CNC-Bearbeitung: Innovationstreiber im Green-Energy-Sektor

Der Energiesektor ist das Lebensblut der modernen Gesellschaft und versorgt all unsere Geräte und Industrien kontinuierlich mit Energie. Folglich erfordert diese konstante, wachsame Energieproduktion allerlei fortschrittliche Ausrüstung – von Hydraulikventilen für die Öl- und Gasindustrie über Solarzellen bis hin zu Windturbinenkomponenten. CNC war entscheidend bei der Herstellung dieser komplexen Geräte.

Neben Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie ist die Energieerzeugung einer der grössten Anwendungsbereiche für CNC-Bearbeitung. Die Energiebranche befindet sich jedoch an einem Wendepunkt, an dem sie möglicherweise Platz für neuere, grünere Energieformen neben konventionellen Energiequellen schaffen muss – oder (radikaler) Öl und Gas zugunsten erneuerbarer Energien ganz aufgeben muss. Schliesslich wuchs der Erneuerbaren-Sektor von 2007 bis 2017 jährlich um 5 %, mit weiteren Initiativen und wachsender globaler Unterstützung.

Im Allgemeinen werden CNC-Teile und fortschrittliche Bearbeitung die Qualität und Effizienz der Stromerzeugungswerkzeuge und -komponenten erhöhen. Dieser Artikel beleuchtet einige der wichtigsten Wege, auf denen CNC eine entscheidende Rolle in diesem Wandel spielt.

Windkraft

Windenergieerzeugung erfordert langlebige, dauerhafte Teile, die enormen Belastungen standhalten können, während sie Präzision bewahren. Hersteller müssen präzise Rotorblätter für die Bewältigung von Winddruck mit minimalem Verschleiss produzieren. Metall- und Carbonfaser-Bearbeitung war entscheidend nicht nur für die Produktion der Blätter, sondern auch für Teile wie die riesigen Lager, die den Winkel verstellen. Mit CNC können die riesigen Lager im Verstellmechanismus einer Windturbine mit einer Genauigkeit gefertigt werden, die normalerweise kleineren Teilen vorbehalten ist. Da es sich um massive Teile handelt, deren Beweglichkeit ihre Leistung stark beeinflusst, müssen sie (ähnlich wie Flugzeugtriebwerksschaufeln) extrem präzise sein.

Generell werden Mehrzweck-Drehmaschinen für Getriebe, Getriebegehäuse und Rotoren verwendet. Angesichts der Grösse durchschnittlicher Windturbinen sind grosse, schwerlastfähige Maschinen erforderlich, wobei etwa 90 % der Zahnradfertigung Metallschneiden umfassen. Heutzutage wird dies vom Zahnradfräsen dominiert, unter Verwendung von Wälzfräsern oder Scheibenfräsern. Ebenso werden CNC-Bohrmaschinen oft für die Bearbeitung von Bohrungen in Rohrbündelwärmetauschern für verschiedene Energiesysteme eingesetzt.

Bei Windturbinen und Windmühlen besteht Bedarf an CNC-Maschinen, die verstärkende Kohlefaser-Kunststoffe oder Glasfasermaterialien verarbeiten können. In Bezug auf Materialien können auch Glasfaser mit Hohlkern, Aluminium und leichte Hölzer für Rotorblätter verwendet werden. Das Profil der meisten Rotorblätter ähnelt stark dem von Flugzeugen, daher benötigen diese Maschinen beträchtliche Präzision.

Solarenergie

Abgesehen von den Solarmodulen selbst gibt es verschiedene Teile, die präzise Fertigung erfordern, wie Rahmen, Rückenschienen und Trägerschienen. Fräs- und Bohrmaschinen sind ideal für solche Projekte, und viele Unternehmen vermarkten ihre CNC-Maschinen speziell für die Herstellung von Solarmodulteilen. Selbst grosse Solarmodul-Produktionslinien integrieren mehrere Arten von CNC-Prozessen wie Schneiden und Bohren, erfordern aber auch mehrere Nicht-CNC-Prozesse in Kombination mit Bedienern, die gleichzeitig arbeiten.

Da Produktionslinien massiv und unhandlich sein können, bieten Unternehmen wie Fanuc vielseitige Roboterarme an, die Formen mit mehr Flexibilität und Wirtschaftlichkeit im Arbeitsraum handhaben können. Ebenso bieten Unternehmen wie Beam Cut Software an, die sich auf Solarmodulfertigung spezialisiert hat, den Prozess vereinfacht und nur eine einzelne Person zum Bedienen erfordert. Dies ist eine der Möglichkeiten, wie CNC Platz und Arbeitsnutzung freisetzt.

Solarmodulhersteller verwenden sehr oft Drehzentren und Drahtschneider für Rahmen und Gehäuse. Plasma- und Faslaserschneidemaschinen spezialisieren sich oft auf Solarmodulfertigung, wobei verschiedene Laser oft für das Trennen der Module selbst verwendet werden. Ebenso integrieren Unternehmen wie Protolabs einen Mix aus CNC-Bearbeitung und 3D-Druck zur Herstellung von Solarmodulen. Dies deutet darauf hin, dass es Raum für hybride Fertigung in der Solarenergiebranche geben könnte.

Wasserkraft

Wasserkraftturbinen und -generatoren sind nicht einfach nur massive Maschinen. Sie müssen auch gegen Druck und Wasserschäden beständig sein und aus Metallen bestehen, die diese Qualitäten besitzen, oft unter Verwendung von Kohlenstoff- und Edelstahlteilen. Unternehmen weltweit nutzen CNC-Technologien, um alle Arten von Komponenten herzustellen – von einfachen Wellen und Buchsen bis hin zu Wasserturbinengehäusen, Laufrädern und Abdeckungen.

Es beinhaltet die üblichen Dreh-, Tiefbohr- und Fräsarbeiten, aber oft in massivem Massstab, je nach Bedarf der Anlage. Als Referenz: Canyon Hydro in Nordamerika nutzt eine 7-Achsen-CNC-Fräsmaschine, die Pelton- und Francis-Wasserkraftturbinen bis zu 16 Fuss (ca. 4,9 m) Durchmesser und 25 Tonnen Gewicht fertigen kann. Die CNC-Maschine korrigiert kleinere (doch potenziell wirkungsvolle) Unvollkommenheiten in der Turbine. Dies ist unter vielen anderen Maschinen in ihrem Fertigungszentrum. Auf einer noch grösseren Skala bearbeiten Voith Hydros York-Anlage Werkstücke, die über 42 Fuss (12,80 m) im Durchmesser und mehr als 350 Tonnen (317,5 t) wiegen können.

Neben Turbinen werden CNC-Fräsen und andere Bearbeitungstechnologien für die Entwicklung von Staudämmen und Wasserkraftwerkstore verwendet. In bestimmten Fällen hat das Wachstum verschiedener CNC-Maschinen die Produktion solcher Teile vor Ort ermöglicht, anstatt sie aus einer fernen Fabrik herbeizuschaffen.

Insgesamt profitiert die Welt der grünen Energie enorm von CNC-Bearbeitung und modernen Technologien. Wir haben nur an der Oberfläche ihrer Fähigkeiten gekratzt, doch es gibt bereits so viele Anwendungen, Vorteile und Use Cases.