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Schwere Gussteile für Windräder turboschnell bearbeitet

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Enercon nutzt neue leichte Turbinenschleifer

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.

Essen, Südbrookmerland, September 2015. „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 mit 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.

Autor: Heiko Wenke

((Mögliche Infobox zu Enercon))
 
Mit der Unternehmensgründung 1984 begann der Diplomingenieur Aloys Wobben die ökonomischökologische Erfolgsgeschichte von Enercon mit einem kleinen Team von Ingenieuren. Erste Windkraftanlagen mit 55 kW Nennleistung entstanden. Zunächst noch mit Getriebe ausgestattet, folgte ab 1992 der konsequente Umstieg auf die getriebelose Anlagentechnik. Durch weniger drehende Bauteile wurde ein nahezu reibungsloser Energiefluss mit deutlich geringerer mechanischer Belastung, weniger Wartungsaufwand, niedrigeren Betriebskosten und höherer Lebensdauer dieser Anlagen möglich.
 
Die Weiterentwicklung aller Komponenten bietet den Kunden technologisch ausgereifte Produkte mit bis zu etwa 8 Megawatt (MW) elektrischer Leistung. Beispielhaft ist etwa die 2004 eingeführte neue Rotorblattgeometrie, welche die Ertragswerte signifikant erhöht, die Schallemission verringert und die auf die Windenergieanlage einwirkenden Lasten reduziert. Zudem verfügen alle Enercon-Windenergieanlagen über ein Netzeinspeisesystem, das die neuesten Netzanschlussbedingungen erfüllt und in alle Versorgungs- und Verteilerstrukturen integriert werden kann.
 
Seit gut 30 Jahren zählt Enercon zu den weltweit führenden Unternehmen im Bereich Windenergie. Enercon ist Marktführer in Deutschland und beschäftigt insgesamt mehr als 13.000 Menschen. Mit rund 27.000 installierten Windenergieanlagen in über 30 Ländern zählt Enercon auch international zu den führenden Herstellern und liegt weltweit auf Rang 3. Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb werden kontinuierlich ausgebaut. www.enercon.de

Über Atlas Copco

Der Industriekonzern Atlas Copco ist mit seinen Produkten und Dienstleistungen in den Branchen Kompressorenund Drucklufttechnik, Bau und Bergbau sowie Industriewerkzeuge und Montagesysteme weltweit führend. Mit seinen innovativen Produkten und Dienstleistungen bietet Atlas Copco Lösungen für nachhaltige Produktivität. Der 1873 gegründete Konzern hat seinen Hauptsitz in Stockholm, Schweden, und ist weltweit in über 180 Ländern vertreten. 2014 hatte Atlas Copco rund 44000 Mitarbeiter und setzte 10,3 Milliarden Euro um. www.atlascopco.com

Atlas Copco Tools gehört zum Konzernbereich Industrietechnik. Die Geschäftsbereiche Allgemeine Industrie und Fahrzeugindustrie fertigen und vertreiben handgehaltene Elektro- und Druckluftwerkzeuge, Hydraulikschrauber, Montagesysteme, pneumatische Antriebstechnik, Hebezeuge, Software und Zubehör für die Industrie. Mit seinem Geschäftsbereich Service bietet Atlas Copco Tools ein globales Projektmanagement für multinational tätige Kunden sowie umfassende Dienstleistungen an: von der klassischen Reparatur über umfassende Wartungsverträge für die gesamte Fertigungstechnik bis hin zu Kalibrierungen aller Messmittel. www.atlascopco.de


Bild 1: Bis zu 20 Tonnen flüssiges Eisen gelangen in nur 120 Sekunden vom Gießtümpel über das Ausgusssystem in die Form, um zu Rotornaben, Maschinenträgern, Statorglocken oder Achszapfen zu werden. (Foto: Enercon)


Bild 2: Entgraten einer Rotornabe mit der GTG 25. Die Wendigkeit des Turboschleifers wird durch die MultiFlex-Schwenkkupplung (unterhalb der rechten Hand des Werkers) noch erhöht. Dieses ergonomische Detail ist ein in zwei Ebenen um 360° schwenkbarer Druckluftanschluss, der allen Bewegungen des Werkzeugs folgt und den Bediener von Biegespannungen im Luftschlauch entlastet. (Foto: Atlas Copco Tools)


Bild 3: Thomas Bliesner ist Leiter der Gussnachbearbeitung des Enercon-eigenen Guss-Zentrums Ostfriesland (GZO) und hat in seiner Abteilung zwanzig Winkelschleifer von Atlas Copco Tools einem Härtetest unterzogen: „Im Vergleich zu anderen Werkzeugen für 125- und 180- Millimeter-Schleifmittel ist der GTG-25-Turbinenschleifer schneller und trägt weit mehr Material ab als andere Geräte dieser Leistungsklasse.“ (Foto: Atlas Copco Tools)


Bild 4: Die neue Turboschleifer-Generation hat die Erwartungen des Enercon-Guss-Zentrums Ostfriesland in einem Langzeit-Feldtest übertroffen. Die GTG 25 beeindruckt durch Energieeffizienz, perfekte Ergonomie sowie höchste Leistung und minimale Maße. Ihre zweistufige Antriebsturbine bringt bei einem Werkzeuggesamtgewicht von nur 2,1 kg volle 2,5 Kilowatt Abgabeleistung und wird wegen ihres vibrationsarmen Laufs von den Werkern sehr geschätzt. (Foto: Atlas Copco Tools )


Bild 5: zeichnen die GTG 25 aus. Sie ist ein hervorragendes Werkzeug für die Oberflächenbearbeitung unserer anspruchsvollen Windenergieanlagen-Komponenten aus speziellem Sphäroguss“, urteilen Abteilungsleiter Thomas Bliesner (links) und sein Stellvertreter Tido Moritz (Mitte) nach dem Langzeit-Test von 20 Schleifmaschinen im Guss- Zentrum Ostfriesland. Hier im Bild gemeinsam mit Atlas-Copco-Anwendungsberater Christian Hofmann, der den erfolgreichen Test mit begleitet hat. (Foto: Atlas Copco Tools)


Bild 6: Eine fürs Grobe: Im GZO haben sich für schwere Schrupp- und Entgratarbeiten die 4,5 Kilowatt starken GTG-40-Turbinenschleifer durchgesetzt. Sie werden mit 230- und 180-mm-Schleifmitteln eingesetzt. (Foto: Atlas Copco Tools)