Schwere Gussteile für Windräder turboschnell bearbeitet

Bei der Produktivität legt Enercon den Turbogang ein und bearbeitet bis zu 16 Tonnen schwere Gussteile in ihrem Guss-Zentrum Ostfriesland (GZO) mit neuartigen Turbinenschleifern. Diese sind deutlich leichter und zugleich wesentlich robuster als die zuvor eingesetzten Schleifmaschinen und zeichnen sich gegenüber herkömmlichen Werkzeugen zudem durch einen wesentlich geringeren Energiebedarf aus.

„Unsere Windkraftanlagen sparen bereits Energie, bevor sie ihre erste Kilowattstunde Strom erzeugt haben“, sagt Thomas Bliesner, Leiter der Gussnachbearbeitung im Guss-Zentrum Ostfriesland der Enercon-Unternehmensgruppe (GZO). „Denn zur Oberflächenbearbeitung großer Werkstücke setzen wir Werkzeuge von Atlas Copco ein, die gegenüber klassischen Druckluftwerkzeugen einen deutlich geringeren spezifischen Luftverbrauch haben.“ Eigentlich könnte den Gussspezialisten der Energiebedarf ihres Werkes vor den Toren Aurichs egal sein, da sie den gesamten Strombedarf des GZO praktisch klimaneutral aus erneuerbaren Energiequellen decken. Aber Nachhaltigkeit bestimmt in dem Werk in Südbrookmerland schon aus Prinzip viele Betriebsabläufe und wird durch das seit 2014 zertifizierte Energiemanagementsystem nach DIN EN ISO 50001 nachgewiesen.

„Seit 2010 gießen wir alle großen und wichtigen Komponenten für die Enercon-Generatoren selber. So sind die Transportwege für die Fertigung kurz. Das bringt ökologische Vorteile sich, und unsere Kompetenz für diese entscheidenden Bauteile bleibt im Haus“, erläutert Bliesner die Firmenphilosophie und umschreibt das Produktionsportfolio: „Maschinenträger, Statorglocken, Rotornaben oder Achszapfen mit Stückgewichten von bis zu 16 Tonnen sind die typischen Erzeugnisse.“ Das zu einem der größten und modernsten Gießereibetriebe Europas avancierte GZO stellt wöchentlich bis zu 70 dieser großdimensionalen Schwergewichte in Serienfertigung her. „Mit steigenden Rotorblattdurchmessern und immer leistungsfähigeren Windkraftanlagen wachsen die ohnehin schon sehr großen Abmessungen noch weiter an“, ist sich Thomas Bliesner sicher und hält mittelfristig sogar eine Verdoppelung bei den Abmessungen und Gussgewichten für realistisch.

Bearbeitung der meterhohen Rohteile verlangt den Schleifern alles ab

Dass die Bearbeitung der meterhohen Rohteile nach dem Auspacken aus der Sandform die eingesetzten Werkzeuge extrem belastet, ist dem Abteilungsleiter bewusst. „Insbesondere die Schleifmaschinen werden hier richtig hart rangenommen“, bekennt Bliesner: „Unser spezieller Sphäroguss ist ein besonders zähes Material, das beim Abtrennen der Grate und Schruppen der Oberflächen den Werkzeugen alles abverlangt!“ Im dreischichtigen Betrieb an fünf Tagen in der Woche kämen die Winkelschleifer auf Netto-Einsatzzeiten von 15 bis 18 Stunden täglich.

Dass in der gesamten Branche der Umbruch von eher manufakturhaft geprägter Fertigung zu industriellen Prozessen stattfindet, unterstreicht auch der stellvertretende Leiter der Gussnachbearbeitung. Tido Moritz berichtet, dass in den fünf Jahren seit der Produktionsaufnahme des GZO die Auslastung des Werkes massiv zugenommen habe. „Wir haben zusätzliche Schichten eingeführt, um die Nachfrage zu befriedigen. Die 90 Kollegen in unserer Abteilung arbeiten im Akkord und gehen sehr ‚robust‘ mit den Werkzeugen um.“ Den bereits seit längerer Zeit verwendeten Atlas-Copco-Industriewinkelschleifern für die großen 230-mm-Schleifmittel mache das nicht viel aus, aber Standardgeräte für die kleineren Schrupp- und Trennscheibenabmessungen hielten solchem Schwerlastbetrieb nicht lange stand.

„Da mussten wir die Werkzeugausstattung den veränderten Rahmenbedingungen anpassen. Die vielen Defekte und Ausfälle, an Elektro- und Druckluftschleifern gleichermaßen, störten schon den Produktionsablauf“, schildert Tido Moritz. Druckluftschleifmaschinen mit Lamellenmotor hätten ebenso wie elektrische Hochfrequenzschleifmaschinen zuletzt nur noch eine Standzeit von maximal acht bis zwölf Wochen gehabt. Spätestens nach dieser Zeitspanne sei aufgrund der extremen Beanspruchung günstigstenfalls eine aufwendige Reparatur fällig gewesen. Häufiger noch die Ausmusterung. „Etliche Maschinen waren nach wenigen Wochen wirtschaftliche Totalschäden und hatten nur noch Schrottwert. Diesen Zustand wollten wir nicht länger hinnehmen, denn er machte bei insgesamt 250 eingesetzten Werkzeugen einen erheblichen Zeit- und Kostenfaktor aus.“ So habe man unterschiedliche Alternativen getestet.

