Projekte

AMRZENTRUM

Automatisches Mess- und Richtzentrum für Turbinenschaufeln (AMRZENTRUM)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ (bis 2015)
Wettbewerb: 01. Runde, Stichtag 01.11.2007

Kurzbeschreibung:
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines automatischen Mess- und Richtsystems für Turbinenschaufeln für Triebwerke und Gasturbinen. Dabei wird die Geometrie der Schaufeln zunächst dreidimensional vermessen und die Abweichungen von der Sollgeometrie bestimmt. Aufgrund dieser Daten erfolgt eine automatische Biegung der Teile auf die Sollwerte. Beide Schritte erfolgen in einer Anlage.

Projektdauer: 01.05.2008 − 31.08.2009

Ansprechpartner bei PTKA:
Dipl.-Ing. Ulf Zanger
Telefon: +49 721 608-25296
E-Mail: ulf.zanger@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung

Derzeit werden in der industriellen Fertigung von Turbinenschaufeln die notwendigen Richtvorgänge der Schaufeln im Verlaufe des Fertigungsprozesses von speziell angelernten Mitarbeitern an mechanischen Werkbänken ausgeführt. Dazu werden die Schaufeln in eine mechanische Spannvorrichtung eingespannt und anschließend mit verschiedenen Richtwerkzeugen in experimentell ermittelte Richtungen gedreht bzw. gebogen.
Die dreidimensionale Formerfassung erfolgt anhand mechanischer Lehren , welche individuell für jede Schaufelform hergestellt und kalibriert werden. Diese Lehren bestehen aus zwei Formstücken, zwischen die die Schaufel eingelegt wird. Die dreidimensionale Abtastung der Turbinenschaufel erfolgt mittels mechanischer Fühler an diskreten Prüfpunkten. Die Position der Fühler wird elektrisch ausgewertet und auf einem Bildschirm angezeigt. Die Anzeige liefert dem Mitarbeiter eine quantitative Information über die Abweichung der aktuellen Schaufel zur Sollgeometrie und über Art und Maß des anzuwendenden Richtvorganges.
Die benötigten Richtvorgänge unterscheiden sich je nach Schaufeltyp und Fertigungslos und sind für jede neue Turbinenschaufel experimentell neu zu bestimmen. Im Mittel benötigt der Mitarbeiter 3 bis 5 Richtversuche je Schaufel.
Sowohl der manuelle Richtvorgang selbst als auch die Anfertigung der Lehren sind kostenintensiv.

Projektziele

Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist daher ein automatisiertes Vermessen und Richten von Turbinenschaufeln.
Die Vermessung der Geometrie erfolgt mit einem scannenden Lasersystem. Dabei wird die Schaufel von einem Hexapoden gehalten und geführt. Die geometrischen Istwerte werden mit den Sollwerten verglichen und der Hexapode führt eine korrigierende Biegung bzw. Drehung der Schaufel durch. Dieser Richtvorgang ist gleichzeitig kraftgesteuert. Eine zusätzliche Lernsoftware soll das unterschiedliche Verhalten von Exemplarstreuungen ausgleichen und so den Richtvorgang beschleunigen. Anschließend erfolgt eine neue Vermessung und der Vorgang wird bei Bedarf wiederholt.
Der Hexapode ist gleichzeitig für die Aufnahme der Teile aus einem Magazin und ihre Ablage zuständig, so dass sich ein vollautomatisiertes Richtzentrum ergibt.

Vorgehensweise

Als Erstes ist das Gesamtkonzept der Anlage zu konkretisieren. Dabei spielen unter Anderem die Größe der zu verarbeitenden Schaufeln und eine leichte Umrüstbarkeit auf andere Schaufeltypen eine bedeutende Rolle. Anhand von Simulationen werden die erforderlichen Biegekräfte simuliert, eine Richtstrategie festgelegt und der Hexapode entworfen. Hierzu arbeitet das Unternehmen mit weiteren Firmen zusammen. Daran schließen Konstruktion und Aufbau der einzelnen Komponenten, für die Biegeeinrichtung und die Vermessung, an. Die Komponenten werden zusammengeführt und das System in Zusammenarbeit mit Herstellern von Turbinenschaufeln getestet. Im letzten Schritt erfolgt die Entwicklung und Integration einer lernenden Software mit dem Ziel die Anzahl der Richtoperationen anhand von Vorhersagewerten zu optimieren.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial

Geplantes Ergebnis des Projektes ist ein automatisches Mess- und Richtsystem für Turbinenschaufeln. Es soll den Zeitaufwand für den Richtvorgang und seine Kosten, gegenüber den derzeit üblichen manuellen Verfahren, erheblich senken. Gleichzeitig gewährleistet das präzise Messsystem und der kontrollierte Krafteintrag eine optimale Qualität der gerichteten Schaufeln. Diese Schaufeln werden beispielsweise in Flugzeugtriebwerken und in stationären Gasturbinen eingesetzt. Durch entsprechende Modifikationen der Anlage läßt sich ein breiter Bereich an Schaufeltypen und -größen abdecken. In einer weiteren Ausbaustufe sind zusätzliche Bearbeitungsschritte, wie Schleifen und Polieren, vorstellbar.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu