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Großer Einsatz für kleine Innenbearbeitungsoptik

Laserauftragsschweißen: Neues Verfahren im Härtetest bei Spezialist für Getriebereparaturen
Großer Einsatz für kleine Innenbearbeitungsoptik

Stork ist darauf spezialisiert, leistungsstarke Getriebe für verschiedene Industriezweige instand zu setzen. Entscheidend sind dabei kurze Ausfallzeiten. Eine Spezialoptik fürs Laserauftragsschweißen in engen Bohrungen hilft, die Reparaturdauer um bis zu 90 % zu verkürzen.

Im Wettlauf gegen die Zeit haben sich die Spezialisten der niederländischen Stork Gears & Services BV, Rotterdam, unter anderem in der Schifffahrt-, Petrochemie-, Wind- und Stahlindustrie weltweit einen Namen gemacht. In diesen Branchen ist die maximale Verfügbarkeit leistungsstarker Getriebe und zugehöriger Antriebe von entscheidender Bedeutung. Die Reparatur-Experten von Stork setzen beschädigte oder ausgefallene Komponenten schnellstmöglich instand, übernehmen bei Bedarf den Um- oder Neubau.

Um Verschleiß und unerwünschter Materialveränderung vorzubeugen, setzen die Niederländer dabei aufs Laserauftragsschweißen. Das Team um Jelmer Brugman, Leiter der Abteilung Laserbeschichtung bei Stork, wendet das Verfahren im Schnitt bei monatlich mehr als 20 Reparaturen oder Modifikationen an. In rund 10 % der Fälle können jedoch schwer zugängliche Innenflächen mit den gängigen Optiken nicht bearbeitet werden. Bis vor gut einem Jahr gab es keine andere Möglichkeit, als dort beschädigte oder verschlissene Teile durch neue zu ersetzen. Das dauerte jedoch oft Wochen oder gar Monate. Weil sich mit der speziellen Innenbearbeitungsoptik iClad solche Schäden reparieren lassen, kann die Ausfallzeit zum Teil um über 90 % verkürzt werden. Und das hat für die Kunden oberste Priorität.
In der Schiffsindustrie müssen Getriebe und Zahnräder auch härtesten Bedingungen Stand halten. Ob Sandpumpen oder Schiffspropeller, Deckkräne, Winden oder Generatoren – sie alle sind vielfältigen Belastungen ausgesetzt. Durch Abrasion, Erosion oder Korrosion ausgelöste Zahnradbrüche oder -beschädigungen führen schlimmstenfalls zum Totalausfall der Aggregate. Auch in Kraftwerken oder Windanlagen hängt die Effizienz der Turbinen maßgeblich von der Verfügbarkeit hoch belasteter Getriebe ab. Verschleißbedingte Schäden an Zahnrädern, Lagern oder Verbindungen beeinträchtigen die Betriebssicherheit und können der Grund für ungeplante und teuere Ausfallzeiten sein.
Die Stork-Techniker sind rund um die Uhr auf allen Kontinenten im Einsatz. Zur vorbeugenden Instandhaltung, Modifikation und Reparatur stark beanspruchter Komponenten setzen sie aufs Laserauftragsschweißen. Ein 2 kW starker Diodenlaser bringt lokal eng begrenzt Hitze auf. Daher ist diese Technologie besonders zum Bearbeiten von Teilen geeignet, die bei minimalem Verzug maximale Präzision der Beschichtung erfordern. Der Laserstrahl schmilzt die Bauteiloberfläche und das per Düse aufgestrahlte Pulver an und verbindet diese metallurgisch zu einer homogenen Schicht mit geringer Aufmischung. Für Brugman ist dies die führende Technologie, um kritische, hochbelastete Komponenten durch eine neue, auf die spezifischen Anforderungen ausgelegte Beschichtung zu reparieren. Die bislang für dieses bewährte Verfahren verfügbaren Standardoptiken begrenzten die Bearbeitung jedoch auf frei zugängliche Flächen und Strukturen oder einen Öffnungsdurchmesser von mindestens 100 mm.
