08.11.2011 | Bearbeitung von Turbinen für Wasserkraftwerke

Bearbeitung von Turbinen für Wasserkraftwerke

Die Werkzeugmaschinen aus der Herstellung der Firma TOS KUŘIM - OS, a.s. finden ihren Einsatz in vielen Industriebereichen. Ein Bereich ist auch die Bearbeitung von Turbinen für Wasserkraftwerke verschiedener Größen.

Bearbeitung von Turbinen für kleine Wasserkraftwerke

Eine der Gesellschaften, die sich mit der Turbinenherstellung nicht nur für den tschechischen und slowakischen Markt, sondern auch für Kunden aus Indonesien, den Philippinen, Armenien und Mexiko befassen, ist die tschechische Firma ČKD Blansko SMALL HYDRO, s.r.o.
Beispiel der Bearbeitung einer Francis-TurbineIm Jahr 2010 befasste sich dieses Unternehmen mit einer Erweiterung sowohl der Kapazitäten als auch der technologischen Möglichkeiten der eigenen Produktion mit dem Ziel, die Herstellungskosten zu senken und Bearbeitungszeiten einzusparen, zugleich aber auch den Bedarf an firmenfremder Zusammenarbeit bei den grundlegenden Teilen abzubauen. Die tragende Idee dieser Überlegungen war die Einführung progressiver 5-Achs-Bearbeitung von komplizierten Formteilen, wie es die Laufräder der Francis-, Pelton- und Kaplanturbinen sowie deren Bestandteile sind. Bei der Ausarbeitung des Auswahlverfahrens wurden Anforderungen an die Bearbeitungsmöglichkeiten von Teilen mit größeren Abmessungen sowie auch mit größere Gewicht der folgenden Typen berücksichtigt: Spiralturbinen in Schweißausführung, Schmiede- und Gusskomponenten der Schaufelräder, Kammern, Ständer sowie ähnliche Bauteile. Da die technische Ausführung der gesamten Baugruppe an die Neigung und Durchströmung im Wasserwerk angepasst wird, wurden insbesondere folgende repräsentative Werkstücke betrachtet:
- Kaplan-Turbinen mit einem Laufraddurchmesser von 630 mm bis 1.600 mm;
- Francis-Turbinen mit einem Laufraddurchmesser von 640 mm bis 1.080 mm;
- Pelton-Turbinen mit einem Laufraddurchmesser von 780 mm bis 830 mm.

Im Rahmen der Anforderungen wurde ebenfalls eine Erweiterung des Herstellungssortiments der Francis- und der Pelton-Laufräder bis zu einem theoretischen Durchmesser von 1.800 mm sowie die Bearbeitungsmöglichkeiten von Spiralturbinen, Schränken, Rahmen und Untergestellen mit einer Höhe bis 3.000 mm und einer Länge bis 6.000 mm berücksichtigt. Als Standardmaterial wird für Turbinenschränke, Schnecken und Rohrteile üblicherweise Kohlenstoffstahl mit gewährleisteter Schweißbarkeit verwendet, für Laufräder hingegen rostfreier Stahl/Nirostahl oder rostfreier Gussstahl. In letzter Zeit finden am häufigsten aus Nirostahl geschmiedete Rohlinge Verwendung. Die Durchlaufzeit der Bearbeitung beträgt bei einfachen Schweißstücken von Rahmen und Schränken nur ein paar Tage, bei aufwendigeren Teilen, insbesondere bei Flansch- und Laufrädern, beläuft sie sich jedoch auf mehrere Wochen intensiver Bearbeitung im Dreischichtbetrieb.

