MCB 3D Technology & Additive Manufacturing GmbH produziert Impeller für Flowserve

By 2. Dezember 2018News
 

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MCB 3D Technology & Additive Manufacturing GmbH produziert Impeller für Flowserve

Hochgeschwindigkeitsfräsen komplexer Bauteile

Abb. 1: Fertig hergestellte Impeller mit 340 mm Durchmesser

Feedback des Kunden nach der Auslieferung: „Die Laufräder sind bei uns in einem ausgezeichneten Zustand eingetroffen. Vielen Dank für Ihre flexible Unterstützung und die sehr gute Qualität.“

MCB 3D Technology & Additive Manufacturing erhielt von der Firma Flowserve Corporation den Zuschlag, Sonderexemplare eines Impellers für eine vertikale Sumpfpumpe zur Förderung von ölhaltigem Wasser zu fertigen.

Das Unternehmen Flowserve Corporation ist ein börsennotierter Anbieter von Pumpen, Ventilen, Dichtungen und Dienstleistungen für Stromerzeuger sowie die Öl- und Gasindustrie mit Sitz in Irving, Texas. Weltweit beschäftigt der Konzern 16.000 Mitarbeiter in mehr als 50 Ländern.

Auf der Suche nach einem erfahrenen Lieferanten für die Herstellung von Pumpenlaufrädern fiel die Wahl auf MCB 3D Technology & Additive Manufacturing.

Eingangsdaten

Der in Auftrag gegebene Impeller mit einem Durchmesser von 340 mm ist sozusagen das Herzstück der dazugehörigen Radialpumpe. Er befördert das Pumpmedium mit einer Drehzahl von ca. 1450 U/min; dies erfordert eine besonders hohe Präzision des Impellers. MCB 3D Technology & Additive Manufacturing verfügt über die erforderliche Erfahrung und Technik, um auch den anspruchsvollen Fertigungstoleranzen dieses Bauteils gerecht zu werden. Die Präzision wurde nach Anforderung des Kunden in einem Messprotokoll und einem sogenanntem Wuchtprotokoll festgehalten.

Ein Laufrad ist ein rotierendes und mit Schaufeln besetztes Bauteil einer Strömungsmaschine (z.B. Sumpfpumpe). An ihm wird durch Strömungsumlenkung an den Schaufeln mechanische Leistung (Schaufelleistung) in Förderleistung umgesetzt. Die Wasserpumpe hat die Aufgabe, Wasser anzusaugen und in den Kühlkreislauf zu drücken. Die Hauptarbeit leistet dabei der Impeller. Er ist gleichzeitig das empfindlichste Teil.

 

Auswahl des Fertigungsverfahrens

Der 20kg schwere Impeller gehört zur Gruppe der offenen Halbaxialräder. Zur Auswahl stand neben dem Verfahren des Vollfräsens auch das CNC-Biegen der großen Flügel mit anschließendem Anschweißen an das Laufrad. Nach mehreren Treffen mit dem Auftraggeber wurden die Vor- und Nachteile der beiden Verfahren diskutiert und mit herkömmlichen Verfahren zum Fertigen von Laufrädern verglichen (z.B. Gießen oder Schmieden mit  anschließendem Anschweißen der Schaufeln). In den letzten Jahren hat das Fräsen der Schaufelkanäle aus – meist geschmiedetem – Vollmaterial stark an Bedeutung gewonnen.

Vollfräsen oder Schweißen

Die Techniker und Zerspaner von der MCB-Group entschieden sich dazu, den Impeller aus einem einzigen Edelstahlkern auf einer CNC-Drehbank und mit einer 5-Achs-CNC-Maschine zu fertigen. Durch das 5-achsige Simultanverfahren des Fräswerkzeuges können komplexe Geometrien produziert werden.

Durch das Fräsen aus einem Stück ergaben sich mehrere Vorteile:

1. höchste Fertigungsgenauigkeit

2. stark gesenkte Kosten bei gleichbleibender Qualität

3. geringere Fertigungskosten als beim Schweißen; bei kleiner Stückzahl sind diese auch deutlich niedriger als beim Gießen.

