Die Turbinenschaufel vor Ort reparieren statt teuer ersetzen
Eine kaputte Turbinenschaufel vor Ort reparieren, anstatt sie zu ersetzen: Eine mobile Anlage, die in einem 20-Fuss-Container Platz hat und mit dem LKW zum Einsatzort gebracht wird, soll es möglich machen. Die TU Wien hat zusammen mit einem Industriepartner einen Prototypen entwickelt.
Quelle: TU Wien / bearbeitete BB
Prototyp der Anlage: Der Reparaturroboter passt in einen 20-Fuss-Container.
Ist eine Turbinenschaufel beschädigt oder die Anhängerkupplung eines schweren Lasters durchgebrochen, kann es teuer und kompliziert werden: Während der Austausch eines kaputten Teils hohe Materialkosten verursachen kann, fehlt es bei der Reparatur am entsprechenden Verfahren – obwohl sie sich in vielen Fällen lohnen würde.
Lösen liessen sich solche Probleme mit einer mobilen Anlage, die per LKW transportiert werden kann und metallische Bauteile direkt vor Ort reparieren kann. Ein Team der TU Wien und der igm Robotersysteme AG hat einen entsprechenden Prototypen entwickelt. Dazu wurde in einem handelsüblichen 20-Fuss-Container eine Roboteranlage für das sogenannte Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM) installiert. Dieses basiert auf dem Lichtbogenschweissen und trägt Material Schicht für Schicht auf. Das Verfahren funktioniert ähnlich wie der 3D-Druck, allerdings ist hier das Ausgangsmaterial Metall.
«Unser Ausgangspunkt war ein simples Szenario: Angenommen, bei einem grossen Nutzfahrzeug, etwa beim Militär, bricht die Anhängerkupplung. Wie kann man sie wiederherstellen, ohne tagelang auf ein Ersatzteil warten zu müssen?», erklärt Željko Šarić vom Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien (IFT) der TU Wien, der das Forschungsprojekt leitete. «Aber natürlich kann dieses Problem überall auftreten, wo grosse, schwere Bauteile im Einsatz sind – etwa bei einem Kraftwerk, wenn eine Turbine beschädigt wird, oder in grossen Industrieanlagen.» Eine neue Turbine einzubauen, ist nicht nur teuer und verbraucht viel Material. Die Lieferung dauert auch lange; währenddessen steht die Anlage still.
Vom Scan über das 3D-Modell bis zum Ersatzteil
Quelle: TU Wien
Die Anlage beim Schweissen.
Bevor die Anlage die beschädigte Komponente automatisch scannt, werden verbogene Teile oder unregelmässige Bruchflächen entfernt. Anschliessend generiert sie aus dem Scan ein 3D-Modell. Dieses wird dann am Computer mit der Geometrie verglichen, die das Bauteil eigentlich haben sollte. «Das ist der heikle Teil der Aufgabe», sagt Šarić. «Wir müssen die exakte Differenzgeometrie berechnen – das dreidimensionale Volumen, das wir hinzufügen müssen, um wieder die gewünschte Ausgangsform zu bekommen.» Das Differenzvolumen muss dann in einen für den Roboter lesbaren Code überführt werden, der alle Werkzeugbahnen beinhaltet.
Der Materialauftrag funktioniert wie beim Lichtbogenschweissen: Ein abschmelzender Draht dient gleichzeitig als Elektrode und als Zusatzwerkstoff. Durch einen starken Stromfluss wird er für einen winzigen Augenblick extrem erhitzt. Damit löst sich am Ende des Drahtes ein kleiner Metalltropfen, der auf das Bauteil fällt und dort erstarrt – beinahe 200-mal pro Sekunde. Dank der präzisen Steuerung des Roboterarms im Einklang mit der Drahtbewegung und den passenden elektrischen Parametern entsteht so Punkt für Punkt und Schicht für Schicht die gewünschte 3D-Form.
Wie die TU Wien in ihrer Medienmitteilung schreibt, hat die Technologie bereits für internationale Aufmerksamkeit gesorgt. (mai/mgt)