Als optimal für die Anforderungen des Kunden erwies sich die Konzeption der Fahrständermaschine FU 150-V/8 aus der Produktion von TOS - KUŘIM - OS, a.s., ausgestattet mit einem CES- Drehtisch mit Abmessungen von 2.000 x 2.500 mm und einem Verschiebeweg von 1.250 mm, der für die Bearbeitung vornehmlich rotierender Teile vorgesehen ist, sowie mit einem Tischspannfeld von 3.440 x 7.040 mm für die Einspannung der Teile. Der Arbeitsplatz ist für die Aufspannung auf dem Drehtisch mit Hilfe von Zentrierdornen sowie für die Aufspannung auf dem Plattenfeld mit Zuhilfenahme von Würfeln und Winkeln konzipiert. Die Maschine verfügt über eine CNC-Steuerung Typ Heidenhain iTNC 530. Der Einsatz austauschbarer Spindelköpfe VA1 (kurze Ausführung für Vorfertigung), VP2 (winkelige Ausführung für Vorfertigung) und VK (universale Gabelausführung) aus der Produktion von TOS KUŘIM - OS, a.s. gewährleistet zugleich eine hohe Produktivität als auch die universelle Einsetzbarkeit der Maschine.

Im Hinblick auf die Bearbeitung der vorgenannten Teile überwiegt das Fräsen in Kombination mit Bohroperationen mit Schwerpunkt auf das 3D- und 5D-Formfräsen mit Indexieren oder kontinuierlicher Steuerung. Für die Erstausstattung wurde der komplette Werkzeugsatz der Firma WALTER gewählt und mit den Werkzeugen der Firma A-Tool ergänzt. Eine Besonderheit in diesem Bereich sind die verlängerten Dorne für das Fräsen tiefer Formkanäle der Schaufelräder, wo mit Erfolg Dorne mit einer Länge von bis zu 570 mm, Fräser für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit den Durchmessern 42, 32 und 20 mm sowie eine Kugelfräser R8 eingesetzt werden. Vertreten sind hierin sowohl Werkzeuge für die intensive Abtragung des Materials bei Vorfertigungs- und Bohrvorgängen, als auch Werkzeuge für die Endbearbeitung der Formfläche.

Die Turbinenhersteller aus Blansko möchten künftig zu den Spitzenlieferanten ihrer Branche gehören. Neben der optimierten Technologie soll dies durch eine Verkürzung der gesamten Lieferzeiten um 1 bis 2 Monate erreicht werden, je nach Schwierigkeitsgrad der technischen Lösung der Turbinen beträgt die übliche Durchlaufzeit derzeit ca. 9-12 Monate. Einen erheblichen Beitrag, um die gesteckten Ziele zu erreichen, wird das gelieferte Bearbeitungszentrum der FU-Reihe von TOS KUŘIM - OS, a.s. leisten. Neben der erwarteten Qualität der Bearbeitung werden hierdurch auch die gewünschte Produktivität und der Rückfluss der geleisteten Investitionen erreicht.

Bearbeitung von Turbinen für große Wasserkraftwerke

In einem weiteren tschechischen Unternehmen, der Firma ŽĎAS, a.s. werden auf einer Portalfräsmaschine aus der Produktion von TOS KUŘIM - OS, a.s. großdimensionierte Gussstücke der Schaufeln für Kaplan-Turbinen bearbeitet. Die einzelnen vorbearbeiteten Gussstücke aus Nirostahl wiegen ungefähr 20 Tonnen und werden für einen argentinischen Wasserturbinenhersteller produziert. Das für diese Bearbeitung eingesetzte Portalbearbeitungszentrum Typ FRF 300 - V/A6 mit einer Leistung von 37 kW garantiert eine ausreichende Steifigkeit in Kombination mit der gewünschten Produktivität sowie einem Minimum an Umschaltvorgängen an Rohlingen. Die mit einer modernen CNC-Steuerung der Firma Siemens ausgestattete Maschine verfügt über einen großdimensionierten Durchgang mit einem Arbeitsbereich von 3.000 x 6.000 mm und den Verfahrwegen der Achsen X = 5.000 mm, Y = 3.800 mm und Z = 1.250 mm. Weiterhin ist die Maschine mit einem Sonderwechsler für Pick-Up-Werkzeuge ausgestattet.

