Präzisionsfertigung von Turbinenschaufeln für Industriegasturbinen

Eine Industriegasturbine besteht aus drei zentralen Einheiten: Kompressor, Brennkammer und der eigentlichen Turbine, in der die heißen Abgase die Schaufeln antreiben und so Energie in Rotationsbewegung umwandeln. Die Anforderungen an diese Schaufeln sind extrem: hohe Temperaturen, starker Druck und permanente Fliehkräfte im Betrieb. Gleichzeitig mit den Kundenanforderungen an Effizienz und Lebensdauer steigt auch die Anforderung an die Präzision der Fertigung. Werkstoffe wie Aluminium und Titan mit ihren spezifischen Zerspanungseigenschaften und zunehmend komplexere Schaufelgeometrien machen die Herstellung zur echten Herausforderung.

Hersteller von Industriegasturbinen stehen vor einem spezifischen Anforderungsprofil, das sich deutlich von anderen Branchen unterscheidet:

Dauerbetrieb als Maßstab: Im Gegensatz zu Triebwerken in der Luftfahrt laufen Industriegasturbinen oft über Monate ohne Unterbrechung. Jede Schaufel muss über diesen Zeitraum vollständig funktionszuverlässig bleiben. Verschleiß, Passungenauigkeiten oder Oberflächenfehler verkürzen die Standzeit der gesamten Anlage und verursachen kostspielige Stillstände.

Zunehmend komplexe Geometrien: Moderne Turbinenschaufeln werden aerodynamisch immer aufwendiger gestaltet, um den Wirkungsgrad der Anlage zu maximieren. Freiformflächen mit engen Toleranzen, präzise Fußgeometrien für die Rotorverbindung und scharfe Übergänge zwischen Schaufelblatt und Fuß fordern sowohl Maschine als auch Werkzeug.

Schwer zerspanbare Werkstoffe mit hohen Vorschüben: Aluminium- und Titanlegierungen für Gasturbinenschaufeln müssen mit hohen Vorschüben bearbeitet werden, um wirtschaftliche Zykluszeiten zu erreichen. Gleichzeitig verlangt das Werkstoffverhalten – insbesondere die Neigung zur Aufbauschneide bei Aluminium und zur Kaltverfestigung bei Titan – exakt abgestimmte Schnittbedingungen.

Wirtschaftlichkeit im Dauerbetrieb: Turbinenhersteller fertigen in der Regel größere Stückzahlen. Werkzeugstandzeiten und Zykluszeiten wirken sich dabei direkt auf die Gesamtkosten aus. Hier zahlt sich eine abgestimmte Werkzeugstrategie mehrfach aus.

Schruppen mit Vworx – maximales Zeitspanvolumen für wirtschaftliche Serienfertigung

Den volumenstärksten Schritt übernimmt Vworx 25 261 mit Schneidplatte 02 11 820. Als Fräser für die NE-Bearbeitung ist er auf hohe Schnittleistung bei gleichzeitig stabiler Prozessführung ausgelegt. In der Serienfertigung summiert sich diese Effizienz über alle Bauteile: kürzere Zykluszeiten bedeuten direkt geringere Stückkosten.

VHM-Vollradiusfräser entfernt Restmaterial

Nach dem Schruppen übernimmt der VHM-Vollradiusfräser NV01 (164239) die geometrisch anspruchsvollen Bereiche, wie Übergänge, Radien und den Schaufelfuß, die der Wendeplattenfräser nicht vollständig erreicht. Das Ergebnis ist ein gleichmäßiges, definiertes Aufmaß und damit die Voraussetzung dafür, dass der Bogensegmentfräser im nächsten Schritt seine volle Leistung entfalten kann, ohne durch ungleichmäßige Schnittkräfte belastet zu werden.

Bogensegmentfräser für das Schlichten

Die Schaufeloberfläche entscheidet unmittelbar über den Strömungswiderstand und damit über den Wirkungsgrad der gesamten Turbine. Der Bogensegmentfräser PB02 (162381) erlaubt im Vergleich zu Kugelfräsern deutlich breitere Zustellbahnen bei gleicher oder besserer Oberflächengüte und reduziert die Schlichtzeit erheblich. Das Ergebnis sind Oberflächen, die die geometrischen Anforderungen moderner Gasturbinenschaufeln ohne Nacharbeit erfüllen.

Die abgestimmte Werkzeugkette aus Vworx, Vollradiusfräser und Bogensegmentfräser liefert das, was in der Energieerzeugung zählt: reproduzierbare Qualität bei kurzen Zykluszeiten. Das gleichmäßige Aufmaß nach dem Schruppen schützt das Schlichtwerkzeug, stabilisiert den gesamten Prozess und sichert die Maßhaltigkeit auch über längere Serien hinweg.

Der Bogensegmentfräser setzt dabei einen eigenen Maßstab: Mit seinen deutlich breiteren effektiven Zustellbahnen verkürzt er die Schlichtzeit signifikant und erzielt dennoch Oberflächen, die den Wirkungsgrad der Turbine unmittelbar fördern. Weniger Nacharbeit, kürzere Durchlaufzeiten, stabile Prozesse – ein klarer Gewinn für die Wirtschaftlichkeit der gesamten Produktion.