Maschinenfabrik Berthold Hermle AGMaschinenfabrik Berthold Hermle AG

Bestseller!
Hermle v odborném tisku.

Kontakt 

Maschinenfabrik Berthold Hermle AG

Udo Hipp / Marketing Manager

Phone: 07426 95-6238

E-mail: udo.hipp@hermle.de

Technologie Mill Turn dává křídla komponentám hnacích agregátů

15.03.2021
Při obrábění titanu, jako u tohoto konstrukčního dílu, vsází Hermle na suchém mazání aerosolem.

Technologie Mill Turn dává křídla komponentám hnacích agregátů

Nižší spotřeba paliva, nižší emise a výrazně nižší hlučnost – k dosažení tohoto cíle hrají u letadel rozhodující roli hnací agregáty. Pro bezpečnost a pokrok ve výrobě jsou zásadní komplexní geometrie, vysoce pevné materiály a nepřetržité monitorování procesů. Díky variantám Mill-Turn u svých obráběcích center řady High-Performance splňuje Hermle požadavky na náročnou výrobu rotačně symetrických komponent hnacích agregátů, jako blisků (disků s lopatkami).

„Rotovat“ zazní příkaz v kokpitu, jakmile je rychlost a tím i zdvih dostatečný k překonání gravitace. K tomu je základní podmínkou správný profil křídel, ale rozhodující je jejich obtékání vzduchem. To se vytváří teprve tahem proudového motoru, za který jsou odpovědné hnací agregáty. Nejpoužívanějšími leteckými motory jsou od poloviny 20. století dvouproudové motory, zvané také turbovrtulové nebo obtokové motory. Jejich princip je založen na efektu zpětného rázu. Před kompresorem a spalovací komorou je ventilátor s výrazně větším průměrem – lopatkové kolo, které je viditelné zvenku. To tlačí velkou část přiváděného vzduchu kolem hlavního hnacího agregátu a tím vytváří tah motoru. Ventilátor je poháněn hlavním hnacím agregátem, který má tedy jen malý podíl na celkovém tahu motoru.

Moderní hnací agregáty pracují s několika hřídeli a převodovkou, aby oddělily otáčky ventilátoru od turbíny. Vývoj a postupná optimalizace dvouproudové hnací jednotky přinesla enormní pokrok z hlediska palivové účinnosti a výkonu. Důležitým faktorem je zde takzvaný obtokový poměr mezi hmotnostními proudy vzduchu obtokového proudu, který probíhá kolem turbíny, a průtokem jádra trysky. Zatímco moderní proudové motory nyní dosahují obtokového poměru kolem 10:1, starší motory stále fungují s hodnotami 5:1. Budoucí pohony by měly dosáhnout obtokového poměru 15:1, a měly by tak být podstatně úspornější a tišší.

Později se do disku ventilátoru zavěsí lopatky. Vyrobeno na stroji Hermle C 62 U MT dynamic.

Pohled do hnacího agregátu ukazuje ventilátor, který poháněn turbínou zajišťuje tah motoru.

Technický pokrok

Letecká přeprava osob a zboží se stala nepostradatelnou – když současná koronavirová krize způsobuje její obrovský propad. Podle Spolkové asociace německého leteckého průmyslu (BDL) bylo v roce 2019 na německých letištích celkem 248 milionů přilétajících a odlétajících cestujících a bylo zpracováno více než 4,9 milionu tun leteckého nákladu. Jak rychle se těchto čísel po krizi dosáhne, je těžké předvídat. Není však pochyb, že se opět zvýší. Pro budoucnost letectví jsou rozhodující jak ekonomické, tak ekologické aspekty. Primárním cílem je snížit spotřebu paliva i emise znečišťujících látek a hluk. ACARE (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe), evropský poradní orgán složený z členů Evropské komise a leteckého průmyslu a kosmonautiky, pojmenoval v rámci své strategie výzkumu a inovací konkrétní cíle rozvoje: Podle „Flightpath 2050“ by se do roku 2050 měly emise Co2 snížit o 75 a emise NOxo 90 procent na kilometr jednoho cestujícího. ACARE požaduje snížení hlukové zátěže o 65 procent.

