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Streaming eines Traumabschlusses

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OTEC Präzisionsfinish hat mit seinen steuerbaren Stream-Finishing-Systemen einen Gamechanger für die Oberflächenveredelung von Motorschaufeln eingeführt, der es Fintek - die OTEC in Großbritannien vertreten - ermöglicht, einen speziellen Prozess zur Verbesserung der Prozesseffizienz und -sicherheit zu entwickeln.

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Auch im Zeitalter der modernen CNC-Bearbeitung und der konventionellen Endbearbeitungsmaschinen wird die manuelle Endbearbeitung als optimales Verfahren für Turbinenschaufeln angesehen. Der Schlüssel dazu war die Notwendigkeit, ein präzises und einheitliches Profil beizubehalten, insbesondere an den Vorder- und Hinterkanten der Klinge, wo das Verrunden unerlässlich ist, um Stärke, Integrität und Leistung der Klinge zu erhöhen.

Die immer enger werdenden Soll-Toleranzen, mit denen die Klingenhersteller arbeiten, führen dazu, dass auch die manuelle Nachbearbeitung scheitert. Obwohl ein hochqualifizierter Handfinisher die geforderten Toleranzen einhalten und das liefern kann, was optisch korrekt erscheint, zeigt die anschließende Prüfung ein weit entferntes, einheitliches Klingenprofil - insbesondere entlang der lebenswichtigen Vorderkante der Klinge. Selbst wenn die Hersteller eine ausreichende Anzahl von qualifizierten Handfinishern finden können, ist die Zeit, die benötigt wird, um ein akzeptables Ergebnis zu erzielen, übertrieben.

Dies ist die Erfahrung, die mehrere Luft- und Raumfahrthersteller mit Fintek geteilt haben, der das Problemwissen aus der Oberflächenforschung mit Getriebeherstellern für F1-Teams, deren Leistungsspitze in der kontinuierlichen und schnellen Entwicklung liegt, nutzt.

Mit über 30 Jahren Erfahrung in der Oberflächentechnik erklärt Jonathan Dean, Geschäftsführer von Fintek's: "Die Oberflächenveredelung ist ein abrasiver und subtraktiver Prozess. Die Herstellung der Soll-Oberflächenglätte über die Schaufel ist relativ einfach, während die präzise Kantenverrundung eine viel größere Herausforderung darstellt, um sicherzustellen, dass das Schaufelprofil nicht beeinträchtigt wird."

Reibungsloser Betrieb

Der Wendepunkt war die Einführung von hochsteuerbaren Stream-Finishing-Systemen von OTEC Präzisionsfinish. Dies hat es Fintek, der OTEC-Vertretung in Großbritannien, ermöglicht, ein spezielles Verfahren zur Verbesserung der Effizienz und Sicherheit von Motorschaufeln für die Oberflächenveredelung zu entwickeln.

Die Glättung der Luftfolie, des Schaufelkörpers, wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad der Schaufel aus. Je nach gewünschtem Ergebnis kann die Oberfläche in einer Stream-Finishing-Maschine der neuen Generation in wenigen Minuten auf Sollwerte von Ra < 0,2μm geglättet werden, wobei jedoch häufig ein Ra < 0,1μm oder weniger erreicht wird. Während des Prozesses wird eine minimale Materialmenge gleichmäßig von der Oberfläche entfernt.

Das Glätten und Kantenverrunden der Turbinenschaufeln erfolgt in einem einzigen Arbeitsgang. Die Messer werden in die Maschine eingespannt und in einen Behälter mit abrasiven Medien abgesenkt. Die Verarbeitung erfolgt sowohl durch die präzise gesteuerte Drehung des Behälters als auch durch die Bewegung des Messers im Medienstrom. Die Strömung zu den Schaufeln in der Maschine wird so getaktet, dass sich der Ausrichtwinkel der Schaufel in regelmäßigen Abständen ändert. Dadurch kann die Bearbeitung exakt auf bestimmte Punkte der Schaufel ausgerichtet werden, wodurch eine glatte Oberfläche und eine präzise Rundung gleichzeitig erreicht werden, ohne das Profil zu verändern.

Ein weiterer wichtiger Vorteil sind die extrem kurzen Verarbeitungszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren. Abhängig von der Größe und dem Ausgangszustand einer Klinge waren die Luft- und Raumfahrthersteller daran gewöhnt, dass eine einzelne Klinge 40 bis 50 Minuten in Handarbeit gefertigt wurde. Durch die Zusammenarbeit mit Fintek zur Erreichung der optimalen Prozessparameter konnte die Schlichtrate auf bis zu drei Minuten pro Schaufel reduziert werden. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass der Prozess drei zuvor benötigte CNC-Operationen eliminieren konnte. Bei kleineren Schaufeln berichtete ein Hersteller, dass dies den Einsatz von acht Maschinen in der Werkstatt möglicherweise ersparen könnte.

Blinkende Messer

Das individuelle Einspannen der Klingen in der Stream-Finishbearbeitung minimiert das Risiko von Beschädigungen während der Verarbeitung und alle Schritte werden in einer Maschine durchgeführt - das minimiert die Handhabung. Das OTEC SF-5 Stream-Finishing-System beispielsweise verarbeitet bis zu fünf Motorschaufeln auf einmal und sorgt so für hohe Leistung und Kosteneffizienz. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren effektiv ist, um technische Bearbeitungslinien zu entfernen und Eigenspannungen aus früheren Fertigungsstufen zu reduzieren. Dies trägt dazu bei, eine langlebigere Klinge zu schaffen, die weniger anfällig für Spannungsrisse ist.

Das Stream-Finishing-Verfahren ist auch die ideale Oberflächenvorbereitung vor der Hartbeschichtung von Bauteilen, wie sie häufig in der Luft- und Raumfahrt gefordert wird. Außerdem kann es nachträglich beschichtet werden, um restliche harte Tröpfchen zu entfernen, wie z.B. die Präzision und die Fähigkeit, den Materialabtrag zu minimieren. Aufgrund ihrer Eigenhärte können diese Tröpfchen bei beweglichen Teilen, die mit sehr engen Toleranzen ausgeführt werden, zu Verwüstungen führen.

Fintek bietet sowohl einen Subunternehmer-Service für Hersteller von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt als auch OTEC-Maschinen für die Inline-Produktion an, die Entgraten, Schleifen, Glätten und Polieren in einem einzigen Prozess kombinieren. Die Vielseitigkeit der Maschinen ermöglicht auch die Überholung von Schneidwerkzeugen und es werden große Fortschritte bei der Bearbeitung additiv gefertigter Teile gemacht.

"Leisere, leichtere und kraftstoffeffiziente Antriebssysteme sind die Hauptziele von High-Bypass-Turbolüftern wie Rolls-Royce, GE und Safran", schließt Dean. "Kraftstoffeinsparungen bei gleichbleibendem oder besserem Schub aus einem kleineren Paket am Flügel, das sicher, zuverlässig und wartungsfreundlich ist, sind die Haupttreiber bei der Suche nach einer verbesserten Oberflächentechnik, die strenge Toleranzen einhalten, die Produktivität verbessern und dies wiederholbar tun kann. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, müssen Oberflächenveredler zu Oberflächeningenieuren werden und immer enger mit ihren Kunden zusammenarbeiten."

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