Präzision trifft Leistung: Drei ProfiTurn H-Drehmaschinen für Mitsubishi Hitachi Power Systems Americas

Eine Gasturbine der J-Serie von Mitsubishi Hitachi Power Systems Americas, Inc. (MHPSA) kann über 327 MW Strom als Einzelanlage und 470 MW als kombinierte Anlage erzeugen – das macht sie zur leistungsfähigsten Gasturbine der Welt. Noch bei Eintrittstemperaturen von 1.600 °C ist sie einsatzfähig und arbeitet mit rekordverdächtiger Effizienz. Hochleistungsturbinen wie die der J-Serie sind das Herzstück der Kraftwerksanlagen, die Millionen Haushalte mit Strom versorgen – eine große Verantwortung. Jede ihrer Komponenten muss in der Herstellung den höchsten Qualitätsstandards genügen. Seit 2012 setzt MHPSA Drehmaschinen des Typs ProfiTurn H von WaldrichSiegen für die Bearbeitung seiner Gas- und Dampfturbinenrotoren nach den höchsten Qualitätsanforderungen ein.

MHPSA ist ein Hersteller von Energieerzeugungssystemen für große US-amerikanische Versorgungsunternehmen wie zum Beispiel Southern Company, Georgia Power und Florida Power and Light. Die Tochtergesellschaft der Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., die später mit Hitachi, Ltd. fusionierte, produziert Gas- und Dampfturbinen in Savannah, Georgia. Mit 150 Jahren Technologieführerschaft in Der Bettschlitten verfährt per vorgespanntem Doppelritzenantrieb der Stromerzeugung stellen MHPSAs Anlagen zuverlässig Energie für Millionen Haushalte und Unternehmen bereit. Als MHPSA die Entscheidung traf, in hochmoderne Drehmaschinen für die Bearbeitung seiner Turbinenläufer zu investieren, wandte man sich an den marktführenden Hersteller von Drehmaschinen für diese Anwendung, WaldrichSiegen. Das Unternehmen ist Experte für die Konstruktion und Herstellung von maßgeschneiderten Großwerkzeugmaschinen für komplexe Drehbearbeitungen mit über 175 Jahren Erfahrung in verschiedenen Industrien. Bei dieser speziellen Anwendung müssen Leistung und Präzision vereint werden. Russell Gamblin, Maintenance and Facilities Manager und Autor des Fachbuches "Machine tools: Specification, Purchase and Installation", fast MHPSAs Anforderungen an die Maschinen zusammen: "Qualität und Präzision sind die wichtigsten Faktoren, wenn es um die Bearbeitung von Turbinenläufern geht – Werkstücke, die über 200 Tonnen wiegen und die im Einsatz mit einer Drehzahl von 3.600 min^-1 rotieren."

Eine Kombination aus großer Zerspankraft und höchster Präzision

"Im Jahr 2010 erhielten wir einen Auftrag von MHPSA über zwei maßangefertigte Maschinen für die Bearbeitung von Gas- und Dampfturbinenläufern. Unsere ProfiTurn H-Serie schien wie die ideale Lösung für diese Aufgabe und das war sie auch. Der Auftrag über eine weitere Maschine folgte nur ein Jahr später", sagt Marco Tannert, Geschäftsführer von WaldrichSiegen. Die ProfiTurn H-Serie wurde entwickelt, um große und schwere, rotationssymmetrische Werkstücke zu bearbeiten. Die größte der drei Drehmaschinen für MHPSA bearbeitet Werkstücke mit einem Durchmesser von bis zu 5.200 mm, einer Länge von bis zu 14.500 mm und einem Gewicht bis zu 200 t. Sie hat eine Antriebsleistung von 310 kW und ein Drehmoment von 200.000 Nm. In enger Zusammenarbeit mit MHPSA passte WaldrichSiegen die Maschine an die speziellen Anforderungen an. Da die Rotoren die Einhaltung sehr enger Toleranzen bei immens hohen Abtragsleistungen erfordern, kombiniert das Maschinenkonzept hohe Zerspankraft mit herausragender Bearbeitungspräzision.

"MHPSA forderte einen Planlauf von weniger als 7 μm und eine Rundlaufgenauigkeit von weniger als 15 μm", so Marco Tannert. "Um diese Toleranzen verlässlich einhalten zu können, arbeitet die Drehmaschine mit Rund- und Planlauftoleranzen von 5 μm. In Kombination mit einer maximalen Zerspanleistung von 12 und 10 Tonnen an den beiden Werkzeugen ergibt dies eine unvergleichliche Maschinen-Performance". Um diese hohen Bearbeitungsqualitäten zu erreichen, ist die ProfiTurn H strukturell für extreme Steifigkeit ausgelegt. Die X- und Y-Achse sind hydrostatisch geführt. Das garantiert präzises und verschleißfreies Arbeiten der Maschine sowie hervorragende thermische Eigenschaften. "Die eigensteife, hydrostatische Auslegung und die robuste Maschinenstruktur sind definitiv Highlights der Maschine", sagt Russell Gamblin. Der Bettschlitten verfährt per vorgespanntem Doppelritzenantrieb entlang der Z-Achse. Das hydrostatische Die Turbinenläufer drehen sich in hydrostatischen Lünetten Die ProfiTurn H arbeitet mit Rund- und Planlauftoleranzen von 5 μm Führungssystem wurde über viele Jahre von WaldrichSiegen optimiert. Heute ist seine dynamische Steifigkeit einzigartig auf dem Markt – eine unabdingbare Voraussetzung für die für MHPSA erforderlichen komplexen Bearbeitungsaufgaben.

