Zerspanung von Turbinenwerkstoffen · Zerspanung von Turbinenwerkstoffen – Herausforderung für...
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Zerspanung vonTurbinenwerkstoffen –Herausforderung für Werkzeug und Prozess
siemens.com/gasturbinesFrei verwendbar © Siemens AG 2018
Markus Zapke
Frei verwendbar © Siemens AG 201802.03.2018Seite 2 Zapke / PG GT MLGT BLN TS
Vorwort für die gedruckte Version
Die hier zu sehende Vorab-Präsentation…
…des vorliegenden Tagungsbandes enthält naturgemäß nicht die „Tonspur“ des Vortrages.Sie kann durch Darstellungen, Bilder, Statements vielleicht etwas hinführen, bestenfalls ein wenigneugierig machen auf das, was es dann „live“ zu sehen und zu hören gibt.
Lassen Sie sich also hier lediglich etwas inspirieren von Tatsachen, Statements oder auch streitbarenGedanken.
und…
…bleiben Sie neugierigJ
Ihr Markus Zapke
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Inhalt
Das ProduktMehr als nur eine Baugruppe - Die Gasturbine bei SiemensMehr als Bohren und Drehen - Vielfältige Anforderungen an die Bearbeitungstechnik
Herausforderungen der FertigungVerfahrensgruppenGenerelle HerausforderungenFertigungstrends – Fertigungsorganisation
Prozessbeispiele„Kleinteile“GroßbauteileSonderthemen der Zerspanung
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Inhalt
Das ProduktMehr als nur eine Baugruppe - Die Gasturbine bei SiemensMehr als Bohren und Drehen - Vielfältige Anforderungen an die Bearbeitungstechnik
Herausforderungen der FertigungVerfahrensgruppenGenerelle HerausforderungenFertigungstrends – Fertigungsorganisation
Prozessbeispiele„Kleinteile“GroßbauteileSonderthemen der Zerspanung
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Power und Gas bei Siemens
Power andGas
Wind PowerandRenewables
EnergyManagement
BuildingTechnologies
Mobility DigitalFactory
ProcessIndustries andDrives
Healthineers(separatelymanaged)
FinancialServices
Power Generation Services
Dresser-RandBusiness
Bus
ines
sU
nits
Bus
ines
sFi
elds
§ Gas turbines from100 to 425 MW
§ Electrical generators from25 up to 2,235 MVA
§ Industrial gas turbines from5 to 53 MW
§ Aeroderivative gas turbinesfrom 4 to 66 MW
§ Steam turbines from45 kW to 1,900 MW
§ Steam turbines for industrialapplications & powergeneration
§ 50 Hz and 60 Hz gas turbinepower plant solutions
§ CHP*, Desalination, IGCC**,Repowering
§ Integrated solar combinedcycle
§ HRSG***
§ DCS****, Turbine Controls
§ Small hydro power plants –water-to-wire solutions andservices
Large Gas Turbines,Generators
(PG GT)
Distributed Generation(PG DG)
Steam Turbines(PG SU)
Energy Solutions(PG ES)
Dresser-Rand(PG DR)
§ Reciprocating compressors,turbo compressors andcompressor trains
§ Gas engines
§ E-houses and modules
§ Distributed LNG
§ Power generation forOil & Gas
§ Related services
Div
isio
ns
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Products portfolio
Gas turbines
Heavy-duty gas turbinesfrom 117 to 567 MW
Industrial gas turbinesfrom 5 to 57 MW
Aeroderivative gas turbinesfrom 4 to 66 MW
Utility steam turbinesfrom 250 MW to 1,900 MW
Industrial steam turbinesfrom 10 MW to 250 MW
Dresser Rand steam turbinesfrom <10kW to 25 MW
Generators25 to 2,235 MVA
• Air-cooled generators• Pressurized air-cooled generators• Water-cooled generators
GeneratorsSteam turbines
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The digital revolution
Mechanical ProductionElectrification
Automation
Digitalization
Digitalizationis still beingdefined…
4th IndustrialRevolution3rd Industrial
Revolution2nd IndustrialRevolution1st Industrial
Revolution
Siemens has been at the forefront since the beginning of the Industrial Revolution
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Das Siemens Gasturbinen Angebotsspektrum:Die passende Maschine für jede Anwendung
Heavy-dutygas turbines
Industrialgas turbines
Aeroderivativegas turbines
50H
z50
Hz
or60
Hz
60H
z450 MW
329 MW
187 MW
310 MW
250 MW
117 MW
53 to 66 / 54 to 62 MW
27 to 37 / 28 to 38 MW
4 to 7 MW
48 to 57 MW
40 / 41 MW
33 / 34 MW
24 / 25 MW
13 to 14 / 13 to 15 MW
8 / 8 to 9 MW
5 / 6 MW
39 to 44 MW
SGT5-9000HLSGT5-8000HLSGT5-8000HSGT5-4000FSGT5-2000ESGT6-9000HLSGT6-8000HSGT6-5000FSGT6-2000E
SGT-A65SGT-800SGT-A45SGT-750SGT-700SGT-A30 andSGT-A35SGT-600SGT-400SGT-300SGT-100SGT-A05
567 MW
481 MW
388 MW
Power Generation / Mechanical Drive, Performance at ISO conditions