Seit einem Jahr geht Stork hier neue Wege. Als einer der ersten industriellen Großanwender setzt das Unternehmen die von der Pallas GmbH in Würselen gemeinsam mit dem Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) entwickelte iClad-Innenbearbeitungsoptik ein. Diese Spezialoptik kann ab einem Durchmesser von 26 mm bis zu einer Tiefe von 600 mm eingesetzt werden und deckt das gesamte Spektrum der anspruchsvollen Oberflächenbearbeitung ab: Härten, Legieren und Beschichten. Alle notwendigen Baugruppen für Strahlführung und -formung sowie die Zufuhr der Prozessmedien sind in dem kompakten Gehäuse integriert. iClad-Optiken bestehen aus den drei Modulen Düse, Hauptkörper und Faseraufnahme. Eine aktive Wasserkühlung schützt die optischen Komponenten vor Überhitzung. Der interne Optikschutz verhindert Verschmutzung oder Zerstörung durch Partikelablagerung. Zusätzlich wird der Strahlengang permanent mit Schutzgas gespült. Die Stecker für Faserleitungen und Zuleitungen der Prozessmedien befinden sich am hinteren Ende der Optik.
Stork entschied sich 2009 für den Einsatz des iClad-Prototyps als Sonderausführung mit integrierter Kollimation. Hierbei handelte es sich um eine feststehende 42er-Optik zur Beschichtung von 50 mm-Bohrungen bis zu einer Bearbeitungstiefe von 500 mm.
Ein Jahr später blickt Jelmer Brugman zufrieden auf rund 20 Einsätze der filigranen Optik zurück. Sowohl für Reparaturen als auch beim Bau neuer Komponenten wie Zahnräder, Getriebegehäuse und Kupplungen bewährte sich die neue Technik. Da es sich dabei vorwiegend um Einzelprojekte handelte, stand iClad vor einer Fülle an anspruchsvollen Herausforderungen. So galt es beispielsweise, ein altes, großes Getriebezahnrad, das eine Brücke mechanisch öffnet und schließt, binnen weniger Tage zu reparieren. Die nur 18,5 cm breite und 40 cm tiefe Bohrung war beschädigt. „Ohne iClad hätten wir das Getrieberad mit einem Durchmesser von 2,2 Metern komplett neu entwickeln und herstellen müssen. Allein die Lieferzeit des Materials hätte jedoch mindestens sechs Monate gedauert“, erläutert Brugman. Eine alternative Reparaturmöglichkeit gab es nicht. Die Standardoptik war für diesen Anwendungsfall nicht geeignet. Erst der Einsatz von iClad ermöglichte eine schnelle, qualitativ hochwertige Lösung. Stork behandelte die beschädigte Bohrung zunächst maschinell vor. Anschließend wurde sie über eine Länge von 40 cm laserbeschichtet und auf die ursprüngliche Originalgröße geschliffen. Binnen drei Tagen war das Getriebe wieder vollständig hergestellt. Eine Bearbeitungsdauer, die – verglichen mit einem Neubau selbst unter günstigsten Bedingungen – 96 % Zeitersparnis bedeutete. Die damit gleichzeitig verbundene Kostenreduktion ist für den Kunden zwar angenehm, aber nachrangig. „Für ihn zählte nur die Zeit!“, weiß Jelmer Brugman.
Auch bei verschiedenen Großaufträgen aus dem Bereich Windanlagenindustrie kam die neue Möglichkeit zur Innenbearbeitung erfolgreich zur Anwendung.
„Durch den Zugang zu derart kleinen Hohlräumen erweitert iClad unser Leistungsspektrum signifikant“, fasst der Leiter der Laserbeschichtungsabteilung seine Erfahrungen mit der neuartigen Optik zusammen. Er ergänzt: „Ein erster Meilenstein in der Zusammenarbeit mit Pallas war die Anpassung an unseren Diodenlaser. Seitdem funktioniert iClad gut und arbeitet perfekt!“ Verbesserungspotenzial sieht er noch in der Dauerbelastbarkeit einzelner Komponenten, die in seinen Prototyp eingebaut wurden. Hierfür unterbreitete ihm Stephan Kalawrytinos, Geschäftsführer der Pallas GmbH, zwei Lösungsvorschläge: Wahlweise kann Stork Gears & Services nun auf einen schnellen Austauschservice für Einzelkomponenten zurückgreifen oder sich für eine Anpassung der Prototyp-Optik an die neuesten Entwicklungen entscheiden.
Eva Blumenau Mitglied der Geschäftsleitung Pallas GmbH & Co. KG, Würselen
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