Hervorragende Performance bis ins letzte Detail

Turbinenläufer stellen Bearbeitungsmaschinen vor eine Reihe von komplizierten Herausforderungen. "Die Zapfenbearbeitung von Dampf- und Gasturbinenläufer ist eine der schwierigsten Bearbeitungsaufgaben", so Russell Gamblin. "Die erforderlichen Toleranzen sind +50 μm/-0 μm. Wenn er im Einsatz ist, rotiert der Läufer mit 3.600 min^-1. Die Zapfenoberfläche muss genau auf die Lageroberfläche am Turbinengehäuse passen." Zusätzlich zur eigensteifen, hydrostatischen Maschinenbauweise ist einer der Haupterfolgsfaktoren für das Erreichen der extrem hohen Rundlaufgenauigkeiten bei höchster Leistung die absolut präzise Ausrichtung des Werkstückes. Die ProfiTurn H ist mit einem Gegenhalter anstatt eines Spindelstockes ausgestattet; die Turbinenläufer werden in Lünetten gedreht. Der Gegenhalter überwacht die Positionierung des Turbinenläufers und verhindert eine Axialverschiebung. Rundlaufgenauigkeiten im μm-Bereich und die hervorragenden Dämpfungseigenschaften basieren auf der Steifigkeit der gesamten Maschine. Dazu tragen die hydrostatischen Lünetten entscheidend bei. Nach Russell Gamblins Ansicht sind insbesondere die Lünetten ein großer Vorteil hinsichtlich der Effizienz in der gesamten Produktion: "Im Vergleich zu anderen großen Drehmaschinen, die bei uns im Einsatz sind, können Werkstücke dank der Auslegung der hydrostatischen Lünetten besser aufgespannt werden", sagt er. Die Turbinenläufer werden mithilfe einer hydraulisch steuerbaren Pinole mit maximaler Präzision in der Drehmaschine ausgerichtet. Spannspindeln mit Schnellverstellung erlauben das schnelle Aufspannen und Justieren der Werkstücke. Die optimierte Führung der Spannklauen sowie die Verbiegesicherung der Spannspindeln erhöhen die Spanngenauigkeit am Werkstück.

Diese Eigenschaften sorgen für reibungslosen und verlässlichen Einsatz der Maschinen im Produktionsalltag in Savannah: "Mitarbeiter in der Produktion sagen mir, dass sie im Vergleich mit den anderen Drehmaschinen sehr viel lieber mit der WaldrichSiegen Drehmaschine arbeiten", erzählt Russell Gamblin. Zwei kleinere Drehmaschinen mit einem maximalen Werkstückgewicht von 100 Tonnen, einem maximalen Durchmesser von 2.200 mm und einer maximalen Länge von 10.500 mm bzw. 9.000 mm nahmen ebenfalls 2013 in MHPSAs Produktionsstätte in Savannah Betrieb auf. Sie bearbeiten Gas- und Dampfturbinenläufer ebenso genau wie die größere Drehmaschine und werden außerdem im Bereich Reparaturen und Modernisierungen in MHPSAs Service-Geschäftsfeld eingesetzt.

Der Einsatz von ProfiTurn H Drehmaschinen steigert die Effizienz der gesamten Produktion: "Sie haben die niedrigsten Ausfallzeiten", so Russell Gamblin. "Deswegen und dank dem hervorragenden Support von KPM, der Serviceniederlassung von WaldrichSiegen in Ford City, Pennsylvania, haben wir unsere Prozesse und unsere Effizienz signifikant verbessert." Die überragende Qualität der Drehmaschinen von WaldrichSiegen machte die ProfiTurn H zur ersten Wahl für MHPSAs anspruchsvolle Bearbeitungsanforderungen. Seit der Inbetriebnahme haben sie sich bis ins letzte Detail bewährt. Russell Gamblins Fazit: "Unsere hohen Anforderungen in den Bereichen Genauigkeit sowie geringe Ausfallzeiten wurden zu unserer vollsten Zufriedenheit erfüllt."

"Ich würde WaldrichSiegen Maschinen zu 100 % weiterempfehlen." –
Russell Gamblin

Gesagt, getan – kurz darauf erstand Mitsubishi Hitachi Power Systems in Japan eine weitere Drehmaschine von WaldrichSiegen.