Ausgabe - 01-02 - 2012 - Produktion

PRÄZISIONSWERKZEUGE
RICHARD LÄPPLE, PRODUKTION NR. 1-2, 2012
Die Anforderungen an Werksto�e für die Energietechnik werden künftig
weiter steigen. Zunehmend kommen schwer zerspanbare Materialien
zum Einsatz. Bei den Herstellern von Präzisionswerkzeugen läuft
die Suche nach dem idealen Schneidsto� auf Hochtouren.
von 600 Grad Celsius und mehr erfordern
hochtemperaturfeste Werkstoffe
wie die Nickelbasislegierungen
Inconel, Udimet, Nimonic etc.
Herkömmlicher Baustahl glüht in
diesen Regionen bereits dunkelrot.
„Die Wirkungsgrade lassen sich
außerdem durch größere Anlagen
weiter nach oben treiben“, wie Peter
Jeschke vom Institut für Strahlantriebe
und Turbomaschinen an der Universität
Aachen betonte. Die Werkstücke
wie Schaufeln und Gehäuseteile
werden folglich größer, was die
Bearbeitung nicht einfacher macht.
Die größten Schaufeln finden sich
am Ausgang der Turbine. Zwar
kommen dort dank niedrigerer
Temperaturen keine Superlegierungen
mehr zum Einsatz, dafür
aber leichte Titanwerkstoffe. Auch
diese Legierungen gehören zur
ISO-S Gruppe. Lang, dünn und
schwer zerspanbar – es kommt einiges
zusammen.
Der Bedarf an ISO-S Werkstoffen
wird nicht zuletzt aufgrund eines
global steigenden Energieverbrauchs
weiter zunehmen. Daran
ändern mittelfristig auch regenerative
Energiequellen nichts. „Dampfturbinen
bleiben der zentrale Bestandteil
der Energieerzeugung des
21. Jahrhunderts“, prognostizierte
Dr. Henning Rohkamm, Projektleiter
12. Januar 2012 · Nr. 1-2 · Produktion · Trends & Reports · 11
Energietechnik: Suche nach dem
Top-Schneidstoff läuft auf Hochtouren
TÜBINGEN (HI). Die Zerspaner in
der Energietechnik, zumal im Umfeld
der Wärmekraftwerke, haben es
nicht leicht. Sie bekommen es immer
häufiger mit schwer zerspanbaren
Werkstoffen zu tun, wie
kürzlich auf dem 2. internationalen
Energieforum des Werkzeugherstellers
Walter in Tübingen zu vernehmen
war.
Der Grund liegt in der Physik der
Wärmekraftprozesse. Der Wirkungsgrad
der Kraftwerke steigt mit
den Gas- und Dampftemperaturen.
Hohe Wirkungsgrade sind aber das
A & O einer ressourcenschonenden
und kostenoptimierten Energieerzeugung.
Des Physikers Freud, des
Zerspaners Problem. Die üblichen
Turbinen-Eingangstemperaturen
Modernste Werkzeuge sind gefordert,
damit später die Turbinenmontage
problemlos läuft. Bild: Siemens
INTERVIEW
DIETMAR POLL, PRODUKTION NR. 1-2, 2012
Radnabenantriebe erleben derzeit ein Comeback. Wir sprachen mit
Dr. Gunter Freitag von der zentralen Siemens-Forschungsabteilung
‚Corporate Technology‘, was dahinter steckt.
mobile Anwendungen. Unser
Radnabenantrieb ist als permanent-erregte
Synchronmaschine
aufgebaut, damit erreichen wir eine
hohe Leistungsdichte. Wichtig
ist hierbei ein guter Wirkungsgrad
im Teillastbereich, weil solch eine
Maschine im Fahrzeugeinsatz die
meiste Zeit eben nicht unter Volllast
betrieben, sondern eher mit
mäßiger Leistung und dafür dynamisch
beansprucht wird.
Für welchen Einsatzbereich ist
dieser vorgesehen?
Ein solcher Radnabenmotor könnte
vor allem in Fahrzeugen zum
Einsatz kommen, die hauptsächlich
in Städten fahren. Eine hohe
Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs
ist also nicht das Ziel. Wir
wollten die Radnabenmaschine
als Antrieb verwenden und gleichzeitig
damit die Reibbremse auf
Anspruchsvoller Einsatz in der Energietrechnik: Bohren einer Gasturbinen-Radscheibe mit speziellen
XD-Bohrern von Walter bei Siemens Energy in Berlin. Bild: Läpple
Komponentenentwicklung Dampfturbinen,
Siemens Energy.
Bei Werkstücken aus Inconel &
Co sind modernste Werkzeuge gefragt.
Am liebsten würden die Fertigungsverantwortlichen
einen
Gummidiamanten ins Futter und
in die Halter spannen. Aber diesen
Wunderschneidstoff gibt es leider
nur in der Theorie. Dr. Christian
Wagenknecht, Alstom, fasste die
vom Werkzeug im Turbinenbau
verlangten Eigenschaften zusammen:
„Hohe mechanische und
thermische Resistenz, geringe Neigung
zu Aufbauschneiden, möglichst
gute Wärmeleitfähigkeit, keine
Neigung zur Diffusion.“ Mit den
typischen hohen Zerspanungskräften
müsse man auf einem vorhandenen
Maschinenequipment zurechtkommen.