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Die Gasturbinenfertigung in Berlin
Motardstraße(Field Service Trainingand Repair Center)
Ludwigsfelde(Clean Energy Center)
Berlin plantHuttenstraße
Siemensstadt(Service, RefurbishmentShop Berlin, depot &manufacturing)
Ludwigsfelde(Energy LogisticsCenter)
Port Westhafen(Assembly & depot)
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Die Gasturbine - Herz des Kraftwerks
§ Highest reliability: > 99%
§ Power output between 117 and 567 MW
§ Highest efficiency: 61%*
§ Environmental friendliness with lowestemission values
§ Flexibility
>1,000gas turbines
Proventechnology
delivered inmore than
60countries
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Die Gasturbine - Herz des Kraftwerks
RotorProven rotor design with internal cooling air passages forworld-class fast (cold) start and hot restart capability
Easy rotor de-stacking on site due to disc assemblywith Hirth serration and central tie rod
CompressorVariable inlet guide vanes and three stagesof fast acting variable-pitch guide vanes (VGV)for improved part load efficiency and high loadtransients
High efficiency due to evolutionary 3D blading
All rotating compressor blades replaceable withoutrotor lift or rotor de-stacking
BearingsActive clearance control with Hydraulic ClearanceOptimization (HCO) for reduced degradation and clearance losses
TurbineHigh cycling capability due to fullyinternally air-cooled turbine section
3D four stage turbine with advancedmaterials and thermal barrier coating
Shorter outages: All turbine vanes andblades replaceable without rotor lift;vane 1, blade 1 & 4 replaceable withoutcover lift
CombustionAdvanced can annular combustionsystem
61% efficiencyin combined cycle
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Inhalt
Das ProduktMehr als nur eine Baugruppe - Die Gasturbine bei SiemensMehr als Bohren und Drehen - Vielfältige Anforderungen an die Bearbeitungstechnik
Herausforderungen der FertigungVerfahrensgruppenGenerelle HerausforderungenFertigungstrends – Fertigungsorganisation
Prozessbeispiele„Kleinteile“GroßbauteileSonderthemen der Zerspanung
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Verfahrensgruppen zur Herstellung von Turbinenkomponenten
Trennen
• Vermindern vonStoffzusammenhalt
Fügen
• Vermehren vonStoffzusammenhalt
Stoffeigenschaften ändern
• Physikalische und / oderchemischeEigenschaftsänderungen
Trennen
• Vermindern vonStoffzusammenhalt
Fügen
• Vermehren vonStoffzusammenhalt
Stoffeigenschaften ändern
• Physikalische und / oderchemischeEigenschaftsänderungen
Fertigungsverfahren nach DIN 8580
à Alle Verfahrensgruppen werden zur Herstellung von Gasturbinen angewandt
Urformen
• Schaffen vonStoffzusammenhalt
Umformen
• Beibehalten vonStoffzusammenhalt
Beschichten
• Vermehren vonStoffzusammenhalt
Extern
Intern
Urformen
• Schaffen vonStoffzusammenhalt
Umformen
• Beibehalten vonStoffzusammenhalt
Beschichten
• Vermehren vonStoffzusammenhalt
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Herausforderungen der Fertigung
MaterialsLead TimeVibrationReachabilityCosts (Tool/Fixture)Process StabilityAvailability (Tool-System)Feature Complexity
Machining Challenges
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Herausforderungen der Fertigung
Materials
Lead Time
Vibration
Reachability
Costs (Tool/Fixture)
Process Stability
Availability (Toolsystem)
Feature Complexity
Standard highly heat-resistantSteel alloys
10 min 77 d
Setting up on table working in 6m heightand/or 4m reach
Direct access on outer surface Deep hole or backcounterbore
3€ for a simple drill 250 T€ for a broaching tool
Stable process, unattended highly controlled processes
Standard Tooling special tools
Basic Bore Hole X-mas tree grooves withdifferent tolerance schemes
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Fertigungstrends
• Necessity of local manufacturing content• Load balancing• Manufacturing cost
International manufacturing networks driven by:
• Focusing on core competencies• Outsourcing of components or subassemblies instead of labor
Reduction of production depth
• Digital solutions in all areas of production process (i.e. design,manufacturing, quality, maintenance, logistics)
Digitalization
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Produkt oder Prozess?
