Ersatzteile fertigen

Klaus Vollrath,

Fräsständer-Anlage in der Instandhaltung

Die Instandhaltung von Wasserkraftwerken ist aufwändig, da in der Regel ein gut sortiertes Ersatzteillager fehlt. Um die Einsatzbereitschaft sicherzustellen, müssen schon mal ganze Bauteile neu gefertigt werden. Die tonnenschweren Ersatzteile stellen hohe Anforderungen an das Fräszentrum. Von Klaus Vollrath

Das neu beschaffte Fahrständer-Fräszentrum FBF M 6000 von MTE passt von den Abmessungen und der Einsatzflexibilität her zu den vielfältigen Anforderungen der Illwerke. © Illwerke VKW

Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke sorgen mit ihrer kurzen Reaktionszeit für die Ausregelung von Lastveränderungen im Stromnetz und tragen so wesentlich zu einer stabilen Energieversorgung bei. Sie unterliegen starken mechanischen Beanspruchungen und entsprechendem Verschleiß. Das erfordert laufende Kontrollen, Revisionen und Reparaturen bis hin zur Neuanfertigungen von kleinen bis sehr massiven Bauteilen. Zu den Kernstücken der Instandhaltungswerkstatt zählt daher ein großes und leistungsfähiges Fräsbearbeitungszentrum, das so flexibel wie möglich einsetzbar sein muss, um möglichst viele der anfallenden Aufgaben bewältigen zu können.

„Wir sind verantwortlich für die Instandhaltung von insgesamt 22 Wasserkraftwerken mit jeweils unterschiedlichen Leistungskenngrößen und Charakteristiken“, erläutert Ingenieur Stefan Pfeifer, Abteilung Maschinenbautechnik der Illwerke vkw in Vandans (Österreich). Der Kraftwerkspark besitzt eine Pumpleistung von 1,4 GW und eine Turbinenleistung von 2,4 GW. Damit kann erneuerbare Energie aus Wasserkraft ins Netz geliefert und überschüssige elektrische Energie aus dem Stromnetz durch Hochpumpen von Wasser in höher gelegene Stauseen eingespeichert werden. Jedes dieser Kraftwerke hat andere Charakteristiken und Leistungskenndaten. Bei den eingesetzten Pumpen, Turbinen und Generatoren, die teilweise auch bis zu 100 Jahre alt sein können, handelt es sich meist um Unikate, für die es nirgendwo ein sortiertes Ersatzteillager gibt. Um die Einsatzbereitschaft der Kraftwerke sicherzustellen, muss die Instandhaltung Mechanik CNC in Vandans daher alle denkbaren Aufgaben wahrnehmen: von Überholungen und Nachbearbeitungen bei Auftragsschweißungen bis hin zur kompletten Neuanfertigung von Bauteilen aus einem breit gefächerten Rohteilspektrum (Bleche, Schmiedeblöcke, Gussteile). Dabei geht es um Bauteilgrößen von faustgroßen Spannmuttern bis hin zu Werkstücken mit Abmessungen von mehreren Metern und Gewichten bis zu etwa 25 t. Bearbeitet wird ein bunter Materialmix aus Stählen, Edelstählen, Gusseisen, Messing oder Bronze.

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Flexible Fahrständer-Anlage ersetzt Starrbett-Fräsmaschine

„Mit dem neuen Fahrständer-Fräsbearbeitungszentrum FBF-M 6000 von MTE haben wir eine in die Jahre gekommene Starrbett-Fräsmaschine ersetzt“, verrät Christoph Schuchter, Instandhaltung Mechanik CNC der Technischen Instandhaltung in Vandans. Mit der alten Anlage habe man nicht mehr alle gewünschten Arbeiten ausführen können, und zwar sowohl von den Abmessungen her als auch bezüglich der geforderten Genauigkeiten. Zu den Aufgabenstellungen gehöre beispielsweise die Bearbeitung von Dichtflächen im Inneren von Ventilen oder das Ausspindeln von Lagersitzen, und das fluchtend von beiden Seiten. Dabei müsse die geforderte Genauigkeit selbst bei voll ausgefahrenem Fräskopf gewährleistet werden können.

Die neu beschaffte Anlage entspreche in ihren Charakteristiken und Merkmalen den gestellten Anforderungen. Der Ständer hat einen Verfahrweg von 6.000 mm in der X-Achse, die vertikale Achse einen Hub von 3.000 mm und der Querschieber (Z-Achse) einen solchen von 1.500 mm. Der Aufspannbereich ist dreifach unterteilt: Der mittig angeordnete, mit 40 t belastbare Drehtisch mit einer Aufspannfläche von 3.000 mm × 2.500 mm kann um (W) 1.500 mm nach außen verschoben werden. Auf den beiden rechts und links davon angeordneten Plattenfeldern können damit auch sehr große bzw. lange Werkstücke aufgespannt werden. Die auf einem der Plattenfelder befestigte automatische Kopfwechselstation für drei Fräsköpfe kann in solchen Fällen entfernt werden. Der Bediener ist in einer horizontal mitfahrenden Bedienerkabine untergebracht, die er im Bedarfsfall auch vertikal verfahren kann. So kann der Arbeitsprozess auch bei großen Bauteilen direkt eingesehen und überwacht werden.