Bleibt also nur zu
folgern: um die Entwicklungen im
Gas- und Dampfturbinenbau in der
Fertigung künftig zu meistern, ist
vor allem am Werkzeug als wichtigster
Stellschraube zu drehen.
Das passiert auch in den Entwicklungsabteilungen
im Hause Walter.
Ein Meilenstein für die Bearbeitung
von ISO-S-Materialien war beispielsweise
die Markteinführung
von Wendeplatten mit PVD-Aluminiumoxid-Beschichtung.
Das PVD-
Verfahren bewirkt aufgrund niedriger
Prozesstemperaturen, dass die
Zähigkeit des Hartmetalls erhalten
bleibt, die Hartschicht Aluminiumoxid
unterstützt die Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit.
Mit diesen
Schneidstoffen ist daher ein großer
Step in Richtung ‚idealer Schneidstoff‘
gelungen. Weitere bedeutende
Schritte in der Werkzeugent-
Radnabenantriebe schaffen völlig neue Möglichkeiten
Herr Freitag, welche Art von
Radnabenmotor entwickeln Sie?
Ergänzend zum aktuell verfügbaren
Antriebsportfolio der Siemens
Business Unit ‚Electric Car‘ arbeiten
wir in der zentralen Siemens-
Forschung an der Entwicklung eines
Radnabenantriebs für auto-
IDEEN-WERKSTATT
Corporate Technology
Siemens entwickelt Lösungen sowohl
für die Elektromobilität wie
auch für die gesamte Energieumwandlungskette.
Bei der Elektromobilität
beschäftigt sich Siemens sowohl
mit der Fahrzeugseite (z.B. den
elektrischen Antrieben) wie auch
mit der nötigen Infrastruktur. ‚Corporate
Technology‘ ist die sektorübergreifende
Ideen-Werkstatt.
Werkstücke wie Schaufeln
werden immer größer
DR. GUNTER FREITAG, SIEMENS
„Wichtig ist ein guter
Wirkungsgrad im
Teillastbereich.“
Dr. Gunter Freitag,
Siemens Forschungsabteilung
Corporate Technology
Bohrwerkzeuge arbeiten
mit Innenkühlung
der Hinterachse ersetzen. Dementsprechend
haben wir sie als
Motor und zugleich als Bremse
optimiert. Damit wir sie als Bremse
verwenden können, muss sie
kurzeitig sehr hohe Drehmomente
aufbauen können – und das über
den gesamten Drehzahlbereich
hinweg. Je mehr Bremsmoment
die elektromotorische Bremse
übernehmen kann, desto mehr kinetische
Energie des Fahrzeugs
kann wieder in elektrische Energie
überführt und in der Batterie gespeichert
werden. Gleichzeitig
muss sie leistungsstark genug sein,
um ein Stadtfahrzeug über längere
Strecken anzutreiben.
Wie wollen Sie den negativen
Einfluss auf das Fahrverhalten
durch den Radnabenantrieb
vermeiden?
Radlastschwankungen und zu geringen
Teilen Aufbaubewegungen
werden durch die Massen an den
Rädern beeinflusst, die somit das
Fahrverhalten mitbestimmen. Der
Einfluss dieser ungefederten Massen
wird allerdings deutlich über-
„Dampfturbinen
bleiben zentraler
Bestandteil der
Energieerzeugung.“
Dr. Henning
Rohkamm,
Siemens Energy
wicklung vollziehen sich beim spiralisierten
Tieflochbohren. Die XD-
Technologie (XD = extremely deep)
von Walter eignet sich inzwischen
für Bohrtiefen bis 70xD. Die Bohrwerkzeuge
mit Innenkühlung werden
aus Vollhartmetall hergestellt.
Der Hauptvorteil: Das Zurückfahren
zur Späneentleerung (‚Lüften‘)
erübrigt sich.
Unter Mitwirkung des entsprechenden
Kühlmitteldrucks schrauben
sich die Späne von selbst aus
der Bohrung. Die Prozesssicherheit
ist hoch, die Zeitersparnis enorm.
XD-Bohrer finden zahlreiche Anwendungen
in der Energietechnik,
etwa Kühlbohrungen, die aufgrund
der hohen Prozesstemperaturen
bei Dampf- und Gasturbinen notwendig
sind. Die Werkzeuge erlauben
selbst bei Inconel hohe Schnittgeschwindigkeiten.
www.walter-tools.com
e mobility
Made in Germany
schätzt. Es gibt genügend Untersuchungen
und Studien die nachweisen,
dass sie sich in diesem
Einsatzbereich für den durchschnittlichen
Autofahrer nicht
spürbar auswirken.
Nennen Sie die Vorteile Ihres
künftigen Radnabenantriebs.
Wenn ein Radnabenantrieb verwendet
wird, entfallen Getriebe,
Differential und Wellen. Neben
dem Platz, den man dabei gewinnt,
werden dadurch auch Gewicht
und Kosten eingespart. Mit
Radnabenmaschinen lassen sich
verteilte Antriebe leicht umsetzen.
Damit ergeben sich neue Möglichkeiten
für die Fahrdynamik, wie
zum Beispiel Torque Vectoring,
mit dem das Lenkverhalten des
Fahrzeugs mit Hilfe des Antriebs
gesteuert werden kann. Langfristiges
Ziel der Entwicklung ist Antrieb,
Bremse, Dämpfung und
Lenkung in einem Rad-Modul zusammenzufassen.
Die vollständige
Integration des Antriebs in das
Rad schafft völlig neue Freiheiten
bei den Fahrzeugkonzepten.