Fertigungsorganisation
Verrichtungszentralisation(Verrichtungsprinzip)
Betriebsmittel mit gleichartigenFunktionen an einem Ort
Objektzentralisation(Flussprinzip)
Anordnung Betriebsmittel entsprechendArbeitsfolge
+• Umstellung auf andere Produkte• größere Marktanpassungsfähigkeit• Einsatz von Universalmaschinen• vielseitigerer Einsatz von Arbeitskräften
-• höherer Transportaufwand zwischen den Maschinen• längere Warte- und höhere Durchlaufzeiten• hohe Lagerkosten (wip)• erschwerte Übersicht und Kontrolle
+• kürzere Durchlaufzeiten• gute Übersicht und Ablaufkontrolle• genaue Terminplanung
-• Umstellung auf andere Produkte schwierig• genaue Taktplanung notwendig• Ausgleich Beschäftigungsschwankungenproblematisch
• einseitige Arbeit
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Produkt oder Prozess?
Fertigungsorganisation
Verrichtungszentralisation(Verrichtungsprinzip)
Betriebsmittel mit gleichartigenFunktionen an einem Ort
Objektzentralisation(Flussprinzip)
Anordnung Betriebsmittel entsprechendArbeitsfolge
Tendenziell bei Großkomponenten
Reduzierung von prinzipbedingtenNachteilen:
- Wertstromdesign, Einführungvirtueller Wertströme
- Vermeidung kreuzender Wertströme- Auslastungsnivellierung
Tendenziell bei Wiederholteilen
Reduzierung von prinzipbedingtenNachteilen:
- Flexibilisierung der Fließfertigung- Einsatz von Universalmaschinen
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Inhalt
Das ProduktMehr als nur eine Baugruppe - Die Gasturbine bei SiemensMehr als Bohren und Drehen - Vielfältige Anforderungen an die Bearbeitungstechnik
Herausforderungen der FertigungVerfahrensgruppenGenerelle HerausforderungenFertigungstrends – Fertigungsorganisation
Prozessbeispiele„Kleinteile“GroßbauteileSonderthemen der Zerspanung
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ProzesseArea: CombustionComponent: Double HolderProcess: MillingMaterial: Ni-based alloyChallenge: Five-axis-millingCriticality: 1(of 3)Tool: Carbide shaft mill
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ProzesseArea: CombustionComponent: ManifoldProcess: Turning/MillingMaterial: Ni-based alloyChallenge: Machine vibrationsCriticality: 2(of 3)Tool: Carbide & Ceramic
inserts
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ProzesseArea: Rotor, CompressorComponent: Compressor disk1Process: Back counterboreMaterial: Alloyed steelChallenge: - Back counterbore
operationCriticality: 2(of 3)Tool: Carbide
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In der Live-Präsentation…
…gibt es an dieser Stelle mehr Ansichten und Beschreibungen bereits realisierter Projekte,die zur Vertiefung und Illustration der Aussagen des Vortrages dienen und ausschließlichdort gezeigt werden.
Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit
Ihr Markus Zapke
Nachwort für die gedruckte Version
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Markus ZapkeTeamleiter Tooling, Equipment and ProcessesSiemens AGPower and Gas DivisionLarge Gas Turbines, Generators
Huttenstraße 1210553 Berlin
siemens.com
Kontakt
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Haftungsausschluss
Dieses Dokument enthält Aussagen, die sich auf unseren künftigen Geschäftsverlauf und künftige finanzielle Leistungen sowie auf künftige Siemens betreffendeVorgänge oder Entwicklungen beziehen und zukunftsgerichtete Aussagen darstellen können. Diese Aussagen sind erkennbar an Formulierungen wie „erwarten“,„wollen“, „antizipieren“, „beabsichtigen“, „planen“, „glauben“, „anstreben“, „einschätzen“, „werden“ und „vorhersagen“ oder an ähnlichen Begriffen. Wir werdengegebenenfalls auch in anderen Berichten, in Präsentationen, in Unterlagen, die an Aktionäre verschickt werden, und in Pressemitteilungen zukunftsgerichteteAussagen tätigen. Des Weiteren können von Zeit zu Zeit unsere Vertreter zukunftsgerichtete Aussagen mündlich machen. Solche Aussagen beruhen auf dengegenwärtigen Erwartungen und bestimmten Annahmen des Siemens-Managements, von denen zahlreiche außerhalb des Einflussbereichs von Siemens liegen.Sie unterliegen daher einer Vielzahl von Risiken, Ungewissheiten und Faktoren, die in Veröffentlichungen – insbesondere im Abschnitt Risiken des Jahresberichts– beschrieben werden, sich aber nicht auf solche beschränken. Sollten sich eines oder mehrere dieser Risiken oder Ungewissheiten realisieren oder sollte es sicherweisen, dass die zugrunde liegenden Erwartungen nicht eintreten beziehungsweise Annahmen nicht korrekt waren, können die tatsächlichen Ergebnisse,Leistungen und Erfolge von Siemens (sowohl negativ als auch positiv) wesentlich von denjenigen Ergebnissen abweichen, die ausdrücklich oder implizit in derzukunftsgerichteten Aussage genannt worden sind. Siemens übernimmt keine Verpflichtung und beabsichtigt auch nicht, diese zukunftsgerichteten Aussagen zuaktualisieren oder bei einer anderen als der erwarteten Entwicklung zu korrigieren.
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