Turbinenschaufeln

Flugzeugturbine, Gasturbine, Wasserturbine schleifen mit VSM Schmirgelpapier

Herstellung

  • Ob beim Entfernen von Angüssen oder dem Entgraten: Mit unseren Keramikkorn Schleifmitteln erzielen Sie hohen Abtrag in kurzer Zeit
  • Insbesondere beim Oberflächenschliff von Titan kommt unser bewährtes Siliziumkarbid Schleifmittel zum Einsatz
  • Egal ob Flugzeug-, Gas- oder Wasserturbine: VSM bietet ein breites Produktportfolio mit Schleifbändern und -scheiben von grob bis fein

Reparatur

  • Gefügeveränderungen oder Mikrorisse durch Wärmeeintrag sind beim Turbinenschliff unverzeihlich
  • Mit dem geometrisch geformtem Schleifkorn VSM ACTIROX entsteht durch eine kurze Kontaktzeit sowie einen schnelleren Schliff automatisch weniger Wärme
  • Auch mit VSM CERAMICS in Kombination mit TOP SIZE ist maximaler Abtrag in kurzer Zeit garantiert – mit verringerter Wärmeeinbringung

Turbinenschaufeln: maximale Präzisionsarbeit

Das Triebwerk eines Airbus A-380 ist ein beeindruckendes Gesamtkunstwerk, konzipiert für extreme Höchstleistungen. 20 000 Einzelteile, 6,5 Tonnen Gewicht, und bei vollem Schub steigen die Temperaturen in den Brennkammern auf über 2000 Grad. Das muss man erst mal aushalten können. Damit die Turbinenschaufeln diese extremen Temperaturen, die sie teils sogar zum Glühen bringen, sowie starke Zugbelastungen und Vibrationen meistern, werden sie aus hochbelastbaren und langlebigen Materialien hergestellt: Titanlegierungen, Nickelbasis-Superlegierungen und Wolfram-Molybdän-Legierungen. Hier muss 100 Prozent fehlerfrei gearbeitet werden, mit außerordentlicher Oberflächengüte, höchster Präzision und Maßhaltigkeit. Die Industrie zum Schleifen von Engine Components ist deshalb eines der anspruchsvollsten Marktsegmente überhaupt.

Flugzeug-, Gas- und Wasserturbinen

Turbinenschaufeln aus Titan werden in erster Linie von der Flugzeugindustrie in Flugzeugtriebwerken genutzt. Der zweite relevante Markt ist jener für industrielle Gasturbinen, meist aus Inconel gefertigt, die zur Stromerzeugung, aber auch als mechanische Antriebsmaschinen verwendet werden. Die kleinste erhältliche Turbine aus Edelstahl findet sich in Wasserturbinen, die beispielsweise im Freizeitbereich (Pools, Schwimmbäder) oder für kleinere Wasserkraftwerke genutzt werden.

Verwendete Werkstoffe

Um ihre thermische Beständigkeit und ihren Widerstand gegen Abnutzung noch einmal zu verbessern, werden Turbinenschaufeln aus Titan oder Inconel in den meisten Fällen beschichtet. Diese Materialeigenschaften stellen allerdings besondere Herausforderungen an die spanende Bearbeitung dar, denen VSM mit seinen Ceramics- und Compactgrain- Serien gerecht wird. Das Leichtmetall Titanium, rund halb so schwer wie Stahl, hat bei bestimmten Legierungen eine hohe Festigkeit und eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Aber unter dem Einfluss der Temperatur ist es sehr empfindlich und versprödet schnell. Bei der Bearbeitung neigt es durch den hohen Druck an der Kornspitze zur Kaltverfestigung und zur plastischen Verformung. Deshalb ist es notwendig, mit scharfen Werkzeugen und der richtigen Schnittgeschwindigkeit zu arbeiten. Aufgrund des komplizierten Herstellungsprozesses ist Titan etwa 30-mal teurer als herkömmlicher Stahl.

Ebenfalls sehr schwer zerspanbar ist Inconel, eine hochwarmfeste Nickelbasislegierung, welche vorwiegend in der Gasturbinenindustrie, teils auch in der Luftfahrtbranche verwendet wird. Aber auch in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Medizintechnik ist es zu finden. Die größten Vorteile sind der gute Erhalt der Festigkeit und Härte bei hohen Temperaturen sowie die hervorragende Korrosionsbeständigkeit. In Kombination mit Chrom, Mangan und anderen Legierungen ist Inconel jedoch extrem schwierig zu bearbeiten. Das Material ist sehr zäh und neigt wegen des hohen Drucks an der Kornspitze ebenfalls zur Kaltverfestigung beim Schneiden. Auch hier werden deshalb scharfe Korntypen und ein kühler Schliff empfohlen.

