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Fräser mit verrückter Innenkühlung

Alternative Herstellungsmethode für kleinen Impeller
Fräser mit verrückter Innenkühlung

Impeller sind die Arbeitstiere im Verborgenen: Sie werden in den unterschied_lichsten Dimensionen in Turbinen, Luftverdichtern oder bei der Luftzerlegung eingesetzt. Je kleiner ihr Durchmesser, desto mehr kommt es bei ihrer Herstellung auf hochpräzise und vor allem standhafte Fräswerkzeuge an. Kopp Schleiftechnik präsentiert hierfür eine Fräserserie mit „verrückter“ Innenkühlung – mit dieser hat Atlas Copco Energas seine Impellerproduktion optimiert.

Die Kölner Spezialisten für Turbokompressoren für Prozessluft und -gase, Turboexpander für kryogene Applikationen sowie Prozess- und Erdgasanwendungen verbauen in ihren Maschinen von filigranen, nur wenige Zentimeter großen bis hin zu mehr als 1,5 Meter im Durchmesser reichende Impeller. Diese verdichten oder zerlegen die Luft und müssen je nach Umgebung entweder besonders oxidations-, hitze- oder säurebeständig sein. Entsprechend resistente Materialien werden verwendet – Titan und Titanlegierungen ebenso wie besonders beständige Stahlsorten.

„Die klassische Fertigungsmethode für geschlossene Impeller ist das Gießen in verlorene Formen mit anschließendem Polieren“, erläutert Jan Hollmann, Gruppenleiter NC-Programmierung Laufradfräsen in Köln. „Für einen bestimmten, recht kleinen Impeller suchten wir nach einer alternativen Herstellungsmethode. Wir wünschten uns eine noch bessere Qualität als beim Gießen, durften aber gleichzeitig das Preisniveau des Gussteils nicht überschreiten. So setzten wir auf das Fräsen aus dem Vollen!“
Material und Topographie beanspruchen den eingesetzten Fräser
Doch sowohl das Material – ein rostfreier Stahl – als auch die Topographie der Impeller-Schaufelblätter bedurften hinsichtlich der Bearbeitung intensiver Vorüberlegungen, nicht zuletzt darüber, welche Art von Werkzeug dieser Aufgabe überhaupt gewachsen sein könnten. Das Fräsen von Schaufelblättern an Impellern erfordert eine 5-Achs-Simultan-Bearbeitung mit starken Bewegungen der Rundachsen. Dies verursacht andauernde Richtungsänderungen der Werkzeugbahn bei sich ständig ändernder Eingriffsbreite ap sowie der Zustellung ae. „Oft kann nicht in allen Bereichen mit einem ziehenden Schnitt gearbeitet werden, mit der Folge, dass die Fräser stirnseitig schneiden beziehungsweise sogar leicht bohren müssen“, ergänzt Hollmann.
Auskraglängen von 8xD sind vor allem bei kleinen Fräsern problematisch
Neben der überwiegend schweren Zerspanbarkeit der Werkstoffe führen vor allem die erforderlichen hohen Auskraglängen zu einer erhöhten Beanspruchung der Werkzeuge: Um in die Tiefe der Schaufelkanäle zu gelangen, sind Auskraglängen von über 8xD nötig. „Besonders problematisch stellt sich das bei kleinen Fräserdurchmessern mit Spitzenradien von beispielsweise 1,5 Millimeter dar“, so Achim Kopp, Geschäftsführer bei Kopp Schleiftechnik. „Diese müssen mit einer einzigen kleinen Schneide über Mitte schneiden. Und gerade in einer solchen Situation kommen die Vorteile des Fräsers zum Tragen: Dort hilft die dezentral angeordnete Innenkühlung zusätzlich zur externen Kühlung, die Späne durch die sehr kleinen Spankammern zu spülen. Vor allem der über Mitte schneidende Zahn wird so besser geschützt.“ Die Kölner Entwicklung unterscheidet sich hier von den etablierten Fräserausführungen: Bei ihr wurde die innenliegende Kühlmittelbohrung „verrückt“, also dezentral und genau auf den Fräserdurchmesser abgestimmt angeordnet.
Die Atlas Copco Energas entwickelt ihre Werkzeuge selbst, lässt sie nach den eigenen Spezifikationen bei Kopp fertigen und bei Bedarf auch nachschleifen.
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