Gussputzerei als verlängerte Werkbank

„Eine befriedigende Lösung fanden wir zunächst nicht“, sagen Thomas Bliesner und Tido Moritz. „Aber vielversprechend erschien dann der Vorschlag von Atlas Copco Tools, uns den Prototyp einer neuen Turbinenschleifmaschine zum Testen zu geben – und diesen Test auch zu begleiten.“ Für die neueste Generation ihrer GTG („Geared Turbine Grinder“, Turbinenschleifmaschine mit Getriebeuntersetzung) suchten die Entwickler von Atlas Copco ein geeignetes Testfeld. Weil die außergewöhnlich hohen Anforderungen des Guss-Zentrums Ostfriesland ideal zu dem nur 2,1 kg leichten Gerät passten und Anwender und Anbieter gleichermaßen von dem  Versuch profitieren konnten, kamen sie partnerschaftlich zusammen. Die handliche Maschine eignet sich für Schleifmittel mit 125 und 180 mm Durchmesser und bringt eine Abgabeleistung von 2,5 Kilowatt (kW) auf die Scheibe. Ihre niedrige Bauhöhe von nur 59 mm über der Spindel qualifizierte das Gerät bei Enercon auf Anhieb für Schleifarbeiten bei begrenztem Platzangebot, wie in schwer zugänglichen Bauteilecken und an Kanten.

Selbst über Kopf bekommen die Werker keine lahmen Arme mehr

Insgesamt zwanzig GTG-25-Turboschleifer gingen im GZO an den Start und wurden ausdrücklich nicht geschont. Schon nach kurzer Zeit konnten die Enercon-Anwender ein erstes positives Feedback an die Essener geben. Natürlich habe es eine Eingewöhnungsphase mit anfänglichen Kinderkrankheiten gegeben, die betrafen aber lediglich Kleinigkeiten und waren schnell aus dem Weg geräumt. „Im Großen und Ganzen liefen die kleinen Turbos vom Start weg bemerkenswert zuverlässig. Ihre Leistung stimmte, und unsere Probanden wollten die wendigen Winkelschleifer gar nicht mehr hergeben“, beschreibt Tido Moritz den Verlauf. „Die Maschine macht richtig Spaß. Selbst bei Überkopfarbeiten kriege ich keine lahmen Arme mehr“, sagt ein Werker. Kein Wunder, wiegt eine GTG 25 doch nur die Hälfte dessen, was ein gewöhnlicher Schleifer dieser Leistungsklasse auf die Waage bringt.

Das mit dem Spaß sei richtig ernst gemeint und für die GZO-Verantwortlichen von größter Wichtigkeit, unterstreicht Thomas Bliesner: „Die Bedeutung der Ergonomie liegt bei unseren Prozessen gleichauf mit der Produktivität!“ Dass die GTG 25 beides kann, sei auf die Kombination ihres äußerst starken Antriebs mit einem wirksamen Vibrationsdämpfungssystem zurückzuführen. Die niedrigen Vibrationswerte erzielt ein automatischer Unwuchtausgleicher (Autobalancer), der die Schwingungswerte auf einen sehr geringen Pegel von unter 3,8 m/s2, gemessen in drei Achsen, drückt. Auch sei der Geräuschemissionswert von 76 dB (A) vergleichsweise niedrig. Zu den herausragenden Ergonomieeigenschaften komme noch der geringe spezifische Luftbedarf, der die Energiekosten erheblich senke: Unter Volllast gerade einmal 12,8 l/s je Kilowatt – ein für konventionelle Druckluftwerkzeuge praktisch nicht erreichbares Niveau.

Sparsam, leistungsstark und bedienerfreundlich

„Weil das Downsizing nicht ganz unproblematisch ist, waren wir ebenso gespannt wie der Hersteller, wie sich derart sparsame und kompakte Hochleistungswerkzeuge auf lange Sicht schlagen würden“, bekräftigen Bliesner und Moritz. Ihr Dauertest zeigte, dass sich mit der GTG 25 rund 60 % mehr Material abtragen lässt als mit herkömmlichen Schleifwerkzeugen. Deshalb rechneten die zwei mit einem entsprechend hohen Werkzeugverschleiß, wie sie ihn schon von den bis dahin verwendeten kleinen Schleifmaschinen leider gewohnt waren. „Zum Glück hat uns Atlas Copco in diesem Punkt ‚enttäuscht‘. Die Turbos sahen nach 1000 Betriebsstunden zwar äußerlich erkennbar mitgenommen aus. Doch als sie komplett zerlegt und alle Komponenten auf Herz und Nieren untersucht wurden, war in ihrem Innern von Abnutzung oder Verschleiß noch keine Spur.“ Thomas Bliesner und Tido Moritz gestehen, ein viel schlechteres Resultat erwartet zu haben. Daher freuen sie sich umso mehr, Schrupp- und Schleifaufgaben mit den neuen GTG-25-Werkzeugen deutlich schneller, besser und kostengünstiger als bisher ausführen zu können.