4. kürzere Lieferzeiten als bei herkömmlichen Methoden

 

Programmierung und Durchführung des Fräsvorgangs

Alle komplexen Fräsvorgänge werden zuvor in einem sogenannten „CAM Job“ programmiert und 3D-simuliert, und in diesem Falle sogar vorab mit Holz getestet (Abb.2). Je besser ein CAM Job aufgebaut ist, desto besser können schon im Voraus die benötigte Produktionszeit und Maschinenkosten optimiert werden. Aber auch die Optik des gefrästen Bauteils lässt sich mit dem richtigen Anordnen der Werkzeugbahnen an die Wünsche des Kunden anpassen.

Bei härteren Stahllegierungen ist es unerlässlich, die auftretenden Temperaturen im Vorfeld zu analysieren und in den Parametern der Bearbeitung zu berücksichtigen. Dies erhöht nicht nur die Lebensdauer des Werkzeuges, sondern optimiert ebenso das Schnittbild.

Abb. 2: Holzmodell (links) / Edelstahlblock mit ersten Dreh- und Fräsbearbeitungen (Mitte) / Impeller nach dem letzten Schruppvorgang der Flügel. (rechts)

Qualitätssicherung und präzises Auswuchten des Impellers

Um die Qualitätsanforderungen und auch unsere persönlichen Leistungsansprüche in Einklang zu bringen, wurde nach dem Bearbeitungsprozess eine Vermessung und genaue Bauteilüberprüfung durchgeführt. Für jedes Laufrad wurden Prüfprotokolle erstellt. Alle Toleranzen wurden eingehalten.

Einer der in seiner Wichtigkeit oft unterschätzten Schritte ist das dynamische Auswuchten. Denn eine Unwucht kann die Lebensdauer einer gesamten Anlage deutlich reduzieren. Zudem nimmt das Ausmaß einer Unwucht quadratisch zur Drehzahl zu. Nicht nur Impeller, sondern auch Werkzeugmaschinen, Schleifscheibenaufnahmen oder Rotoren sollten fein ausgewuchtet sein. So werden Qualitätskosten gesenkt, und ein Ausfall der Lager, Aufhängungen oder der Welle vermieden. Stillstände von Maschinen sind bekanntlich einer der teuersten Produktionsfaktoren, die es zu vermeiden gilt.

Beim Auswuchten wird das Bauteil auf einer Prüfachse radial beschleunigt, die auftretenden Kräfte mit Sensoren gemessen und lokalisiert. Die Exzentrizität der Masse wird dann mit Klemmgewichten, Wuchtschrauben, Drehringen oder einseitigem Materialabtrag ausgeglichen. Mit der Wuchtgüte 2,5 wurde vom Kunden ein Qualitätsmerkmal nach DIN-ISO 1940 vorgegeben, welches bei allen Impellern sogar mit dreifacher Sicherheit gewährleistet werden konnte.

 

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Über MCB 3D Technology & Additive Manufacturing GmbH

MCB 3D Technology & Additive Manufacturing, ein Tochterunternehmen der MCB Group mit Sitz in Hamburg, Deutschland, bietet 3D-Druck- und Rapid-Prototyping-Services für zahlreiche Bereiche an, z.B. Luft- und Raumfahrt, Automobil-, Sport- und Konsumgüter, Dentalmedizin und Prothetik, Architektur und Telekommunikation. Auf Basis verschiedener additiver Fertigungstechnologien werden konzeptionelle und funktionelle Prototypen aus Polymer- und Metallwerkstoffen in Produktionsqualität hergestellt.

Weitere Informationen finden Sie unter www.mcb-group.com.

 

Über Flowserve

Die Flowserve Corporation ist ein börsennotierter Anbieter von Pumpen, Ventilen, Dichtungen und Dienstleistungen für Stromerzeuger sowie die Öl- und Gasindustrie mit Sitz in Irving, Texas. Der Konzern beschäftigt weltweit 16.000 Mitarbeiter in mehr als 50 Ländern.

Weitere Informationen finden Sie unter www.flowserve.com.

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Dipl. Ingenieur Margaret Schindler
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für die MCB 3D Technologien & Additive Manufacturing GmbH
presse@mcb-group.com

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Jean Marius Biawa

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