Lärmdämpfer, niedriges Gewicht bei enormen Ausmaßen: Moderne Triebwerksgondeln stecken voller Herausforderungen. Bei den Verkleidungen des GP7200-Antriebs für den Airbus A380 gehen die Ingenieure neue Wege. Dabei ist ein enger Dialog zwischen allen Beteiligten unerlässlich, da die Gondeln eine hochtechnische Verbindung zwischen Flugzeug und Triebwerk darstellen. „Die meisten Leute denken, dass eine Triebwerksgondel nur eine Röhre um den Antrieb ist. Aber in Wirklichkeit handelt es sich um ein ausgeklügeltes System“, erklärt Benoît Gosset, Leiter der Large Nacelles Division von Aircelle in Toulouse. Das zur SAFRAN- Gruppe gehörende Unternehmen produziert unter anderem die Triebwerksverkleidungen des Pratt & Whitney-Triebwerks PW6000 für den Airbus A318 und des Engine Alliance- Antriebs GP7200 für den A380. Die Hauptherausforderungen liegen im Gewicht und in der Akustik: „Die Flugzeughersteller verlangen Gondeln, die so leicht wie möglich sind und so wenig Lärm wie möglich zulassen“, erläutert Gosset. „Das Gewicht ist eine Frage der Materialien. Ein großer Teil der Gondel besteht aus Verbundwerkstoffen. Aber auch Aluminium, Titan und Stahl kommen zum Einsatz.“ Das ganze System muss temperaturbeständig sein und Deformationen aushalten. Eine große Rolle spielt die Aerodynamik, um möglichst wenig Widerstand zu erzeugen. Eine typische Gondel besteht aus rund 4.000 Teilen; knapp die Hälfte davon macht allein die Schubumkehr aus. 16 REPORT REPORT 17
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