When it is all about speed and precision

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aerospace

Wenn es schnell gehen und präzise sein muss …

Starrag stattet das fünfachsige Schaufelbearbeitungszentrum LX 051 mit einem sechsachsigen Roboter aus, der das Be- und Entladen sowie das Umspannen der Bauteile übernehmen kann. Diese flexible Roboterzelle arbeitet präzise und schnell – ideal für zahlreiche Kunden aus der Luftfahrtindustrie und Energietechnik. Zudem nutzt Starrag eine solche Roboterzelle selbst, um im Kundenauftrag Produktionsspitzen abzufangen oder in kürzester Zeit Prototypen herzustellen, wie zum Beispiel für den belgischen Luftfahrt- Zulieferer Techspace Aero.

In der Prototypenfertigung herrscht besonders hoher Zeitdruck. Schließlich gilt es, Entwicklungszeiten kurz zu halten und möglichst schnell mit den neuen Produkten auf den Markt zu kommen. Da macht die Luftfahrtindustrie keine Ausnahme. Die Starrag AG, deren Maschinen auf die Anforderungen dieser Branche spezialisiert sind, bietet ihren Kunden diesbezügliche Unterstützung an. Sie betreibt an ihrem Stammsitz in Rorschacherberg (Schweiz) ein Center of Production Excellence, kurz CPE genannt. Dieses Anwendungszentrum ist mit aktuellen fünfachsigen Bearbeitungszentren ausgestattet, mit denen sich unterschiedlichste Strömungsfl ächen ebenso wie komplexe Strukturbauteile erzeugen lassen. Die Starrag Technologen optimieren dort neue, anspruchsvolle Bearbeitungsprozesse. Sie übernehmen aber auch Kundenaufträge zur Prototypenfertigung und entschärfen Produktionsengpässe bei der Herstellung von Turbinen-, Kompressorenschaufeln, Impellern, Blisks und komplexen Strukturteilen.

Ein Allrounder: die flexible Roboterzelle

Im CPE befi ndet sich unter anderem eine automatisierte Fertigungszelle, die als Kernelement das Bearbeitungszentrum LX 051 enthält. Starrag entwickelte die LX-Baureihe speziell für die hochgenaue, effi ziente simultane 5-Achs-Bearbeitung von Turbinenschaufeln. In diese Maschine wird ein sechsachsiger Roboter integriert, der durch seine freie Programmierbarkeit für hohe Flexibilität sorgt. Er automatisiert nicht nur das Be- und Entladen, sondern kann – je nach Produktionsaufgabe – für das automatische Umspannen der Bauteile sorgen, integrierte Messvorgänge unterstützen und vieles mehr.

So steckt in dieser Roboterzelle nicht nur die jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung von Werkzeugmaschinen und Spezialwerkzeugen, sondern auch Starrags weitgreifendes Know-how in der Prototypen- und Serienfertigung von Turbinenschaufeln sowie in der Automatisierung der Prozesse.

Marktsegmentleiter Aero Engines & Power Turbines, Rainer Hungerbühler ist von der Roboterzelle überzeugt: »Sie verspricht durch ihre Flexibilität und den automatisierten, bedienerarmen Betrieb einen hohen Kundennutzen, so dass wir sie bereits erfolgreich ausgeliefert haben. Aber auch unsere eigene Roboterzelle im CPE konnte bereits mehrfach ihre Leistungsfähigkeit beweisen – zuletzt für die Firma Techspace Aero in Belgien, einem großen Zulieferer der Luftfahrtindustrie.«

Schnelle Fertigung im Mehrschichtbetrieb

Techspace Aero, ein Unternehmen der französischen Safran-Gruppe, ist weltweiter Marktführer in der Entwicklung und Fertigung von Niederdruckkompressoren für zivile Flugzeugmotoren. Aufgrund der erfolgreichen Entwicklungen der letzten Jahre startet heute alle zwei Sekunden ein Flugzeug mit dem Niederdruckkompressor von Techspace Aero. So wuchs das Unternehmen in den letzten Jahren auf eine Größe von 1.450 Mitarbeitern und erreichte zuletzt einen Jahresumsatz von 650 Millionen Euro.

Techspace Aero erhielt kürzlich den Auftrag, einen leistungsstarken Niederdruckkompressor für ein neues Triebwerk herzustellen. Um den engen Zeitplan für spezielle Funktionstests einhalten zu können, wurde ein Satz neuer Starterschaufeln benötigt. Aufgrund der knappen Entwicklungszeit des neuen Flugzeugmotors LEAP, der in den nächsten Jahren seinen Vorgänger CFM56, einen der erfolgreichsten Flugzeugmotoren der letzten Jahrzehnte, ersetzen wird, war es nötig, in kürzester Zeit die neu entwickelten Kompressorschaufeln zu fertigen und zu testen.