Besonderheiten in der Verarbeitung

Gekrümmte Flächen und viele schwer zugängliche Teile – das Schleifen ist bei der Fertigung von Turbinenschaufeln deshalb die erste Wahl. Die größte Herausforderung bei der Schleifbearbeitung ist die entstehende Wärme im Schleifprozess, sowohl bei Titan als auch bei Inconel. Titan z. B. reagiert sehr, sehr empfindlich auf Hitze. Es darf sich somit nicht zu stark erwärmen, da es ein sehr schlechter Wärmeleiter ist. Die hohe Konzentration von Zerspanungswärme in der Spanentstehungszone führt sonst zu Mikro- bzw. Spannungsrissen. Hinzu kommt die grundsätzlich schwere Zerspanbarkeit von Titan und Inconel. Besonders wichtig ist deshalb, Schleifmittel und Schleifparameter zu optimieren, also die ideale Kombination von Schleifmittel und Maschineneinstellung zu finden.

Schleifaufgaben von grob bis fein

Bei der Bearbeitung von Turbinenschaufeln geht es in erster Linie um Arbeiten an Schweißnähten und Angüssen, um Entgraten, um Anfasen und das Erstellen oder Wiederherstellen von definierten Oberflächenstrukturen. Empfohlen für diese Bearbeitung werden die selbstschärfenden Keramikkorn-Schleifbänder aus den VSM Ceramics- und VSM Ceramics Plus Serien. Sie sorgen für hohen Abtrag in kürzester Zeit und die schleifaktive Zusatzschicht Top Size reduziert die Temperatur in der Schleifzone noch einmal deutlich. Für besonders schnelle Ergebnisse und ein „Plus an Schleifleistung“ kann auch VSM Actirox verwendet werden, welches mit seinen geometrisch geformten Schleifkörnern und optimiertem Selbstschärfungseffekt den maximalen Abtrag pro Zeiteinheit verspricht. Speziell für den Oberflächenschliff raten wir zu unserem Siliziumkarbid-Schleifmittel.

Schleifverfahren und Einsatz von Maschinen

Für die maschinelle Verarbeitung von Turbinenschaufeln werden meist Backstands, sogenannte Schleifböcke, genutzt. Dabei handelt es sich neben dem klassischen handgeführten Schliff auch um stationäre Maschinen, die hauptsächlich von Robotern bedient werden. Je nach Größe des Werkstücks wird das Schleifaggregat entweder über das Werkstück geführt – oder der Roboter führt die Schaufel an den Schleifbock. Alternativ kommen auch „Hand Power Tools“ zum Einsatz wie Winkelschleifer, Dynafile-Schleifer, Trommelschleifer und andere.

Unterschiedliche Anforderungen bei Herstellung und Reparatur

Ganz verschiedenen Anforderungen müssen Schleifmittel bei der Produktion und Reparatur der Turbinenschaufeln gerecht werden. Bei der Herstellung geht es, vereinfacht gesagt, um die Bearbeitung gegossener oder geschmiedeter Teile, die im Rohzustand geschliffen werden, um eine Oberfläche zu erzeugen bzw. ein bestimmtes Maß herzustellen, zeichnungsgerecht. Hier kommt neben den VSM Keramikkorn-Schleifmitteln gerne VSM Siliziumkarbid zum Einsatz, welches ein ausgesprochen feines Schliffbild erzielt.

Bei der Reparatur hingegen werden die gebrauchten Turbinenschaufeln auf Schäden hin geröntgt und anschließend geschweißt. Hauptaufgabe beim Schleifen ist hier die Nachbehandlung der Schweißarbeiten, um das Werkstück wieder auf das gewünschte und erforderliche Maß zu bekommen. Es geht also vorwiegend darum, Schweißnähte zu entfernen und Oberflächen zu behandeln, ohne Mikrorisse zu erzeugen. Auch hier sind die VSM Keramikkorn-Schleifmittel die ideale Wahl – von VSM Ceramics bis VSM Actirox.