Za účelem dosažení těchto cílů pracují vývojáři letadel a motorů na zlepšování aerodynamiky i hmotnosti letadla, paliva a hnacích agregátů. V nich tkví v současné době největší potenciál k dosažení ambiciózních čísel. Relevantní jsou zejména dvě fyzické akční veličiny: stupeň účinnosti posuvu a tepelné účinnosti. Nové nízkotlaké systémy pomáhají zvýšit obtokový poměr a tím generovat větší tah proudového motoru při nižší spotřebě. Vývojáři dosahují teoretických limitů tepelné účinnosti mimo jiné vyššími tlaky, teplotami nebo účinností komponent pomocí nových typů vnitřních proudových motorů – převládají zde teploty přes 2000 stupňů Celsia. Aby se snížil vývoj hluku, mění mimo jiné lopatky svůj tvar a mění se i počet jednotlivých lopatek turbíny.

Komplexní geometrie a velké díly, jako tento modul ventilátoru – obojí zvládne C 62 U MT dynamic.

Stále rostoucí zatížení

Složitější geometrie, vyšší tlaky a kritičtější teploty – každé zvýšení účinnosti motoru také znamená větší namáhání komponent hnacího agregátu, a tím i materiálů a výrobních procesů. Společnost Maschinenfabrik Berthold Hermle AG je známá svými vysoce přesnými frézovacími stroji a obráběcími centry. V roce 2010 představil tento specialista na třískové obrábění svůj první MT (Mill-Turn) stroj, C 42 U MT. „To byl první podnět pro velký vstup do leteckého průmyslu“, vzpomíná Martin Wener, vedoucí divize Key account managment u firmy Hermle. „V minulosti jsme se na toto odvětví nijak zvlášť nezaměřovali, i když naše frézovací stroje už předtím samozřejmě používali výrobci hnacích agregátů.“ Díky technologii MT rozšířila společnost Hermle svůj okruh uživatelů a nyní oslovuje i vývojáře hnacích agregátů, takže dnes tvoří letecký průmysl dvoucifernou procentní hodnotu z celkového obratu.

Wener vidí tajemství úspěchu v koncepci stroje: „Těleso, které soustružíme, můžeme při obrábění naklápět. Ve srovnání s původními soustruhy tak máme obrovskou výhodu.“ Díky simultánnímu naklápění mohou uživatelé používat kratší, a tím tužší nástroje. Navíc lze i složité obrysy obrábět jen jedním nástrojem. „Naši uživatelé tak potřebují méně nástrojů, které jsou navíc dostupné ve standardním sortimentu. Značně jim to ušetří investiční náklady“, vysvětluje Wener.

Rozhodující jsou rovněž hlediska přesnosti, stability a dlouhodobé přesnosti. „Jedna konstrukční řada hnacího agregátu se vyrábí velmi dlouho, až 20 let. Proto výrobci od našich strojů očekávají stejně tak dlouhou přesnost a spolehlivost, až do posledního dílu,“ říká Wener. „Je to speciální výzva, protože na našich zařízeních se provádí vysoce komplexní 5osé obrábění obtížně obrobitelných materiálů, jako inconelu nebo námi vyvinutých vysoce tepelně odolných materiálů.“ Zatímco pro všechna odvětví je důležitá dostupnost náhradních dílů, pro letecký průmysl je naopak zásadní shodnost strojů. „Zejména když projekt běží několik let, můžeme na přání zákazníka zaručit, že každý stroj vyrobený a dodaný v tomto časovém období, bude identický s ostatními. Bez ohledu na to, zda během této doby došlo k aktualizaci softwaru nebo hardwaru“, vysvětluje Wener. Zde má standardní koncepce Hermle výhodu oproti speciálním strojům.

Strojem C 42 U MT dynamic vstoupila společnost Hermle v roce 2010 do náročného obrábění soustružením/frézováním.