Tom Henkes, Prozessingenieur bei Techspace Aero, erklärt: »Ich hatte bei meinem letzten Besuch bei Starrag in Rorschacherberg die Roboterzelle auf Basis der LX 051 gesehen und war begeistert von ihrer Flexibilität und Autonomie. Auf meine Frage, ob eine Fertigung der von uns benötigten Schaufelsätze in einem Zeitraum von wenigen Wochen möglich wäre, erhielt ich eine positive Antwort. Die Roboterzelle hat es uns ermöglicht, im 3-Schichtbetrieb sieben Tage die Woche mit einer stark reduzierten Mitarbeiterzahl die Schaufeln zu fertigen und in kürzester Zeit in der geforderten Qualität zu liefern. Dies war aufgrund der Flexibilität und des innovativen Schubladensystems der Starrag Roboterzelle möglich.«

Maschine, Automatisierung und Prozess – aus einer Hand

Diesem Auftrag entsprechend konfigurierte Starrag die im CPE befindliche Roboterzelle so, dass sie die Schaufeln in zwei Aufspannungen komplett bearbeiten kann. Die LX 051 erhielt die entsprechenden Werkzeuge und NC-Programme. Als Schnittstelle zwischen Bediener und Zelle dienen zwei als Schubladen ausgeführte Paletten.

In beiden Schubladen werden vom Kunden quaderförmige Rohlinge in beliebiger Größe und aus beliebigen Werkstoffen beigestellt. In der Schublade befindet sich dabei ein Raster, das an die aktuelle Bauteilgröße angepasst wird. Die Größe der Schubladen ist dabei so gewählt, dass eine komplette Nachtschicht automatisch durchgearbeitet werden kann. Für die Kunden ergibt sich so auch in Hochlohn-Ländern eine kostengünstige Fertigung. Um dabei die maximale Flexibilität sicherzustellen und das Umrüsten zwischen Werkstücken zu vereinfachen, kann jeder Schublade ein anderes Bauteil zugewiesen werden.

Der Roboter kann durch seine Flexibilität mit einer Vielzahl von Arbeitsabläufen für die unterschiedlichen Arten von Turbinenschaufeln ausgestattet werden. Im Folgenden wird exemplarisch der Ablauf für eine Turbolader-Schaufel dargestellt: Der Arbeitsablauf beginnt damit, dass der Roboter einen Rohling aus Schublade 1 entnimmt. Zunächst überprüft er an einer Messstation im Inneren der Zelle, ob er auch den richtigen für die zu fertigende Schaufelgeometrie in seinem Greifer hat. Nach dem »Okay« lädt er den Rohling in die hydraulische Spannvorrichtung. Dort erhält der Schaufelfuß sein sogenanntes Tannenbaumprofil, das später dazu dient, die Schaufel im Laufrad auf der Welle zu befestigen.

Das Profi l wird außerdem für die zweite Aufspannung genutzt – das Umspannen des Bauteils zählt wiederum zu den Aufgaben des Roboters. Da jedoch die erforderliche Lagegenauigkeit des Schaufelprofils zum Schaufelfuß im Bereich von etwa 0,01 mm liegt, wird die Position des Tannenbaumprofi ls in der zweiten Aufspannung vorher vermessen. Auf Basis der gewonnenen Daten optimiert die Steuerung automatisch das Fräsprogramm für die Schaufel, um die geforderte Genauigkeit einzuhalten.

Wachstum - Hohe Flexibilität erlaubt verschiedenste Bearbeitungsaufgaben

Ausgestattet mit einem Doppelgreifer entnimmt der Roboter abschließend das Fertigteil und positioniert nach einem kurzen Schwenk gleich einen neuen Rohling. Nachdem der Roboter sich aus dem Bearbeitungsraum zurückgezogen hat, legt er die fertige Turbinenschaufel in Schublade 2 ab. Parallel startet wieder die Zerspanung.

Ob die Starrag Roboterzelle für eine solche Dienstleistung genutzt oder ob sie bei einem Endkunden eingesetzt wird – ihre Vorteile sind beeindruckend. Dem Anwender steht eine Lösung zur Verfügung, in der Maschine, Automatisierung und der gesamte Bearbeitungsprozess optimal aufeinander abgestimmt sind. Dazu gehört, dass sich die komplette Bearbeitung sämtlicher Schaufeltypen mit einer einzigen Spannvorrichtung erledigen lässt. Daraus ergeben sich klar kalkulierbare, optimierte Stückkosten für die einbaufertigen Schaufeln. Zudem ist die Roboterzelle nach dem Beladen in der Lage, den Vorrat ohne weiteren Bedienereingriff abzuarbeiten, was die Auslastung rund um die Uhr ermöglicht. Durch die Flexibilität des Sechsachs-Roboters kann die Anlage zudem ohne großen Rüstaufwand für verschiedene Bearbeitungsfälle konfiguriert werden.

Sabine Kerstan

Starrag Content Manager

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