Die Bearbeitungsmöglichkeiten der Maschine werden durch den Einsatz austauschbarer Spindelköpfe VP2 (winkelige Ausführung für Vorfertigung) und VK (universale Gabelausführung) aus der Produktion TOS KUŘIM - OS, a.s. erweitert. Aufgrund der eigenen Betriebserfahrungen sowie anhand der Auswertung der Anlaufkurve der Produktion hat die Firma ŽĎAS, a.s. entschieden die Palette der Standardköpfe um weitere Köpfe des Typs VA1 zu erweitern, um die technologischen Prozesse der Bearbeitung zu optimieren.

Aufgrund ihres sehr engen Zeitplans äußerte die Firma ŽĎAS bei der Auftragserteilung Anfang 2009 den Wunsch, dass die Maschine noch im selben Jahr betriebsbereit übergeben werden sollte. TOS KUŘIM - OS, a.s. gelang es den Wunsch des Kunden zu erfüllen.

Die zu bearbeitenden Schaufeln sind für ein Wasserkraftwerk vorgesehen, welches derzeit auf einem der vielen Zuflüsse des Orinoko in Venezuela gebaut wird. Das Wasserkraftwerk soll mit zehn Turbinen mit einer Nennleistung von 235 MW ausgestattet werden. Dieser Turbinentyp bringt derzeit die höchste Leistung von allen Kaplan-Turbinen weltweit. Das Unternehmen ŽĎAS, a.s. bereitet für dieses Kraftwerk ebenfalls 120 weitere bereits fertig bearbeitete Guss- und Schmiedestücke vor, die für den Innenmechanismus der Turbinen bestimmt sind.

Um den vom Kunden gewünschten, sehr engen Zeitplan zu ermöglichen hat ŽĎAS, a.s. sich für den Einsatz einer weiteren Portalfräsmaschine der Baureihe FRUF C, ebenfalls aus der Produktion von TOS KUŘIM - OS, a.s., für die Bearbeitung der vorgenannten Turbinen entschlossen. Hierbei handelt es sich um den neuesten Maschinentyp mit einer Leistung von 71 kW, einem Arbeitsbereich von 4.500 x 17.000 mm und einer Durchfahrt unter dem Portal von 4.200 mm, welcher mit 6 wechselbaren Fräsköpfen ausgestattet ist. Weiterhin verfügt die Maschine über hydrostatische Führungen auf allen Achsen und einen um 3.500 mm verfahrbaren Querbalken. Der Werkzeugwechsel erfolgt mit einem Roboter im vollautomatisierten Betrieb, während die Werkzeuge in einem Magazin in Regalausführung mit 180 Ablagestellen verwaltet werden. Progressiv und zeitgemäß ist ebenfalls der Einstellplatz für die Werkzeuge. Wie bereits bei der Maschine vom Typ FRF wurde auch hier die ganze Leistung schlüsselfertig geliefert.

Im Lieferumfang enthalten war nicht nur der Ausbau der Maschinenfundamente, dem Kunden wurde ebenfalls ein über den üblichen Standardrahmen hinausgehendes Schulungsprogramm im Bereich der Personal- und Wartungsschulungen geboten. Ebenfalls erfolgte das Einfahren und Prüfen der Bearbeitungsprogramme unter der Aufsicht der Fachkräfte von TOS KUŘIM – OS, a.s.

TOS KUŘIM – OS, a.s. präsentiert sich daher als ein traditioneller Hersteller von Bearbeitungszentren, der seinen Kunden sowohl einzelne Maschinen als auch vollständige, konkrete technologische Lösungen maßgeschneidert anbieten kann, auch in anspruchsvollen Anwendungsbereichen wie beispielsweise dem Wasserkraftwerksbau.

Beispiel der Bearbeitung                                                     Beispiel der Bearbeitung der Kaplan-Turbine
einer Francis-Turbine