Jeden stroj, dvě metody

Hermle aktuálně nabízí tři stroje řady High-Performance-Line jako verze MT: C 42 U, C 52 U a C 62 U. Pomocí nich výrobce strojů umožňuje simultánní soustružení obrobků až do průměru 1200 milimetrů a výšky 900 milimetrů. Maximální hmotnost při soustružení nesmí překročit 700 (C 42 U MT), 1000 (C 52 U MT) nebo 1500 kilogramů (C 62 U MT) – to jsou obrovské hmotnosti, které se uvádějí do rotace. Pro soustružení je proto zásadní tuhá konstrukce strojů, kterou mají především stroje Hermle. Kvůli aplikacím Aerospace jsme naopak upřednostnili vývoj hydraulického předpětí ložisek. „Vřeteno je nejslabším článkem v celém systému. Proto jsme vyvinuli vyztužení závislé na otáčkách, vysvětluje vedoucí divize Key account management. Řízení stroje automaticky přizpůsobí zatížení ložisek: Při nízkých otáčkách je systém vřetena značně tužší – tedy přesně tehdy, když stroj obrábí obtížně obrobitelné materiály. Za tímto účelem jsou ložiskové sestavy při nízkých otáčkách navíc napájeny hydraulickým tlakem. Při vyšších otáčkách se hydraulický tlak sníží tak, aby předpětí ložisek určoval již jen balík pružin.

Stroj C 52 U MT je díky svému velkému pracovní prostoru na minimální instalační ploše u Hermle nazýván flexibilní multitalent.

C 62 U MT dynamic je top model Hermle řady High-Performance-Line a efektivně a vysoce dynamicky obrábí díly o hmotnosti až 2500 kilogramů.

Sensores para la seguridad operativa

Přesně vyfrézované z plného materiálu: Titanové oběžné kolo na stroji Hermle C 42 U MT dynamic.

Při třískovém obrábění komponent hnacích agregátů je navíc zásadní monitorování procesu. Pokud by se hnací agregát později poškodil, mohlo by to mít katastrofální následky. O to důležitější je nepřetržitá dokumentace jednotlivých výrobních kroků. „Příkladem je monitorování chladicího maziva. Poskytuje důkaz, že během vrtání bylo vždy přítomno chladicí mazivo. Pokud by došlo k přerušení toku chladicího maziva, mohlo by lokálně dojít k vysokému vývinu tepla, a tím ke změnám ve struktuře materiálu. Při pozdějším provozu by hrozilo riziko selhání při vysokém zatížení,“ vysvětluje Wener. K tomu účelu jsou v obráběcích strojích zabudované senzory, které zaznamenávají tlak a průtok ve vnitřním okruhu chladicího maziva. Data, která monitorování procesu vygeneruje, jsou potom uschována spolu s hotovým dílem.

K dílům patří například blisky. Slovo je zkratkou anglického „Blade Integrated Disk“ a označuje komponentu hnacího agregátu, která významně snižuje montážní, a tím i finanční náklady a hmotnost: Místo montáže jednotlivých lopatek (blades) na disk jsou profily frézovány z plného materiálu. Doba obrábění je až 20 hodin. Výzvou je přitom správná strategie obrábění – dlouhé lopatky nesmí během obrábění vibrovat. Kromě toho dochází k opotřebení nástroje. „Zde uživatelé těží z naší automatizace nástrojů,“ vysvětluje vedoucí divize Key account management. Opotřebení je při obrábění obtížně obrobitelných nástrojů velmi vysoké. „Bezobslužná výměna nástroje často znamená výrazné zvýšení efektivity,“ zdůrazňuje Wener. Pro automatické osazování obráběcích center stačí kvůli dlouhým časům obrábění jen jeden výměník palet.

Na konci procesu drží výrobci hnacích agregátů v ruce blisk v hodnotě téměř 100000 euro, který je až na dokončování za účelem zhutnění povrchu připravený k montáži. Avšak nepřesvědčuje jen výsledek obrábění. „Často dostáváme zpětnou vazbu od zákazníků, že je o ně u nás velmi dobře postaráno,“ vypráví Martin Wener. Začíná to pečlivým zpracováním vašich přání a pokračuje přes aplikační technologii Hermle, která poskytne rychlé rady, společně s uživatelem vyvine řešení a v krátké době také provádí zkušební frézování, až po servis, který je často považován za měřítko ve výrobě obráběcích strojů.

Pohled do stroje C 42 U MT dynamic: Při obrábění vnitřního obrysu skříně hnacího agregátu se používá trochoidní soustružení.

Obtížně třískově obrobitelné materiály, velké průměry a malé tolerance – Hermle vyrábí skříně turbín z titanu na stroji C 62 U MT dynamic.

up
arrow up