„Die Größe und Festigkeit der zu zerspanenden Bauteile erfordern eine robuste Grundkonstruktion der Maschine. Ein hohes Drehmoment bereits bei geringer Drehzahl ist für Spindelvorgänge erforderlich“, ergänzt Pfeifer. Unter diesem Gesichtspunkt habe die steife, stark verrippte Bauweise der MTE-Anlage aus schwingungsdämpfendem Guss überzeugt, ebenso wie die INA-Linearführungen in allen Achsen. Beim Querschieber sorgen zusätzlich noch Flachführungen mit geschabtem Turcite-Belag für zusätzliche Dämpfung. Dieses Konzept ist vor allem bei der Bearbeitung großer Bauteile mit weit ausgefahrenem Fräskopf von Bedeutung. Dank hochdynamischer digitaler Antriebe erreichen die Achsen im Eilgang bis zu 25.000 mm/min.

Der Hauptspindelmotor hat eine Leistung von 40 kW und treibt über ein ölgekühltes 3-Stufen-Getriebe im Frässchieber einen stufenlos verstellbaren Diagonalfräskopf mit „SK 50 Big Plus“-Spindelsystem an. Deren simultane Kegel- und Plan- anlage sorgt für eine sehr stabile Verbindung zwischen Maschine und Werkzeug. Der Fräser erreicht damit bis zu 4.000 min-1 und ein maximales Drehmoment von bis zu 1.940 Nm. Der Fräskopf kann dank seiner Ölkühlung mit 100 Prozent ED gefahren werden. In einer Wechselstation mit drei Plätzen kann er automatisch getauscht werden, zum Beispiel gegen eine Fräsbohrspindel für die Schruppbearbeitung.

Für besonders filigrane Arbeiten beispielsweise im Inneren enger Gehäuse oder im Bereich der Störkanten von Wellenflanschen kann der Kopf mit einem schlanken, gekröpften Vorsatz-Fräskopf mit einer Länge von 500 mm und einer im 90°-Winkel angeordneten kleinen Spindel ausgerüstet werden. Trotz der langen Auskragung ist das Werkzeug sehr steif, da die auftretenden Bearbeitungskräfte über ein stabiles Gehäuse und eine Hirth-Verzahnung als Schnittstelle in den Fräskopf geleitet werden.

Sorgfältiger Auswahlprozess

„Bei der Auswahl der Lieferfirma für dieses Sonderprojekt sind wir sehr sorgfältig vorgegangen und haben mithilfe einer entsprechenden Ausschreibung mehrere Anbieter einbezogen“, erinnert sich Schuchter. Bei den meisten hiervon habe man nicht nur die Lieferanten selbst, sondern auch Referenzanwender aufgesucht, um sich einen realitätsnahen Eindruck zu verschaffen. Dabei habe die Eignung zur Schwerzerspanung weniger im Vordergrund gestanden als vielmehr das leistungsstarke Gesamtkonzept der Anlage. Die Vielfalt an Anforderungen verlangte nach hoher Flexibilität bei den Einsatzmöglichkeiten. Da die Platzverhältnisse jedoch beschränkt waren, kam ein weiteres wichtiges Kriterium ins Spiel: die Einpassbarkeit in die vorhandenen Räumlichkeiten. Der zur Verfügung stehende Raum sollte bestmöglich genutzt werden, da ein Neubau nicht in Frage kam. Die Entscheidung fiel dann letztlich für MTE, weil dieser Anbieter im Rahmen des vorhandenen Bauraums die maximal möglichen Verfahrwege und gleichzeitig alle weiteren Anforderungen realisieren konnte.

„Um die ins Auge gefasste Fräsanlage in die Halle einzupassen, mussten wir zusammen mit MTE ein größeres 3D-Puzzle zusammensetzen“, sagt Pfeifer. Dies erforderte eine enge partnerschaftliche Zusammenarbeit beider Firmen, weil dabei nicht nur die Verhältnisse über Flur, sondern auch der vorhandene Bauraum für die Fundamente berücksichtigt werden musste. Als besonderes Handicap erwiesen sich die Fundamente der Pfeiler in der Halle, welche wegen des 25-t-Krans sehr massiv ausgelegt wurden und unter Flur noch ein Stück weit in die Halle hineinragen. Für die Planung der nötigen Modifikationen der Anlage erhielt MTE eine 3D-Darstellung der Halle einschließlich der Lage der Fundamente. Diese Umbauten erwiesen sich als sehr umfassend und erforderten Änderungen an zahlreichen Einheiten wie dem Spänetransportsystem, für das unter Flur mehrfache Umlenkungen vorgesehen werden mussten. Zudem mussten sowohl die Plattform der Maschine, welche unter anderem das Hydraulikaggregat sowie den Schaltschrank trägt, als auch die Bedienerbühne modifiziert werden. Diese Modifikationen flossen dann wiederum in die Fundamentplanung ein.

Mithilfe dieser Planungsunterlagen wurde der Zeitplan für das Gesamtvorhaben ausgearbeitet. Dies umfasste den Abbau und Abtransport der alten Fräsmaschine, den Abriss des alten Fundaments, das Gießen des neuen, 700 t wiegenden und schwingungsgedämpften Fundaments sowie schließlich die Montage und Inbetriebnahme der neuen Anlage. Trotz des engen Zeitrahmens konnte die Anlage im Mai 2019 fristgerecht in Betrieb genommen werden. „Das neue Fräsbearbeitungszentrum ist inzwischen voll im Einsatz und hat sich bestens bewährt“, so Schuchter.

Klaus Vollrath, freier Journalist / ag

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